Trên đây, về cơ bản em đã thực hiện được chương trình ứng dụng cho hệ thông pha trộn chất lỏng. Nhưng khó ứng dụng được trong thực tế sản xuất, bởi vì điều kiện thực tại còn thiếu thôn thiết bị. Để có thể áp dụng được trong công nghiệp, trong các hệ thông dây chuyền tự động với quy mô sản xuất lớn thì cần phải có cảm biến báo mức, cảm biến đo lưu lượng, tốc độ dòng chảy hay các cảm biến báo động, báo sự cố máy bơm v.v...Khi đó chương trình sẽ thực hiện hoàn chỉnh hơn. Tuy nhiên cũng có thể phát triển dựa theo chương trình mà em đã thực hiện. Hướng phát triển có thể cho đồi tượng là các ngành sản xuất, chế biến thực phẩm; ngành pha chế hóa chất, hay cho các hệ thông pha trộn xăng dầu tự động, pha nhớt v.v...
Trang 1Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3
PHAN 3
ỨNG DỤNG HỆ SCADA VÀO HỆ •
• • THỐNG PHA TRỘN HÓA CHÂT
I GIỚI THIỆU HỆ SCADA.
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition = hệ thông giámsát, điều khiển và thu thập dữ liệu) là hệ thống cho phép người điều hành giámsát và điều khiển các quá trình mà chúng được phân bô" trong các nơi ở xa
Có nhiều quá trình sử dụng hệ thông SCADA như: thủy điện, các khâu
xử lý và phân phôi nước , khí tự nhiên, v.v Các hệ thông SCADA cho phépcác nơi xa liên lạc với phương tiện điều khiển và cung cấp dữ liệu điều khiểncần thiết cho các quá trình điều khiển Khi khoảng cách đến các nơi xa tăng thìcàng khó truy cập hơn, khi đó SCADA trở thành sự chọn tốt nhất cho ngườiđiều hành để điều chỉnh và quan sát Khoảng cách và sự ở xa là hai yếu tô"chính để cài đặt các hệ thông SCAD A
Các hệ thông SCADA hiện đại có nhiều đặc tính tiên tiến như: kiến trúcphân bô", cơ sở dữ liệu phân bô", giao tiếp đồ họa với người sử dụng (GUI =Graphic User Interface), các đơn vị đo lường từ xa thông minh v.v
Hệ SCADA thường được dùng để chỉ tất cả các hệ thông máy tính đượcthiết kế để thực hiện các chức năng sau:
• Thu thập dữ liệu từ các thiết bị công nghiệp hoặc các cảm biến/ chuyển đổi năng lượng
• Xử lý và thực hiện các phép tính trên dữ liệu thu thập được
• Hiển thị dữ liệu thu thập và dữ liệu được suy ra
Trang 2Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3
• Nhận lệnh từ người điều hành và thực hiện gởi các lệnh điều khiểnđến các thiết bị của nhà máy
• Xử lý các lệnh điều khiển tự động hoặc bằng tay đúng lúc và tin cậy
Các hệ thông như vậy có thể được gọi bằng các tên khác trong các tìnhhuống và các kỹ nghệ khác, như: DAC (Data Acquition and Control = Điềukhiển và thu thập dữ liệu), DCS (Distributed Control Systems = Các hệ thôngđiều khiển phân bố), v.v Tất cả các hệ thông này về cơ bản thực hiện cùng các
Trang 3U Outputs to RTUInputs from RTU
Inputs from Operator
Hình 3.1: Các phần nhập và xuất của MTU.
chức năng Xuất phát từ các công việc ứng dụng
cụ thể mà có sự khác biệt giữa chúng ở các đặc điểm sau:
• Vị trí và sự phân bô" các nguồn dữ liệu công nghiệp (các thiết bị nhà máy)
• Lượng dữ liệu được thu thập
• Tốc độ thu thập dữ liệu
• Các lệnh điều khiển có thể được tạo ra một cách tự động bởi các
hệ thông này ở mức độ nào
• Kiểu tính toán và vị trí mà các tính toán và các tác động điều khiển sẽ được thực hiện
Hệ thống SCADA có 4 phần tử chính: người điều hành (operator), phần
Terminal Unit), truyền thông liên lạc
và phần tử thiết bị đầu cuối ở xa RTU (RemoteTerminal Unit) Người điều
hành thực hiện điều khiển qua thông tin được mô tả trong khôi hiển thị hìnhảnh VDU (Video Display Unit) Phần nhập của hệ thông thường xuất phát từngười điều hành qua bàn phím của MTU Thông tin từ các nơi ở xa được MTUgiám sát và hiển thị các thông tin này cho người điều hành Quan hệ giữa MTU
và RTU tương tự như giữa chủ và tớ
♦♦♦ MTU (Master Terminal Ưnit)
Outputs to Other Devices
Trang 4Inputs from MTU
Inputs from Field Devices
Hình 3.2: Các phần nhập và xuất của RTU.
Trung tâm của hệ thông là MTU Nhiệm vụ của MTU là khởi động tất cảcác công việc: truyền thông liên lạc, thu thập dữ liệu, lưu trữ thông tin, gửithông tin đến các hệ thông khác, và giao tiếp với người điều hành Sự khác biệtchính giữa MTU và RTU là MTU khởi động ảo tất cả các truyền thông bằng lậptrình giữa nó và con người Hầu hết tất cả các truyền thông được thực hiện bởiMTU MTU cũng liên lạc với các thiết bị ngoại vi khác như: monitor, máy inhoặc các hệ thông thông tin khác Thành phần giao tiếp cơ bản với người điềuhành là monitor mà trong đó hiển thị các valve, bơm v.v Khi dữ liệu đến thayđổi thì màn hình được cập nhật
*♦* RTU (Remote Terminal Unit):
RTU thu thập thông tin ở xa từ nhiều thiết bị nhập như các valve, bơm,báo động (alarm), đồng hồ đo (meter) Chủ yếu dữ liệu dạng analog (sô" thực),digital (on/off), hoặc dữ liệu xung (như đếm sô" vòng xung của các meter).Nhiều RTU giữ thông tin thu thập được trong bộ nhớ và đợi yêu cầu từ MTU đểtruyền dữ liệu Các RTU hiện đại hơn có các máy vi tính và các PLCs có thểđiều khiển trực tiếp qua địa điểm từ xa không cần định hướng của MTU
Outputs to Field Devices
Trang 5Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3
CPU của RTU nhận luồng dữ liệu nhị phân theo giao thức truyền thông.Các giao thức có thể mở rộng như TCP/ĨP (Transmission Control Protocol andInternet Protocol) hoặc các giao thức riêng riêng Những luồng dữ liệu tổngquát chứa các thông tin được tổ chức theo mô hình 7 lớp ISO/OSI Mô hìnhOSI được sử dụng để đặt tiêu chuẩn cho cách trao đổi thông tin với các giaothức, truyền thông và dữ liệu RTU nhận thông tin của nó nhờ vào mã nhậndạng của nó trong dữ liệu truyền Dữ liệu này được diễn dịch và CPU điềukhiển tác động thích hợp tại chỗ
II CÁC ĐẶC TÍNH CHÍNH CỦA HỆ THÔNG SCADA HIỆN ĐẠI.
Kiến trúc hệ thông:
Hiện nay các hệ SCADA thế hệ mới được xây dựng theo kiến trúc phânbô", trong đó công suất của máy chủ được phân bô" trên một sô"bộ xử lý đượcnôi cùng với nhau bằng mạng cục bộ (LAN) Trong đó mỗi bộ xử lý có mộttrách nhiệm nhất định như : thu thập và xử lý, tạo hiển thị, thiết lập báo cáov.v và một sô" bộ xử lý dùng để dự phòng
Nhờ vào các công nghệ diện rộng (WAN), hệ thông SCADA có thể đượcphân bô" trên một miền địa lý rộng
Hệ thông được thiết kế theo hệ thông mở và cơ cấu server_client
Kiến trúc tiêu biểu của một hệ SCAD A phân bô:
Hình 3.3: Kiến trúc tiêu biểu của một hệ SCADA phân bố.
Trang 6Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3
Trong đó:
IOS = Data Input/Output Module
HMI = Human_Machine Interface Module
HDC = Historical Data Collection and Storage Module
GW = Gateway for inter_LAN communications
APPS = Application Calculations and Processing Module
> Các bộ xử lý máy tính: sử dụng các vi xử lý tiên tiến
> Thiết bị giao tiếp giữa người_máy (HMI = HumanMachine Interface)
SCADA trang bị các VDU (Visual Display Unit = Đơn vị hiển thị) đầy
đủ đồ họa có kèm mouse, trackball jottick và bàn phím Các nút điều khiển nốìcứng được thay thế bằng các biểu tượng trên màn hình được tác động bằngchuột hay bàn phím Các phương tiện này giúp cho người điều hành:
• Nhanh chóng hoán đổi giữa các màn hình hiển thị
• Nhanh chóng xem được chi tiết các thông tin
• Tạo và sửa đổi các màn hình hiển thị trực tiếp ở hệ thông
• Có những hiệu ứng đặc biệt để tăng khả năng phân biệt rõ dữ liệu(ví dụ các màu khác nhau cho các lô khác nhau trong một đườngông dẫn dầu)
Với các VDU hoạt động trong môi trường Windows hay X-Windows,người điều hành cũng có thể:
■ Xem trên cùng một VDU nhiều mảng thông tin mà thường trải ratrên nhiều màn hình hiển thị
■ Trên cùng màn hình, truy cập được các dữ liệu nằm rải rác theovùng hoặc các dữ liệu thuộc các cơ sở dữ liệu khác nhau
Do đó, những phương tiện HMI hiện đại cho phép người điều hành truycập số lượng thông tin lớn dễ hơn và nhanh hơn
> Các đơn vị đo lường từ xa RTU (Remote Telemetry Unit)
Trang 7Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3
Các RTU không còn là những thiết bị thụ động nữa, mà mục đích chínhcủa nó là thu thập và lưu trữ dữ liệu vùng Nhiều mức xử lý dữ liệu và điềukhiển được thực hiện ở các RTU
Nhiều loại thiết bị có thể được nốì vào các RTU như: PLC, máy đo lưulượng, thiết bị lấy chuẩn và đo bồn chứa v.v
Các RTU có thể được sắp xếp theo kiến trúc phân bô" hoặc phân cấp Dữliệu của các RTU được xử lý tại trạm chủ
> Cơ sở dữ liệu
Dữ liệu được lưu trữ không những là dữ liệu đo đạc từ xa, được tính toán
mà còn có các thông sô" báo về các sự kiện và các cảnh báo Do bản chất phânbô" của hệ SCADA, cơ sở dữ liệu cũng phân bô"
về vấn đề bảo mật thì cho nhiều cấp truy cập sử dụng: điều hành viên,giám sát viên, huấn luyện, kỹ sư, v.v
Cơ sở dữ liệu cũng liên hệ với hệ thông tin quản trị MIS (GeographicInformation System)
> Truyền thông máy tính
Truyền thông LAN/WAN giữa các máy tính dựa trên một sô" tiêu chuẩncông nghiệp phù hợp với mô hình OSĨ (Open System Interconnection)
Hiện nay đã có các công nghệ: Fast Internet, FDDI, Frame Relay, ATM,V.v Trong tương lai người ta có khuynh hướng chuyển sang ATM
I GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHA TRỘN.
1 Giới thiệu tổng quát.
Hệ thông điều khiển pha trộn hóa chất được hoàn tất dựa trên sự kết hợplogic giữa lập trình phần mềm và mô hình thật Chương trình sử dụng các ngônngữ lập trình: S7-300 và WinCC Phần mềm WinCC cho phép điều khiển kếtnôi giữa các hình đồ họa được tạo, đồng thời là giao diện giữa người điều hành
Trang 8Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3
và hệ thông điều khiển Ngôn ngữ lập trình S7-300 được dùng để tạo thao tácvận hành cũng như quy luật hoạt động và điều khiển hệ thông
Hệ thông pha trộn bao gồm: 3 loại chất lỏng chứa sẩn ở 3 bồn cung cấp,dẫn qua bơm và valve trước khi vào bồn pha trộn, một bồn để chứa chất lỏngsau khi trộn, và một động cơ dùng để khuấy trộn
Do không có các sensor báo mực chất lỏng, sensor đo lưu lượng nênphần lập trình điều khiển chủ yếu dựa vào bộ định thời Timer và đặc điểm củacác valve, bơm Tuy vậy, nó vẫn cho kết quả chấp nhận được
Phần mô hình gồm: 3 bồn cung cấp mỗi bồn chứa được tối đa là 4.5 lít,bồn dùng cho pha trộn chứa tôi đa 9 lít, bơm có tốc độ 1 lít/30giây, động cơ,các valve và các rờle đóng ngắt
2 Hoạt động của hệ thông.
Khi nhấn nút “RUN”, 3 van cung cấp A, B, c và bơm được tác động, chophép chất lỏng từ 3 bồn chảy vào bồn pha trộn theo tỉ lệ nhất định Chẳng hạn,chất A: 60%, chất B: 25%, chất C: 15% Khi van cuối cùng (van A) đóng lại thìđộng cơ bắt đầu hoạt động với thời gian bằng Vz thời gian mở van A Động cơdừng, làm tín hiệu kích bơm và van xả hoạt động (thời gian xả bằng tổng thờigian 3 van cung cấp nếu các bơm có cùng tính chất) Sau khi xả xong tức làmột
lần trộn đã hoàn tất, bộ đếm sô" thùng tăng lên 1 Đồng thời delay 5s trướckhi hệ thông lặp vòng trở lại Và cứ thế tiếp tục cho đến khi ta nhấn nút
“STOP” thì dừng Đặc biệt khi động cơ đang quay hoặc khi van xả đanghoạt động, ta có thể nhấn nút “PAUSE”, toàn bộ hệ thông sẽ dừng lại chođến khi nhấn “PAUSE” lần nữa Hệ thông tiếp tục hoạt động trở lại với giátrị thời gian đã lưu giữ trong bộ nhớ Với chức năng này của nút “PAUSE”,
hệ thông của ta sẽ hoạt động linh hoạt hơn tùy vào ý muôn của người điềuhành
❖ LƯU đồ giải thuật của hệ thông pha trộn hóa chất:
Nhấn “Run”
Trang 9Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3
1 2
Trang 10Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3
❖ Giản đồ xung về quá trình hoạt động của hệ thông:
Trang 11Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3
Có hai cách vận hành hệ thống: điều khiển bằng các cồng tắc vật lý (giả lập làm nút nhấn) hoặc điều khiển trên máy tính nhờ phần mềm WinCC
Trang 12Luận Văn Tốt Nghiệp Phần 3
MW40 12/18/01 1.
1 Các tags và nhóm tag đã tạo trong chương trình.
♦♦♦ Các nhóm tag gồm có: nhóm tag “điều khiển”, nhóm tag “thời gian thực thi” và nhóm tag “thể tích”
♦♦♦ Các tag độc lập: tag “giá trị đặt”, tag “sô" thùng”
Q' Control Centei - [An]
File Edit View Editors Jools Help
1 1^1
B ^ An
j~# Computer E BSH Tag Management El Internal tags ; il-'|
SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE
B J| MPI
B *-> PLC_WinCC
DIEUKHIEN ^ THOIGIANTHUCTHI L- 1 THETICH PROFIBUS Industrial Ethernet Slot
PLC
TCP/IP
IS 1? Data Types Name
^ DIEUKHIEN Tag group
1 THOIGIANTHUCTHI Tag group ^ THETICH
Tag group
~ t giatridat
Floating-point num
sothung U nsigned 16-bit v
❖ Các tags trong nhóm tag”điều khiển”:
Trang 13□
THOIGIANTHUCTHI
Ç* Control Center - [An]
File Edit View Editors Tools Help
*1
Các tags trong nhóm tag
“thời gian thực thi’
Control Center - [An]
File Edit View Editors Tools Help
fir tf| ỊỊỊị
B ^ An
! -
# C o m p u t e r B i H T a g M a
n a g e m e n
t S - - 3
? I n t e r n a l
HÜ I Para I Last change | Name
"l Reset IJRUN liSTOP
~~i pause
Binary Tag Binary Tag Binary Tag Binary Tag
M0.3MO.OM0.1 MŨ.2
01/05/02 0 01/05/02 0 01/05/02 0 01/05/02 0
B ^ An
j Computer $11 Tag Management El n?
Internal tags
B | SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE B J|
MPIPLC.WinCC 1 DIEUKHIEN
1 THOIGIANTHUCTHI i- 1 THETICH || PROFIBUS IB
Industrial Ethernet U Slot PLC iD TCP/IP
Trang 14S Ind ustr ial Eth ern
et Slot PL
C TC P/I
P B Dat
a Typ
es
S Edit or
-?r firanhins Dftsinnsr ZjVarA Unsigned 16-bit v MW14 01/05/02 0.
"iVanB Unsigned 1 G-bit v MW20 01/05/02 0.
~lVanC Unsigned 16-bit v MW26 01/05/02 0.
"iDonaCo Unsigned 16-bit v MW32 01/05/02 0.
"lVanXa Unsigned 16-bit v MW38 01/05/02 0.
Trang 15LES
Name
_j thetichA,
~ i thetichB ~ ithetichC ~1 thetichbinhchua ~~i thetichhienthi
I
Ç* Conlrol Center - [An]
File Edit View Editors Tools Help
Data Types
E-D Editor -
* j - G r a p h i c s D e s i g n e r
• o A l a r m L o g g i n
Trang 161 Para I Last change MD66 01 /08/021
nút điều khiển: “Giới
thiệu”, “Thông tin”, “Điều
khiển”, “Mô hình”, “Xem
Floating point number
32 Floating-point number 32 Floating- point number 32 Floating-point number
32 Floating-point number 32.
Trang 17dữ liệu”, “Thu thập”, “Đồthị”, “Thông báo”,
“Thoát”
Mỗi nút được nhấn
sẽ gọi đến từng hình có nộidung tương ứng Riêng vớinút “Thoát”, khi nhấn sẽthoát khỏi WinCCRunTime
Trang 18Đồ Thi
b Màn hình “
Trang 19Giới thiệu
Màn hình này cungcấp một đoạn Video giới thiệu về cồng nghệ và thànhtựu của hãng Siemens
Trang 20■ -lơ XrTnRì
Trang 24có thể lên đến 999.
999 (sô" thực) nhưn
g thực
tế dobồn chứacó
Trang 25dung tích là 9 lít, và mỗi bồn cung cấp có dung tích là 4.5 lít,nên mỗi lần pha trộn chỉ cho phép tồi đa là 7 lít Do đó, nếuđặt quá giá trị này, một message sẽ tạo ra thông báo ngườivận hành đặt lại giá trị cho thích hợp.
• Nút nhấn “Run cho chạy chương trình
Trang 26RUN STOP
qua phần giao diện này
Nó bao gồm các I/O field và các thanh Bar giúp ta dễ dàng hình dung
và quan sát giá trị của các bồn chứa
C: \An_WinCC\G raCSVmohinh.pdl
Trang 28f Màn hình “Xem dữ liệu
Các dữ liệu được quy ra thời gian để dễ dàng theo dõi thời gian hoạt độngcủa các van và động cơ ứng với mỗi giá trị đặt khác nhau Đồng thời ta quan sátđược sô" thùng đã pha trộn
,# WinCCRuntime
Trang 29g Màn hình “Thu thập
Đây là màn hình quan trọng cho phép ta thu thập dữ liệu từ quá trình
Và cũng là một trong ba chức năng chính của hệ SCADA
Ta thu thập các giá trị bằng sô" cụ thể theo dạng bảng (Table)
PM 0.5Q0000 1.333333 0.466667 0.200000 2.5000001/10/02 9:21 50
PM 0.500000 1.333333 0.466667 0.200000 2.5000001/10/02 9:21 50
PM 0.600000 1.300000 0.433333 0.166667 2.5000001/10/02 9:21 51
PM 0.600000 1.300000 0.433333 0.166667 2.5000001/10)02 9:21 51
PM 0.7Q0000 1.266667 0.400000 0133333 2.5000001/10/02 9:21 52
PM 0.7Q0000 1.266667 0.400000 0.133333' 0.0000001/10/02 9:21 52
PM 0.800000 1.233333 0.366667 0.100000 2.5000001/10/02 9:21 53
PM 0.800000 1.233333 0.366667 0.100000 0.0000001/10/02 9:21 53
PM 0.900000 1.200000 0.333333 0.066667 2.5000001/10/02 9:21 54
PM 0.9Q0000 1.200000 0.333333 0.066667 2.5000001/10/02 9:21 54
PM 1 0Q0000 1.166667 0.300000 0.033333 0.0000001/10/02 9:21 55
PM 1.000000 1.166667 0.300000 0.033333 2.500000 1/10/02 9:21 55
PM 1.100000 1.133333 0.266667 0.000000 2.500000 1/10/02 9:21 56
PM 1.100000 1.133333 0.266667 0.000000 2.500000 1/10)02 9:21 56
PM 1.166667 1.100000 0.233333 0.000000 2.5000001/10/02 9:21 57
PM 1.166667 1.100000 0.233333 0.000000 2.500000 1/10/02 9:21 57
