luận văn tốt nghiệp điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần unidrive v3

Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3 Ngày nay, cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trên đà phát triển. Đặc trưng là kỹ thuật máy tính, công nghệ thông tin và tự động hoá. Điều đó đã mang lại lợi ích to lớn về nhiều mặt như đảm bảo và nâng cao chất lượng sản phẩm, tiết kiệm nguyên vật liệu, nâng cao năng suất và hiệu quả sản xuất Trên cơ sở phát huy những thành tựu khoa học kỹ thuật, con người đã từng bước phát triển công nghệ có thể xử lí nhuần nhuyễn số liệu. Từ đó tạo ra những thiết bị hoạt động độc lập và thông minh, cũng như có khả năng liên kết và nối mạng với nhau. Với khả năng này chúng ta có thể giám sát và điều khiển một cách dễ dàng qua mạng. Döïa treân những kiến thức đã học , em sử dụng thiết bị lập trình S7- 200 để điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần UNIDRIVE 1401. Đây là dịp để cũng cố lại kiến thức đã học , từng bước nắm bắt kiến thức thực tế trước khi ra trường hoà nhập vào xã hội. Trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp không thể tránh khỏi thiếu sót, em rất mong sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô. Em xin chân thành cảm ơn ! Đà Nẵng Ngày 25 Tháng 5 Năm 2004 Sinh Viên TRẦN BÁ BÔNG Tài liệu tham khảo trang 1 Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3 1. SIMATIC S7-200 Programmable Controller. 2. Tự động hoá với SIMATIC S7-200. 3. Simatic HMI Protool – User manual. 4. Serial Port Complete – Jan Axelson. 5. Đo lường và điều khiển bằng máy tính – Nguyễn Ngọc Thành 6. Mạng truyền thông công nghiệp – Hoàng Minh Sơn. 7. Đo lường và điều khiển bằng máy tính - Ngô Diên Tập. 8. Kỹ thuật ghép nối máy tính - Ngô Diên Tập. 9. Lập trình ghép nối máy tính trong Windows – Ngô Diên Tập. 10 .Visual Basic và cơ sỡ dữ liệu – VN Guide 11.User Guide Unidriver 12.Advanced User Guide Unidriver 13.The Control Techniques Drive and Controls Handbook 14.Industrial Motor Control Fundamentals 15.Điều khiển tự động 1,2 – Nguyễn Thị Phương Hà 16.Đĩa Catologe 4-2004 của Siemens Một số website: www.ControlTechniques.com www.DriveShop.com www.siemens.com.vn www.ad.siemens.de/s7-200 www.siemens.com/as-interface www.siemens.com/hmi www.freevbcode.com trang 2 Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3 Trong suốt thời gian làm đề tài tốt nghiệp,ngoài sự nổ lực của bản thân còn có sự đóng góp không nhỏ của thầy cô, bạn bè người thân. Vậy em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Lâm Tăng Đức người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đề tài tốt nghiệp . Em cũng gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô trong bộ môn đã giúp em có được ngày hôm nay.Và đặc biệt em xin chân thành cám ơn Thầy Tiến,Thầy Tranh,Thầy Sơn và Thầy Nguyên,trường Cao Đẵng Công Nghệ,đã tạo điều kiện và cho mượn các tài liệu, thiết bò để em thực hiện đề tài này. Cuối cùng em gởi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, người thân đã luôn ủng hộ, động viên em những khi gặp khó khăn. Đây là nguồn động viên vô cùng to lớn đối với em trong khi làm đề tài . Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên Trần Bá Bông Lớp 99Đ2A trang 3 Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT I. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT Ngày nay với xu hướng phát triển quá trình sản xuất, đặc biệt là sự phát triển công nghiệp, vấn đề tự động hoá quá trình sản xuất có một ý nghĩa rất lớn quyết định đến sự phát triển kinh tế. Việc ứng dụng hệ thống điều khiển tự động hoá quá trình sản xuất đã mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể như nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng năng suất, giảm giá thành sản phẩm đáp ứng phần lớn nhu cầu người dùng. Vì vậy hệ thống điều khiển tự động hoá quá trình sản xuất (TĐH-QTSX) đã được ứng dụng rộng rãi vào các ngành sản xuất và đang từng bước thay thế dần sức lao động của con người, tiến đến một hệ thống tự động hoá hoàn toàn. II. PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT II.1. nh ngh a Đị ĩ Hệ thống điều khiển TĐH - QTSX là một hệ thống lớn có cấu trúc phức tạp và được phân thành các hệ con và tổ chức theo kiểu phân cấp. Các thông tin trước tiên được xử lý ở cấp dưới, sau đó truyền về cấp cao hơn. Ở cấp cao người điều khiển nhận các thông tin này và các thông tin bổ sung để đưa ra các quyết định điều khiển. H th ng đi u khi n T H QTSX có d ng c u trúc hình chóp và phân thành các c pệ ố ề ể Đ ạ ấ ấ nh sau: ư Cấp 0 : Là cấp tiếp xúc giữa hệ thống điều khiển (HTĐK) và cơ cấu chấp hành, sử dụng kỹ thuật truyền tin số để kết nối các thiết bị thuộc cấp điều khiển (PC, PLC) với nhau và với các thiết bị của cấp chấp hành, cấp 0 gồm các thiết bị như: cảm biến, các thiết bị đo, các cơ cấu chấp hành, động cơ, rơ le Cấp 0 còn gọi là bus trường hay bus thiết bị. Nhiệm vụ của cấp này là chuyển dữ liệu quá trình lên cấp điều khiển để xử lý và chuyển quyết định điều khiển xuống các cơ cấu chấp hành. Cấp 1 : Là cấp điều khiển cục bộ, các hệ thống mạng công nghiệp được dùng để kết nối các máy tính điều khiển và các máy tính điều khiển cấp trên với nhau. Các hệ thống điều khiển ở đây như PID, PLC sẽ nhận thông tin từ cấp dưới (cấp 0) và thực hiện theo chương trình tự động đã được cài đặt trước. Một số thông tin về quá trình sản xuất và kết trang 4 Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3 quả của việc điều khiển sẽ được đưa lên cấp trên. Cấp 1 còn gọi là bus hệ thống hay bus quá trình. Qua bus hệ thống các máy tính điều khiển có thể phối hợp hoạt động, cung cấp dữ liệu quá trình cho các trạm kỹ thuật và trạm quan sát cũng như nhận mệnh lệnh, tham số điều khiển từ các trạm cấp trên. Thông tin không những được trao đổi theo chiều dọc mà còn được trao đổi theo chiều ngang. Cấp 2 : Là cấp điều khiển tự động hoá quá trình công nghệ (TĐH-QTCN) tại đây có các máy tính hay mạng máy tính có các chức năng kết nối các máy tính văn phòng thuộc cấp điều hành với cấp điều khiển giám sát. Thông tin được gửi lên trên bao gồm các trạng thái làm việc của các quá trình kỹ thuật, các hệ thống điều khiển tự động (ĐKTĐ), các số trang 5 Cấp 3 Mạng công ty C p 2ấ M ng xí nghi pạ ệ Quản lý công ty Điều hành sản xuất Điều khiển giám sát Điều khiển Chấp hành Hình 1.1: Mô hình phân c p ch c n ng c a m t nhà máy công nghi pấ ứ ă ủ ộ ệ C p 1ấ Bus h th ngệ ố C p 0ấ Bus tr ngườ Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3 liệu tính toán, các số liệu thống kê về diễn biến quá trình sản xuất và chất lượng sản phẩm. Thông tin theo chiều ngược lại là các thông số thiết kế, phương thức điều khiển và mệnh lệnh điều hành Ngoài ra thông tin cũng được trao đổi theo chiều ngang giữa các máy tính thuộc cấp điều hành sản xuất. Thông qua máy tính người điều khiển có thể can thiệp vào quá trình công nghệ. Như vậy hệ điều khiển ở đây thuộc hệ Người- Máy. Cấp 3 : Là cấp nằm trên cùng trong mô hình phân cấp hệ thống truyền thông công nghiệp. Đây là cấp ĐK TĐH-QTSX, gồm các máy tính trung tâm có chức năng kết nối các máy tính văn phòng của các xí nghiệp để xử lý các thông tin về QTSX cũng như tình hình cung ứng vật tư, nguyên liệu, tài chính Từ đó đưa ra những giải pháp tối ưu để người điều khiển lựa chọn, người điều khiển có thể can thiệp sâu vào QTSX. Hệ thống điều khiển TĐH - QTSX cũng là hệ người-máy nhưng ở cấp cao hơn, phạm vi điều khiển rộng hơn. II.2. Phân loại các HTĐK TĐH - QTSX II.2.1. Phân loại theo cấu trúc phân cấp Hệ thống ĐK TĐH-QTCN là điều khiển một quá trình công nghệ nhất định ứng với cấp 2 trong cấu trúc phân cấp của hệ thống điều khiển. Hệ thống ĐK TĐH-QTSX điều khiển cả quá trình sản xuất bao gồm quá trình công nghệ và kế hoạch sản xuất, tài chính, vật tư, lao động và phân phối sản phẩm. HTĐK TĐH ngành: Điều khiển một ngành kinh tế phối hợp với việc lập kế hoạch sản xuất, điều khiển tổ chức các bộ phận trong ngành. II.2.2. Phân loại theo mức độ tự động hoá Các hệ thống tự động hoá hiện nay bao gồm các dạng sau: Tự động hoá cố định: Là hệ thống mà trong đó trình tự các quá trình được cố định bởi cấu hình phần cứng, hệ thống này có thể điều khiển trọn bộ như một module. Mô hình này có vốn đầu tư lớn, chi tiết trong một sản phẩm khó thay đổi. Tự động hoá theo chương trình: Là hệ thống các thiết bị sản xuất được thiết kế để có thể thay đổi trình tự làm việc tuỳ theo sự thay đổi cấu hình của sản phẩm, quá trình tự động hoá được thực hiện theo chương trình điều khiển. Loại hình điều khiển này đòi hỏi vốn đầu tư thiết bị cao, năng suất sản xuất thấp hơn so với tự động hoá cố định. Chương trình có thể thay đổi dễ dàng tuỳ theo cấu trúc sản phẩm và hầu hết chúng thích hợp với kiểu sản xuất theo từng giai đoạn riêng biệt. trang 6 Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3 Tự động hoá linh hoạt (FMS): Là hệ thống được cải tiến từ hệ thống tự động hoá theo chương trình. Loại hình hệ thống này có thể sản xuất từng chi tiết riêng của sản phẩm mà không mất thời gian thay đổi lại cấu hình của sản phẩm. Nó đòi hỏi vốn đầu tư cao tuỳ theo chất lượng sản phẩm, sản xuất liên tục và có thể đa dạng hoá sản phẩm. II.3. Cấu trúc HTĐK TĐH – QTSX II.3.1. Cấu trúc kiểu song song Cấp thấp nhất là các thiết bị đầu cuối. Đó là các thiết bị tiếp xúc giữa hệ thống điều khiển và QTSX, làm nhiệm vụ thu nhận thông tin từ các sensor, thiết bị đo lường và lưu trữ, xử lý sơ bộ rồi truyền lên các trạm trung gian, các trạm trung gian xử lý tiếp thông tin rồi chuyển lên trung tâm điều khiển. Tại trung tâm điều khiển, thông tin được xử lý và truyền trở lại trạm trung gian để đưa tín hiệu điều khiển xuống các thiết bị đầu cuối tác động đến quá trình sản xuất trang 7 TRUNG TÂM I U KHI NĐ Ề Ể TRUNG TÂM TÍNH TOÁN T: Đầu cuối TG: trạm trung gian Hình v 1.2ẽ : C u trúc phân c p song songấ ấ T T T TG T T T TG T T T TG Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3 II.3.2. C u trúc hình tiaấ Không có trạm trung gian, do đó giảm được đường liên lạc giữa các bộ phận của hệ thống. Tuy nhiên các thiết bị đầu cuối không trực tiếp trao đổi thông tin với nhau được. II.3.3. Cấu trúc bus Các b ph n trong h th ng có th trao đ i tr c ti p thông tin v i nhau. Do đó h th ng ộ ậ ệ ố ể ổ ự ế ớ ệ ố có tính linh ho t và hi u qu cao. Vì v y c u trúc này đ c dùng r ng rãi nh t (hình v ạ ệ ả ậ ấ ượ ộ ấ ẽ 1.3b). trang 8 T T T T T T T T TT KĐ ( a ) T T T T Hình 1.3 : a) C u trúc phân c p hình tiaấ ấ b) C u trúc phân c p ki u busấ ấ ể T T TT KĐ T T T T ( b ) Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3 CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ MẠNG CÔNG NGHIỆP VÀ HỆ SCADA I. GIỚI THIỆU VỀ HỆ SCADA I.1. Định nghĩa SCADA (Supervisory Control And Data Acquistion): Là hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu. Đây là phần không thể thiếu trong một hệ thống tự động hoá hiện đại. Cấu thành của một hệ thống SCADA bao gồm 3 phần chính:  Phần cứng : Bao gồm các máy tính (PC), các thiết bị đầu cuối (RTU), các thiết bị giao diện người sử dụng và các thiết bị giao diện thông tin  Phần mềm : Bao gồm các phần mềm hệ thống, phần mềm trợ giúp, phần mềm ứng dụng  Phần hỗ trợ : Phần hỗ trợ sử dụng để kiến tạo sơ đồ hệ thống, trợ giúp tình trạng sự cố trong hệ thống. SCADA là công cụ trợ giúp cho việc điều hành kỹ thuật ở các cấp trực ban, điều hành của sản xuất công nghiệp từ các cấp phân xưởng, xí nghiệp cho tới cấp cao nhất của một công ty. I.2. Chức năng cơ bản của hệ SCADA  Giám sát: Chức năng này cho phép người điều hành giám sát liên tục các hoạt động trong hệ thống để điều khiển quá trình. Hiển thị báo cáo tổng kết về quá trình sản xuất, chỉ thị giá trị đo lường dưới dạng các trang màn hình, trang đồ thị, trang sự kiện, trang báo cáo sản xuất Từ đó có thể điều khiển từ xa các đối tượng từ các trạm vận hành trong hệ thống.  Điều khiển: Chức năng này cho phép người điều hành điều khiển các thiết bị và giám sát mệnh lệnh điều khiển.  Thu thập dữ liệu: Thu thập dữ liệu qua đường truyền số liệu về quá trình sản xuất, sau đó tổ chức lưu trữ số liệu như số liệu sản xuất, chất lượng sản phẩm, sự kiện thao tác, sự cố dưới dạng trang ghi chép hệ thống theo một cơ sở dữ liệu nhất định. Tuỳ theo lĩnh vực ứng dụng và theo thời gian mà SCADA được hiểu theo những ý nghĩa khác nhau. Theo yêu cầu cụ thể của quá trình tự động hoá, một hệ SCADA thường phải có đầy đủ các thành phần sau:  Trạm điều khiển trung tâm: Có nhiệm vụ thu thập, lưu giữ, xử lý số liệu và đưa ra các lệnh điều khiển xuống các trạm cơ sở. trang 9 Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3  Mạng lưới truyền tin: Được xây dựng trên cơ sở mạng máy tính và mạng truyền thông công nghiệp có chức năng đảm bảo thông tin hai chiều giữa trạm trung tâm và các trạm cơ sở.  Giao diện người - máy (sơ đồ công nghệ, đồ thị, phím thao tác )  Cơ sở dữ liệu quá trình: Cơ sở hạ tầng truyền thông công nghiệp hay các thiết bị phục vụ cho việc truyền thông.  Phần mềm kết nối với các nguồn dữ liệu (những bộ phận điều khiển cho các PLC, các module vào/ra cho các hệ thống bus trường).  Các chức năng hỗ trợ trao đổi tin tức và xử lý sự cố, hỗ trợ cho việc lập báo cáo. I.3. Cấu trúc phân cấp của hệ SCADA trang 10 Thi t b giám sátế ị Cấp quản lý hiện trường Cấp quản lý quá trình M ng đi u khi nạ ề ể Tr m v n hànhạ ậ C c u ch p hànhơ ấ ấ Van PLC ng cĐộ ơ Cấp quản lý xí nghiệp M ng xí nghi pạ ệ Hình 2.1 : Mô hình phân cấp mạng xí nghiệp Tr m v n hànhạ ậ M ng đi u khi nạ ề ể [...]... tập trung và thay đổi các tham số điều khiển I.3.3 Cấp quản lý kinh doanh Cấp này có trong các hệ SCADA mở rộng và thực hiện các nhiệm vụ như: Tích hợp các thông tin thu thập được từ cấp dưới vào hệ thống quản lý kinh doanh của doanh nghiệp, phân tích và thống kê đặt hàng lập kế hoạch sản xuất Doanh nghiệp có thể tích trang 11 Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3 hợp hệ... vậy, khi thiết kế mạng theo kiểu này có thể thực hiện với khoảng cách và số trạm rất lớn, mỗi trạm có khả năng vừa nhận vừa phát tín hiệu cùng một lúc Có hai kiểu mạch vòng phổ biến sau: Maste r trang 13 Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3 a Không có điều khiển trung tâm b Có điều khiển trung tâm Hình vẽ 2.3: Cấu trúc mạng vòng  Kiểu mạch vòng không có điều khiển trung tâm:... nhiệm vụ khác nhau như trao đổi dữ liệu, báo cáo trạng thái, tạo lập cấu hình và tham số hoá thiết bị trường, giám sát thiết bị và cài đặt chương trình trang 15 Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3 Có thể phân loại dịch vụ truyền thông dựa theo các cấp khác nhau: Các dịch vụ sơ cấp (ví dụ tạo và ngắt nối), dịch vụ cấp thấp (ví dụ trao đổi dữ liệu) và các dịch vụ cấp cao (tạo.. .Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3 Ngày nay, kỹ thu t tự động hoá đã đạt được nhiều tiến bộ cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn IC, LSI, VLSI của kỹ thu t số, kỹ thu t vi xử lý cũng như của các kỹ thu t tính toán và công nghiệp máy tính, công nghệ mạng và kỹ thu t quản lý, xử lý thông tin Mô hình... OSI Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3 giảm và biến dạng tuỳ thu c vào đặc tính của cáp truyền và đặc tính tần số của tín hiệu Vì vậy bộ lặp được dùng trong mạng để mở rộng khoảng cách truyền cũng như nâng cao số trạm tham gia Vai trò của bộ lặp là sao chép, khuếch đại và phục hồi tín hiệu mang thông tin trên đường truyền, ngoài ra bộ lặp còn có khả năng chỉnh dạng và. .. thể gửi các dữ liệu thu thập tới trạm chủ cũng như nhận thông tin điều khiển từ trạm chủ Trạm chủ có thể là một PLC hay một PC Slave Slave Slave Slave Slave Slave Slave Slave Hình 2.9 : Phương pháp truy nhập chủ/tớ trang 23 Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3 Trong một số hệ thống, thậm chí các trạm tớ không có quyền giao tiếp trực tiếp với nhau, mà bất cứ dữ liệu nào cần... liên kết mạng ở nhiều mức khác nhau, từ các bộ cảm biến, cơ cấu chấp hành dưới cấp trường cho đến các máy tính điều khiển, thiết bị giám sát, máy tính điều khiển giám sát và các máy tính trên cấp điều hành xí nghiệp, quản lý công ty Đối tượng của mạng công nghiệp thu n tuý là các thiết bị công nghiệp Vì vậy dạng thông tin được quan tâm để truyền đi trong mạng công nghiệp là dữ liệu II.2 Cấu trúc mạng Để... của lớp vận chuyển bao gồm: trang 20 Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3  Quản lý về hình thức cho các trạm sử dụng  Định vị các đối tác truyền thông qua tên hình thức và địa chỉ  Xử lý lỗi và kiểm soát dòng tin, trong đó có cả việc lập lại quan hệ liên kết và thực hiện các thủ tục gửi lại dữ liệu khi cần thiết  Dồn kênh các nguồn dữ liệu khác nhau  Đồng bộ hoá giữa... không phải 128 trang 28 Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3 II.5.2 Cầu nối (Bridge) Cầu nối phục vụ cho việc liên kết các mạng con với nhau được dùng khi ở phần trên lớp 2 của chúng (được gọi là lớp điều khiển logic, Logic Link Control-LLC ) làm việc với cùng một giao thức Môi trường truyền dẫn và phương pháp điều khiển truy nhập đường dẫn cho mỗi một mạng con có thể khác... không đồng bộ là phương pháp được sử dụng chủ yếu trong các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp Với phương pháp này các bit trang 30 Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3 dữ liệu được truyền từ bên gửi đến bên nhận một cách tuần tự trên cùng một đường truyền Có một số chuẩn truyền thông công nghiệp phổ biến như sau: III.1 Phương thức truyền dẫn tín hiệu Tín hiệu được dùng . điều khiển trung tâm: Có nhiệm vụ thu thập, lưu giữ, xử lý số liệu và đưa ra các lệnh điều khiển xuống các trạm cơ sở. trang 9 Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3 . có thể giám sát và điều khiển một cách dễ dàng qua mạng. Döïa treân những kiến thức đã học , em sử dụng thiết bị lập trình S7- 200 để điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần UNIDRIVE. drop-line Maste r Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3 a. Không có điều khiển trung tâm b. Có điều khiển trung tâm Hình vẽ 2.3: Cấu trúc mạng vòng  Kiểu