Giải pháp xây dựng một hệ scada diện rộng trên cơ sở hệ thống mạng simatic của siemens, đồng thời áp dụng cụ thể cho các kho chứa lpg

LỜI CAM ĐOAN Thiết kế luận văn tự thực khả Ngồi tài liệu tham khảo dẫn cuối luận văn, đảm bảo không chép công trình khoa học hay thiết kế tốt nghiệp người khác Tôi xin chịu trách nhiệm nội dung trình bày luận văn Người cam đoan MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA ……………………………………………………………1 LỜI CAM ĐOAN ……………………………………………………………2 MỤC LỤC ……………………………………………………………………3 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ……………………….6 DANH MỤC CÁC BẢNG……………………………………………………7 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ …………………………………… MỞ ĐẦU …………………………………………………………………….10 Chương 1: Tổng quan hệ thống điều khiển giám sát …………………….12 1.1 Tính thời sự, khoa học, thực tiễn vấn đề cần nghiên cứu ……….12 1.2 Ứng dụng hệ thống điều khiển giám sát…………………………… 14 1.3 Mục tiêu nội dung nghiên cứu đề tài ……………………… 14 1.3.1 Mục tiêu đề tài…………………………………………….14 1.3.2 Nội dung đề tài ………………………………………… 15 1.3.3 Bố cục luận văn……………………………………………….16 1.4 Mơ hình phân cấp cấu trúc hệ thống điều khiển…………………17 1.4.1 Lịch sử phát triển hệ thống điều khiển ………………… 17 1.4.2 Mơ hình phân cấp chức năng………………………………….18 1.4.3 Cấu trúc hệ thống điều khiển…………………………… 21 1.4.4 Phân loại hệ thống điều khiển ……………………………24 1.4.5 Phân loại mạng truyền thông công nghiệp……………………25 Chương 2: Cơ sở lý thuyết truyền thông………………………………… 27 2.1 Chế độ chuyền tải ………………………………………………… 27 2.2.1 Truyền bit song song truyền bit nối tiếp ………………… 28 2.2.2 Truyền đồng không đồng ………………………….29 2.2.3 Truyền chiều, hai chiều toàn phần gián đoạn ……….29 2.2.4 Truyền tải dải sở dải mang giải rộng …………………30 2.2 Các thành phần mạng…………………………………………….31 2.2.1 Đường truyền vật lý ………………………………………… 31 2.2.2 Cấu trúc mạng…………………………………………………32 2.2.3 Giao thức mạng ……………………………………………….36 2.2.4 Phân loại mạng ……………………………………………… 38 2.3 Các phương pháp truy cập mạng …………………………………… 39 2.2.1 CSMD/CD …………………………………………………… 39 2.2.2 Master/Slave………………………………………………… 40 2.2.3 Token passing…………………………………………………40 2.4 Kết nối mạng………………………………………………………… 41 2.2.1 Phương tiện kết nối …………………………………………….46 2.2.2 Thiết bị liên kết mạng………………………………………… 47 2.5 Mạng truyền thông công nghiệp siemens……………………… 49 2.2.1 Mạng nhiều điểm (MPI)……………………………………… 49 2.2.2 Mạng profibus……………………………………………… 50 2.2.3 Mạng công nghiệp ( Industrial Ethernet )…………………….54 2.2.4 Mạng giao diện điểm tới điểm ( PPI)……………………… 56 2.2.5 Mạng cảm biến cấu chấp hành ……………………………57 2.2.6 Mạng SINEC L2…………………………………………… 58 Chương Hệ thống điều khiển giám sát kho cảng LPG………………….60 3.1 Hệ thống quản lý kho cảng LPG …………………………………… 60 3.2.1 Giới thiệu tổng quan LPG ………………………………… 60 3.2.2 Cấu trúc tự động hóa kho cảng LPG………………………… 61 3.2.3 Qui trình hoạt động kho chứa LPG……………………… 64 3.2 Các yêu cầu hệ thống tự động điều khiển giám sát kho chứa LPG 67 3.2.1 Yêu cầu chung………………………………………………… 67 3.2.2 Yêu cầu hệ thống đo lường……………………………… 67 3.2.3 u cầu tốn cơng nghệ xuất nhập LPG…………………69 3.2.4 Yêu cầu hệ thống điều khiển giám sát xuất nhập LPG………70 3.2.5 Yêu cầu hệ thống đóng mở van an tồn có cố ……….70 3.2.6 Tủ điều khiển trung tâm…………………………………… 71 3.2 Một số hệ thống điều khiển giám sát kho cảng LPG…………………72 3.2.1 Hệ thống điều khiển giám sát kho cảng hãng Varec……….72 3.2.2 Giải pháp tích hợp hệ thống điều khiển hãng SAAB tank(Emerson) ………………………………75 Chương Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát kho chứa LPG…… 80 4.1 Phân tích lựa chọn giải pháp hãng siemens………………………… 80 4.1.1 Giới thiệu hãng sản xuất tự động hóa Siemens……………… 80 4.1.2 Phân tích lựa chọn giải pháp thiết bị hãng siemens…………83 4.2 Xây dựng cấu trúc điều khiển giám sát kho chứa LPG……………… 85 4.2.1 Các thành phần hệ thống……………………………………… 85 4.2.2 Thiết lập cấu hình hệ thống sử dụng phần mềm Step7 ……… 97 4.3 Xây dựng phần mềm………………………………………………… 102 4.3.1 u cầu cơng nghệ q trình điều khiển xuất nhập…………….102 4.3.2 Yêu cầu giám sát hệ thống LPG…………………………… 105 4.3.3 Qui trình xây dựng giao diện phần mềm WinCC……………….105 4.1 Xây dựng giao diện mô hệ thống LPG……………………… 113 4.4.1 Phần mềm mô PLCsim………………………………… 113 4.4.2 Mơ tả hoạt động chương trình điều khiển giám sát…………… 114 Chương Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát qua mạng internet… 121 5.1 Đặt vấn đề …………………………………………………………… 121 5.2 Cơ sở lý thuyết hệ thống điều khiển qua mạng internet……………….124 5.2.1 Giao thức mạng internet……………………………………… 124 5.2.2 Mơ hình phân lớp địa internet…………………………… 125 5.2.3 Kiến trúc mạng internet……………………………………… 126 5.2.4 Định tuyến mạng internet……………………………… 127 5.3 Cấu trúc hệ thống điều khiển giám sát qua mạng…………………… 129 5.2.4 Thiết lập chương trình điều khiển giám sát qua mạng internet……… 130 KẾT LUẬN ………………………………………………………………… 135 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………… 136 PHỤ LỤC………………………………………………………………………137 Danh mục kí hiệu chữ viết tắt ADSL Asymetric Digital Subscriber line ASI ATM BMS CP CSMA/CD DCS ESD FBM FCU IP LAN LLC LPG MAC MAN MPI MST OPC OSI PID PLC PPI QCS RDU RTU SCADA STP UHF UTP VHF WAN Actual sensor interface Asynchronous Transfer Mode Building managerment system Comunication process Carrier Sence Multiple Access/ Collision Detection Distributed control System Emergency shutdown Field bus modem Field communication unit Internet protocol Local area network Logical link control Liquidfied petrol gas Media Access Address Metropolitan Area Network Multiple point interface Multiple spot temperature OLE process control Open System Interconnection Proportion intergrate derivative Programble logic control Point to point interface Quality control system Remote display unit Remote terminal unit Supervisory Shield twist pair High frequency Unshied twist pair Very high frequency Wide area network Danh mục bảng Bảng 2.1: Bảng kết hợp dịch vụ kiểu truyền thông……………………… 43 Bảng 2.2: Tóm tắt thơng số quan trọng RS-485…………………… 44 Bảng 2.3: Dữ liệu kỹ thuật mạng PROFIBUS……………………………53 Bảng 2.4: Dữ liệu kỹ thuật IE……………………………………………56 Bảng 2.5: Dữ liệu kỹ thuật điều khiển……………………………58 Danh mục hình vẽ Hình 1.1: Phân cấp chức hệ thống………………………………… 19 Hình 1.2: Cấu trúc điều khiển tập chung…………………………………… 21 Hình 1.3: Cấu trúc điều khiển phân quyền………………………………… 22 Hình 1.4: Cấu trúc điều khiển phân tán…………………………………… 23 Hình 2.1: Chế độ truyền tín hiệu…………………………………………… 29 Hình 2.2: Cấu trúc dạng bus………………………………………………… 34 Hình 2.3: Cấu trúc dạng mạch vịng……………………………………… 34 Hình 2.4: Cấu trúc mạng hình cây………………………………………… 35 Hình 2.5: Cấu trúc hình sao………………………………………………… 35 Hình 2.6: Mơ hình OSI lớp…………………………………………………37 Hình 2.7: Các phương pháp truy nhập đường truyền……………………… 39 Hình 2.8: Các kiểu kết nối .42 Hình 2.9: Kết nối module………………………………………… 43 Hình 2.10 : MPI Subnetwork……………………………………………………… 49 Hình 2.11: Phương pháp truy nhập đường dẫn…………………………… 51 Hình2.12: Kết nối điểm tới điểm…………………………………………….56 Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc hệ thống tự động hóa…………………………… 62 Hình 3.2: Sơ đồ P&ID hệ thống…………………………………………… 66 Hình 3.3: Giải pháp hệ thống điều khiển giám sát Varec……………….72 Hình 3.4: Giải pháp hệ thống đo bồn chứa SAAB TANK…………… 75 Hình 4.1: CPU 315-2PN/DP……………………………………………… 86 Hình 4.2: Module đầu vào tương tự………………………………………….88 Hình 4.3: Module đầu số………………………………………………… 88 Hình 4.4: Switch chuyển mạch………………………………………………89 Hình 4.5: Thiết bị đo mức Radar………………………………………90 Hình 4.6: Cấu trúc transmitter radar…………………………………… 91 Hình 4.7: Thiết bị đo nhiệt độ……………………………………………… 92 Hình 4.8: Bộ hiển thị chỗ…………………………………………………93 Hình 4.9: Thiết bị đo khối lượng massflow………………………………….94 Hình 4.10: Sensor đo khối lượng massflow………………………………….95 Hình 4.11: Van điều khiển xuất nhập……………………………………… 96 Hình 4.12: Khởi tạo chương trình step7…………………………………… 98 Hình 4.13: Cấu hình trạm điều khiển PLC………………………………… 99 Hình 4.14: Cấu hình thiết bị đo Radar………………………………………100 Hình 4.15: Cấu hình thiết bị đo Massflow………………………………… 101 Hình 4.16: Cấu hình mạng Ethernet……………………………………… 102 Hình 4.17: Lưu đồ thuật tốn nhập LPG…………………………………….103 Hình 4.18: Lưu đồ thuật tốn xuất LPG…………………………………… 104 Hình 4.19: Mơ hình PLCsim mơ hệ thống………………………… 113 Hình 4.20: Trang giao diện tổng quan hệ thống…………………………… 114 Hình 4.21:Mơ tả xuất LPG tự động…………………………………………115 Hình 4.22: Trang giao diện khu cầu cảng……………………………………116 Hình 4.23: Đồ thị trends cảnh báo khu cầu cảng…………………………117 Hình 4.24: Chế độ xuất nhập thủ cơng………………………………………117 Hình 4.25: Trang giao diện khu bồn 1……………………………………….118 Hình 4.26: Trang giao diện khu bồn 2……………………………………….119 Hình 4.27: Trang giao diện khu họng xuất………………………………… 119 Hình 4.28: Đồ thị trends cảnh báo khu họng xuất……………………… 120 Hình 5.1: Biểu diễn liên kết hai mạng……………………………………….127 Hình 5.2: Cấu trúc hệ thống điều khiển giám sát qua mạng…………………129 Hình 5.3: Cấu hình Webnavigator………………………………………… 131 Hình 5.4: Xây dựng trang đồ họa qua web………………………………131 Hình 5.5: Mơ hình liên kết IIS……………………………………………….132 Hình 5.6: Giao diện SCADA tổng quan qua web………………………… 133 Hình 5.7: Giao diện SCADA khu cầu cảng qua web……………………….133 Hình 5.8: Giao diện SCADA khu bồn chứa qua web……………………….134 Hình 5.9: Giao diện SCADA khu họng xuất qua web………………………134 LỜI NÓI ĐẦU Sự phát triển kết hợp hồn hảo cơng nghệ thơng tin với mạng công nghiệp năm gần mang lại hướng cho giải pháp tự động hố, tạo chuyển biến tích cực ngành kinh tế quốc dân Trong số hệ thống tích hợp tự động hố nói chung, hệ SCADA chiếm vị trí đặc biệt quan trọng khả thu thập, giám sát điều khiển ưu việt q trình cơng nghệ sản xuất Việc xây dựng kế thừa dựa thành tựu kỹ thuật truyền thông, kỹ thuật vi xử lý công nghệ phần mềm tạo điều kiện cho hãng tự động hoá giới đưa nhiều hệ thống mạng tối ưu đại SIEMENS, ALLEN-BRADLEY, MOTOROLA, HONEYWELL,… Trên giới, hệ thống áp dụng rộng rãi hiệu vào ngành điện lực, dầu khí, hố chất, xăng dầu, khí tượng thuỷ văn, hệ thống cung cấp nước, giám sát ô nhiễm môi trường v.v Hiện nay, xu hướng xây dựng hệ SCADA diện rộng áp dụng vào nhiều lĩnh vực mở rộng phạm vi nước, chí khu vực mục tiêu cho nhà tích hợp giải pháp Với phát triển không ngừng, hệ thống SCADA đại không dừng lại phạm vi giám sát t mà cịn có khả chẩn đoán cố cách khắc phục dựa số liệu thu thập Với nước ta, việc áp dụng hệ thống SCADA xu tất yếu ngành kinh tế trọng điểm quốc gia gồm điện lực dầu khí Các hệ thống SCADA cho thuỷ lợi, khí tượng thuỷ văn mơi trường vấn đề đặt cách cấp thiết Theo định hướng phát triển đó, đề tài tập trung nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ SCADA diện rộng sở hệ thống mạng SIMATIC Siemens, đồng thời áp dụng cụ thể cho kho chứa LPG Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn - TS Nguyễn Văn Khang - Người động viên, bảo hướng dẫn tận tình để em hồn thành đồ án tốt nghiệp