Luận văn Tổ chức, lập trình và đánh giá tính Redundancy trong hệ thống điều khiển đa cấp

Với sựphát triển của xã hội ngày nay các hệthống tự động hóa trong công nghiệp ngày càng xâm nhập vào đời sống con người nhiều hơn. Vì vậy, để đáp ứng nhu cầu điều khiển ngày càng cao vềchất lượng, ổn định hệthống là rất quan trọng. Hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu, các hệ thống điều khiển đa cấp được sửdụng rộng rãi trong các nhà máy, xí nghiệp trên toàn thếgiới. Kiểm soát, giám sát và điều khiển được cải tiến, cung cấp các tính năng cơbản nâng cao hiệu quảvà năng suất sản xuất. Nói chung các hệthống SCADA đáng tin cậy cao. Tuy nhiên, xét trên một khía cạnh thiết kế thường bỏqua đặc điểm kỹthuật là redundancy (dựphòng) [7]. Hoặc, nói một cách đơn giản: những gì xảy ra khi hệthống bịhưhỏng? Hầu hết các máy tính, các bộ điều khiển được thiết kế đáng tin cậy nhưng hư hỏng vẫn xảy ra, đặc biệt khi chúng được sử dụng trong môi trường khắc nghiệt. Nếu một hoặc tất cảcác phần tửquan trọng trong hệthống không hoạt động, thời gian chờsửa chữa lâu dẫn đến chi phí cao, tính năng redundancy phải được tích hợp vào hệthống đểloại trừsựcốthiết bịhưhỏng [2]. Các hệthống điều khiển đa cấp với các tính năng nổi bật đang được áp dụng trong các nhà máy, xí nghiệp trên các dây chuyền công nghệhiện đại, trên các dây chuyền sản xuất đa dạng, linh hoạt đem lại hiệu quảkinh tếcao. Ví dụtrong các nhà máy lọc dầu, trong các hệthống đường dẫn dầu nếu có sự cốxảy ra gây thiệt hại rất nhiều vềtài sản, mức độ đáp ứng cho thịtrường bị ảnh hưởng nghiệm trọng, có thểgây thiệt hại cho nền kinh tế. Trong các ngành chếbiến và bảo quản thuỷsản, nếu chất lượng và vệsinh an toàn thực phẩm được đặt lên hàng đầu thì các hệthống cấp đông và giữlạnh phải được duy trì hoạt động ổn định. Trong ngành thuỷ điện cung cấp điện năng cho sửdụng dân dụng và công nghiệp. Trong các đường hầm giao thông nhân tạo, các hệthống thông gió, hệthống kiểm soát nồng độkhí carbon monoxide phải được tự động giám sát và kiểm tra nghiêm ngặt, các thiết bị điều khiển phải được thiết kếvới chất lượng cao đồng thời phải tích hợp phương án dự phòng để đảm bảo hệ thống luôn hoạt động ổn định nhất, nếu có sựcốxảy ra không những gây thiệt hại rất lớn vềtài sản thậm chí còn có cảtính mạng con người. Vì vậy, nghiên cứu các công nghệ ứng dụng trong hệ thống điều khiển tự động, đặc biệt là nghiên cứu xây dựng kỹthuật dựphòng (redundancy) cho hệthống điều khiển tự động là rất cần thiết nhằm đem lại một hệthống điều khiển hoàn chỉnh, hoạt động ổn định, giảm thiểu thời gian chờ sửa chữa các thiết bị hư hỏng.

pdf82 trang | Chia sẻ: tuandn | Ngày: 24/05/2013 | Lượt xem: 2028 | Lượt tải: 7download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Luận văn Tổ chức, lập trình và đánh giá tính Redundancy trong hệ thống điều khiển đa cấp, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 1/82 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA LUẬN VĂN Với sự phát triển của xã hội ngày nay các hệ thống tự động hóa trong công nghiệp ngày càng xâm nhập vào đời sống con người nhiều hơn. Vì vậy, để đáp ứng nhu cầu điều khiển ngày càng cao về chất lượng, ổn định hệ thống là rất quan trọng. Hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu, các hệ thống điều khiển đa cấp được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy, xí nghiệp trên toàn thế giới. Kiểm soát, giám sát và điều khiển được cải tiến, cung cấp các tính năng cơ bản nâng cao hiệu quả và năng suất sản xuất. Nói chung các hệ thống SCADA đáng tin cậy cao. Tuy nhiên, xét trên một khía cạnh thiết kế thường bỏ qua đặc điểm kỹ thuật là redundancy (dự phòng) [7]. Hoặc, nói một cách đơn giản: những gì xảy ra khi hệ thống bị hư hỏng? Hầu hết các máy tính, các bộ điều khiển được thiết kế đáng tin cậy nhưng hư hỏng vẫn xảy ra, đặc biệt khi chúng được sử dụng trong môi trường khắc nghiệt. Nếu một hoặc tất cả các phần tử quan trọng trong hệ thống không hoạt động, thời gian chờ sửa chữa lâu dẫn đến chi phí cao, tính năng redundancy phải được tích hợp vào hệ thống để loại trừ sự cố thiết bị hư hỏng [2]. Các hệ thống điều khiển đa cấp với các tính năng nổi bật đang được áp dụng trong các nhà máy, xí nghiệp trên các dây chuyền công nghệ hiện đại, trên các dây chuyền sản xuất đa dạng, linh hoạt đem lại hiệu quả kinh tế cao. Ví dụ trong các nhà máy lọc dầu, trong các hệ thống đường dẫn dầu nếu có sự cố xảy ra gây thiệt hại rất nhiều về tài sản, mức độ đáp ứng cho thị trường bị ảnh hưởng nghiệm trọng, có thể gây thiệt hại cho nền kinh tế. Trong các ngành chế biến và bảo quản thuỷ sản, nếu chất lượng và vệ sinh an toàn thực phẩm được đặt lên hàng đầu thì các hệ thống cấp đông và giữ lạnh phải được duy trì hoạt động ổn định. Trong ngành thuỷ điện cung cấp điện năng cho sử dụng dân dụng và công nghiệp. Trong các đường hầm giao thông nhân tạo, các hệ thống thông gió, hệ thống kiểm soát nồng độ khí carbon monoxide phải được tự động giám sát và kiểm tra nghiêm ngặt, các thiết bị điều khiển phải được thiết kế với chất lượng cao đồng thời phải tích hợp phương án dự phòng để đảm bảo hệ thống luôn hoạt động ổn định nhất, nếu có sự cố xảy ra không những gây thiệt hại rất lớn về tài sản thậm chí còn có cả tính mạng con người. Vì vậy, nghiên cứu các công nghệ ứng dụng trong hệ thống điều khiển tự động, đặc biệt là nghiên cứu xây dựng kỹ thuật dự phòng (redundancy) cho hệ thống điều khiển tự động là rất cần thiết nhằm đem lại một hệ thống điều khiển hoàn chỉnh, hoạt động ổn định, giảm thiểu thời gian chờ sửa chữa các thiết bị hư hỏng. LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 2/82 Hầm giao thông nhân tạo được sử dụng rộng rãi trên thế giới, ở Việt Nam đã đưa vào sử dụng hầm Hải Vân, tuy nhiên mức độ ô nhiễm rất cao (bài báo đăng ngày …). Ngày nay, đường hầm với lưu lượng lớn của xe lưu thông, đôi khi di chuyển với tốc độ nhanh. Trong môi trường hạn hẹp của một đoạn đường hầm, ngay cả một sự cố nhỏ có thể gây thảm hoạ chết người, mức độ thảm hoạ thậm chí nhanh hơn trên đường cao tốc. Vì lý do này, phải cung cấp thông tin kịp thời, các hệ thống điều khiển phải chính xác và hoạt động với độ tin cậy, ổn định cao. Ở đây, tác giả chọn mô hình là hầm giao thông nhân tạo nhằm tìm hiểu các công nghệ áp dụng trong hệ thống giám sát, điều khiển, đặt biệt là hệ thống dự phòng cho các phần tử chính. Nhằm đem lại sự an toàn, tiện ích cho người lưu thông qua các hầm giao thông. Có nhiều cách tiếp cận, phụ thuộc vào loại thiết bị khác nhau được cung cấp trong hệ thống. Tuỳ mức độ, nhu cầu an toàn cho hệ thống mà chúng ta cần xây dựng cấu các cấu trúc dự phòng phù hợp. 1.2 CÁC CƠ CHẾ VÀ CẤU TRÚC DỰ PHÒNG 1.2.1 Dự phòng cho I/O Server Nhiệm vụ của server: - Thu thập dữ liệu và truyền thông tin tới các PLC. - Để thu thập dữ liệu, các server được kết nối với PLC thông qua mạng công nghiệp. - Các server cung cấp thông tin xử lý đến các client và điều khiển quá trình xử lý. I/O Server (chính) LAN ` ` Hiển thị ứng dụng I/O Server (dự phòng) Hiển thị ứng dụng Hình 1.2.a: cấu trúc dự phòng cho I/O Server Hệ thống gồm 2 máy server được kết nối với nhau và điều khiển các máy LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 3/82 Client. Nếu một trong hai máy server bị hư hỏng hoặc gặp phải sự cố, thì tất cả các máy Client sẽ tự động chuyển đổi từ máy server bị hỏng sang máy server còn lại. Kết quả là tất cả các máy client vẫn luôn luôn hoạt động và được điều khiển bởi máy Server. Máy tính với I/O Server còn lại sẽ đảm nhiệm tất cả điều khiển không ảnh hưởng gián đoạn lên hệ thống. Khi được phục hồi, hệ thống tự động trả lại điều khiển cho server chính và chắc rằng dữ liệu không bị mất. Hình 1.2.b: cấu trúc dự phòng cho I/O Server trong hệ thống đa cấp Hình 1.2.c: Phân tích cấu trúc Redundancy LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 4/82 Trong suốt quá trình hoạt động dữ liệu xử lý được tiến hành song song trên hai server. Mỗi server xử lý kết nối và đồng bộ hóa cho nhau. Dữ liệu xử lý và các thông tin được gửi từ PLC tới cả hai redundant server. Cả hai server tính toán và làm việc một cách độc lập và được đồng bộ hóa cho nhau, nếu một trong hai server bị hỏng, thì server còn lại sẽ đảm nhiệm vai trò điều khiển. Giao tiếp giữa hai redundant server thông qua terminal bus. Chẳng hạn như là một mạng LAN sử dụng giao thức TCP/IP hoặc NetBEUI. Server hỏng: Nếu một server hỏng, cái còn lại sẽ tiếp tục nhận và xử lý dữ liệu từ PLC. Tất cả các máy client sẽ chuyển từ server bị hỏng sang redundant partner server. Sau khi chuyển đổi hệ thống hoạt động bình thường trở lại. 1.2.2 Dự phòng cho đường dẫn dữ liệu Dự phòng cho đường dẫn dữ liệu là một hình thức của dự phòng liên quan đến xác định đường dẫn dữ liệu giữa I/O Server và kết nối với I/O Devices. Bằng cách cung cấp một đường dẫn dữ liệu thứ 2 (song song với đưòng thứ 1), hiệu quả chắc chắn là nếu đường dẫn tới I/O Device hỏng, đường dẫn thứ 2 có thể được sử dụng. Hình 1.3.a: Cấu trúc dự phòng cho đường dẫn dữ liệu. Hoặc có thể dùng dự phòng cho đường dẫn trên mạng như sau, trong trường hợp này, I/O Device luôn được vận hành tốt nếu I/O Server hoặc đường truyền thông bị lỗi. LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 5/82 Đường dẫn dữ liệu dự phòng Đường dẫn dữ liệu chính I/O device I/O Server (chính) LAN I/O Server (dự phòng) ` ` Hình 1.3.b: Cấu trúc dự phòng cho cả đường dẫn và I/O Server. 1.2.3 Dự phòng cho I/O Device Nếu I/O Device được cung cấp theo dạng truyền thông peer-to-peer, cấu trúc redundancy có thể được thiết kế bằng cách dùng gấp đôi I/O Device như sau: Hình 1.4: Cấu trúc dự phòng cho cả hệ thống. LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 6/82 Thuật ngữ Redundancy trong PLC cũng giống như trong máy tính, hai PLC được nối mạng với nhau, cả hai có nhiệm vụ điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống, tuy nhiên một PLC sẽ chờ ở chế độ STANDBY, khi PLC còn lại bị hỏng, PLC này sẽ chuyển từ chế độ STANDBY sang Active và thay thế cho PLC hỏng tiếp tục hoạt động điều khiển hệ thống. 1.2.4 Dự phòng cho mạng LAN Một mạng LAN thứ 2 (local Area Network) để chắc chắn rằng hệ thống hoạt động ổn định khi mạng LAN chính bị hỏng. Hình 1.5: Cấu trúc dự phòng cho mạng LAN. LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 7/82 1.3 XÂY DỰNG CẤU TRÚC DỰ PHÒNG I/O DEVICE VÀ I/O SERVER CHO GIẢI PHÁP HẦM GIAO THÔNG 1.3.1 Nhiệm vụ của luận văn • Tìm hiểu các cơ chế, cấu trúc và nguyên lý dự phòng trong hệ thống điều khiển tự động. • Xây dựng và sử dụng các công nghệ truyền thông công nghiệp: mạng MPI, Profibus, Ethernet. • Xây dựng cơ chế, cấu trúc liên kết mạng và giải thuật lập trình phần mềm để dự phòng cho: o I/O Server o I/O Device • Tìm hiểu công nghệ, giải pháp cho điều khiển/giám sát hầm giao thông, mô hình hoá hầm giao thông nhân tạo. Đánh giá các tính năng dự phòng trên mô hình này. 1.3.2 Các vấn đề khó khăn  Khó khăn về phương pháp (cách tiếp cận) : Để dự phòng cho hệ thống tự động hoá, các hãng sản xuất thường thiết kế 02 cách đó là dự phòng bằng phần mềm và dự phòng bằng phần cứng. Dự phòng bằng phần cứng là thiết bị khi sản xuất đã tích hợp sẵn tính năng này, chỉ cần khai báo trong khi cài đặt phần cứng là hoàn thành. Tuy nhiên, các thiết bị này rất đắt tiền. Còn dự phòng bằng phần mềm là khi thiết kế cấu hình phải theo đúng quy định về phần cứng của nhà sản xuất và phải mua các các gói phần mềm đi kèm riêng. Vì vậy, nếu muốn sử dụng gói này thì phải thay đổi cấu hình phần cứng cho phù hợp dẫn tới khó khăn trong nghiên cứu và thực hiện.  Khó khăn về tốc độ thực thi và phần cứng của hệ thống: Việc lựa chọn cách giải quyết sao cho đạt kết quả yêu cầu đặt ra và phù hợp với thiết bị hiện có. Tuy nhiên, do thiết bị còn hạn chế cho nên việc thiết kế chưa được tối ưu, tốc độ truyền thông còn chậm và chưa đồng nhất với nhau chỉ mới đáp ứng được vấn đề cơ chế và vận hành. Các thiết bị dùng cho hầm giao thông nhân tạo chưa đúng với yêu cầu thực tế, chỉ đáp ứng về mô hình mô phỏng, chẳng hạn là phải dùng một biến trở để chỉnh điện áp thay đổi để mô phỏng thay thế cảm biến đo nồng độ carbon monoxide. LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 8/82  Giải quyết khó khăn: Từ những khó khăn trên, học viên lựa chọn các thiết bị hiện có tại phòng thí nghiệm của đơn vị đang công tác. Thiết kế cấu hình dự phòng với cấu trúc liên kết bằng 03 kiểu truyền thông khác nhau: MPI, Profibus, Ethernet và sử dụng các cảm biến, các đèn LED hiện có để xây dựng mô hình mô phổng. Đồng thời, xây dựng cơ chế dự phòng bằng mềm và lập trình phần mềm cho tính năng này. 1.3.3 Phạm vi thực hiện - Về lý thuyết: các cơ chế và cấu trúc dự phòng của các hãng sản xuất thiết bị tự động hoá, các kỹ thuật mạng truyền thông công nghiệp của hãng Siemens. - Về ứng dụng: xây dựng cấu hình dự phòng cho I/O Device và I/O Server trong hệ thống điều khiển. - Điều kiện thực hiện: có các bộ PLC S7-300 với CPU 315-2DP, 02 mô đun Ethernet, 01 mô đun vào ra số, 01 mô đun vào ra tương tự, 01 biến tần. - Đối tượng: mô hình hầm giao thông nhân tạo. 1.3.4 Dự kiến các lĩnh vực ứng dụng của đề tài Qua kết quả tìm hiểu và nghiên cứu, tác giả đã tìm hiểu tổng quát các cơ chế và cấu trúc Redundancy trong hệ thống điều khiển đa cấp. Đặc biệt tổ chức, lập trình và đánh giá tính: • Redundancy cho I/O Server dùng phần mềm Vijeo Citect của hãng Schneider. • Redundancy cho I/O Device dùng PLC S7-300 của hãng Siemens. Kết quả của luận văn có thể được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy, xí nghiệp cần tính ổn định, cần tính hoạt động liên tục như: • Nhà máy lọc dầu • Nhà máy điện, • Nhà máy nước, • Các trạm phát tín hiệu thông tin liên lạc, • Các nhà máy đông lạnh và bảo quản thực phẩm, thuỷ sản, … LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 9/82 Đặc biệt, với một số giải pháp và công nghệ có thể áp dụng vào giám sát và điều khiển cho đường hầm giao thông nhân tạo như: • Hệ thống chiếu sáng. • Hệ thống đèn tín hiệu giao thông. • Hệ thống thông gió. • Hệ thống kiểm soát nồng độ khí carbon monoxide, lưu trữ và cảnh báo. • Hệ thống đếm và lưu trữ lưu lượng xe lưu thông. 1.3.5 Bố cục và nội dung của luận văn Với nhiệm vụ thực hiện luận văn trên, bố cục của luận văn gồm 5 chương: Chương 1: Giới thiệu tổng quan Giới thiệu khái quát một số cơ chế và cấu trúc của tính Redundancy trong hệ thống điều khiển đa cấp, dự kiến các lĩnh vực ứng dụng của đề tài trong thực tế, mục đích nghiên cứu, nhiệm vụ đề tài, phạm vi thực hiện và nội dung tóm lược của luận văn. Chương 2: Kỹ thuật redundancy trong tự động hoá Các khái niệm về dự phòng, các công nghệ dự phòng của các hãng sản xuất thiết bị tự động hoá. Tìm hiểu, khai báo và sử dụng công nghệ mạng truyền thông công nghiệp Simatic Net như: mạng MPI, Profibus, Ethernet. Chương 3: Tổ chức xây dựng cấu trúc dự phòng cho I/O Device và I/O Server Xây dựng giải thuật lập trình phần mềm, cơ chế phát hiện lỗi của CPU Chính, giải thuật đồng bộ hoá dữ liệu giữa 02 CPU. Xây dựng cấu trúc liên kết mạng dự phòng cho: o I/O Server o I/O Device Chương 4: Đánh giá tính dự phòng trên mô hình hâm giao thông Phân tích các giải pháp công nghệ cho hầm giao thông nhân tạo, xây dựng mô hình hầm giao thông với các chức năng:  Hệ thống chiếu sáng  Hệ thống đèn tín hiệu giao thông LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 10/82  Hệ thống thông gió  Hệ thống SCADA Đánh giá kết quả thực nghiệm trên từng hệ thống của mô hình hầm giao thông. Chương 5: Kết luận Phân tích, đánh giá các kết quả đã thực hiện được. Rút ra những vấn đề chưa thực hiện được của luận văn và hướng phát triển của đề tài. LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 11/82 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT REDUNDANCY TRONG TỰ ĐỘNG HOÁ 2.1 CÁC KỸ THUẬT DỰ PHÒNG Redundancy là một thuật ngữ chuyên ngành mà chúng ta hay gọi là sự dự phòng, nó được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, nhiều trong nghành công nghiệp máy tính, mạng và các thiết bị khả lập PLC. Như vậy muốn thiết bị có thể Redundancy thì trước hết chúng ta phải tạo liên kết mạng cho chúng. Dự phòng cho hệ thống tự động có thể được thực hiện thông qua 03 phương pháp: dự phòng lạnh, dự phòng ấm và dự phòng nóng. 2.1.1 Dự phòng lạnh: • Định nghĩa: Là sự dự phòng mà thời gian đáp ứng được quan tâm tối thiểu, và có thể cần sự can thiệp của người vận hành. • Cơ chế: Thiết kế hoặc chế tạo sẳn một mô đun, một chi tiết (tạm gọi là phụ tùng thay thế) hay một hệ thống tương tự với hệ thống đang vận hành. Nếu có sự cố hoặc cần sửa chữa, bảo trì thì người vận hành kỹ thuật lập tức thay thế cái mới, do đó không tốn nhiều thời gian phả chờ đợi. • Ví dụ áp dụng: Điều khiển hai băng tải bằng hai bảng điều khiển riêng biệt. Nếu một băng tải không hoạt động, người vận hành có thể dùng băng tải còn lại để tiếp tục hoạt động của hệ thống. Trong ví dụ này, sự hư hỏng của băng tải thứ nhất có thể dẫn đến sự tích lũy của sản phẩm, tuy nhiên tùy theo yêu cầu mà có thể chấp nhận được. Hình 2.1: công đoạn vận chuyển sản phẩm LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 12/82 • Ưu/khuyết điểm: Phương án dự phòng này chỉ áp dụng đối với những hệ thống mà khi có sự cố xảy ra không ảnh hưởng nhiều đến tính nguy hiểm, tính an toàn, sản phẩm không bị hư hỏng khi phải chờ một thời gian để bảo trì và thay thế. Tuy nhiên, khi thời gian là quan trọng thì dự phòng ấm hoặc nóng là phương án lựa chọn tốt hơn. 2.1.2 Dự phòng ấm • Định nghĩa: Dự phòng ấm được sử dụng khi thời gian chờ là quan trọng nhưng phải mất một thời gian tạm thời thì vẫn còn chấp nhận được. Trong tình huống này, một bơm tạm thời có thể được mong đợi. Trong suốt quá trình bơm, các van, động cơ và các thiết bị khác có thể dừng tạm thời, và các cảm biến có thể không phản hồi tín hiệu về PLC trong suốt quá trình hoạt động liên tục. • Cơ chế: Hệ thống dự phòng ấm thường có hai bộ vi xử lý kết nối trong một cấu hình chính và dự phòng. Bộ xử lý chính của hệ thống điều khiển các tín hiệu ngỏ vào và ngỏ ra, trong khi bộ xử lý phụ được cấp nguồn và chờ cho bộ xử lý chính không điều khiển quá trình. Khi xảy ra sự cố, bộ xử lý phụ đảm nhận điều khiển các tín hiệu ngỏ vào/ngỏ ra và trở thành bộ xử lý chính, cho phép bộ xử lý chính thành bộ xử lý thứ cấp và có thể được bảo trì mà không mất quyền kiểm soát quá trình. Trong quá trình vận hành bình thường, bộ xử lý chính cung cấp định kỳ để cập nhật cho bộ xử lý chờ. Những thông tin cập nhật thường được xảy ra vào cuối của mỗi vòng quét chương trình và có thể chỉ liên quan của một phần dữ liệu tại bất kỳ thời gian nào. Do đó, khi quá trình chuyển đổi xảy ra, bộ xử lý phụ có thể làm việc với dữ liệu không đầy đủ tại vì nó mất một vài chu kỳ quét chương trình để bắt kịp quá trình chuyển đổi. Điều đó góp phần không liên tục trong quá trình chuyển đổi giữa các bộ xử lý trong quá trình điều khiển. • Ví dụ áp dụng: Hình 2.2: các trạm bơm LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 13/82 • Ưu/khuyết điểm: Từ một khía cạnh phần cứng, hệ thống dự phòng ấm và nóng hầu như giống hệt nhau, và có thể dễ dàng nhầm lẫn khi nhìn vào dữ liệu cung cấp của các nhà nhà sản xuất. 2.1.3 Dự phòng nóng • Định nghĩa: Dự phòng nóng được dùng khi quá trình vận hành không được dừng dưới bất kỳ trường hợp nào. Có những ứng dụng có thể không yêu cầu dự phòng nóng nhưng để có tính liên tục cao thì dự phòng nóng là rất cần thiết. • Cơ chế: Như đã nêu ở trên, việc bố trí hệ thống dự phòng nóng thì hầu như giống với hệ thống dự phòng ấm. Tuy nhiên, hệ thống dự phòng nóng cung cấp chuyên đổi liên tục của các tín hiệu I/O trong suốt quá trình chuyển đổi từ bộ xử lý chính sang phụ. • Ví dụ áp dụng: Hình 2.3: các van điều khiển lưu lượng • Ưu/khuyết điểm: Dự phòng nóng được áp dụng đối với những hệ thống cần phản ứng nhanh đối với các sự cố. Tuy nhiên, mức độ đầu tư ban đầu sẽ tốn chi phí nhiều hơn. Sử dụng phương án dự phòng này cho những hệ thống cần thiết sự ổn định, xác suất xảy ra hư hỏng có thể giảm đến mức thấp nhất. Đem lại sự an toàn và đảm bảo lien tục cho người sử dụng. LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 14/82 2.2 KỸ THUẬT DỰ PHÒNG CỦA CÁC HÃNG SẢN XUẤT THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HOÁ 2.2.1 Hệ thống dự phòng của hãng Schneider Modicon Premium “chính” “CPU Sysc” link Modicon Premium “dự phòng” Hình 2.4.a: kết nối giữa hai CPU Hệ thống dự phòng được giới thiệu bởi hãng Schneider, hệ thống vận hành tự động này dựa trên PLC Modicon Premium. Với tính năng phát hiện các sự cố trong các trường hợp sau:  Bộ xử lý trung tâm và chức năng truyền thông.  Tất cả các phần lien quan đến hệ thống I/O. Cấu trúc này dựa trên nguyên lý dự phòng “Primary/Stanby” với đầy đủ tính năng dự phòng của bộ xử lý trung tâm và các chức năng truyền thông, được dùng chia sẽ I/O trên mạng Ethernet Modbus/TCP, đường kết nối Modbus. Ví dụ các khu vực áp dụng:  Quản lý kỹ thuật tập trung của các khu công cộng (đường hầm giao thông, sân bay, các tín hiệu điều khiển,…)  Điều khiển/giám sát xử lý nước thải hoặc các trạm cung cấp nước.  Quản lý kỹ thuật điện năng.  Hệ thống thuỷ điện.  .v/v, … Nguyên tắc: Tại hệ thống điều khiển trung tâm, có hai Modicon Premium được gọi là “Primary” PLC và “Stanby” PLC. Cấu hình phần cứng và phần mềm phụ thuộc vào các module trên mỗi thanh ray. Chủng loại của hai vi xử lý (TSX H57 24M và TSX H57 44M) được thiết kế đặc biệt cho cấu trúc dự phòng nóng với phần mềm Unity Pro (phiên bản cao hơn 3.1). Cấu hình vi xử lý hai nhân được kết LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 15/82 hợp với chức năng của một CPU và vi xử lý phối hợp cho dự phòng cùng một thời điểm. Với bộ “Primary” PLC: o Thực hiện chương trình ứng dụng và quản lý I/O, gồm các phần:  Thiết bị trường trên mạng Ethernet được quản lý bởi kỹ thuật quét I/O.  Thiết bị trường trên các đường kết nối Modbus.  Cảm biến và các cơ cấu chấp hành kết nối với các module Premium I/O trên bus X với cấu hình thanh ray đơn. o Bảo vệ chuyển dữ liệu an toàn thông qua đường kết nối “CPU Sync” đến “Stanby” PLC tại bắt đầu mỗi chu kỳ quét. Hình 2.4.b: cấu trúc liên kết mạng đặc trưng LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 16/82 Trong tình huống xảy ra lỗi ảnh hưởng đến “Primary” PLC, hệ thống chờ chuyển đổi điều khiển tự động ngay lập tức, tiếp tục thực hiện chương trình và điều khiển các tín hiệu I/O được chuyển sang “Stanby” PLC trong 1.5 chu kỳ, với dữ liệu được cập nhật. Khi đã chuyển đổi, “Stanby” PLC trở thành “Primary” PLC, khi lỗi trên PLC đã được sửa chữa và được kết nối lại vào hệ thống chờ, nó đóng vai trò là “Stanby” PLC. Cấu trúc tiêu biểu Hình 2.4.c: cấu trúc tiêu biểu LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 17/82 Hệ thống I/O của Premium PLCs với thiết bị điều khiển dự phòng nóng TSX H57 24M/44M được xác định bởi các thiết bị trường và thiết bị trên mạng Ethernet Modbus/TCP. Cấu trúc liên kết mạng Ethernet cho kết nối Ethernet Modbus/TCP trên PLCs được phân phối dạng bus hoặc vòng

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfNoi dung chinh.pdf
  • pdfBia_LV.pdf
  • pdfMuc luc.pdf
Luận văn liên quan