Cách các cầu cân tích hợp với SCADA trong cảng và khai thác mỏ

Tại một cổng cảng đông đúc hoặc điểm điều động mỏ, cầu cân không chỉ hiển thị trọng lượng của xe. Nó trở thành một phần của hệ thống vận hành rộng hơn bao gồm nhận dạng phương tiện, theo dõi vật liệu, kiểm soát giao thông, báo cáo sản xuất và giám sát thiết bị.

 

Cầu cân có thể được kết nối với hệ thống Điều khiển Giám sát và Thu thập Dữ liệu, thường được gọi là SCADA, thông qua đầu chỉ thị cân, PLC, cổng công nghiệp hoặc máy chủ cân cục bộ. Hệ thống SCADA nhận các giá trị trọng lượng và trạng thái thiết bị theo thời gian thực, trong khi phần mềm cân chuyên dụng quản lý các giao dịch, phiếu, hồ sơ phương tiện và lộ trình kiểm tra.

 

Thiết kế tích hợp tốt nhất phụ thuộc vào những gì cơ sở cần kiểm soát, dữ liệu nào phải được trao đổi và liệu cầu cân có phải tiếp tục hoạt động khi mạng không khả dụng hay không.

Tích hợp SCADA của cầu cân là gì?

Tích hợp SCADA cầu cân là kết nối cân xe tải và thiết bị liên quan của nó với hệ thống giám sát và điều khiển-toàn nhà máy hoặc thiết bị đầu cuối-.

Một cầu cân tích hợp điển hình có thể cung cấp cho SCADA:

Trọng lượng xe thực tế

Tổng, bì và trọng lượng tịnh

Trạng thái cân nặng-ổn định

Trạng thái không và quá tải

Sự hiện diện và vị trí của xe

Tình trạng cổng rào cản

Trạng thái đèn giao thông-

Dữ liệu biển số xe hoặc RFID

Cân trạng thái giao dịch

Báo động truyền thông và thiết bị

SCADA sau đó có thể hiển thị thông tin này trên màn hình người vận hành, tạo cảnh báo, lưu trữ dữ liệu quy trình hoặc phối hợp cầu cân với các hệ thống khác.

Điều này không phải lúc nào cũng có nghĩa là SCADA nên thay thế phần mềm cân. Trong hầu hết các dự án, hai hệ thống có trách nhiệm khác nhau.

SCADA giám sát quá trình và thiết bị. Phần mềm cân quản lý giao dịch cân thương mại hoặc vận hành.

Cấu trúc cầu cân điển hình-đến-SCADA

Một cầu cân tương tự thông thường sử dụng một số cảm biến tải trọng được lắp đặt bên dưới bệ cân. Tín hiệu của chúng được kết hợp trong hộp nối và truyền đến đầu cân. Trong cân xe tải kỹ thuật số, cảm biến tải trọng có thể giao tiếp kỹ thuật số với đầu chỉ thị hoặc bộ điều khiển cân.

Bộ chỉ thị chuyển đổi tín hiệu cảm biến tải trọng thành giá trị trọng lượng có thể sử dụng được. Giá trị đó sau đó có thể được chuyển đến PLC, cổng, máy tính công nghiệp hoặc máy chủ cục bộ.

Một đường dẫn dữ liệu phổ biến là:

Cảm biến tải trọng → Hộp nối → Đầu cân → PLC hoặc Cổng công nghiệp → SCADA

Để có một hệ thống cân tự động hoàn chỉnh hơn, cấu trúc cũng có thể bao gồm:

Máy tính cân cục bộ

Camera nhận dạng biển số xe

đầu đọc RFID

Cảm biến vị trí xe-

Cổng rào chắn

đèn giao thông

màn hình LED

Thiết bị hướng dẫn bằng giọng nói

Camera giám sát

Cơ sở dữ liệu trung tâm hoặc nhà sử học

ERP, MES, TOS hoặc hệ thống quản lý sản xuất

Cầu cân thường phải giữ lại một lớp vận hành cục bộ. Nếu máy chủ SCADA chính hoặc mạng trang web không khả dụng, hệ thống cục bộ có thể tiếp tục ghi lại các giao dịch đã được phê duyệt và đồng bộ hóa dữ liệu được lưu trữ sau khi liên lạc được khôi phục.

Ba phương pháp tích hợp phổ biến

1. Kết nối trực tiếp giữa bộ chỉ thị và SCADA

Trong ứng dụng cơ bản, đầu chỉ thị cân sẽ gửi trọng lượng hiện tại trực tiếp đến hệ thống PLC hoặc SCADA.

Tùy thuộc vào thiết bị, kết nối có thể sử dụng:

RS232

RS485

Ethernet

Modbus RTU

Modbus TCP

Đầu ra analog chẳng hạn như 4–20 mA

Tín hiệu đầu vào và đầu ra kỹ thuật số

Phương pháp này phù hợp khi SCADA chỉ cần trọng số hiện tại và một số tín hiệu trạng thái.

Nó tương đối đơn giản nhưng có thể không cung cấp thông tin giao dịch đầy đủ như số xe, vật liệu, khách hàng, số vé, nhà điều hành hoặc lịch sử kiểm toán.

 

2. Tích hợp thông qua phần mềm cân cục bộ

Theo cách sắp xếp này, đầu chỉ thị cân sẽ gửi dữ liệu đến máy tính công nghiệp cục bộ chạy phần mềm cân chuyên dụng.

Phần mềm xử lý quy trình cân và trao đổi thông tin đã chọn với SCADA hoặc các hệ thống quản lý khác thông qua API, giao diện cơ sở dữ liệu hoặc cổng giao tiếp công nghiệp.

Phương pháp này tốt hơn khi trang web yêu cầu:

Cân tổng và cân bì

Tự động tính toán-trọng lượng tịnh

Hồ sơ xe và tài xế

Thông tin vật liệu và nhà cung cấp

In vé

Bằng chứng camera

Quyền của người dùng

Phê duyệt giao dịch

Đường mòn kiểm toán

Báo cáo lịch sử

Phần mềm cân cục bộ trở thành hệ thống ghi chép giao dịch, trong khi SCADA nhận thông tin cần thiết để giám sát hoạt động.

 

3. Tích hợp lai

Các cảng và mỏ lớn thường sử dụng kiến ​​trúc kết hợp.

Trọng lượng-thời gian thực và trạng thái thiết bị được gửi tới SCADA thông qua PLC hoặc cổng công nghiệp. Hồ sơ giao dịch hoàn chỉnh được trao đổi riêng biệt giữa phần mềm cân và hệ điều hành thiết bị đầu cuối, ERP, MES hoặc cơ sở dữ liệu sản xuất.

Sự sắp xếp này tách các tín hiệu hoạt động nhanh khỏi hồ sơ kinh doanh. Nó cũng làm giảm nguy cơ SCADA bị gián đoạn và dừng mọi hoạt động cân.

Giao thức truyền thông được sử dụng trong các dự án cầu cân

Việc lựa chọn giao thức phải dựa trên hệ thống kiểm soát hiện có, khối lượng dữ liệu cần thiết, chính sách an ninh mạng và khoảng cách giữa các thiết bị.

Modbus RTU và Modbus TCP

Modbus được sử dụng rộng rãi để truyền giá trị trọng lượng và trạng thái thiết bị giữa các đầu hiển thị, hệ thống PLC và SCADA.

Modbus RTU thường chạy qua kết nối nối tiếp RS485. Modbus TCP sử dụng Ethernet công nghiệp. Cả hai đều yêu cầu bản đồ đăng ký được ghi lại để nhà tích hợp hệ thống biết nơi đọc giá trị trọng lượng, bit trạng thái và mã cảnh báo.

Bản đồ đăng ký phải nêu rõ:

Đăng ký địa chỉ

Kiểu dữ liệu

Thứ tự byte

Vị trí thập phân

Đơn vị kỹ thuật

Quyền đọc hoặc viết

Tần suất cập nhật

Hành vi dữ liệu{0}}không hợp lệ

Giá trị hiển thị chính xác trên đầu cân vẫn có thể bị SCADA diễn giải không chính xác nếu thứ tự byte, dấu, vị trí thập phân hoặc đơn vị đo không được cấu hình đúng.

OPC UA

OPC UA thường được chọn cho các hệ thống công nghiệp có nhiều{0}}nhà cung cấp vì nó hỗ trợ trao đổi dữ liệu có cấu trúc, khả năng tương tác và kiểm soát bảo mật.

Cầu cân không nhất thiết cần đầu ra OPC UA gốc. PLC, cổng biên hoặc máy chủ cân cục bộ có thể thu thập thông tin trọng lượng và hiển thị thông tin đó cho SCADA thông qua máy chủ OPC UA.

OPC UA rất hữu ích khi dự án cần các điểm dữ liệu được đặt tên rõ ràng như:

Cân01.LiveWeight

Cân01.Trọng lượngỔn định

Cân01.VehiclePresent

Thang đo01.BarrierMở

Thang đo01.ID giao dịch

Cân01.CommunicationAlarm

Tên thẻ có ý nghĩa giúp việc vận hành và bảo trì trong tương lai dễ dàng hơn danh sách các thanh ghi số không giải thích được.

MQTT và API

MQTT hoặc API web có thể được sử dụng khi thông tin cân phải được chuyển sang nền tảng đám mây, bảng điều khiển hoặc ứng dụng doanh nghiệp.

MQTT sử dụng mô hình xuất bản-và-đăng ký và rất hữu ích trong việc phân phối dữ liệu đã chọn tới nhiều hệ thống được ủy quyền. API REST thường được sử dụng cho các truy vấn giao dịch, làm chủ-trao đổi dữ liệu và tích hợp hệ thống-với-hệ thống.

Những giao diện này không được coi là sự thay thế cho lớp điều khiển cục bộ đáng tin cậy. Các cổng và mỏ vẫn phải có khả năng xử lý các sự cố tạm thời trên Internet hoặc mạng diện rộng-.

Chu trình cân tích hợp hoạt động như thế nào

Một chu trình cân tự động điển hình có thể thực hiện theo các bước sau:

Một cảm biến phát hiện một chiếc xe tải đang đến gần.

Hệ thống đọc thẻ RFID hoặc biển số xe.

SCADA hoặc phần mềm cân sẽ kiểm tra xem phương tiện có được phép hay không.

Rào chắn lối vào mở ra và đèn giao thông hướng dẫn người lái xe.

Cảm biến vị trí xác nhận rằng toàn bộ chiếc xe đang ở trên cầu cân.

Chỉ báo cân sẽ gửi tín hiệu trọng lượng trực tiếp và{0}}trọng lượng ổn định.

Khi trọng lượng ổn định, hệ thống sẽ ghi lại giá trị được phê duyệt.

Camera lưu lại hình ảnh liên quan đến giao dịch.

Phần mềm cân tạo ra một bản ghi giao dịch.

Rào chắn thoát sẽ mở ra sau khi hoàn tất các bước kiểm tra bắt buộc.

Sau lần cân thứ hai, phần mềm sẽ tính toán trọng lượng tịnh.

Bản ghi cuối cùng được gửi đến SCADA, ERP, MES, TOS hoặc hệ thống được ủy quyền khác.

Trình tự chính xác thay đổi tùy theo trang web. Một cảng có thể xác định xe tải, container và đơn hàng. Mỏ có thể ghi lại xe tải, loại vật liệu, điểm bốc hàng, điểm đến và ca làm việc.

Dữ liệu nào nên được trao đổi?

Một lỗi tích hợp phổ biến là chỉ tập trung vào giá trị trọng số. Một giao dịch hữu ích thường yêu cầu cả dữ liệu đo lường và bối cảnh hoạt động.

Trước khi bắt đầu lập trình, chủ sở hữu, nhà cung cấp cầu cân, nhà tích hợp SCADA và nhà cung cấp phần mềm phải phê duyệt danh sách điểm{0}}dữ liệu chung.

Tích hợp cầu cân cảng

Các cảng cần di chuyển phương tiện nhanh chóng trong khi vẫn duy trì quyền kiểm soát hàng hóa, quyền truy cập và tài liệu.

Cầu cân có cổng tích hợp có thể kết nối kết quả cân với:

Hồ sơ hẹn cổng

Số container

Đơn hàng vận chuyển

Tài liệu tham khảo về hải quan hoặc bến cảng

Vị trí sân

Ủy quyền xuất nhập cảnh

Hệ điều hành đầu cuối

Hồ sơ thanh toán và hậu cần

SCADA có thể cho biết liệu cầu cân có sẵn, có người sử dụng, quá tải hay ngoại tuyến hay không. Người vận hành có thể nhìn thấy hàng đợi và cảnh báo thiết bị mà không cần đến cổng.

Hệ thống cân cục bộ có thể xác nhận danh tính phương tiện, thu thập bằng chứng và hoàn thiện hồ sơ cân thương mại. Giao dịch cuối cùng sau đó có thể được chuyển đến thiết bị đầu cuối hoặc hệ thống kinh doanh.

Vì môi trường cảng có thể bao gồm muối, độ ẩm và mật độ giao thông đông đúc nên việc lập kế hoạch tích hợp cũng cần xem xét đến việc bảo vệ chống ăn mòn, định tuyến cáp, bảo vệ đột biến, thoát nước và tiếp cận bảo trì an toàn.

Tích hợp cầu cân khai thác

Hoạt động khai thác sử dụng cầu cân để theo dõi quặng, đá thải, chất cô đặc, nhiên liệu và các vật liệu rời khác di chuyển giữa các mỏ, khu vực chế biến, kho dự trữ và điểm điều phối.

Cầu cân khai thác được kết nối với SCADA có thể giúp phòng điều khiển giám sát:

Di chuyển vật chất theo ca

Hoạt động xe tải

Tính sẵn có của quy mô

Sự kiện quá tải

Lỗi giao tiếp

Trạng thái tải và gửi

Dữ liệu sản xuất theo nguồn và đích

Dữ liệu cầu cân cũng có thể được so sánh với hồ sơ máy xúc, tổng số cân băng tải hoặc ước tính kho dự trữ. Tuy nhiên, các hệ thống đo lường này hoạt động khác nhau và không thể tự động khớp. Sự khác biệt về khoảng thời gian, độ ẩm, tổn thất vật liệu và phương pháp đo lường phải được xem xét trong quá trình đối chiếu.

Các địa điểm khai thác thường có khoảng cách xa, bụi, rung, sét và điều kiện mạng không ổn định. Do đó, thiết bị mạng công nghiệp, các tuyến cáp được bảo vệ, chống đột biến điện và đệm dữ liệu cục bộ là những phần quan trọng của thiết kế.

SCADA không thay thế các yêu cầu đo lường pháp lý

Việc kết nối cầu cân với SCADA bản thân nó không làm cho hệ thống phù hợp để sử dụng-cho-thương mại một cách hợp pháp.

Dụng cụ cân, chỉ thị, lắp đặt và hiệu chuẩn vẫn phải đáp ứng các yêu cầu hiện hành của quốc gia và dự án đến. Khi các giao dịch thương mại phụ thuộc vào giá trị đo được thì trọng lượng được phê duyệt phải đến từ dụng cụ cân được ủy quyền và được bảo vệ khỏi sự thay đổi trái phép.

SCADA có thể hiển thị hoặc lưu trữ kết quả đã được phê duyệt, nhưng nên tránh việc ghi từ xa không hạn chế vào hồ sơ cân.

Kiểm tra hiệu chuẩn và truyền thông cũng nên được coi là các nhiệm vụ riêng biệt. Kết nối Modbus hoặc OPC UA thành công sẽ xác nhận việc truyền dữ liệu; nó không xác nhận độ chính xác của việc cân.

An ninh mạng và kiểm soát truy cập

Cầu cân được kết nối sẽ trở thành một phần của mạng công nghệ vận hành của cơ sở. Do đó, quyền truy cập nên được giới hạn ở những gì ứng dụng yêu cầu.

Các biện pháp kiểm soát được đề xuất bao gồm:

Tách mạng cầu cân khỏi mạng công cộng và văn phòng

Sử dụng tường lửa hoặc cổng công nghiệp được kiểm soát

Chỉ cho phép các cổng và giao thức cần thiết

Áp dụng quyền của người dùng dựa trên vai trò-

Sử dụng thẻ SCADA chỉ đọc nếu có thể

Mã hóa kết nối từ xa

Ghi lại cấu hình và thay đổi giao dịch

Duy trì thời gian hệ thống đồng bộ

Sao lưu dữ liệu và cấu hình cục bộ

Kiểm soát quyền truy cập từ xa của nhà cung cấp

Cập nhật các thiết bị đã được phê duyệt theo quy trình bảo trì được quản lý

Hướng dẫn của CISA dành cho hệ thống điều khiển công nghiệp nhấn mạnh đến việc bảo vệ mạng và truy cập có kiểm soát đối với môi trường công nghệ vận hành. Các biện pháp kiểm soát chính xác phải tuân theo chính sách an ninh mạng của chủ sở hữu cảng hoặc mỏ.

Những câu hỏi quan trọng trước khi hội nhập

Trước khi chọn phương thức liên lạc cầu cân, nhóm dự án cần xác nhận:

Chỉ báo hoặc bộ điều khiển cân nào sẽ được sử dụng?

Những giao diện truyền thông nào có sẵn?

Nền tảng và phiên bản SCADA nào được cài đặt?

SCADA có yêu cầu Modbus TCP, OPC UA hoặc giao thức khác không?

Những điểm dữ liệu nào được yêu cầu?

SCADA có được phép gửi lệnh đến hệ thống cân không?

Hệ thống nào sở hữu hồ sơ giao dịch chính thức?

Phải tiếp tục cân trong thời gian mất mạng?

Dữ liệu cục bộ nên được giữ lại trong bao lâu?

Có bao gồm máy ảnh, RFID, rào chắn hoặc đèn giao thông không?

Có cần tích hợp với ERP, MES hoặc TOS không?

Những quy tắc đo lường pháp lý và an ninh mạng nào được áp dụng?

Ai sẽ thực hiện hiệu chuẩn và xác minh hiện trường?

Tiêu chí chấp nhận FAT và SAT là gì?

Các câu trả lời rõ ràng ở giai đoạn này ngăn chặn hầu hết sự chậm trễ trong quá trình tích hợp.

Kiểm tra và vận hành

Giao diện SCADA của cầu cân phải được kiểm tra trước khi vận chuyển nếu thực tế và được xác minh lại tại chỗ.

Kiểm tra chấp nhận tại nhà máy có thể bao gồm:

Kết nối truyền thông

Đăng ký hoặc xác minh thẻ

Giá trị trọng số dương và âm

Xác nhận thập phân và đơn vị

Tín hiệu trọng lượng-ổn định

Trạng thái không và quá tải

Mô phỏng báo động

hành vi mất liên lạc-

Lưu trữ dữ liệu cục bộ

Hành vi phục hồi nguồn điện-

Kiểm tra nghiệm thu tại hiện trường phải xác nhận toàn bộ quy trình của xe trong điều kiện vận hành thực tế.

Nó cũng quan trọng để kiểm tra các tình huống bất thường. Ví dụ: Điều gì xảy ra nếu xe rời đi trước khi trọng lượng ổn định? Điều gì xảy ra nếu camera ngoại tuyến? Giao dịch có thể tiếp tục nếu máy chủ SCADA không khả dụng? Làm cách nào để ngăn chặn các bản ghi trùng lặp sau khi đồng bộ hóa?

Những thử nghiệm này thường tiết lộ nhiều điều hơn là một cuộc kiểm tra cân thông thường.

Lập kế hoạch cho một dự án SCADA cầu cân đáng tin cậy

Sự tích hợp đáng tin cậy bắt đầu bằng việc phân chia trách nhiệm rõ ràng.

Nhà cung cấp cầu cân nên xác định các tín hiệu có sẵn, giao diện chỉ báo và logic cân. Trình tích hợp SCADA phải xác định các thẻ bắt buộc, tiêu chuẩn liên lạc và hoạt động của phòng-điều khiển. Chủ sở hữu trang web nên xác định quy trình giao dịch, yêu cầu về an ninh mạng và tiêu chí chấp nhận.

Đối với đề xuất tích hợp sơ bộ, hãy cung cấp:

Công suất cầu cân và kích thước bệ cân

Số lượng cầu cân

Mô hình chỉ báo và cổng giao tiếp

Thương hiệu và phiên bản SCADA

Giao thức truyền thông cần thiết

Dữ liệu bắt buộc-danh sách điểm

Quy trình cân xe

Sơ đồ mạng hiện có

Các thiết bị ngoại vi cần thiết

Yêu cầu giao diện ERP, MES hoặc TOS

Weight Worth cung cấp cân xe tải tùy chỉnh, thiết bị chỉ báo cân, hệ thống cân tự động và-tích hợp phần mềm dành riêng cho dự án cho các cảng, hoạt động khai thác mỏ và các khu công nghiệp khác.

Nếu bạn đang lên kế hoạch xây dựng một cầu cân mới hoặc cần kết nối cân hiện có với SCADA, hãy gửi cho chúng tôi danh sách thiết bị hiện tại của bạn và luồng dữ liệu cần thiết. Đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi có thể xem xét giao diện và đề xuất kiến ​​trúc hệ thống phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

Cầu cân hiện tại có thể kết nối với SCADA không?

Trong nhiều trường hợp, có. Trước tiên, chỉ báo hiện tại phải được kiểm tra các cổng và giao thức giao tiếp có sẵn. Nếu nó không thể giao tiếp trực tiếp với SCADA, có thể thêm PLC, bộ chuyển đổi giao thức hoặc cổng công nghiệp.

SCADA có thay thế phần mềm cầu cân không?

Thường thì không. SCADA được thiết kế để giám sát quá trình và điều khiển thiết bị. Phần mềm cân chuyên dụng xử lý hồ sơ phương tiện, cân tổng và cân bì, tính toán-trọng lượng tịnh, vé, hình ảnh và dấu vết kiểm tra.

OPC UA có tốt hơn Modbus TCP cho cầu cân không?

Không phải giao thức nào cũng tốt hơn. Modbus TCP đơn giản và được hỗ trợ rộng rãi cho các giá trị trọng số và tín hiệu trạng thái. OPC UA cung cấp mô hình dữ liệu có cấu trúc chặt chẽ hơn và các khả năng bảo mật bổ sung. Sự lựa chọn chính xác phụ thuộc vào kiến ​​trúc điều khiển hiện có.

Điều gì xảy ra nếu kết nối SCADA không thành công?

Lý tưởng nhất là hệ thống cân cục bộ nên tiếp tục vận hành và lưu trữ các giao dịch tại địa phương. Sau khi kết nối được khôi phục, các bản ghi đã được phê duyệt có thể được đồng bộ hóa theo các quy tắc đã thống nhất.

SCADA có thể điều khiển rào chắn và đèn giao thông không?

Đúng. Các lệnh có thể được gửi qua PLC, bộ điều khiển cân hoặc hệ thống tự động hóa cục bộ. Khóa liên động an toàn và quy trình phục hồi thủ công phải được đưa vào thiết kế điều khiển.

Cần những gì để bắt đầu đánh giá tích hợp?

Cung cấp mô hình chỉ báo, giao diện có sẵn, nền tảng SCADA, các điểm dữ liệu cần thiết, số lượng cầu cân và mô tả quy trình cân xe.

Giải pháp cân một cửa

Vui lòng liên hệ với kỹ sư của chúng tôi để có được giải pháp tùy chỉnh của bạn.

Gửi yêu cầu ngay bây giờ