Tài liệu Tổ chức, lập trình và đánh giá tính (redundancy trong hệ thống điều khiển đa cấp)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA _____o0o_____ PHẠM PHÚ THỌ ĐỀ TÀI TỔ CHỨC, LẬP TRÌNH VÀ ĐÁNH GIÁ TÍNH REDUNDANCY TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐA CẤP CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA LUẬN VĂN THẠC SỸ Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2009 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học: Tiến Sĩ Trương Đình Châu (ghi rõ họ tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1:.................................................................... (ghi rõ họ tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2:.................................................................... (ghi rõ họ tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sỹ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SỸ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày ….tháng ……. năm 20…... TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ---------------- CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc ---oOo--Tp. HCM, ngày . . . . . tháng . . . . . năm 20 . . . NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: PHẠM PHÚ THỌ Giới tính : Nam / Nữ Ngày, tháng, năm sinh : 04-01-1980 Nơi sinh: BẾN TRE Chuyên ngành : TỰ ĐỘNG HÓA Khoá (Năm trúng tuyển) : 2006 1- TÊN ĐỀ TÀI: TỔ CHỨC, LẬP TRÌNH VÀ ĐÁNH GIÁ TÍNH REDUNDANCY TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐA CẤP 2- NHIỆM VỤ 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: I/O Device và I/O Server. • 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. 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 22-06-2009 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30-11-2009 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Tiến Sĩ Trương Đình Châu Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) LỜI CẢM ƠN --------------oOo-------------Trước tiên, xin chân thành cảm ơn sự quan tâm hỗ trợ, tạo điều kiện và hết lòng động viên về tinh thần lẫn vật chất của các thành viên trong gia đình trong suốt thời gian qua. Đồng thời cảm ơn thầy Trương Đình Châu đã gợi mỡ, quan tâm và tạo thuận lợi cho bản thân học viên trong suốt thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp này. Bên cạnh đó, xin chuyển lời cảm ơn đến: - Thầy Trần Văn Hải, Hiệu Trưởng của trường, nơi học viên đang công tác đã tạo điều kiện về thời gian, hỗ trợ học phí cũng như các điều kiện thuận lợi khác đễ học viên hoàn thành chương trình cao học này. Ngoài ra, học viên cũng xin gởi lời cảm ơn đến tất cả những thầy cô đã trực tiếp giảng dạy trong suốt khoá học, những đồng nghiệp đã chia sẽ khó khăn, những người bạn đã quan tâm, động viên và luôn giữ mối liên lạc tốt trong quá trình học tập và rèn luyện vừa qua. TÓM TẮT ----------oOo--------Luận văn đề cập quá trình xây dựng và kiểm chứng tính dự phòng cho I/O Device và I/O Server. Các hãng sản xuất thiết bị tự động hoá đưa ra các giải pháp là dự phòng phần cứng và dự phòng phần mềm, đồng thời đưa ra các cấu hình liên kết mạng và gói phần mềm đi kèm. Học viên đã xây dựng cấu trúc liên kết mạng dự phòng cho I/O Device dựa trên các công nghệ truyền thông công nghiệp của hãng Siemens như MPI, Profibus, Ethernet. Thiết lập giải thuật lập trình phần mềm, cơ chế xác định lỗi, cơ chế đồng bộ hoá dữ liệu và cơ chế dự phòng cho CPU chính. Xây dựng cấu trúc liên kết mạng dự phòng cho I/O Server qua mạng LAN, khai báo cấu hình phần cứng, cấu hình giao tiếp với các I/O Device. Xây dựng mô hình mô phỏng hầm giao thông, kiểm chứng và đánh giá các tính dự phòng cho I/O Device và I/O Server trên các đối tượng điều khiển dạng số và tương tự. Đối với các hàm điều khiển liên tục và tốc độ cao cần có thiết bị để thử nghiệm, đánh giá để xây dựng giải thuật dự phòng tốt hơn, tín hiệu điều khiển sẽ liên tục, đáp ứng yêu cầu về tốc độ của hệ thống. Khi đó, các cấu trúc dự phòng này sẽ hữu ích hơn, ứng dụng nhiều hơn trong lĩnh vực tự động hoá. ABSTRACT ----------oOo--------- The topic discussed the process of building and verified backup computer for I/O Device and I/O Server. Manufactures equipment automation solutions offer a backup hardware and backup software, and make networking configuration and software packages included. Students have built structures that link the network to reserve I/O Device based on communication technology industry as the Siemens MPI, Profibus, Ethernet. Setting up the software algorithms and mechanisms identified errors, the mechanism of data synchronization and backup mechanism for the main CPU. Structured network link redundancy for I/O Server through the LAN, declare hardware configuration, the configuration interface for I/O Device. Build simulation models traffic tunnels, verify and assess the reserve calculation for I/O Device and I/O Server on the subjects of digital and analog control. For continuous control functions and high-speed equipment needed to test and evaluate algorithms to build a better backup, control signals will continue to meet the speed requirements of the system. Meanwhile, the reserve structure will more useful, more applications in the field of automation. MỤC LỤC Chương 1: Giới thiệu tổng quan 1.1. Tính cấp thiết của luận văn ...................................................................... 1 1.2. Các cơ chế và cấu trúc dự phòng ............................................................... 2 1.2.1. Dự phòng cho I/O Server ............................................................... 2 1.2.2. Dự phòng cho đường dẫn dữ liệu ................................................... 4 1.2.3. Dự phòng cho I/O Device .............................................................. 5 1.2.4. Dự phòng cho mạng LAN .............................................................. 6 1.3. Xây dựng cấu trúc dự phòng cho I/O Server và I/O Device cho giải pháp hầm giao thông ......................................................................................... 7 1.3.1. Nhiệm vụ của luận văn ................................................................... 7 1.3.2. Những vấn đề khó khăn ................................................................. 7 1.3.3. Phạm vi thực hiện .......................................................................... 8 1.3.4. Dự kiến các lĩnh vực ứng dụng của đề tài ....................................... 8 1.3.5. Bố cục và nội dung của luận văn .................................................... 9 Chương 2: Kỹ thuật Redundancy trong tự động hoá 2.1. Các kỹ thuật dự phòng ............................................................................. 11 2.1.1. Dự phòng lạnh ............................................................................... 11 2.1.2. Dự phòng ấm ................................................................................. 12 2.1.3. Dự phòng nóng .............................................................................. 13 2.2. Kỹ thuật dự phòng của các hãng sản xuất thiết bị tự động hoá .................. 14 2.2.1. Hệ thống dự phòng của hãng Schneider ......................................... 14 2.2.2. Hệ thống dự phòng của hãng Omron............................................... 23 2.2.3. Hệ thống dự phòng của hãng Allen Bradley .................................. 25 2.2.4. Hệ thống dự phòng của hãng Mitsubishi ........................................ 28 2.2.5. Hệ thống dự phòng của hãng Siemens ............................................ 31 2.3. Mạng truyền thông công nghiệp Simatic Net ............................................ 35 2.3.1. Mạng MPI ...................................................................................... 35 2.3.2. Mạng Profibus ............................................................................... 36 2.3.3. Mạng Ethernet ............................................................................... 38 2.4. Kết luận .................................................................................................... Chương 3: Tổ chức, xây dựng cấu trúc dự phòng 3.1. Xây dựng cấu trúc dự phòng cho I/O Device ............................................ 39 3.1.1. Giải thuật lập trình phần mềm ........................................................ 39 3.1.2. Cấu trúc liên kết mạng dự phòng của hãng Siemens........................ 40 3.1.3. Các khối OB báo lỗi trong PLC S7-300 và S7-400 ......................... 43 3.1.4. Xây dựng cấu trúc liên kết mạng dự phòng cho I/O Device ............ 44 3.1.5. Xây dựng cơ chế xác định lỗi bằng phần mềm ............................... 45 3.1.6. Truyền thông giữa các khối CPU ................................................... 47 3.1.7. Xây dựng cơ chế đồng bộ hoá dữ liệu ............................................ 52 3.1.8. Tóm lược quá trình xây dựng cơ chế dự phòng cho I/O Device ...... 53 3.2. Xây dựng cấu trúc dự phòng cho I/O Server ............................................. 54 3.2.1. Cấu trúc liên kết mạng dự phòng cho I/O Server ............................ 54 3.2.2. Khai báo cấu hình giao tiếp dữ liệu OPC ........................................ 55 3.2.3. Khai báo cấu hình I/O Server ở chế độ thường trực ........................ 56 3.2.4. Khai báo cấu hình mạng LAN ........................................................ 56 3.2.5. Tóm lược quá trình xây dựng cơ chế dự phòng cho I/O Server ....... 57 Chương 4: Đánh giá tính dự phòng trên mô hình hầm giao thông 4.1. Giới thiệu về các đường hầm giao thông .................................................. 58 4.1.1. Nhu cầu về giao thông .................................................................... 58 4.1.2. Các đặc tính kỹ thuật của hầm giao thông nhân tạo ........................ 59 4.2. Ý tưởng xây dựng giải pháp và thực hiện ................................................. 61 4.2.1. Hệ thống chiếu sáng ....................................................................... 63 4.2.2. Hệ thống đèn tín hiệu giao thông .................................................... 63 4.2.3. Hệ thống thông gió ......................................................................... 64 4.2.4. Hệ thống SCADA .......................................................................... 66 4.2.5. Mô hình phần cứng hoàn chỉnh ...................................................... 68 4.3. Kết luận .................................................................................................... 69 Chương 5: Kết luận 5.1. Kết quả thử nghiệm và phân tích .............................................................. 70 5.1.1 Kết quả thử nghiệm ...................................................................... 70 5.1.2 Nhận xét và phân tích kết quả đạt được ......................................... 70 Ưu điểm ....................................................................................... 70 Nhược điểm ................................................................................. 70 5.2. Kết quả đạt được và ý nghĩa ..................................................................... 71 5.3 Hướng phát triển ....................................................................................... 71 5.4 Kết luận .................................................................................................... 72 Tài liệu tham khảo ............................................................................... 73 Phụ lục ......................................................................................................... 74 Lý Lịch trích ngang ...................................................................................... 82 Danh mục các hàm, ký hiệu, từ viết tắt • Ký hiệu • Từ viết tắt - LAN: Local Area Network - SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition - PLC: Programmable Logic Controller - TCP/IP: Transmission Control Protocol/Internet Protocol - RTC: Real Time Clock - FPT: File Transfer Protocol - HTTP: HyperText Transfer Protocol - ISO/OSI: International Standardization Organisation/ Open System Interconnection. - Mạng MPI: multi point interface - AS-I: Actuator Sensor Interface - OPC: OLE for Process Control - RJ45: Registered Jack 45 - Profibus - DP: Decentralize Periphery - fast data exchange - Profibus - PA: Process Automation - intrinsically safe environment - Profibus - FMS: Fieldbus Message Specification - peer to peer communication - OLE: Object Linking and Embedding 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: 1/82 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. Hiển thị ứng dụng ` Hiển thị ứng dụng ` LAN I/O Server (chính) I/O Server (dự phòng) 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: 2/82 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: 3/82 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: 4/82 LAN I/O Server (chính) ` I/O Server (dự phòng) ` Đường dẫn dữ liệu chính Đường dẫn dữ liệu dự phòng I/O device 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: 5/82 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: 6/82 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: 7/82
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: 8/82 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: 9/82  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: 10/82