Thuyết trìnhBáo cáo đồ án môn SCADA

Môn SCADA là viết tắt của Supervisory Control and Data Acquisition, là một môn học và lĩnh vực chuyên sâu trong ngành kỹ thuật điện tử, tự động hóa và điều khiển. Môn học này thường được giảng dạy trong các chương trình đào tạo về kỹ thuật điện tử, kỹ thuật điều khiển, hoặc kỹ thuật tự động hóa.

ĐỀ CƯƠNG

SCADA

HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU

KHIỂN TRẠM BƠM

Mai Đức Huy Nguyễn Hữu Tài Bùi Thanh Thuận Trịnh Minh Tân Nguyễn Hữu Thắng Phan Nhật Tân

Huỳnh Trọng Tiến Nguyễn Minh Trí Phạm Trung Hiếu Nguyễn Khoa ĐiềnTHÀNH VIÊN Nhóm 1

www.hocthatlamthat.edu.v Real Engineering

Giới thiệu

Tính cấp thiết của hệ thống01

Ý tưởng đề tài

Tính ứng dụng của đề tài

Ý tưởng đề tài

Trạm bơm là hệ thống cơ điện được lắp đặt để phục vụ nhu cầu sử dụng nước cho các lĩnh vực như sinh hoạt, sản xuất, nông nghiệp,

Ngày ngay các hệ thống trạm bơm càng hiện đại

và diễn ra một cách tự động và ít có sự can thiệt của con người, các hệ thống này được con người giám sát thông qua các thiết bị thông minh giúp con người có thể điều khiển từ xa hoặc theo dõi thông tin nhằm xử lí khi xảy ra sự cố

Chính vì thế tụi em chọn đề tài hệ thồng trạm bơm dưới sự hỗ trợ giám sát thông số về áp suất

và lưu lượng và xây dựng hệ thống SCADA để giám sát và điều khiển từ xa

Hệ thống trạm bơm của tụi em còn nhiều thiếu sót nhất là về mặt tài nguyên và thời gian nên vẫn còn hạn chế nhất định để ứng dụng vào thực tế

www.hocthatlamthat.edu.v Real Engineering

Truyền thông

Các loại truyền thông được sử dụng

02

Mạng CANopen

Giao thức modbus

Modbus TCP/IP

Modbus RTU

Mạng CANopen là gì?

Mạng CANopen là một giao thức mạng dựa trên

chuẩn Controller Area Network (CAN) được sử dụng

trong các ứng dụng điều khiển và tự động hóa công

nghiệp Nó cung cấp một cách linh hoạt để kết nối và

giao tiếp giữa các thiết bị và các thành phần khác

nhau trong một hệ thống

Chức năng:

Giao tiếp: Mạng CANopen cho phép các thiết bị trao

đổi dữ liệu và thông tin điều khiển Nó hỗ trợ các chức năng như đọc, ghi, cấu hình và giám sát các thiết bị

Quản lý mạng: CANopen cung cấp cơ chế quản lý

mạng linh hoạt, cho phép thêm hoặc xóa thiết bị từ mạng mà không cần phải tắt mạng hoặc tắt nguồn

Phát hiện lỗi và gỡ lỗi: Giao thức này hỗ trợ khả

năng phát hiện và xử lý các lỗi trong mạng

Đồng bộ hóa và Dấu thời gian: CANopen cung

cấp các tính năng đồng bộ hóa và hẹn giờ, cho phép các thiết bị hoạt động đồng bộ trong một hệ thống

CANopen Network

Client Nodes (nút Khách):

HMI (Human-Machine Interface):

Mô tả: Giao diện người-máy sẽ là một nút khách, cho phép người dùng tương tác với hệ thống, xem trạng thái của các bơm và gửi các lệnh điều khiển

Master Node (nút Chủ):

Mô tả: nút chủ trong hệ thống

này có thể là một bộ điều khiển

tổng quan của trạm bơm, được

thiết kế để giám sát và điều khiển

các hoạt động của các bơm khác

nhau trong trạm

Slave Nodes (nút Con):

Bơm 1, Bơm 2, .:Mô tả: Mỗi

bơm trong trạm sẽ được kết nối

và hoạt động như một nút con

CANopen Chúng sẽ thực hiện

các lệnh điều khiển từ nút chủ và

cung cấp thông tin về trạng thái

của bơm

Server Nodes (Nút Mục Tiêu):

Cảm Biến Áp Lực, Cảm Biến Mức Nước,

Mô tả: Các cảm biến trong trạm (ví dụ: cảm biến áp lực để đo áp lực trong đường ống, cảm biến mức nước để đo mức nước) sẽ hoạt động như các nút mục tiêu Chúng cung cấp thông tin về trạng thái của các thông số đo

Giao thức Modbus là gì?

Modbus là một phương pháp truyền thông nối tiếp được sử dụng để truyền thông tin qua đường nối

của các thiết bị điện tử Các thiết bị cung cấp thông tin gọi là Slave và các thiết bị nhân thông tin gọi là Master , trong mạng Modbus tiêu chuẩn có 1 Master và nhiều nhất 247 Slave với một Slave là một địa chỉ ( Adress ) tương ứng với một thiết bị đo lường nào đó Master có thể đọc dữ liệu từ Slave và cũng

có thể truyền dữ liệu xuống Slave

Master Modbus là thiết bị

nhận được thông tin

Slave Modbus là thiết bị

nào ?Slave là các thiết bị đo lường hoặc các thiết bị điều chấp hành như : cảm biến nhiệt độ , cảm biến áp suất , van điều khiển , thiết

bị đo công suất điện năng

…Khi được Master gọi thì các Slave truyền thông tin tới Master

Hình 2.6 Modbus TCP/IP trong ngành tự động với hệ thống

SCADA

Cách thức hoạt động của Modbus

Hình 2.7 Quy trình làm việc của Modbus trên Server

Tổng quan về Modbus TCP

Modbus TCP: là một giao thức truyền thông dựa trên

giao thức mạng TCP/IP, được sử dụng rộng rãi trong tự

động hóa công nghiệp để kết nối và giao tiếp giữa các

thiết bị điều khiển và cảm biến

1 Giao Thức Truyền Thông:

Modbus TCP sử dụng giao thức mạng TCP/IP, cho phép truyền thông qua mạng Ethernet

Có thể truyền thông qua mạng Ethernet, cho phép kết nối và điều khiển từ xa

6 Có Thể Kết Nối Nhiều Thiết Bị:

Modbus TCP cho phép kết nối nhiều thiết bị trên cùng một mạng Ethernet

Phương thức truyền thông Modbus TCP/IP

Modbus TCP làm cho định nghĩa Master-Slave truyền thống thay đổi Vì Ethernet cho phép giao tiếp ngang hàng

Trong mạng TCP, các Slave có thể chủ động truyền thông tin về các thiết bị quản lý trung tâm – Master Sử dụng địa chỉ IP trên các Master để quản lý tập trung từ phần mềm

Modbus TCP/IP được sử dụng trên các mạng TCP/ IP hiện đại, có 2 loại triển khai Modbus TCP:

• Modbus RTU qua TCP, đơn giản chỉ là sử dụng TCP làm lớp vận chuyển cho các thông điệp RTU

• Modbus TCP bình thường và có một số thay đổi trong định dạng tin nhắn

Vì được truyền trên nền TCP/IP nên tốc độ truyền của Modbus TCP/IP cao, đáp ứng realtime Cao hơn hẳn Modbus RTU

Hình 2.8 Kết hợp Modbus TCP/IP và Modbus RTU

Cấu trúc gói dữ liệu TCP/IP

Hình 2.9 Cấu trúc gói dữ liệu TCP/IP – Ethernet

2 Tầng Liên Kết Dữ Liệu (Data Link Layer):

Nhiệm Vụ: Đảm bảo truyền thông tin tin nhắn tin nhắn từ một điểm đến điểm khác một cách tin cậy trong một mạng cục bộ

3 Tầng Mạng (Network Layer):

Nhiệm Vụ: Định tuyến dữ liệu giữa các mạng khác nhau

và kiểm soát lưu lượng truyền thông

4 Tầng Giao Vận (Transport Layer):

Nhiệm Vụ: Đảm bảo giao tiếp đáng tin cậy giữa các thiết

bị đầu cuối trong mạng Chia nhỏ dữ liệu thành các đoạn nhỏ và đảm bảo độ tin cậy và sắp xếp chúng

5 Tầng Ứng Dụng (Application Layer):

Nhiệm Vụ: Cung cấp giao diện và dịch vụ cho ứng dụng

và người dùng cuối Đây là tầng mà ứng dụng và người dùng giao tiếp trực tiếp

Khái niệm Modbus RTU

Giao thức Modbus RTU là một giao thức mở, sử dụng

đường truyền vật lý RS-232 hoặc RS-485 và mô hình dạng

Master-Slave Đây là một giao thức được sử dụng rộng rãi

trong nhiều lĩnh vực tự động hóa, công nghiệp… vì những ưu

điểm ổn định – đơn giản – dễ dùng

Hình 2.9 Cấu trúc bản tin Modbus RTU

Một bản tin Modbus RTU bao gồm: 1 byte địa chỉ – 1 byte mã hàm – n byte dữ liệu – 2 byte CRC như hình ở dưới

Chức năng và vai trò gói tin Modbus RTU như sau:

• Byte địa chỉ: xác định thiết bị mang địa chỉ được nhận dữ

liệu (đối với Slave) hoặc dữ liệu nhận được từ địa chỉ nào (đối với Master) Địa chỉ này được quy định từ 0 – 254

• Byte mã hàm: được quy định từ Master, xác định yêu cầu

dữ liệu từ thiết bị Slave Ví dụ mã 01: đọc dữ liệu lưu trữ dạng Bit, 03: đọc dữ liệu tức thời dạng Byte, 05: ghi dữ liệu

1 bit vào Slave, 15: ghi dữ liệu nhiều bit vào Slave

• Byte dữ liệu: xác định dữ liệu trao đổi

giữa Master và Slave

Cách Modbus RTU thực hiện truyền thông

Modbus có mô hình dạng Master – Slave Mỗi thiết bị trong mạng modbus

được cung cấp một địa chỉ duy nhất Như các thiết bị đo, cảm biến: cảm biến

lưu lượng, cảm biến áp suất, Trong frame truyền từ Master đến các Slave có

chứa ID định danh của thiết bị slave (1 đến 247) Tất cả các Slave đều nhận,

nhưng chỉ có thiết bị nào có cùng ID trong frame truyền mới phản hồi về

Master

Hình 2.10 Truyền thông Master - Slave

Truyền thông Modbus RTU trong công ngh

iệp

Trong nhà máy, có rất nhiều thiết bị cảm biến, đo lường: Cảm

biến độ ẩm, cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ Pt100

Chưa kể đến các thiết bị công nghiệp nặng khác Không thể

kéo mỗi dây nguồn, tín hiệu từ trung tâm giám sát, PLC

(Master) tới các thiết bị chức năng đó (Slave)

Giải pháp: Ta chỉ cần kéo dây 4 lõi: 2 cho nguồn, 2 cho tín

hiệu truyền thông Mobus RTU Như vậy là đủ để cấp nguồn

và truyền thông các tín hiệu ON/OFF, đo lường từ các Slave

về PLC, hay trung tâm giám sát Với mỗi Slave ta chỉ việc đặt

ID cho chúng Thực tế rất tiết kiệm chi phí, giám sát theo thời

gian thực, dễ thi công và quản lý

Hình 2.11 Truyền thông Modbus RTU trong công

nghiệp

Ưu điểm và nhược điểm của Modbus RTU

• Khoảng cách tối đa là 1200m

• Giảm tối thiểu dây kết nối vào PLC => giảm modul PLC

=> giảm chi phí

• Độ ổn định và ít nhiễu so với tín hiệu analog 4-20mA

• Các Modul độc lập nhau nên quản lý dể dàng

• Có thể dùng chung các hãng khác nhau có chuẩn

Nhược điểm

Phần mềm

Các phần mềm được sử dụng.

03

www.hocthatlamthat.edu.v Real Engineering

codesys

Eplan, Inventor

Eplan and Inventor

• CodeSys là viết tắt của hệ thống phát triển bộ điều khiển Nó là một môi trường phát triển cho các ứng dụng bộ điều khiển lập trình phù hợp với tiêu chuẩn IEC 61131-3

• Tất cả các PLC hiện đại đều được trang bị các công cụ lập trình IEC 61131-3, giúp đơn giản hóa công việc của người dùng bộ điều khiển (bạn có thể sử dụng PLC của nhiều công ty khác nhau mà không phải đào tạo lại), đồng thời loại bỏ một số vấn đề cho các nhà sản xuất PLC

Eplan AND Inventor

Phần cứng

Các phần cứng được sử dụng.

03

www.hocthatlamthat.edu.v Real Engineering

PLC Beckhoff

Biến tần BUMP

Wellpro

Cảm biến

PLC BECKHOFF

BX5100 | CANopen Bus Terminal Controller

- CANopen: Giao thức mạng dựa trên CAN (Controller Area Network)

cho tự động hóa và điều khiển.

- Fieldbus connection: Kết nối với trường bus như EtherCAT,

PROFIBUS, v.v.

- USB connection: Kết nối với máy tính qua cổng USB để cấu hình.

- LCD display: Màn hình hiển thị thông tin chẩn đoán.

- Serial interface: Kết nối với máy tính qua cổng RS232 để cấu hình.

- Address selector: Công tắc để thiết lập địa chỉ trường bus.

- Labeling area: Khu vực để ghi chú tên hoặc mã của thiết bị.

- Power contacts: Tiếp điểm cung cấp điện áp 24V DC cho thiết bị.

- Input for power contacts: Đầu vào từ nguồn cấp điện 24VDC bên

ngoài.

- K-bus port: Cổng giao tiếp với K-bus để kết nối Bus Terminals.

- Power LED: Đèn LED hiển thị trạng thái cấp nguồn của thiết bị.

PLC BECKHOFF

BX5100 | CANopen Bus Terminal Controller

PLC BECKHOFF

KL3464 | Bus Terminal, 4-channel analog input, voltage, 0 10 V, 12 bit, single-ended

PLC BECKHOFF

KL1104 | Bus Terminal, 4-channel digital input, 24 V DC, 3 ms, 2-/3-wire connection

 5 Rating information: Thông tin đặc tính.

 6 Model Number: Thông số sản phẩm.

 7 Relay connections: Ngõ ra Relay

 8 Digital IO connections: Các chân kết nối Digital IO.

 9 485 communication Port: Giao tiếp truyền thông 485.

 10 Analog I/0 connections: Các chân kết nối Analog I/0

 11 EMC Filter : Bộ ngắt lọc EMC.

 12 A.C supply and motor connections: Chân cấp nguồn và

động cơ

CONTROL TECHNIQUES

Điện áp thay đổi 0-240V

CONTROL TECHNIQUES

Đầu vào kỹ thuật số

Đầu ra kỹ thuật số

AVcc Đầu vào nguồn điện bên ngoài tích cực DI_01 Kênh đầu vào kỹ thuật số 1

AGnd Đầu vào nguồn điện bên ngoài âm /

Nối đất DI_02 Kênh đầu vào kỹ thuật số 2

RY1A Kênh đầu ra rơle 1 tiếp điểm thường

mở A DI_03 Kênh đầu vào kỹ thuật số 3

RY1B Kênh đầu ra rơle 1 tiếp điểm thường

mở B DI_04 Kênh đầu vào kỹ thuật số 4

RY2A Kênh đầu ra rơle 2 tiếp điểm thường

mở A DI_05 Kênh đầu vào kỹ thuật số 5

RY2B Kênh đầu ra rơle 2 tiếp điểm thường

mở B DI_06 Kênh đầu vào kỹ thuật số 6

RY3A Kênh đầu ra rơle 3 tiếp điểm thường

mở A DI_07 Kênh đầu vào kỹ thuật số 7

RY3B Kênh đầu ra rơle 3 tiếp điểm thường

mở B DI_08 Kênh đầu vào kỹ thuật số 8

RY4A Kênh đầu ra rơle 4 tiếp điểm thường

mở A 485B Tín hiệu RS485

B-RY4B Kênh đầu ra rơle 4 tiếp điểm thường

mở B 485A Tín hiệu RS485 A+

Wellpro WP8024ADAM

Wellpro WP8024ADAM power data module là một thiết bị dùng để giao tiếp giữa các thiết bị lập trình được (I/O) và các

hệ thống trường bus khác nhau qua giao thức Modbus RTU

và cổng RS485 Thiết bị này có 8 kênh đầu vào số và 4 kênh đầu ra relay với dòng chuyển mạch tối đa là 2 A Thiết bị này

hỗ trợ giao tiếp với các phần mềm tự động hóa, PLC hoặc bảng điều khiển cảm ứng công nghiệp.Thiết bị này cũng có mạch bảo vệ chống sét và nhiễu điện từ

Cảm biến

Cảm Biến Áp Suất Được Sử Dụng Để Do Áp Suất Trong Các Đường Ống Chứa Nước, Khí, Dầu Các Tín Hiệu Này Sau Khi Được Đo Sẽ Đưa Về Biến Tần Hoặc PLC Để Xử Lý

CẢM BIẾN

Lớp màng của cảm biến sẽ chứa các cảm biến rất nhỏ để phát hiện được sự thay đổi

Khi có một lực tác động vào thì lớp màng sẽ bị thay đổi theo chiều tương ứng với chiều của lực tác động Sau đó các cảm biến sẽ so sánh

sự thay đổi đó với lúc ban đầu để biết được

nó đã biến dạng bao nhiêu %.

Từ đó, sẽ xuất ra tín hiệu ngõ ra tương ứng Các tín hiệu ngõ ra có thể là 4-20ma hoặc 0- 10V tương ứng với áp suất ngõ vào.

CẢM BIẾN

Mã hàng: T-0/6AH2P

Đo áp suất chất khí hoặc chất lỏng

Dãy áp suất: 0-6 BarNgõ ra analog: 4-20mA (2 dây)Nguồn cấp: 12-28VDC

Hiệu chỉnh Zero, Span: không cóĐấu dây: connector

Đầu ren: R3/8 (PF)Vật liệu

• Màng áp suất - material of diaphragm:

• Vỏ: Stainless steelCấp bảo vệ: IP65

CẢM BIẾN

Nguồn: 5 – 24V– Dòng tiêu thụ : < 10mA

– Chịu áp lực đến: 1.75Mpa– Lưu lượng đo: 1 – 30 (L/min)– Nhiệt độ hoạt động: < 120 độ C– Độ ẩm: 35% – 90% RH

– Kích thước: 61 x 36 x 34mmChức năng 3 dây ngõ ra

– Màu đỏ : nguồn : 5 – 24V– Dây đen : GND (mass)

– Dây vàng : tín hiệu

Công thức lưu lượng :– Q = F / 7.5

– F : tần số ( Hz)– Q: lưu lượng : (L/min)– 7.5 : hằng số

CẢM BIẾN

Cảm biến lưu lượng được sử dụng để đo tốc độ

dòng chảy của nước, theo dõi lượng nước cung

cấp và sử dụng,

Khi nước chảy qua van, nước làm quay roto, lưu lượng nước lớn hay nhỏ sẽ làm thay đổi tốc độ của roto, điều này được quan sát bằng tín hiệu dạng xung ở đầu ra của cảm biến từ Hall ( Chu

kỳ làm việc Duty Cycle)

Duty Cycle = on time / ( ontime + off time)

www.hocthatlamthat.edu.v Real Engineering

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của trạm bơm.

04

Sơ đồ hoạt động

Sai số

Sơ đồ hoạt động

SAI SỐ

Để xác định tính sai số của hệ thống :

Đồng hồ đo áp suất nước Bộ đo lưu lượng nước

Thank You

for Listening