Scada For Industrial

Sky Control Blog Thaân Chaøo caùc baïn ñoïc giaû quyù meán. Mục lục Lời nói đầu 1. Cơ sở về SCADA .............................................................. 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 1.9.

Giới thiệu và tóm tắt lịch sử của SCADA ...............................................................1 Các yếu tố cơ bản của SCADA hiện đại ..................................................................2 Phần cứng SCADA...................................................................................................4 Phần mềm SCADA...................................................................................................5 Đi dây cho SCADA .................................................................................................6 SCADA và mạng nội bộ (LAN) ...............................................................................7 Modem sử dụng trong hệ thống SCADA .................................................................7 Ví trí đặt trạm máy tính và sử lý sự cố .....................................................................8 Sự bổ xung đầy đủ hệ thống .....................................................................................9.

2. Hệ thống SCADA , phần cứng và phần dẻo(firmware). ......... 11 2.1. Giới thiệu ..................................................................................................................11 2.2. So sánh các hệ thống SCADA,DCS,PLC và thiết bị thông minh khác ....................12 2.2.1. Hệ thống SCADA ..........................................................................................12 2.2.2. Hệ điều khiển phân tán (distributed control system) DCS ............................15 2.2.3. Bộ điều khiển logic lập trình được (Programmable logic controller (PLC) ..15 2.2.4. Thiết bị thông minh( smart intrument)...........................................................16 2.2.5. Sự xem xét và lợi ích của hệ thống SCADA .................................................17 2.3. Đơn vị điều khiển đầu cuối (RTU) ...........................................................................17 2.3.1. Điều khiển quá trình (process control ) hoặc cpu ..........................................19 2.3.2. Modules đầu váo tương tự (AI) .....................................................................19 2.3.3. Modul đầu vào tương tự điển hình.................................................................26 2.3.4. Ra tương tự (AO) ...........................................................................................27 2.3.5. Vào rời rạc (DI)..............................................................................................28 2.3.6. Bộ cộng hoặc tích lũy ngõ vào số .................................................................29 2.3.7. Modul đầu ra số ............................................................................................31 2.3.8. Kết hợp modul tương tự và số ......................................................................33 2.3.9. Giao diện truyền thông ..................................................................................33 2.3.10. Modul cấp nguồn cho RTU............................................................................33 2.3.11. Môi trường của RTU......................................................................................33 2.3.12. Kiểm tra và bảo dưỡng..................................................................................34 2.3.13. Những yêu cầu tiêu biểu cho một hệ thống RTU ..........................................35 2.4. Chương trình ứng dụng ...........................................................................................36 2.5. PLCs sử dụng như RTUs ..........................................................................................36 2.5.1. Phầm mềm PLC .............................................................................................37 2.5.2. Quy tắc cơ bản của ladder – logic..................................................................38 2.5.3. Sự khác biệt giữa ladder –logic và lệnh.........................................................40 2.6. Trạm chủ...................................................................................................................46 2.6.1. Phần mềm trạm chủ .......................................................................................48 2.6.2. Phần mềm hệ thống SCADA .........................................................................48 Published By : Löu Anh Tình Contact to : [email protected] Phone : 0984 708 891 Mr Tình Add : 139/26 Phan Chu Trinh – F2 – TP. Vuõng Taøu.

1

Sky Control Blog Thaân Chaøo caùc baïn ñoïc giaû quyù meán. 2.6.3. Mạng nội bộ (LAN) .......................................................................................48 2.6.4. Ethernet ..........................................................................................................49 2.6.5. Token ring LANs ...........................................................................................51 2.6.6. Token bus network.........................................................................................52 2.7. Khả năng và đội tin cậy của hệ thống ......................................................................52 2.7.1. Định hình cấu trúc dự phòng cho trạm chủ....................................................53 2.8. Kiến trúc truyền thông và luận lý .............................................................................54 2.8.1. Kiến trúc truyền thông ...................................................................................54 2.8.2. Truyền dẫn luận lý .........................................................................................56 2.8.3. Polled (master slave) .....................................................................................56 2.8.4. Hệ thống CSMA/CD .....................................................................................59 2.9. Các điểm chính trong định hình của trạm chủ .........................................................61’

3. Phần mềm và giao thức SCADA.....................................64 3.1. Giói thiệu ..................................................................................................................64 3.2. Các thành phần của một hệ thống SCADA ..............................................................64 3.2.1. Đặc điểm của phím SCADA..........................................................................65 3.3. Khối phần mềm SCADA .........................................................................................67 3.3.1. Hệ thống dự phòng.........................................................................................70 3.3.2. Hệ thống đáp ứng thời gian............................................................................72 3.3.3. Khả năng mở rộng của hệ thống ....................................................................72 3.4. Giao thức SCADA chuyên dụng ..............................................................................72 3.4.1. Giới thiệu giao thức ......................................................................................73 3.4.2. Bộ chuyền thông tin .......................................................................................74 3.4.3. Giao thức Đường dẫn điều khiển cấp cao (HDLC) .......................................78 3.4.4. Định dạng giao thức CSMA/CD ...................................................................80 3.4.5. Hoạt động tiêu chuẩn .....................................................................................81 3.5. Phát hiện lỗi ..............................................................................................................82 3.5.1. Nguyên nhân của lỗi ......................................................................................83 3.5.2. Điều khiển phản hồi lỗi..................................................................................84 3.6. Giao thức mạng phân tán ..........................................................................................87 3.6.1. Giới thiệu .......................................................................................................87 3.6.2. Khả năng giao tiếp ........................................................................................87 3.6.3. Chuẩn mở.......................................................................................................87 3.6.4. IEC và IEEE...................................................................................................88 3.6.5. SCADA ..........................................................................................................88 3.6.6. Phát triển .......................................................................................................88 3.6.7. Lớp vật lý .......................................................................................................88 3.6.8. Topologies vật lý ...........................................................................................88 3.6.9. Module ...........................................................................................................89 3.6.10. Lớp datalink ...................................................................................................92 3.6.11. Lớp vận chuyển (pseudo – tranport) .............................................................96 3.6.12. Lớp ứng dụng ................................................................................................97 3.6.13. Kết luận( conclusion) ....................................................................................97. 3.7. Kỹ thuật mới trong hệ thống SCADA ......................................................................97 3.7.1. Sự cải tiến nhanh chóng trong kỹ thuật mạng LAN cho trạm chủ ...............97 Published By : Löu Anh Tình Contact to : [email protected] Phone : 0984 708 891 Mr Tình Add : 139/26 Phan Chu Trinh – F2 – TP. Vuõng Taøu.

2

Sky Control Blog Thaân Chaøo caùc baïn ñoïc giaû quyù meán. 3.7.2. Giao diện người máy......................................................................................97 3.7.3. Đơn vị điều khiển đầu cuối ............................................................................98 3.7.4. Truyền thông .................................................................................................98 3.8. 12 quy tắc vàng ........................................................................................................98

4. Nôi dây ..............................................................................100 4.1. 4.2. 4.3. 4.4.

Gới thiệu ..................................................................................................................100 Cơ bản về cables .......................................................................................................100 Định nghĩa về nhiễu và tiếng ồn trong cable ............................................................101 Nguồn gốc của nhiễu và tiếng ồn trong cabless .......................................................101 4.4.1. Sự tích tụ tĩnh điện.........................................................................................103 4.4.2. Sự tích tụ lực từ..............................................................................................104 4.4.3. Sự tích tụ trở kháng .......................................................................................105 4.5. Phương pháp tiến hành giảm nhiễu và ồn trong cables ............................................107 4.5.1. Tấm chắn và đôi dây xoắn .............................................................................107 4.5.2. Khoảng cách cables........................................................................................108 4.5.3. Khoảng cách tray ...........................................................................................110 4.5.4. Tiếp đất và yêu cầu tiếp đất ..........................................................................111 4.5.5. Vùng đặc trưng để tập chung vào ..................................................................111 4.6. Các loại cables ..........................................................................................................112 4.6.1. Hai đường dây hở...........................................................................................114 4.6.2. Cặp dây xoắn..................................................................................................114 4.6.3. Cable đồng trục ..............................................................................................116 4.6.4. Cables quang..................................................................................................116 4.6.5. Lý thuyết hoạt động .......................................................................................116 4.6.6. Kiểu truyền thống ..........................................................................................118 4.6.7. Kiểu chuyên dụng ..........................................................................................120 4.6.8. Nối cables.......................................................................................................120 4.6.9. Sự giới hạn của cable .....................................................................................121 4.7. Bí mật về cable của chúng ta ....................................................................................121 4.7.1. Cable điện thoại chất lượng ...........................................................................121 4.7.2. Chất lượng dữ liệu đôi dây xoắn ...................................................................122 4.7.3. Cable mạng LAN ...........................................................................................122 4.7.4. Bộ dồn kênh ( quản lý băng tần)....................................................................122 4.7.5. Đánh giá chất lượng cable đống hiện hành...................................................125 4.8. Mạng cung cấp dịch vụ công cộng ...........................................................................125 4.9. chuyển mạch đường điện thoại ...............................................................................126 4.9.1. Tổng quan ......................................................................................................126 4.9.2. Kĩ thuật chi tiết...............................................................................................126 4.9.3. Xung DC ........................................................................................................128 4.9.4. Hai giọng nhiều tần số song song - DTMF 128............................................128 4.10. ............................................................................................. Buộc đường dây tương tự ............................................................................................128 4.10.1. Giới thiệu ...............................................................................128 4.10.2. Bốn dây E&M buộc trên đường.............................................129 4.10.3. Hai dây tín hiệu buộc trên đường...........................................130 4.10.4. Bốn dây buộc trực tiếp...........................................................131 3 Published By : Löu Anh Tình Contact to : [email protected] Phone : 0984 708 891 Mr Tình Add : 139/26 Phan Chu Trinh – F2 – TP. Vuõng Taøu.

Sky Control Blog Thaân Chaøo caùc baïn ñoïc giaû quyù meán. 4.10.5. Hai dây buộc trực tiếp............................................................131 4.11. ............................................................................................. Cung cấp dữ liệu tương tự.............................................................................................131 4.11.1. Giới thiệu ..............................................................................132 4.11.2. Cấu hình point to point .........................................................132 4.11.3. Point to mutilpoint .................................................................132 4.11.4. Digital point ( điểm rời rạc) ...................................................133 4.11.5. Chuyển mạch mạng cung cấp dữ liệu ....................................134 4.11.6. Đường dây cung cấp dữ liệu chuyên dụng.............................134 4.11.7. Thông tin mở rộng .................................................................135 4.12. ............................................................................................. Dịch vụ dữ liệu rời rạc .....................................................................................................135 4.12.1. Tổng quan ..............................................................................135 4.12.2. Sự chỉ dẫn chi tiết ..................................................................135 4.13. Khối dịch vụ chuyển mạch 136 4.13.1. Giới thiệu 136 4.13.2. Dịch vụ X.25 138 4.13.3. Dịch vụ X28 138 4.13.4. Dịch vụ X.32 139 4.13.5. Cơ cấu rơle 139 4.14. ISDN 139 4.15. ATM 141.

5. Hệ thống mạng nội bộ (LAN) 142 5.1. Giới thiệu 142 5.2. Mạng topologies 143 5.2.1. Bus topology 143 5.2.2. Ưu diểm của bus topology 144 5.2.3. Nhược điểm của bus topology 5.2.4. Star topology 144 5.2.5. Ring topology 145 5.3. Phương pháp truy cập trung gian 146 5.3.1. Xung đột hệ thống 146 5.3.2. Bỏ qua token 147 5.4. IEEE 802.3 Ethernet 147 5.4.1. Kiểu Ethernet 148 5.4.2. Hệ thống 10Base5 148 5.4.3. Hệ thống 10Base2 150 5.4.4. 10BasseT 151 5.4.5. 10BaseF 153 5.4.6. 10Broad36 153 5.4.7. 10Base5 153 5.4.8. Sự va trạm 153 5.5. Định dạng cơ cấu MAC 154 Published By : Löu Anh Tình Contact to : [email protected] Phone : 0984 708 891 Mr Tình Add : 139/26 Phan Chu Trinh – F2 – TP. Vuõng Taøu.

144

4

Sky Control Blog Thaân Chaøo caùc baïn ñoïc giaû quyù meán. 5.6. Mạng Ethernet tốc độ cao 155 5.6.1. Giới hạn chiều dài dây cáp 155 5.7. 100base – T(100base – TX,T4,FX,T2) 156 5.7.1. 100base-T4 157 5.7.2. 100base-T2 158 5.7.3. 100base-hubs 158 5.7.4. 100base –T adapters 159 5.7.5. Khoảng cách cable UTP 100base-TX/T4 159 5.7.6. Khoảng cách cable quang 100basse-FX 159 5.8. Xem xét thiết kế nhanh Ethernet 159 5.8.1. Quy luật bộ lặp 100base 160 5.9. Ethernet gigabit 1000base_T 160 5.9.1. Tóm tắt mạng Ethernet gigabit 160 5.9.2. Lớp ethernet gigabit MAC 161 5.9.3. 1000base – SX cho sợi cable nằm ngang 162 5.9.4. 1000base – LX cho cble sương sống thẳng đứng 5.9.5. 1000base-CX cho cable đồng 163 5.9.6. 1000base-T 5 cho kiểu UTP 163 5.9.7. Bộ lặp song công gigabit Ethernet 164 5.10. Các thành phần kết nối trong mạng 164 5.10.1. Repeater 164 5.10.2. Bridges 165 5.10.3. Router 166 5.10.4. Gateways 166 5.10.5. Hub 166 5.10.6. Switches 167 5.11. Giao thức TCP/IP 169 5.11.1. Cấu trúc của giao thức TCP/IP 170 5.11.2. Routing trong một hệ thống mạng 170 5.11.3. Giao thức chuyển dẫn điều khiển (TCP)171 5.12. Mạng SCADA và internet 172 5.12.1. Sủ dụng mạng internet cho một hệ thống SCADA 5.12.2. Giải pháp client 173 5.12.3. Liên quan đến bảo mật 174 5.12.4. Một vài kết quả khác 175 5.12.5. Kết luận 175 5.12.6.

6. Modems

163

173

176

6.1. Gới thiệu 176 6.2. Modem review 176 6.2.1. Đồng bộ và không đồng bộ 178 6.2.2. Hoạt động của modem 179 6.2.3. Các thành phần của modem 180 6.2.4. Modem nhận 180 6.2.5. Modem truyền dẫn 181 6.3. Chuẩn giao tiếp RS-232/RS-422/RS-485 Published By : Löu Anh Tình Contact to : [email protected] Phone : 0984 708 891 Mr Tình Add : 139/26 Phan Chu Trinh – F2 – TP. Vuõng Taøu.

182 5

Sky Control Blog Thaân Chaøo caùc baïn ñoïc giaû quyù meán. 6.3.1. Chuẩn giao tiếp RS-232C cho truyền dẫn dữ liệu 182 6.3.2. Đặc diểm của tín hiệu diện 183 6.3.3. Đặc điểm của giao diện máy 185 6.3.4. Mộ tả chức năng mạch chuyển đổi 185 6.3.5. Tần số hoạt động không đống bộ của chuẩn giao tiếp RS-232 6.3.6. Giao tiếp đồng bộ 187 6.3.7. Nhược điểm của chuẩn RS-232 188 6.3.8. Chuẩn giao tiếp RS-422 cho truyền thông nối tiếp 189 6.3.9. Chuẩn RS-485 cho truyền thông nối tiếp 190 6.4. Điều khiển dòng 191 6.5. Kỹ thuật điều chỉnh 191 6.5.1. Điều chỉnh biên độ ( hoặc dịch chuyển biên độ) 192 6.5.2. Điều chỉnh tần số ( hoặc dịch chuyển tần số -FSK) 192 6.5.3. Điều chỉnh pha ( dịch pha –PSK) 192 6.5.4. Điều chỉnh biên độ vuông (QAM) 193 6.5.5. Sự mã hóa mắt cáo 194 6.5.6. Điều chỉnh tần số trực tiếp (DFM) 195 6.6. Phát hiện lỗi /sửa lỗi và nén dữ liệu 196 6.6.1. Cấp giao thức MNP 196 6.6.2. Đường dẫn truy cập giao thức qua môdem LAP-M 197 6.6.3. Kỹ thuật nén dữ liệu 198 6.7. Tỷ lệ dữ liệu chống lại tốc độ truyền 201 6.8. Modem tiêu chuẩn 202 6.9. Modem radio 203 6.10. Xử lý sự cố hệ thống 207 6.10.1. Xử lý sự cố đường truyền dẫn nối tiếp 207 6.10.2. Thùng cắt mạch 208 6.10.3. Giao thức phân tích 208 6.10.4. Sử lý sự cố với modem 209 6.11. Xem sét chọn lựa 210

186

7. Vị trí thiết bị máy tính trung tâm 212 7.1. Giới thiệu 212 7.2. Yêu cầu lặp đặt thực tiễn 212 7.2.1. Xem xét môi trường 212 7.2.2. Tiếp đất và tấm chắn 213 7.2.3. Cable 213 7.2.4. Kết nối nguồn 214 7.3. Yêu cầu tối ưu 215 7.3.1. Xắp đặt phòng điều khiển điển hình 215 7.3.2. Thắp sáng 216 7.3.3. Môi trường thoải mái 216 7.3.4. Thông gió 217 7.3.5. Thiết bị màu sắc 217 7.4. Thiết hiển thị bằng máy tính 217 7.4.1. Hiển thị và đồ họa ngời vận hành 218 Published By : Löu Anh Tình Contact to : [email protected] Phone : 0984 708 891 Mr Tình Add : 139/26 Phan Chu Trinh – F2 – TP. Vuõng Taøu.

6

Sky Control Blog Thaân Chaøo caùc baïn ñoïc giaû quyù meán. 7.4.2. Thiết kế màn hình 219 7.5. Luận lý cảnh báo và báo cáo 220

8. Sử lý sự cố và bảo dưỡng 223 8.1. Giới thiệu 223 8.2. Sử lý sự cố hệ thống từ xa 225 8.2.1. Vị trí chủ 227 8.2.2. Vị trí chung tâm 227 8.2.3. Phần mềm và trạm người vận hành 227 8.3. Nhiệm vụ bảo dưỡng 228 8.4. Đơn vị bảo dưỡng hệ thống 230

9. đặc tính của hệ thống 9.1. 9.2. 9.3. 9.4. 9.5. 9.6. 9.7. 9.8. 9.9.

232

Giới thiệu 232 Cạm bẫy thường gặp 232 Tiêu chuẩn 233 Tiêu chuẩn thực hiện 233 Kiểm tra 234 Tra cứu 234 Xu hướng kỹ thuật trong tương lai 234 Phần mềm thiết bị cơ bản 234 Xu hướng trong hệ SCADA trong tương lai 235

Phụ lục A : từ chuyên môn 237 Phụ lục B : chuẩn giao tiếp 258 Phụ lục C : thực hành Citect 262 Index 273

Cơ sở về SCADA 1.1 giới thiệu và lịch sử vắn tắt của SCADA Tài liệu này cung cấp những hiểu biết về những khái niện cơ bản và ấn đề thực hành của hệ thống SCADA. Đặc tính rõ nét đã được biết đến như là khả năng ứng dụng của hệ thống SCADA trong tương lai. Cách thức và chi tiết có thể xem trong các tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất đã được bỏ qua trong định nghĩa và khái niệm này.

Published By : Löu Anh Tình Contact to : [email protected] Phone : 0984 708 891 Mr Tình Add : 139/26 Phan Chu Trinh – F2 – TP. Vuõng Taøu.

7

Sky Control Blog Thaân Chaøo caùc baïn ñoïc giaû quyù meán.

Hình 1.1 các sensor nối tới tủ điều khiễn tín hiệu 4 – 20 mA hoặc điện áp. Chương này giới thiệu những nguyên lý cơ bản và kỹ thuật sử dụng SCADA trong công nghiệp. nó là một bảng tóm tắt những chủ đề chính được bao quát trong cả nội dung cuốn sách. SCADA ( supervisory control and data acqusition _ diều khiển giám sát và thu thập dữ liệu ) xung quanh đã có một hệ thống điều khiển. đầu tiên SCADA được sử dụng đễ thu thập dữ liệu bằng các dụng cụ đo, đèn hiệu và biểu đồ. Người vận hành sử dụng các nút bấm khác nhau để thực hiện giám sát điều khiển bằng tay. Các thiết bị này đã và vẫn cón được sử dụng để điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu trong các hệ thồng, nhà máy, và các thiết bị phát năng lượng. trong hình 1.1 trình bày một tủ điều khiển các sensor. Kiểu nối sensor tới tủ điều khiễn hệ thống của SCADA có những iu điểm sau : Nó đơn giản, không cần CPU, RAM, ROM hoặc chương trình phần mềm. Sen sor được kết nối trực tiếp đến các dụng cụ đo, đèn hiệu, công tắc trên tủ điều khiển. Nó có thể được ( trong hầu hết các trường hợp ) nối thêm một thiết bị đơn giản như công tắc hoặc dụng chụ chỉ thị một cách rễ ràng và rẻ tiền. Nhược điểm của việc kết nối trực tiếp tủ điều khiển tới sensor là : Một lượng lớn dây điện sử dụng để lắp đặt hàng trăm cảm biến sẽ trở nên khó quản lý và bảo dưỡng. Lượng và kiểu dữ liệu thì nhỏ và sơ bộ Lắp đặt thêm cảm biến trở nên khó như phát triển hệ thống. Việc định hình lại hệ thống sẽ cực kỳ khó khăn. Mô phỏng sử dụng dụng dữ liệu thực là không thể. Lưu trữ dữ liệu nhỏ và khó quản lý. Không chỗ lặp đặt có các màn hình giám sát dữ liệu và cảnh báo Tốn nhân công vận hành theo dõi 24/24 giờ. 1.2 các yếu tố cơ bản của hệ thống SCADA hiện đại. Trong quá trình sản xuất hiển đại và cộng nghiệp, công nghiệp nhỏ, mục đích riêng và công cộng, phép đo xa trong lúc rảnh rỗi và bảo mật công nghiệp được cần đến để kết nối các 8 Published By : Löu Anh Tình Contact to : [email protected] Phone : 0984 708 891 Mr Tình Add : 139/26 Phan Chu Trinh – F2 – TP. Vuõng Taøu.

Sky Control Blog Thaân Chaøo caùc baïn ñoïc giaû quyù meán. thiêt bị ở cách xa nhau. Điều này có thể được xắp đặt từ một ít dụng cụ đo cách hàng nghìn kilometers. Đo lường từ xa sẽ gửi yêu cầu, chương trình và nhận lại thông tín giám sát từ những vị trí điều khiển. SCADA sẽ tham khảo và kết hợp các phép đo và giám sát dữ liệu. SCADA hoàn thành thu góp thông tin và chuyền về trung tâm xử lý, tiến hành tất cả các phép phân tích cần thiết, điều khiển và sau đó hiển thị thông tin đó trện một vài màm hình của người vận hành hoặc hiển thị. Yêu cầu điều khiển được truyền về để xử lý. Trong một ngày gần nhất của việc giám sát dữ liệu, các role logic được sử dụng để điều khiển quá trình sản xuất và toàn hệ thống. với sự tiến bộ của CPU và các thiết bị điện tử khác, nhà sản suất kết hợp chặt chẽ các thiết bị điện tử số vào trong các thiết bị role logic. PLC hay bộ điều khiển logic lập trình được vẫn là một trong hầu hết các hệ thống điều khiển được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. như cần một màn hình giám sát và điều khiển và nhiều thiết bị khác để phát triển dự án, PLC được phân bố và hệ thống sẽ trở nên thông minh hơn và có kích cỡ nhỏ hơn. PLCs và DCS ( điều khiển phân tán) như được trình bày dưới đây. Sensors A fieldbus PLC or

Hình 1.2 kết nối PC tới PLC hay DCS với một fieldbus và cảm biến. Ưu điểm của hệ thống PLC/DCS SCADA là : Máy tính có thể ghi và lưu trữ khối lượng lớn dữ liệu.

Published By : Löu Anh Tình Contact to : [email protected] Phone : 0984 708 891 Mr Tình Add : 139/26 Phan Chu Trinh – F2 – TP. Vuõng Taøu.

9

Sky Control Blog Thaân Chaøo caùc baïn ñoïc giaû quyù meán. PC to PLC or DCS with a fieldbus and sensor

The advantages of the PLC / DCS SCADA system are: • The computer can record and store a very large amount of data • The data can be displayed in any way the user requires • Thousands of sensors over a wide area can be connected to the system • The operator can incorporate real data simulations into the system • Many types of data can be collected from the RTUs • The data can be viewed from anywhere, not just on site The disadvantages are: • The system is more complicated than the sensor to panel type • Different operating skills are required, such as system analysts and programmer • With thousands of sensors there is still a lot of wire to deal with • The operator can see only as far as the PLC As the requirement for smaller and smarter systems grew, sensors were designed with the intelligence of PLCs and DCSs. These devices are known as IEDs (intelligent electronic devices). The IEDs are connected on a fieldbus, such as Profibus, Devicenet or Foundation Fieldbus to the PC. They include enough intelligence to acquire data, communicate to other devices, and hold their part of the overall program. Each of these super smart sensors can have more than one sensor on-board. Typically, an IED could combine an analog input sensor, analog output, PID control, communication system and program memory in one device. 4 Practical SCADA for Industry

A fieldbus PC Ethernet IED's Figure 1.3 PC to IED using a fieldbus

The advantages of the PC to IED fieldbus system are: • Minimal wiring is needed • The operator can see down to the sensor level • The data received from the device can include information such as serial numbers, model numbers, when it was installed and by whom • All devices are plug and play, so installation and replacement is easy • Smaller devices means less physical space for the data acquisition system The disadvantages of a PC to IED system are: • More sophisticated system requires better trained employees • Sensor prices are higher (but this is offset somewhat by the lack of PLCs) • The IEDs rely more on the communication system

1.3 SCADA hardware A SCADA system consists of a number of remote terminal units (RTUs) collecting field data and sending that data back to a master station, via a communication system. The master station displays the acquired data and allows the operator to perform remote control tasks. The accurate and timely data allows for optimization of the plant operation and process. Other benefits include more efficient, reliable and most importantly, safer operations. This results in a lower cost of operation compared to earlier non-automated systems. On a more complex SCADA system there are essentially five levels or hierarchies: Published By : Löu Anh Tình Contact to : [email protected] Phone : 0984 708 891 Mr Tình Add : 139/26 Phan Chu Trinh – F2 – TP. Vuõng Taøu.

10

Sky Control Blog Thaân Chaøo caùc baïn ñoïc giaû quyù meán. • Field level instrumentation and control devices • Marshalling terminals and RTUs • Communications system • The master station(s) • The commercial data processing department computer system Background to SCADA 5

The RTU provides an interface to the field analog and digital sensors situated at each remote site. The communications system provides the pathway for communication between the master station and the remote sites. This communication system can be wire, fiber optic, radio, telephone line, microwave and possibly even satellite. Specific protocols and error detection philosophies are used for efficient and optimum transfer of data. The master station (or sub-masters) gather data from the various RTUs and generally provide an operator interface for display of information and control of the remote sites. In large telemetry systems, sub-master sites gather information from remote sites and act as a relay back to the control master station.

1.4 SCADA software SCADA software can be divided into two types, proprietary or open. Companies develop proprietary software to communicate to their hardware. These systems are sold as ‘turn key’ solutions. The main problem with this system is the overwhelming reliance on the supplier of the system. Open software systems have gained popularity because of the interoperability they bring to the system. Interoperability is the ability to mix different manufacturers’ equipment on the same system. Citect and WonderWare are just two of the open software packages available in the market for SCADA systems. Some packages are now including asset management integrated within the SCADA system. The typical components of a SCADA system are indicated in the next diagram. I/O Database RS-232 Trend Server Task Report Server Task Input / Output Server Task In Out In Analog Digital Out Instrumentation & Control Display Server #1 Display Server #2 Printer Radio Modem Radio Modem

PC PC PC

Figure 1.4 Typical SCADA system

Key features of SCADA software are: • User interface • Graphics displays • Alarms • Trends • RTU (and PLC) interface • Scalability 6 Practical SCADA for Industry

• Access to data • Database • Networking • Fault tolerance and redundancy Published By : Löu Anh Tình Contact to : [email protected] Phone : 0984 708 891 Mr Tình Add : 139/26 Phan Chu Trinh – F2 – TP. Vuõng Taøu.

11

Sky Control Blog Thaân Chaøo caùc baïn ñoïc giaû quyù meán. • Client/server distributed processing

1.5 Landlines for SCADA Even with the reduced amount of wire when using a PC to IED system, there is usually a lot of wire in the typical SCADA system. This wire brings its own problems, with the main problem being electrical noise and interference. Interference and noise are important factors to consider when designing and installing a data communication system, with particular considerations required to avoid electrical interference. Noise can be defined as the random generated undesired signal that corrupts (or interferes with) the original (or desired) signal. This noise can get into the cable or wire in many ways. It is up to the designer to develop a system that will have a minimum of noise from the beginning. Because SCADA systems typically use small voltage they are inherently susceptible to noise. The use of twisted pair shielded cat5 wire is a requirement on most systems. Using good wire coupled with correct installation techniques ensures the system will be as noise free as possible. Fiber optic cable is gaining popularity because of its noise immunity. At the moment most installations use glass fibers, but in some industrial areas plastic fibers are increasingly used. Core Light Rays Light Ray Cladding

Multimode Monomode Sheath Figure 1.5 Glass fiber optic cables

Future data communications will be divided up between radio, fiber optic and some infrared systems. Wire will be relegated to supplying power and as power requirements of electronics become minimal, even the need for power will be reduced. Background

Published By : Löu Anh Tình Contact to : [email protected] Phone : 0984 708 891 Mr Tình Add : 139/26 Phan Chu Trinh – F2 – TP. Vuõng Taøu.

12

Sky Control Blog Thaân Chaøo caùc baïn ñoïc giaû quyù meán.

Published By : Löu Anh Tình Contact to : [email protected] Phone : 0984 708 891 Mr Tình Add : 139/26 Phan Chu Trinh – F2 – TP. Vuõng Taøu.

13

Sky Control Blog Thaân Chaøo caùc baïn ñoïc giaû quyù meán.

Published By : Löu Anh Tình Contact to : [email protected] Phone : 0984 708 891 Mr Tình Add : 139/26 Phan Chu Trinh – F2 – TP. Vuõng Taøu.

14

Sky Control Blog Thaân Chaøo caùc baïn ñoïc giaû quyù meán.

Published By : Löu Anh Tình Contact to : [email protected] Phone : 0984 708 891 Mr Tình Add : 139/26 Phan Chu Trinh – F2 – TP. Vuõng Taøu.

15