Thiết kế và lập trình hệ thống quản lý đóng cắt điện - Khóa luận tốt nghiệp

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH HỆ THỐNG QUẢN LÝ ĐÓNG CẮT ĐIỆN GVHD TH S HUỲNH TRUNG CANG SINH VIÊN NGUYỄN HOÀNG SÂM MSSV 14012651 LỚP DHDKTD10A SINH VIÊN HỒ HỮU TRIỀU MSSV 14067681 LỚP DHDKTD10B SINH VIÊN NGUYỄN THẾ NAM MSSV 14080281 LỚP DHDKTD10C TP HCM, NĂM 2018 i PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP 1 Họ và tên sinh viên nhóm sinh viên được giao đề tài Nguyễn Hoàng Sâm MSSV 14012651 Hồ Hữu Triều MSSV 14067681 Nguyễn Thế Nam MSSV 14.

ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH HỆ THỐNG QUẢN LÝ ĐÓNG CẮT ĐIỆN GVHD : TH.S HUỲNH TRUNG CANG SINH VIÊN : NGUYỄN HOÀNG SÂM LỚP : DHDKTD10A SINH VIÊN : HỒ HỮU TRIỀU LỚP MSSV: 14067681 : DHDKTD10B SINH VIÊN : NGUYỄN THẾ NAM LỚP MSSV: 14012651 : DHDKTD10C TP.HCM, NĂM 2018 MSSV: 14080281 PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài Nguyễn Hồng Sâm MSSV: 14012651 Hồ Hữu Triều MSSV: 14067681 Nguyễn Thế Nam MSSV: 14080281 Tên đề tài THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH QUẢN LÝ HỆ THỐNG ĐĨNG CẮT ĐIỆN Nội dung - Tìm hiểu điều khiển PLC FX5U, truyền thông MODBUS, Remote I/O, SCADA Wonderware InTouch - Thiết kế thi cơng mơ hình hệ thống đóng cắt điện tòa nhà – khách sạn - Lập trình điều khiển mơ hình GX Work InTouch Kết - Đánh giá nhu cầu thực tế, đưa giải pháp/phương án, thiết kế ứng dụng cụ thể - Thiết kế thi cơng mơ hình mơ hệ thống đóng cắt điện tịa nhà – khách sạn - Tìm hiểu điều khiển PLC Mitsubishi FX5U phần mềm lập trình GX Work - Tìm hiểu Remote I/O hãng Autonics truyền thơng MODBUS RTU - Tìm hiểu phần mềm SCADA Wonderware InTouch OPC Server - Lập trình điều khiển PLC FX5U phần mềm GX Work - Lập trình SCADA Wonderware InTouch với tính năng: Truy cập người dùng, giám sát sát điều khiển hệ thống, hiển thị trạng thái thiết bị mơ hình i Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, ngày tháng 06 năm 2018 Sinh viên ii NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN - iii MỤC LỤC MỤC LỤC iv DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH viii DANH SÁCH BẢNG BIỂU x Chương 1: LỜI MỞ ĐẦU 11 1.1 Lý chọn đề tài 11 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 11 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 11 Đối tượng nghiên cứu 11 Phạm vi nghiên cứu 12 1.4 Phương pháp nghiên cứu 12 1.5 Một số hệ thống quản lý đóng cắt điện 13 Hệ thống quản lý điện EziBee 13 Điều khiển máy cắt từ xa thông qua RTU Hệ thống SCADA 15 Chương 2: XÂY DỰNG CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 19 2.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển 19 2.2 Mạng truyền thông công nghiệp 20 2.3 Cấu trúc điều khiển hệ thống 21 2.4 Một số ưu điểm hạn chế hệ thống 22 Chương 3: SƠ ĐỒ KẾT NỐI HỆ THỐNG QUẢN LÝ ĐÓNG CẮT ĐIỆN 23 3.1 Sơ đồ kết nối đấu dây hệ thống 23 3.2 PLC FX5U 32M 25 Hình ảnh, cấu tạo chung 25 Đặc điểm thông số kỹ thuật đầu vào 26 iv Kết nối PLC với Remote I/O 27 Mục đích ứng dụng PLC Mitsubishi FX5U đề tài 28 3.3 Remote I/O 29 Hình ảnh: 29 Chức 29 Tính năng, đặc điểm 29 Kết nối Remote I/O điều khiển Relay 30 Mục đích ứng dụng Remote I/O đề tài 31 Kiểm tra thông số truyền Remote I/O 31 3.4 Relays: 32 Hình ảnh, sơ đồ chân 32 Relay AC 33 Relay DC 33 Mục đích sử dụng Relay đề tài 33 3.5 Bộ quẹt thẻ 34 Chương 4: LẬP TRÌNH TRUYỀN THƠNG MODBUS RTU CHO PLC MITSUBISHI FX5U 35 4.1 Giới thiệu MODBUS 35 4.2 Các chức MODBUS 36 4.3 Đặc điểm chung truyền thông nối tiếp MODBUS 37 Cấu trúc mạng MODBUS RTU 37 Quản lý đường truyền Master/Slave 37 Trao đổi liệu mạng MODBUS RTU 38 4.4 Giao thức mạng MODBUS RTU 39 Cấu trúc giao thức MODBUS 39 Cấu trúc Gói tin (Frame) Gửi – Request; gói tin nhận – Response 40 v 4.5 Mạng truyền thông MODBUS RTU PLC FX5U: 42 Kiểu cấu trúc RTU(Remote Terminal Unit – Đơn vị đầu cuối từ xa) 42 Các hàm MODBUS PLC hỗ trợ 43 Tập lệnh MODBUS : 44 4.6 Lập trình MODBUS Master PLC FX5U: 46 Chức mạng MODBUS RTU hệ thống 46 Sơ đồ lập trình MODBUS Master PLC FX5U 47 Chương trình MODSBUS 48 Lưu ý tạo chương trình: 48 Chương 5: PHẦN MỀM QUẢN LÝ ĐÓNG CẮT ĐIỆN 50 5.1 Hệ thống điều khiển giám sát SCADA 50 SCADA gì? 50 Phần mềm SCADA Wonderware InTouch: 52 5.2 Lập trình điều khiển PLC FX5U GX WORK 60 Giới thiệu GX Work 3: 60 Lưu đồ giải thuật cho chương trình cho PLC FX5U: 61 Cài đặt cấu hình Parameter: 62 Bảng địa I/O chương trình điều khiển 64 5.3 Phần mềm KEPServerEX 66 Giới thiệu KEPServerEX: 66 Khái niệm OPC: 66 Sử dụng phần mềm KEPServerEX: 67 Chương 6: KẾT LUẬN 71 6.1 Những kết đạt được: 71 6.2 Những thuận lợi khó khăn thực đề tài 71 vi 6.3 Hướng phát triển đề tài 72 LỜI CẢM ƠN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC 1: Thông số Remote I/O 75 PHỤ LỤC 2: Chương trình điều khiển PLC 79 PHỤ LỤC 3: Thực cài đặt cho Project KEPServerEX 87 vii DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Mơ hình hệ thống quản lý điện EziBee 13 Hình 1.2: Sơ đồ mạch điện máy cắt 572 trạm 500kV Hà Tĩnh 16 Hình 1.3: Nguyên lý điều khiển máy cắt từ xa thông qua RTU 18 Hình 2.1: Cấu trúc cớ hệ thống điều khiển giám sát 19 Hình 2.2: Sơ đồ phân cấp hệ thống điều khiển 20 Hình 2.3: Cấu trúc tổng quát hệ thống quản lý đóng cắt điện 21 Hình 2.4: Kết nối thành phần hệ thống 22 Hình 3.1: Sơ đồ đấu dây cho mơ hình 23 Hình 3.2: Hình ảnh mơ hình hệ thống quản lý đóng cắt điện 24 Hình 3.3: PLC Mitsubishi FX5U 32M 25 Hình 3.4: Cấu tạo mặt trước PLC Mitsubishi FX5U 32M 25 Hình 3.5: Sơ đồ nối dây kết nối PLC với Remote I/O 28 Hình 3.6: Remote I/O 29 Hình 3.7: Kết nối ngõ vào ngõ Remote I/O với Relay 30 Hình 3.8: Thơng số truyền thơng Remote I/O thể qua phần mềm GE IP Serial Communication Test 32 Hình 3.9: Hình ảnh sơ đồ chân Relay 32 Hình 3.10: Bộ quẹt thẻ 34 Hình 3.11: Sơ đồ kết nối quẹt thẻ 34 Hình 4.1: Mơ hình phân lớp MODBUS 35 Hình 4.2: Truyền thông MODBUS FX5 37 Hình 4.3: Sơ đồ kết nối Master - Slave 38 Hình 4.4: Sơ đồ trao đổi liệu trạm tớ 39 Hình 4.5: Lưu đồ Master – Slave 47 Hình 4.6: Chương trình MODBUS hệ thống 48 Hình 5.1: Cấu trúc hệ thống SCADA đơn giản 51 Hình 5.2: Cửa sổ InTouch Application Manager 54 Hình 5.3: Cửa sổ WindowMaker 54 Hình 5.4: Cửa sổ Wizard Selection 56 Hình 5.5: Wizard Buttons 57 Hình 5.6: Wizard Symbol Factory 57 viii Hình 5.7: Màn hình bắt đầu 58 Hình 5.8: Màn hình đăng nhập hệ thống 58 Hình 5.9: Giao diện điều khiển Hệ thống đóng cắt điện 59 Hình 5.10: Lưu đồ giải thuật PLC FX5U 61 Hình 5.11: Bộ điều khiển PLC FX5U mô-đun RS-232 ADP 62 Hình 5.12: Cấu hình cho mơ-đun RS-232 GX Work 62 Hình 5.13: Thơng số cài đặt 485 Serial Port 63 Hình 5.14: Cài đặt IP cho Ethernet Port 63 Hình 5.15: Cài đặt cấu hình Ethernet 64 Hình 5.16: OPC Server 66 Hình 5.17: Cửa sổ giao diện phần mềm OPC KEPServerEX 67 Hình 5.18: Thơng số cài đặt Project 68 Hình 5.19: Thơng số truyền thông Project 68 Hình 5.20: Cửa sổ tạo Tag KEPServerEX 69 Hình 5.21: OPC Quick Client 70 ix KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Th.S HUỲNH TRUNG CANG 82 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP - Điều khiển gửi nhận liệu từ Remote I/O Th.S HUỲNH TRUNG CANG 83 KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Chương trình điều khiển tầng - Điều khiển Check In ghi liệu vào ghi Th.S HUỲNH TRUNG CANG 84 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP - Điều khiển gửi nhận liệu từ Remote I/O Th.S HUỲNH TRUNG CANG 85 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Th.S HUỲNH TRUNG CANG 86 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP PHỤ LỤC 3: Thực cài đặt cho Project KEPServerEX Sau cài đặt phần mềm, ta vào Start/Programs/Kepware/KEPServerEX Configuration kích đúp cht vào biểu tượng để khởi động phần mềm Sau khởi động phần mềm xuất cửa sổ Kích chuột vào “Click to add a channel” xuất hộp thoại Add Channel Wizard Bước chọn kiểu channel, theo thiết bị sử dụng đề tài chọn Misubishi Ethernet Th.S HUỲNH TRUNG CANG 87 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Nhấn Next để tiếp tục cài đặt tên cho Channel Sau đặt tiên cho Channel, nhấn Next tiếp tục chọn Network Adapter Th.S HUỲNH TRUNG CANG 88 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Nhấn Next để tiếp tục cài đặt số chức khác Th.S HUỲNH TRUNG CANG 89 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Hộp thoại cuối hiển thị thông tin chọn để cài đặt trước Nhấn Finish để hồn thành bước tạo Channel Sau hoàn thành bước tạo Channel, ta cửa sổ sau Th.S HUỲNH TRUNG CANG 90 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Nhấn vào “Click to add a device” xuất hộp thoại Add Device Wizard Bước đặt tên cho thiết bị Tiếp chọn loại CPU sử dụng Theo đề tài sử dụng PLC FX5U ta chọn Model iQ-F Series Th.S HUỲNH TRUNG CANG 91 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Bước cài đặt địa IP để liên kết với phần mềm GX Work 3, theo cài đặt chương trước phần Ethernet Port ta sử dụng địa IP giống với Ethernet Port GX Work để hai phần mềm liên kết với cách xác Th.S HUỲNH TRUNG CANG 92 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Ở bốn bước tiếp theo, người dùng thay đổi tùy vào nhu cầu giữ ngun khơng tác động vào mà nhấn Next để tiếp tục Th.S HUỲNH TRUNG CANG 93 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Th.S HUỲNH TRUNG CANG 94 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Bước ta có mục quan trọng để cài đặt IP Protocol, Port Number, CPU Với thông số ta lấy thông tin từ phần cài đặt Parameter -> Ethernet Port -> External Device Configuration chương trước để tùy chọn mục Với IP Protocol chọn TCP, Port Number chọn 4000, CPU chọn Local CPU sử dụng PLC FX5U Th.S HUỲNH TRUNG CANG 95 KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Cài đặt đồng hóa thời gian Cuối thơng tin sau bước cài đặt Nhấn Finish để hoàn thành phần cài đặt Th.S HUỲNH TRUNG CANG 96 ... thống quản lý đóng cắt điện Hệ thống quản lý điện EziBee Hình 1.1: Mơ hình hệ thống quản lý điện EziBee Hệ thống điều khiển điện EziBee qua phần mềm Intelio Hệ thống điều khiển thiết bị điện từ... em lực chọn đề tài: Thiết kế lập trình hệ thống quản lý đóng cắt điện Ngày khắp nơi nhiều phương pháp ứng dụng công nghệ vào quản lý, giám sát đóng cắt điện số mơ hình quản lý mà nhóm em nghiên... 1.5 Một số hệ thống quản lý đóng cắt điện 13 Hệ thống quản lý điện EziBee 13 Điều khiển máy cắt từ xa thông qua RTU Hệ thống SCADA 15 Chương 2: XÂY DỰNG CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU