Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát trạm bơm cung cấp xăng báo cáo giữa kỳ môn scada

111Equation Chapter Section 1TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TRẠM BƠM CUNG CẤP XĂNG BÁO CÁO GIỮA KỲ MÔN SCADA Giảng viên hướng dẫn: THS NGUYỄN QUANG DŨNG Thành viên: ĐỖ MINH CHÍNH NGUYỄN BẢO KHIÊM THÂN MINH NGUYÊN TRƯƠNG THANH TRÍ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2023 i TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TRẠM BƠM CUNG CẤP NƯỚC BÁO CÁO GIỮA KỲ MÔN SCADA Giảng viên hướng dẫn: THS NGUYỄN QUANG DŨNG Thành viên: ĐỖ MINH CHÍNH NGUYỄN BẢO KHIÊM THÂN MINH NGUYÊN TRƯƠNG THANH TRÍ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2023 i LỜI MỞ ĐẦU Hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) hệ thống tự động hóa sử dụng để giám sát điều khiển hệ thống từ xa Hệ thống SCADA thường sử dụng ứng dụng công nghiệp, chẳng hạn trạm bơm Báo cáo đề xuất thiết kế hệ thống SCADA cho trạm bơm Hệ thống thiết kế để đáp ứng yêu cầu sau:  Giám sát điều khiển máy bơm trạm  Giám sát thông số quan trọng hệ thống, chẳng hạn áp suất, lưu lượng mức nước  Cung cấp cảnh báo có cố https://drive.google.com/drive/folders/ 1NDH3RqmO3vgEOzgDg3AdJOTN1utbB5xK?usp=drive_link ii MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA .ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED 1.1 SCADA LÀ GÌ? .ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED 1.2 CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG SCADA .ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED 1.2.1 Giám sát Error! Bookmark not defined 1.2.2 Điều khiển Error! Bookmark not defined 1.3 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG SCADA ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED 1.3.1 1.4 Thiết bị đo lường điều khiển Error! Bookmark not defined THIẾT BỊ ĐẦU CUỐI TỪ XA (RTU) ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED 1.4.1 Mạng truyền thông Error! Bookmark not defined 1.4.2 Máy tính trung tâm: Error! Bookmark not defined 1.4.3 Giao diện người-máy (HMI) .Error! Bookmark not defined 1.5 ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG SCADA .ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED 1.6 ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG SCADA ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED 1.6.1 Ưu điểm .Error! Bookmark not defined 1.6.2 Nhược điểm .Error! Bookmark not defined CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG TRẠM BƠM NƯỚC 2.1 CHỨC NĂNG CỦA HỆ THỐNG TRẠM BƠM NƯỚC 2.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG TRẠM BƠM NƯỚC 2.3 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TRẠM BƠM NƯỚC 2.4 ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG TRẠM BƠM NƯỚC 2.5 ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRẠM BƠM NƯỚC 2.5.1 Ưu điểm: 2.5.2 Nhược điểm .3 2.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG YÊU CẦU HỆ THỐNG iii 3.1 GIÁM SÁT TRẠNG THÁI CỦA CÁC MÁY BƠM ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED 3.2 GIÁM SÁT CÁC THÔNG SỐ QUAN TRỌNG CỦA HỆ THỐNG ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED 3.3 ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TỪ XA ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED 3.4 CUNG CẤP CẢNH BÁO KHI CÓ SỰ CỐ .ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯƠNG MÔ PHỎNG ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED CHƯƠNG KẾT LUẬN .26 TÀI LIỆU THAM KHẢO .27 iv BÁO CÁO GIỮA KỲ - SCADA Trang DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1 Trạm bơm nước Hình 2-1 Kiến trúc phân lớp cỉa hệ thống SCADA Hình 3-1 Kiến trúc phân lớp hệ thống SCADA cho trạm bơm Hình 3-2 Cảm biến đo mức nước ULM-53 .8 Hình 3-3 Đồng hồ đo lưu lượng điện từ Euromag Model MUT2200EL Hình 3-4 Màn hình HMI Siemens 6AV2123-2DB03-0AX0 12 Hình 3-5 Bộ lập trình SIMATIC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC 6ES72141AG40-0XB0 12 Hình 3-6 Sơ đồ đấu dây 15 Hình 3-7 Lưu đồ giải thuật .17 Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho trạm bơm BÁO CÁO GIỮA KỲ - SCADA Trang DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3-1 Thông số kỹ thuật Đồng hồ Euromag Model MUT2200EL 10 Bảng 3-2 Bơm ly tâm lưu lượng nước lớn TNF130 .10 Bảng 3-3 Van Danfoss VLT F300 11 Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho trạm bơm BÁO CÁO GIỮA KỲ - SCADA Trang CHƯƠNG MÔ TẢ VỀ HỆ THỐNG TRẠM BƠM NƯỚC Hình 1-1 Trạm bơm nước Hệ thống trạm bơm nước hệ thống gồm thiết bị bơm, đường ống, van thiết bị phụ trợ khác sử dụng để bơm nước từ nguồn nước đến nơi cần sử dụng Hệ thống trạm bơm nước sử dụng nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm  Cấp nước sinh hoạt cho khu dân cư, đô thị  Cấp nước cho nhà máy, xí nghiệp  Cấp nước cho nơng nghiệp  Cấp nước cho cơng trình xây dựng  Cấp nước cho hoạt động sản xuất 1.1 Chức hệ thống trạm bơm nước Chức hệ thống trạm bơm nước bơm nước từ nguồn nước đến nơi cần sử dụng Hệ thống sử dụng để tăng áp lực nước, điều chỉnh lưu lượng nước kiểm soát chất lượng nước Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho trạm bơm BÁO CÁO GIỮA KỲ - SCADA Trang 1.2 Các thành phần hệ thống trạm bơm nước Hệ thống trạm bơm nước bao gồm thành phần sau:  Thiết bị bơm: Thiết bị bơm thành phần hệ thống trạm bơm nước Thiết bị bơm sử dụng để tạo áp lực nước để đẩy nước từ nguồn nước đến nơi cần sử dụng  Đường ống: Đường ống sử dụng để dẫn nước từ nguồn nước đến nơi cần sử dụng Đường ống cần thiết kế phù hợp với lưu lượng nước áp lực nước để đảm bảo hiệu hệ thống  Van: Van sử dụng để điều chỉnh lưu lượng nước áp lực nước  Các thiết bị phụ trợ khác: Các thiết bị phụ trợ khác bao gồm thiết bị điều khiển, giám sát, bảo vệ an toàn 1.3 Phân loại hệ thống trạm bơm nước Hệ thống trạm bơm nước phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, bao gồm:  Theo nguồn nước: Hệ thống trạm bơm nước phân loại thành hệ thống bơm nước mặt, hệ thống bơm nước ngầm hệ thống bơm nước thải  Theo vị trí: Hệ thống trạm bơm nước phân loại thành hệ thống trạm bơm cấp 1, hệ thống trạm bơm cấp hệ thống trạm bơm tăng áp  Theo mục đích sử dụng: Hệ thống trạm bơm nước phân loại thành hệ thống trạm bơm cấp nước sinh hoạt, hệ thống trạm bơm cấp nước công nghiệp hệ thống trạm bơm cấp nước nông nghiệp 1.4 Ứng dụng hệ thống trạm bơm nước Hệ thống trạm bơm nước ứng dụng nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm:  Cấp nước sinh hoạt: Hệ thống trạm bơm nước sử dụng để cung cấp nước sinh hoạt cho khu dân cư, đô thị  Cấp nước công nghiệp: Hệ thống trạm bơm nước sử dụng để cung cấp nước cho nhà máy, xí nghiệp Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho trạm bơm BÁO CÁO GIỮA KỲ - SCADA Trang  Cấp nước nông nghiệp: Hệ thống trạm bơm nước sử dụng để cung cấp nước cho hoạt động sản xuất nông nghiệp  Cấp nước cho cơng trình xây dựng: Hệ thống trạm bơm nước sử dụng để cung cấp nước cho hoạt động xây dựng 1.5 Ưu điểm nhược điểm hệ thống trạm bơm nước 1.5.1 Ưu điểm:  Hệ thống trạm bơm nước sử dụng để cung cấp nước cho khu vực xa nguồn nước  Hệ thống trạm bơm nước sử dụng để điều chỉnh lưu lượng nước áp lực nước  Hệ thống trạm bơm nước sử dụng để kiểm soát chất lượng nước 1.5.2 Nhược điểm  Hệ thống trạm bơm nước tốn để xây dựng vận hành  Hệ thống trạm bơm nước gây nhiễm môi trường 1.6 Kết luận Hệ thống trạm bơm nước hệ thống quan trọng việc cung cấp nước cho khu dân cư, đô thị, nhà máy, xí nghiệp hoạt động sản xuất khác Hệ thống sử dụng để cung cấp nước cho khu vực xa nguồn nước, điều chỉnh lưu lượng nước áp lực nước, kiểm soát chất lượng nước Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho trạm bơm BÁO CÁO GIỮA KỲ - SCADA Trang điều kiện khác nhau, chẳng hạn áp suất xuống mức cài đặt, mực nước xuống mức cài đặt, + Điều khiển tốc độ máy bơm: PLC lập trình để điều khiển tốc độ máy bơm theo điều kiện khác nhau, chẳng hạn lưu lượng xuống mức cài đặt, nhiệt độ cao, + Điều khiển theo chế độ: PLC lập trình để điều khiển máy bơm theo chế độ khác nhau, chẳng hạn chế độ tự động, chế độ thủ công, chế độ khẩn cấp,  Chức giám sát trạng thái hệ thống: + Giám sát trạng thái theo thời gian thực: PLC sử dụng để giám sát trạng thái hệ thống theo thời gian thực Điều giúp phát kịp thời lỗi cố hệ thống + Giám sát trạng thái từ xa: PLC sử dụng để giám sát trạng thái hệ thống từ xa Điều giúp người vận hành theo dõi trạng thái hệ thống từ xa + Giám sát trạng thái tự động: PLC sử dụng để giám sát trạng thái hệ thống tự động Điều giúp người vận hành không cần phải giám sát hệ thống thường xuyên  Chức tạo cảnh báo: + Tạo cảnh báo theo mức độ nghiêm trọng: PLC sử dụng để tạo cảnh báo theo mức độ nghiêm trọng cố Điều giúp người vận hành ưu tiên xử lý cố nghiêm trọng + Tạo cảnh báo theo thời gian: PLC sử dụng để tạo cảnh báo theo thời gian Điều giúp người vận hành theo dõi diễn biến cố  Chức ghi liệu: + Ghi liệu trạng thái: PLC sử dụng để ghi liệu trạng thái thiết bị hệ thống, chẳng hạn máy bơm, cảm Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho trạm bơm BÁO CÁO GIỮA KỲ - SCADA Trang biến, Dữ liệu sử dụng để giám sát trạng thái hoạt động hệ thống + Ghi liệu hoạt động: PLC sử dụng để ghi liệu hoạt động hệ thống, chẳng hạn áp suất, lưu lượng, nhiệt độ, Dữ liệu sử dụng để phân tích hiệu suất hoạt động hệ thống + Ghi liệu cố: PLC sử dụng để ghi liệu cố hệ thống, chẳng hạn lỗi, cảnh báo, Dữ liệu sử dụng để phân tích nguyên nhân gây cố Yêu cầu ngân sách: PLC Siemens S7-1200 có chức bản, số lượng đầu vào/đầu 16, khả chống chịu mơi trường có giá khoảng triệu đồng 3.3.2 Vẽ sơ đồ đấu nối dây Hình 3-8 Sơ đồ đấu dây Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho trạm bơm BÁO CÁO GIỮA KỲ - SCADA Trang 3.3.3 Xây dựng quy trình cơng nghệ, thiết kế thuật tốn a) Xây dựng quy trình cơng nghệ Quy trình cơng nghệ cho hệ thống trạm bơm tập hợp bước, quy tắc thủ tục sử dụng để vận hành, bảo trì sửa chữa hệ thống trạm bơm Quy trình thiết kế để đảm bảo hệ thống trạm bơm hoạt động an toàn, hiệu tin cậy Các bước xây dựng quy trình cơng nghệ cho hệ thống trạm bơm:  Xác định yêu cầu: Bước xác định yêu cầu hệ thống trạm bơm Các yêu cầu bao gồm thông số kỹ thuật, điều kiện vận hành, yêu cầu an tồn, u cầu bảo trì, sửa chữa trình bày mục 3.3.1 Lựa chọn PLC  Tuyển chọn thiết bị vật tư: Sau xác định yêu cầu, tiến hành tuyển chọn thiết bị vật tư phù hợp với hệ thống trạm bơm Việc lựa chọn thiết bị vật tư cần đảm bảo đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, an toàn kinh tế Phần trình bày mục 3.2 Lựa chọn thiết bị lớp  Thiết kế hệ thống: Bước thiết kế hệ thống trạm bơm Thiết kế hệ thống cần đảm bảo đáp ứng yêu cầu kỹ thuật, an tồn kinh tế  Lập quy trình vận hành: Sau thiết kế hệ thống, cần lập quy trình vận hành Quy trình vận hành cần bao gồm bước, quy tắc thủ tục cần thực vận hành hệ thống trạm bơm  Lập quy trình bảo trì: Quy trình bảo trì cần bao gồm bước, quy tắc thủ tục cần thực bảo trì hệ thống trạm bơm  Lập quy trình sửa chữa: Quy trình sửa chữa cần bao gồm bước, quy tắc thủ tục cần thực sửa chữa hệ thống trạm bơm b) Thiết kế thuật toán Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho trạm bơm BÁO CÁO GIỮA KỲ - SCADA Trang Hình 3-9 Lưu đồ giải thuật Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho trạm bơm BÁO CÁO GIỮA KỲ - SCADA Trang 3.3.4 Xây dựng chương trình điều khiển a) Qui ước tín hiệu cho PLC Tên Địa Mô tả start %I0.0 Điều khiển chỗ stop %I0.1 Điều khiển chỗ pump %Q0.0 Cho phép điều khiển bơm valse %Q0.1 Cho phép điều khiển van flow_meter %MW100 Điều khiển lương lượng qua van level_meter %IW66 Đọc giá trị mực nước bồn pressure_meter %IW96 Đọc giá trị áp suất bồn real_tank_level %MD10 Biến gán giá trị analog mức nước bồn real_tank_pressure %MD14 Biến gán giá trị analog áp suất bồn real_tank_flow %MD18 Biến gán giá trị analog lưu lượng nước chảy ống setpoint %MD30 Lượng nước cần cấp cho xe finish %I0.4 Kết thúc trình Bảng 3-1 Qui ước I/O b) Chương trình điều khiển PLC Chương trình chính: Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho trạm bơm BÁO CÁO GIỮA KỲ - SCADA Trang Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho trạm bơm BÁO CÁO GIỮA KỲ - SCADA Trang Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho trạm bơm BÁO CÁO GIỮA KỲ - SCADA Trang 3.4 Xây dựng hệ thống SCADA (Lớp 3) 3.4.1 Liên kết tag HMI Tên Địa Mô tả Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho trạm bơm BÁO CÁO GIỮA KỲ - SCADA Trang HMI_flow_meter %MW60 Điều chỉnh lưu lượng nước HMI_level_meter %MW64 Điều chỉnh mực nước bồn HMI_pressure_meter %MW68 Điều chỉnh áp suất bồn HMI_start %M100.0 Cho phép hệ thống khởi động HMI_stop %M100.1 Cho phép hệ thống dừng lại HMI_finish %M100.2 Kết thúc trình bơm HMI_connect_truck %M2.0 Kết nối xe với trạm bơm HMI_disconnect_truck %M2.1 Ngắt kết nối xe với trạm bơm HMI_manual_start %M100.3 Chế độ tay - khởi động hệ thống HMI_manual_stop %M100.4 Chế độ tay - kết thúc hệ thống Bảng 3-2 Liên kết Tag HMI 3.4.2 Thiết kế giao diện HMI Bảng 3-3 Giao diện HMI 3.4.3 Mô tả đối tượng sử dụng thuộc tính sử dụng ST Tên Đối Địa Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho trạm bơm Thuộc tính sử dụng BÁO CÁO GIỮA KỲ - SCADA Trang T tượng HMI_start Button HMI_stop HMI_finish %M100 -Event Setbit %M100 -Event -> Release -> Resetbit %M100 -Animations Appearance HMI_connect_truck %M2.0 HMI_disconnect_truck %M2.1 HMI_manual_start %M100 -> Press HMI_manual_stop %M100 flow_volume I/O %MD26 setpoint field %MD30 10 HMI_pressure_meter %MW68 11 settanklevel %MD34 12 HMI_level_meter 13 real_tank_level %MD10 14 real_tank_flow %MD18 15 HMI_flow_meter Slider %MW60 Properties -> General 16 real_tank_pressure Gauge %MD14 Properties -> General 17 pump Graphi %Q0.0 Animations-> 18 valse c view %Q0.1 Appearance 19 Check_truck_connecti Picture Bar Properties -> General %MW64 Properties -> General on Bảng 3-4 Đối tượng sử dụng thuộc tính Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho trạm bơm -> -> BÁO CÁO GIỮA KỲ - SCADA Trang 3.4.4 Digital Alarm design ID Name Alarm Alarm Text Classes Discrete_alar Not Errors m_1 connect Trigger check_truck_connect_check_connec tion ed with the truck Discrete_alar Finished Warnin Check_pumping_check_finished_pu m_2 Pumpin gs mping Errors compare_setpoint_equal g Discrete_alar Not m_5 enough required water Bảng 3-5 Alarm Digital 3.4.5 Analog Alarm design I Name D Alarm Trigger Classes Critically Limi Limit t mode High Warnings real_tank_level 9000 Higher Low Warnings real_tank_level 1000 Lower Tank level Critically Tank level High pressure Errors pressure_meter 900 Higher Low pressure Errors real_tank_pressu 100 Lower re Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho trạm bơm BÁO CÁO GIỮA KỲ - SCADA Trang High speed flow Warnings real_tank_flow 90 Higher Low speed flow Warnings real_tank_flow 10 Lower Low tank level Warnings real_tank_level 2000 Lower High tank level Warnings real_tank_level 8000 Higher Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho trạm bơm BÁO CÁO GIỮA KỲ - SCADA Trang CHƯƠNG KẾT LUẬN Báo cáo thiết kế hệ thống SCADA cho trạm bơm đề xuất thiết kế hệ thống đáp ứng yêu cầu giám sát điều khiển trạm bơm Hệ thống thiết kế sử dụng thiết bị trường có độ xác cao, mạng truyền thơng có độ tin cậy cao phần mềm SCADA có giao diện thân thiện với người dùng Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho trạm bơm BÁO CÁO GIỮA KỲ - SCADA Trang TÀI LIỆU THAM KHẢO Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho trạm bơm ĐỒ ÁN HỆ THỐNG NHÚNG Trang A-1