Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát

94 phụ lục a: Một số hình ảnh về kết cấu của hệ thống phụ lục b: Sơ đồ mạch nguyên lý bộ điều khiển Trang 6 Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt STT Từ viết tắtGiải nghĩa1 ADC Analog

Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa Hµ néi - Luận văn thạ ạc sĩ khoa học Ngành: xử l ý thô ng t in tr uy ề n thông Xây dựng hệ thốn g điều khiển giám sát Ng uyễn n tru ng kiê n H nộ i 2006 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131455341000000 Lêi cam đoan Tên Nguyễn Trung Kiên, Học viên lớp Cao học Xử lý thông tin truyền thông 2004 Tôi cam đoan nội dung viết luận văn nghiên cứu thân dới hớng dẫn T.S Nguyễn Linh Giang chép bất hợp pháp từ nghiên cứu ngời khác Nếu sai hoàn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2006 Ngời cam đoan: Nguyễn Trung Kiên Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục hình vẽ, đồ thị Mở đầu Ch¬ng - Tỉng quan vỊ hệ thống điều khiển giám sát 1.1 Tổng quan SCADA 11 1.1.1 Các đơn vị tải đầu cuối RTUs (Remote Terminal Units) 13 1.1.2 Tr¹m chđ cđa hƯ thèng SCADA (Scada Master Station) 16 1.1.3 C¸c giao thøc cđa hƯ thèng SCADA (SCADA Protocols) 17 1.1.4 Trun th«ng SCADA 19 1.2 KiÕn tróc cđa SCADA 20 1.2.1 HƯ thèng SCADA nguyªn khèi 20 1.2.2 HƯ SCADA ph©n bè 21 1.2.3 HÖ thèng SCADA nèi m¹ng 23 1.3 KiÕn tróc phÇn mỊm 25 1.4 Tính cđa hƯ thèng SCADA 27 1.4.1 Cảnh báo giám sát 27 1.4.2 Thu thËp d÷ liƯu 28 1.4.3 Thông báo chia sẻ d÷ liƯu 28 1.5 HÖ thèng SCADA ë ViÖt Nam 28 Chơng Mạng truyền thông công nghiệp 2.1 Mạng truyền thông Siemens 31 2.1.1 Tæng quan mạng công nghiệp SEMATIC 31 2.1.2 Mạng nhiều điểm 33 2.1.3 PROFIBUS 34 2.1.4 Mạng công nghiệp (Industrial Ethernet) 41 2.1.5 GhÐp nèi ®iĨm tíi ®iĨm (Point to Point Interface) 42 2.1.6 Giao diƯn c¶m biến-cơ cấu chấp hành 43 2.2 Mét sè chuÈn truyÒn dÉn 45 2.2.1 ChuÈn RS-232 45 2.2.2 ChuÈn truyÒn RS-422 48 2.2.3 ChuÈn RS-485 50 2.3 Dịch vụ truyền thông 56 2.3.1 Định nghĩa 56 2.3.2 DÞch vơ trun thông subnet 57 Chơng Truyền thông với PLC 3.1 Tổng quan vÒ PLC 60 3.1.1 Định nghĩa 60 3.1.2 Đặc ®iÓm 60 3.1.3 CÊu t¹o PLC 62 3.1.4 CÊu h×nh cøng PLC 62 3.1.5 Ngôn ngữ lập trình 64 3.1.6 C¬ chÕ hoạt động 64 3.1.7 Phơng pháp xử lý tín hiệu 65 3.2 ThiÕt bị điều khiển khả trình PLC S7-200 Siemens 65 3.2.1 Các thành phần hệ PLC S7-200 65 3.2.2 PhÇn cøng cña PLC S7-200 66 3.2.3 Cỉng trun th«ng 68 3.2.4 CÊu tróc bé nhí 69 3.2.5 Ngôn ngữ lập trình 71 3.3 Truyền thông PLC 73 3.3.1 Các yếu tố truyền th«ng 73 3.3.2 Tham sè trun th«ng 74 3.3.3 Các cổng truyền thông 74 3.3.4 Khoảng cách trun th«ng 75 3.3.5 Điều khiển đờng tín hiệu truyền thông 75 3.3.6 Nghi thøc trun th«ng 76 Ch¬ng Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát 4.1 Ph©n tÝch thiÕt kÕ hƯ thèng 78 4.1.1 Phần mềm điều khiĨn gi¸m s¸t 78 4.1.2 PLC 80 4.1.3 HƯ thèng ®iỊu khiĨn gi¸m s¸t 80 4.1.4 Một số thiết bị đầu cuối liệu khác sư dơng hƯ thèng 86 4.2 ThiÕt kÕ hệ thống điều khiển giám sát 88 4.2.1 Các thành phần tính cđa hƯ thèng 88 4.2.2 Hoạt động hệ thống 88 kết luận khuyến nghị 93 tµi liƯu tham kh¶o 94 phụ lục a: Một số hình ảnh kết cấu hệ thống phụ lục b: Sơ đồ mạch nguyên lý điều khiển Phụ lục c: mà nguồn chơng trình điều khiển cho PLC Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt STT T vit tắt Giải nghĩa ADC Analog Digital Converter AGC Automatic Generation Control DA Distribution Automation DAC Digital Analog Converter DCE Data Communication Equipment FBD Function Block Diagram HMI Human Machine Interface LAD Ladder Logic LAN Local Area Network 10 MMI Man Machine Interface 11 MPI Multi Point Interface 12 MS Master Stations 13 MTU Master Terminal Unit 14 PLC Programable Logic Control 15 PSN Public Switched Network 16 RTU 17 SCADA Supervisory Control And Data Acquisition 18 STL Statement List 19 UCA Utility Communication Architecture 20 WAN Wide Area Network Remote Terminal Unit B Danh mục hình vẽ, đồ thị Thứ tự Tên hình B Trang B H×nh 1.1 CÊu tróc cđa hƯ thèng SCADA 12 H×nh 1.2 Một RTU điển hình 13 Hình 1.3 Kiến trúc hệ thống SCADA hệ 21 Hình 1.4 KiÕn tróc cđa hƯ thèng SCADA thÕ hƯ thø hai 22 H×nh 1.5 HƯ thèng SCADA thÕ hƯ thø ba 24 Hình 1.6 Kiến trúc chung phần mềm 26 H×nh 2.1 MPI - SURNET 33 H×nh 2.2 KiÕn trúc giao thức PROFIBUS 36 Hình 2.3 Phơng pháp thâm nhập đờng dẫn mạng 37 PROFIBUS Hình 2.4 Mạng PROFIBUS 38 Hình 2.5 Mạng PROFIBUS -DP 39 Hình 2.6 Industrial Ethernet 41 Hình 2.7 Kết nối điểm tới ®iĨm 43 H×nh 2.8 ASI - Subnet 44 H×nh 2.9 Bố trí chân phích cắm RS-232 máy tính PC 46 Hình 2.10 Kiểu mạng RS-422 bốn dây 49 Hình 2.11 Sơ đồ kích thích thu RS-485 51 Hình 2.12 Quy định trạng thái logic cảu tín hiệu RS-485 52 Hình 2.13 Các phơng pháp chặn đầu cuối RS-485/RS-422 55 Hình 3.1 Cấu trúc chung hệ thống điều khiển logic 62 Hình 3.2 Các thành phần PLC S7-200 66 Hình 3.3 Cấu tạo CPU 214 67 Hình 3.4 Sơ đồ chân cổng truyền thông 68 Hình 3.5 Ghép nối máy tính với PLC 69 Hình 3.6 Bộ nhớ S7 - 200 69 Hình 4.1 Cấu tạo lò nhiệt 81 Hình 4.2 Bộ điều khiển PID kinh điển 84 Hình 4.3 Hình dạng điều khiển số MR13 87 Hình 4.4 Hình dáng PZ-41L 88 Hình 4.5 Bảng điều khiển hệ thống 90 Hình 4.6 Giao diện điều khiển giám sát 91 Mở đầu Trong năm gần đây, nhu cầu ứng dụng tự động hoá kết hợp với truyền thông hoạt động nhà máy, xí nghiệp phát triển mạnh Rất nhiều nhà máy, xí nghiệp có nhu cầu trang bị hệ thống tự động hoá để phục vụ cho mục đích họ Nhng họ nhiều thông tin hệ thống Trong thùc tÕ, ë ViƯt Nam ®· xt hiƯn nhiỊu hƯ thống tự động điều khiển giám sát hoạt động nhng tính tích hợp cha cao Hầu hết hệ thống thờng dành cho ứng dụng lớn, giá thành tơng đối cao, không phù hợp với nhiều nhà máy, xí nghiệp Hơn nữa, nhà máy, xí nghiệp có đặc thù riêng, nên ứng dụng họ khác Do việc nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu (SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition System) để quản lý, giám sát hoạt động nhà máy, xí nghiệp Việt Nam công việc thiết thực cần thiết Chỉ cần có ngời điều khiển vận hành hệ thống thông qua phần mềm cài đặt máy tính đặt phòng điều khiển, hệ thống ứng dụng để : - Tự động đóng/ngắt điện máy/thiết bị hoạt động/không hoạt động - Giám sát tự động điều khiển hoạt động lò nhiệt - Giám sát số lợng ngời vào/ra khu vực lò - Cảnh báo có kẻ gian đột nhập - Giám sát hoạt động ngời phòng/toà nhà thông qua Camera quan sát - Điều khiển chuông báo 10 Các tính hệ thống ít/nhiều tính liệt kê trên, tuỳ thuộc vào mong muốn mục đích ngời sử dụng, giá thành hệ thống giảm/tăng theo Chính lý đà lựa chọn đề tài: Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát với mục đích nghiên cứu, xây dựng hệ thống điều khiển giám sát thông qua phần mềm cài đặt máy tính Nội dung đề tài bao gồm: - Nghiên cứu tổng quan hệ thống - Xây dựng phần mềm điều khiển hệ thống - Thiết kế Modul phần cứng hệ thống Đề tài đợc hoàn thành với giúp đỡ nhiệt tình thầy T.S Nguyễn Linh Giang, Giảng viên Khoa Công nghệ thông tin, Trờng ĐH Bách Khoa Hà Nội tập thể giảng viên Khoa Điện tử, Trờng ĐH Công nghiệp Hà Nội Mặc dù có nhiều cố gắng việc tìm tài liệu biên dịch nhng hẳn không tránh khỏi thiếu sót Tôi mong góp ý thầy cô bạn để đề tài đợc đầy đủ Tôi xin chân thành cảm ơn!