nghiên cứu ứng dụng wincc để mô phỏng hệ scada trong công nghiệp

- i - NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ và tên sinh viên: NGUYỄN VĂN THỂ Lớp: 50CKCD Ngành: Công nghệ cơ điện tử Khoa: Cơ khí Tên Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng WinCC để mô phỏng hệ SCADA trong công nghiệp” Số trang: 92 Số chương: 04 Số tài liệu kham khảo: 07 Hiện vật: 02 cuốn báo cáo + 02CD NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Kết luận: ĐIỂM CHUNG Bằng chữ Bằng số Nha Trang, ngày … tháng … năm 2011 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) PGS.TS. Nguyễn Văn Nhận - ii - PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: NGUYỄN VĂN THỂ Lớp: 50CKCD Ngành: Công nghệ cơ điện tử Khoa: Cơ khí Tên Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng WinCC để mô phỏng hệ SCADA trong công nghiệp” Số trang: 92 Số chương: 04 Số tài liệu kham khảo: 07 Hiện vật: 02 cuốn báo cáo + 02CD NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Đánh giá chung: ĐIỂM Bằng chữ Bằng số ĐIỂM CHUNG Bằng chữ Bằng số Nha Trang, ngày … tháng … năm 2011 Cán bộ phản biện (Ký và ghi rõ họ tên) Nha Trang, ngày … tháng … năm 2011 Chủ tịch hội đồng (Ký và ghi rõ họ tên) - iii - LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian nghiên cứu tìm hiểu về đề tài với sự nỗ lực của bản thân cùng với sự giúp đỡ tận tình của quý Thầy, Cô trong nhà trường và các bạn trong lớp em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp “ Nghiên cứu ứng dụng WinCC để mô phỏng hệ SCADA trong công nghiệp ” với thời gian đúng quy định. Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong nhà trường, các Thầy, Cô trong khoa Cơ Khí đã tận tình giúp đỡ em trong suốt những năm qua. Thầy, Cô đã trang bị cho chúng em những kiến thức quý báu nhất để làm hành trang bước vào đời. Và đặc biệt em xin gửi tới các Thầy trong bộ môn Cơ Điện Tử lời cảm ơn chân thành nhất. Các Thầy đã và đang ngày đêm miệt mài nghiên cứu, lao động để truyền đạt cho chúng em những kiến thức vô cùng quý báu, đã tạo cho chúng em những điều kiện tốt nhất để chúng em được học tập, được sử dụng thiết bị bộ môn để hoàn thành đồ án tốt và nhanh nhất. Em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Văn Nhận và Thầy Vũ Thăng Long đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án để em hoàn thành được đồ án với đúng quy định. Xin cảm ơn tập thể các bạn lớp 50CKCD đã đóng góp những ý kiến quý báu cho đồ án. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn và xin gửi tới quý Thầy, Cô trong nhà trường, các bạn bè người thân đã giúp đỡ em trong suốt thời gian qua lời chúc tốt đẹp nhất! Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Thể - iv - MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN i PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH viii LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ SCADA 3 1.1. Khái niệm về SCADA 4 1.2. Cấu trúc của hệ SCADA cơ bản 5 1.3. Cấu trúc của hệ SCADA hiện đại 6 1.3.1. Cấu trúc phân cấp của hệ SCADA theo SIEMENS 6 1.3.2. Luồng thông tin trong hệ thống scada 7 1.3.2.1. Cấp thiết bị 7 1.3.2.2. Cấp điều khiển cục bộ 7 1.3.2.3. Cấp giám sát 7 1.3.2.4. Cấp quản lý 8 1.4. Cấu trúc phần cứng hệ SCADA 8 1.4.1. PLC trong hệ SCADA 8 1.4.1.1. Cấu trúc chung của một PLC 9 1.4.1.2. Cấu trúc, chức năng PLC S7_300 9 1.4.1.3. Ngôn ngữ lập trình 12 1.4.2. Compurter trong hệ SCADA 13 1.4.3. Data Acquisition Cards 13 1.5. Cấu trúc phần mềm hệ SCADA 14 1.5.1. Tồng quan phần mềm WinCC 14 1.5.2. Các khái niệm thường dùng trong WinCC 16 - v - 1.5.2.1. WinCC Explorer 16 1.5.2.2. Các loại Project 17 1.5.2.3. Các thành phần cơ bản trong 1 dự án của WinCC 20 1.5.3. Các công cụ soạn thảo của WinCC 22 1.5.3.1. Thiết kế đồ họa của WinCC (Graphic Desginer) 22 1.5.3.2. Các đối tượng của WinCC 24 1.5.3.3. Hệ thống lưu trữ và hiển thị (Tag Logging) 27 1.5.3.4. Hệ thống cảnh báo (Alarm Logging) 29 1.5.3.5. Hệ thống báo cáo (Report Designer) 29 1.5.4. Hàm trong WinCC 30 1.5.4.1. Nhóm hàm chuẩn (Standard Function) 30 1.3.4.2. Nhóm hàm trong (Internal function) 31 1.5.5.1. Truyền thông trên mạng MPI 33 1.5.5.2. Truyền thông PROFIBUS 35 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 40 2.1. Phương pháp nghiên cứu 41 2.2. Nội dung nghiên cứu 41 2.2.1. Khảo sát thực tế quy trình công nghệ nhà máy nước sạch Phước Nhơn – Ninh Thuận 41 2.2.1.1. Tổng quan về ngành sản xuất nước sạch ở Việt Nam 42 2.2.1.2. Quy trình xử lý nước tại nhà máy 43 2.2.1.3. Các thiết bị điện sử dụng trong nhà máy 50 2.2.2. Ứng dụng WinCC và S7-300 thiết kế hệ SCADA cho nhà máy nước sạch Phước Nhơn – Ninh Thuận 53 2.2.2.1. Hiện trạng nhà máy và yêu cầu thiết kế 54 2.2.2.2. Bổ sung, thay thế thiết bị trong nhà máy theo hệ SCADA 56 2.2.2.3. Giải thích quy trình điều khiển bán tự động trong nhà máy 65 2.2.2.4. Một số chú ý trong việc kết nối và thiết kế giao diện trên WinCC 66 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 81 - vi - 3.1. Đặt vấn đề 82 3.2. Thực nghiệm và kết quả 82 3.2.1. Giao diện chính 82 3.2.1.1. Quy trình thực hiện 82 3.2.1.2. Kết quả và đánh giá 85 3.2.2. Giao diện điều khiển khối rửa lọc 85 3.2.2.1. Quy trình thực hiện 85 3.2.2.2. Kết quả và đánh giá 87 3.2.3. Giao diện điều khiển bằng tay 87 3.2.2.1. Quy trình thực hiện 87 3.2.2.2. Kết quả và đánh giá 88 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN - ĐỀ XUẤT 89 4.1. Kết luận 90 4.2. Đề xuất 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 - vii - DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Bộ xử lý truyền thông trên mạng MPI 34 Bảng 1.2. Số lượng điểm kết nối truyền thông 35 Bảng 1.3. Bộ xử lý truyền thông trên mạng PROFIBUS 36 Bảng 1.4. Trình điều khiển truyền thông trên mạng PROFIBUS 36 Bảng 1.5. Số lượng các kết nối theo trình điều khiển truyền thông 37 Bảng 2.1. Chỉ số tiêu chuẩn tại nhà máy nước Phước Nhơn 50 Bảng 2.2. Đầu vào/ra trong nhà máy nước Phước Nhơn 67 - viii - DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Cấu trúc của hệ SCADA cơ bản 5 Hình 1.2. Cấu trúc phân cấp SCADA SYSTEM theo SIEMENS 6 Hình 1.3. Luồng thông tin trong hệ SCADA 7 Hình 1.4. PLC S7_300 8 Hình 1.5. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển lập trình 9 Hình 1.6. Sơ đồ khối tổng quát của CPU 9 Hình 1.7. Máy tính công nghiệp 13 Hình 1.8. Cấu trúc của WinCC 16 Hình 1.9. Cấu trúc của dự án đơn 17 Hình 1.10. Cấu trúc của dự án nhiều người dùng 18 Hình 1.11. Cấu trúc của dự án multi- client 19 Hình 1.12. Cửa sổ chính của 1 dự án trong WinCC 20 Hình 1.13. Cửa sổ soạn thảo Graphics 23 Hình 1.14. Cửa sổ soạn thảo Tag Logging 27 Hình 1.15. Mạng truyền thông giữa máy tính và PLC 32 Hình 1.16. Mô hình truyền thông qua mạng MPI 34 Hình 1.17. Mô hình truyền thông qua mạng Profibuss DP 38 Hình 1.18. Mô hình truyền thông qua Profibus FMS. 39 Hình 1.19. Khả năng truyền thông mạng Profibus của WinCC 39 Hình 2.1. Sơ đồ công nghệ nhà máy nước Phước Nhơn 43 Hình 2.2. Bể chứa nước thô nhà máy nước Phước Nhơn 44 Hình 2.3. Hệ thóng bể phản ứng, bể lắng nhà máy nước Phươc Nhơn 46 Hình 2.4. Hệ thóng bể lọc nhà máy nước Phươc Nhơn 47 Hình 2.5. Hệ thóng khử trùng bằng Clo tại nhà máy nước Phươc Nhơn 49 Hình 2.6. Máy bơm sử dụng trong nhà máy nước Phước Nhơn 51 Hình 2.7. Tủ điện điều khiển trong nhà máy nước Phước Nhơn 52 Hình 2.8. Phao đo mực nước tại đài chứa nước 53 - ix - Hình 2.9. Biến tần 57 Hình 2.10. Nguyên lý của biến tần 58 Hình 2.11. Van điện từ 2W KLED 59 Hình 2.12. Cảm biến đo dộ đục mức thấp 1720E 61 Hình 2.13. Màn hình giao diện chính 69 Hình 2.14. Màn hình giao diện khối điều khiển bằng tay 70 Hình 2.15. Màn hình giao diện khối điều khiển rửa lọc 71 Hình 2.16. Màn hình giao diện khối hiển thị 72 Hình 2.17. Màn hình giao diện khối cảnh báo 73 Hình 3.1. Thực nghiệm trên màn hình giao diện chính 84 Hình 3.2. Thực nghiệm giao diện khối điều khiển rửa lọc 86 Hình 3.3. Thực nghiệm giao diện khối điều khiển bằng tay 88 - 1 - LỜI MỞ ĐẦU Khoa học kỹ thuật ngày nay đã phát triển đột phá lên một tầm cao mới, nó đã xuất hiện ở tất cả mọi lĩnh vực trong đời sống xã hội của con người. Đặc biệt là lĩnh vực Điện tử - Tự động hóa và công nghệ phần mềm đang được ứng dụng hầu hết trong các nhà máy và dây truyền sản xuất hiện đại. Nhiệm vụ thu thập dữ liệu, giám sát, báo cáo và điều khiển các quá trình sản xuất không cần dàn trải mà đã được tích hợp với sự trợ giúp của tự động hoá và công nghệ phần mềm. Nó đóng một vai trò tích cực trong sự phát triển của các ngành công nghiệp, tạo ra các sản phẩm có chất lượng cao, giá thành hạ, giảm bớt sức lao động cho con người, năng xuất lao động nhờ thế mà được nâng cao, thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế nói chung. Trong hệ thống thu thập dữ liệu, điều khiển giám sát thì giao diện người máy (HMI) là một thành phần quan trọng không chỉ ở cấp điều khiển giám sát mà ở các cấp thấp hơn người ta cũng cần giao diện Người - Máy để phục vụ cho việc quan sát và thao tác vận hành ở cấp điều khiển cục bộ được sử dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp như là một giải pháp lý tưởng cho việc tự động hóa quá trình sản xuất. Cùng với sự phát triển của công nghệ máy tính, bộ điều khiển logic khả trình đã đạt được những ưu thế cơ bản trong những ứng dụng điều khiển công nghiệp, đó là dễ dàng lập trình và lập trình lại, nhanh chóng thay đổi chương trình điều khiển, độ tin cậy cao trong môi trường công nghiệp, cấu tạo nhỏ gọn so với hệ thống điều khiển truyền thống dùng rơle. Vì vậy việc học tập, nghiên cứu và ứng dụng PLC trong các hệ thống điều khiển là một nhu cầu rất cần thiết. Sau một thời gian tìm hiểu,với mong muốn được tiếp cận những công nghệ mới trong ngành cơ điện tử - tự động hoá. Tôi đã nhận đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu ứng dụng WinCC để mô phỏng hệ SCADA trong công nghiệp”. Với nhiệm vụ của đồ án là: - Tìm hiểu và nắm vững quy trình công nghệ sản xuất của nhà máy. - Nghiên cứu về hệ SCADA và lựa chọn các thiết bị cũng như phần mềm dùng để điều khiển giám sát. [...]... WinCC và các thi t b khác ph c v cho vi c truy n thông Hình 1.8 C u trúc c a WinCC 1.5.2 Các khái ni m thư ng dùng trong WinCC : 1.5.2.1 WinCC Explorer Nó ư c xu t hi n khi kh i ư c kh i ng t ng WinCC T t c các ph n c a WinCC u ây T c a s WinCC Explorer có th xâm nh p vào t t c các thành ph n mà m t d án giao di n ngư i máy c n có cũng như vi c xây d ng c u hình cho các ph n riêng r ó Nhi m v c a WinCC. .. Tag ư c t ch c trong các nhóm Tag u tăng s rõ ràng c a d án WinCC Tag mô t m t d ng d li u thành ph n ó là lo i duy nh t trong m t d án và nh ng lu t cho phép truy c p d li u này Nói chung, d li u qu n lý có s khác nhau gi a hai lo i Tag - Internal Tag (Tag n i): là các kh i nh trong WinCC ư c phân chia theo ch c năng như m t PLC Chúng có th và không có ư c tính toán và ch nh s a trong WinCC a ch trên... n trong các nhà máy h t nhân và trong các ngành k thu t hàng không vũ tr và m t s ngành công nghi p công ngh cao khác -5- 1.2 C u trúc c a h SCADA cơ b n Hình 1.1 C u trúc c a h SCADA cơ b n - RTU (Remote Terminal Unit): thi t b Nhi m v : thu th p s li u, x lý & i u khi n u cu i t xa ch th i gian th c Phân lo i: Các c m bi n thu th p d li u, các máy móc có b x lý, x lý d li u và i u khi n i tư ng trong. .. kênh i u khi n riêng WinCC (Window Control Center) là ph n m m t o d ng h SCADA và HMI r t m nh c a hãng SIEMENS hi n ang ư c dung ph bi n trên th gi i và Vi t Nam WinCC hi n có m t trong r t nhi u lĩnh v c như s n xu t xi măng, gi y, thép, d u khí,… WinCC là m t h th ng i u khi n trung l p có tính công nghi p và có tính k thu t, h th ng màn hình hi n th và t h a và i u khi n nhi m v trong s n xu t ng... k t n i trong các l p PLC - 22 - Trong lo i Tag này có m t khung c bi t ư c g i là Tag d li u (Raw Data Tag- RDT) Theo m t quan i m chung, d li u thô phù h p v i m t d ng khung d li u thông báo trên m c v n chuy n, RDT không hi n th Designer RDT ch s d ng ư c trong các ư c trong Graphics ng d ng sau c a WinCC: “Alarm Logging”, “Tag Logging” và “Global Scrips” 1.5.3 Các công c so n th o c a WinCC 1.5.3.1... Chu n oán v s hư h ng c a các ph n t trong h th ng 1.3.2.4 C p qu n lý - T i ưu các ch s kinh t v s n xu t - i u khi n theo các ch s kinh t , kinh t - k thu t - Qu n lý tài nguyên công ty - Lưu tr thông tin - ưa ra k ho ch s n xu t 1.4 C u trúc ph n c ng h SCADA Ph n c ng SCADA bao g m 3 ph n chính sau: - PLC - Compurter - Data Acquisition Cards 1.4.1 PLC trong h SCADA Hình 1.4 PLC S7_300 -9- PLC là... hàm gi ng như trong ngônn ng C và các hành ng mà có th s d ng trong su t d án ho c qua nhi u d án ph thu c trong cùng lo i ó Tag Logging: o các giá tr quá trình, lưu tr chúng dài h n Graphics Designer: Cung c p các bi u tư ng h a và n i t o thành quá trình Trong ph n m m WinCC có m t khái ni m c bi t quan tr ng mà chúng ta c n ph i n m v ng khi xây d ng m t h th ng i u khi n giám sát b ng WinCC ó là khái... H th ng SCADA cho các tr m tr n bê tông, các nhà máy s n xu t ximăng, các nhà máy ch bi n th c ph m, nư c gi i khát - H th ng SCADA cho h th ng v n chuy n hành lý và hàng hoá t i các sân bay, b n c ng - H th ng SCADA giám sát các giàn khoan ng d n d u, d n khí - H th ng SCADA cho nhà máy nư c, x lý ch t th i, các kho xăng d u - H th ng SCADA cho h th ng phân ph i lư i i n - Ngoài ra, h th ng SCADA còn... th tích h p trong nh ng gi i pháp t ng hóa ph c t p, các gi i pháp cho công ty m S truy nh p t i cơ s d li u tích h p b i nh ng giao di n chu n ODBC và SQL, s l ng ghép nh ng i tư ng và nh ng tài li u ư c tích h p b i OLE 2.0 và OLE Custom Controls (OCX) Nh ng cơ ch này làm WinCC là m t truy n t i trong môi trư ng Windows i tác d hi u, d - 16 - xây d ng ư c giao di n HMI b ng ph n m m WinCC thì c... trong 1 d án c a WinCC Hình 1.12 C a s chính c a 1 d án trong WinCC - Computer: Qu n lý t t c các WorkStation và Server n m trong Project - Tag Managerment: là khu v c qu n lý t t c các kênh, các quan h logic, Tag Process, Tag Internal và Tag Groups - Data Type: ch a các lo i d li u ư c g n cho các Tag và các kênh khác - Editor (Các trình so n th o): Các trình biên t p ư c li t kê trong vùng này dùng . muốn được tiếp cận những công nghệ mới trong ngành cơ điện tử - tự động hoá. Tôi đã nhận đề tài tốt nghiệp Nghiên cứu ứng dụng WinCC để mô phỏng hệ SCADA trong công nghiệp . Với nhiệm vụ của. ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: NGUYỄN VĂN THỂ Lớp: 50CKCD Ngành: Công nghệ cơ điện tử Khoa: Cơ khí Tên Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng WinCC để mô phỏng hệ SCADA trong công nghiệp Số. sinh viên: NGUYỄN VĂN THỂ Lớp: 50CKCD Ngành: Công nghệ cơ điện tử Khoa: Cơ khí Tên Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng WinCC để mô phỏng hệ SCADA trong công nghiệp Số trang: 92 Số chương: 04 Số tài