xây dựng hệ thống điều khiển giám sát kho chứa lpg

TỜ PHỤ BèA LỜI CAM ĐOAN Thiết kế luận văn này do tôi tự thực hiện bằng chính khả năng của mình. Ngoài các tài liệu tham khảo đã dẫn ở cuối bản luận văn, tôi đảm bảo không sao chộp cỏc công trình khoa học hay thiết kế tốt nghiệp của người khác. Tôi xin chịu trách nhiệm về những nội dung đã trình bày trong bản luận văn. Người cam đoan Phan Đình Hiếu MỤC LỤC TRANG PHỤ BèA ……………………………………………………………1 LỜI CAM ĐOAN ……………………………………………………………2 MỤC LỤC ……………………………………………………………………3 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ……………………….6 DANH MỤC CÁC BẢNG……………………………………………………7 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ …………………………………… 7 MỞ ĐẦU …………………………………………………………………….10 Chương 1: Tổng quan hệ thống điều khiển giám sát …………………….12 1.1 Tính thời sự, khoa học, thực tiễn của vấn đề cần nghiên cứu ……….12 1.2 Ứng dụng hệ thống điều khiển giỏm sỏt…………………………… 14 1.3 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu của đề tài ……………………… 14 1.3.1. Mục tiêu của đề tài…………………………………………….14 1.3.2. Nội dung của đề tài ………………………………………… 15 1.3.3. Bố cục luận văn……………………………………………….16 1.4 Mô hình phân cấp và cấu trúc hệ thống điều khiển…………………17 1.4.1. Lịch sử phát triển của hệ thống điều khiển ………………… 17 1.4.2. Mô hình phân cấp chức năng………………………………….19 1.4.3. Cấu trúc của hệ thống điều khiển…………………………… 21 1.4.4. Phân loại các hệ thống điều khiển ……………………………23 1.4.5. Phân loại mạng truyền thông công nghiệp……………………25 Chương 2: Cơ sở lý thuyết truyền thông………………………………… 28 2.1 Chế độ chuyền tải ………………………………………………… 28 2.1 Truyền bit song song và truyền bit nối tiếp ………………… 28 2.2 Truyền đồng bộ và không đồng bộ ………………………….29 2.3 Truyền một chiều, hai chiều toàn phần và gián đoạn ……….29 2.4 Truyền tải dải cơ sở dải mang và giải rộng …………………30 2.2 Các thành phần của mạng…………………………………………….31 2.1. Đường truyền vật lý ………………………………………… 31 2.2. Cấu trúc mạng…………………………………………………32 2.3. Giao thức mạng ……………………………………………….36 2.4. Phân loại mạng ……………………………………………… 38 2.3 Các phương pháp truy cập mạng …………………………………… 39 2.1 CSMD/CD …………………………………………………… 39 2.2 Master/Slave………………………………………………… 40 2.3 Token passing…………………………………………………40 2.4 Kết nối mạng………………………………………………………… 42 2.1 Phương tiện kết nối …………………………………………….42 2.2 Thiết bị liên kết mạng………………………………………… 43 2.5 Mạng truyền thông công nghiệp của siemens……………………… 45 2.1 Mạng nhiều điểm (MPI)……………………………………… 45 2.2 Mạng profibus……………………………………………… 46 2.3 Mạng công nghiệp ( Industrial Ethernet )…………………….51 2.4 Mạng giao diện điểm tới điểm ( PPI)……………………… 51 2.5 Mạng cảm biến cơ cấu chấp hành ……………………………53 2.6 Mạng SINEC L2…………………………………………… 55 Chương 3 Hệ thống điều khiển giám sát kho cảng LPG………………….57 3.1 Hệ thống quản lý kho cảng LPG …………………………………… 57 2.1 Giới thiệu tổng quan về LPG ………………………………… 57 2.2 Cấu trúc tự động hóa kho cảng LPG………………………… 58 2.3 Qui trình hoạt động của kho chứa LPG……………………… 61 3.2 Các yêu cầu về hệ thống tự động điều khiển giám sát LPG 64 2.1 Yêu cầu chung………………………………………………… 64 2.2 Yêu cầu về hệ thống đo lường……………………………… 64 2.3 Yêu cầu bài toán công nghệ xuất nhập LPG…………………66 2.4 Yêu cầu hệ thống điều khiển giám sát xuất nhập LPG………66 2.5 Yêu cầu hệ thống đóng mở van an toàn khi có sự cố ……….67 2.6 Tủ điều khiển trung tõm…………………………………… 67 3.2 Một số hệ thống điều khiển giám sát kho cảng LPG…………………68 2.1 Hệ thống điều khiển giám sát kho cảng của hãng Varec……….68 2.2 Giải pháp tích hợp hệ thống điều khiển hãng SAAB tank…… 71 Chương 4 Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát kho chứa LPG…… 76 4.1 Phân tích lựa chọn giải pháp hãng siemens………………………… 76 4.1.1 Giới thiệu hãng sản xuất tự động hóa Siemens……………… 76 4.1.2 Phân tích lựa chọn giải pháp và thiết bị hãng siemens…………77 4.2 Xây dựng cấu trúc điều khiển giám sát kho chứa LPG……………… 79 2.1. Các thành phần hệ thống……………………………………… 79 2.2. Thiết lập cấu hình hệ thống sử dụng phần mềm Step7 ……… 91 4.3 Xây dựng phần mềm………………………………………………… 96 4.3.1 Yêu cầu công nghệ quá trình điều khiển xuất nhập…………… 96 4.3.2 Yêu cầu về giám sát hệ thống LPG…………………………… 98 4.4 Xây dựng giao diện mô phỏng hệ thống LPG……………………… 99 4.4.1 Phần mềm mô phỏng PLCsim………………………………… 99 4.4.2 Mô tả hoạt động chương trình điều khiển giỏm sỏt…………… 99 Chương 5 Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát qua mạng internet… 105 5.4 Đặt vấn đề …………………………………………………………… 105 5.2 Cơ sở lý thuyết hệ thống điều khiển qua mạng internet……………….108 5.2.1 Giao thức mạng internet……………………………………… 108 5.2.2 Mô hình phân lớp địa chỉ internet…………………………… 110 5.2.3 Kiến trúc mạng internet……………………………………… 110 5.2.4 Định tuyến trong mạng internet……………………………… 111 5.3 Cấu trúc hệ thống điều khiển giám sát qua mạng…………………… 113 2.4 Thiết lập chương trình điều khiển giám sát qua mạng internet……… 114 KẾT LUẬN ………………………………………………………………… 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………… 121 PHỤ LỤC………………………………………………………………………122 Danh mục cỏc kớ hiệu và chữ viết tắt ADSL Asymetric Digital Subscriber line ASI Actual sensor interface ATM Asynchronous Transfer Mode BMS Building managerment system CP Comunication process CSMA/CD Carrier Sence Multiple Access/ Collision Detection DCS Distributed control System ESD Emergency shutdown FBM Field bus modem FCU Field communication unit IP Internet protocol LAN Local area network LLC Logical link control LPG Liquidfied petrol gas MAC Media Access Address MAN Metropolitan Area Network MPI Multiple point interface MST Multiple spot temperature OPC OLE process control OSI Open System Interconnection PID Proportion intergrate derivative PLC Programble logic control PPI Point to point interface QCS Quality control system RDU Remote display unit RTU Remote terminal unit SCADA Supervisory STP Shield twist pair UHF High frequency UTP Unshied twist pair VHF Very high frequency WAN Wide area network Danh mục các bảng Bảng 2.1: Dữ liệu kỹ thuật của mạng PROFIBUS……………………………49 Bảng 2.2: Dữ liệu kỹ thuật của IE……………………………………………52 Bảng 2.3: Dữ liệu kỹ thuật của các bộ điều khiển……………………………53 Danh mục các hình vẽ Hình 1.1: Phân cấp chức năng hệ thống………………………………… 19 Hình 1.2: Cấu trúc điều khiển tập chung…………………………………… 21 Hình 1.3: Cấu trúc điều khiển phân quyền………………………………… 22 Hình 1.4: Cấu trúc điều khiển phân tán…………………………………… 23 Hình 2.1: Chế độ truyền tín hiệu…………………………………………… 29 Hình 2.2: Cấu trúc dạng bus………………………………………………… 34 Hình 2.3: Cấu trúc dạng mạch vòng……………………………………… 34 Hình 2.4: Cấu trúc mạng hình cây………………………………………… 35 Hình 2.5: Cấu trúc hình sao………………………………………………… 35 Hình 2.6: Mô hình OSI 7 lớp…………………………………………………37 Hình 2.7: Các phương pháp truy nhập đường truyền……………………… 39 Hình 2.8 : MPI Subnetwork……………………………………………………… 45 Hình 2.9: Phương pháp truy nhập đường dẫn…………………………… 47 Hình2.10: Kết nối điểm tới điểm…………………………………………… 53 Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc hệ thống tự động hóa…………………………… 59 Hình 3.2: Sơ đồ P&ID hệ thống…………………………………………… 63 Hình 3.3: Giải pháp hệ thống điều khiển giám sát của Varec……………… 68 Hình 3.4: Giải pháp hệ thống đo bồn chứa của SAAB TANK…………… 71 Hình 4.1: CPU 315-2PN/DP……………………………………………… 81 Hình 4.2: Module đầu vào tương tự………………………………………….82 Hình 4.3: Module đầu ra số………………………………………………… 82 Hình 4.4: Switch chuyển mạch……………………………………………….83 Hình 4.5: Thiết bị đo mức bằng Radar……………………………………….84 Hình 4.6: Cấu trúc bộ transmitter radar…………………………………… 85 Hình 4.7: Thiết bị đo nhiệt độ……………………………………………… 86 Hình 4.8: Bộ hiển thị tại chỗ…………………………………………………87 Hình 4.9: Thiết bị đo khối lượng massflow………………………………….88 Hình 4.10: Sensor đo khối lượng massflow………………………………….89 Hình 4.11: Van điều khiển xuất nhập……………………………………… 90 Hình 4.12: Khởi tạo chương trình step7…………………………………… 92 Hình 4.13: Cấu hình trạm điều khiển PLC………………………………… 93 Hình 4.14: Cấu hình thiết bị đo Radar……………………………………… 94 Hình 4.15: Cấu hình thiết bị đo Massflow……………………………………95 Hình 4.16: Cấu hình mạng Ethernet……………………………………… 96 Hình 4.17: Lưu đồ thuật toán nhập LPG…………………………………… 97 Hình 4.18: Lưu đồ thuật toán xuất LPG…………………………………… 98 Hình 4.19: Mô hình PLCsim mô phỏng hệ thống………………………… 99 Hình 4.20: Trang giao diện tổng quan hệ thống…………………………… 100 Hỡnh 4.21:Mô tả xuất LPG tự động…………………………………………100 Hình 4.22: Trang giao diện khu cầu cảng……………………………………101 Hình 4.23: Đồ thị trends và cảnh báo khu cầu cảng…………………………102 Hình 4.24: Chế độ xuất nhập thủ công………………………………………102 Hình 4.25: Trang giao diện khu bồn 1……………………………………….103 Hình 4.26: Trang giao diện khu bồn 2……………………………………….103 Hình 4.27: Trang giao diện khu họng xuất………………………………… 104 Hình 4.28: Đồ thị trends và cảnh báo khu họng xuất……………………… 104 Hình 5.1: Biểu diễn liên kết hai mạng……………………………………… 111 Hình 5.2: Cấu trúc hệ thống điều khiển giám sát qua mạng………………….113 Hình 5.3: Cấu hình Webnavigator………………………………………… 115 Hình 5.4: Xây dựng các trang đồ họa qua web……………………………….116 Hình 5.5: Mô hình liên kết IIS……………………………………………… 117 Hình 5.6: Giao diện SCADA tổng quan qua web………………………… 117 Hình 5.7: Giao diện SCADA khu cầu cảng qua web……………………… 118 Hình 5.8: Giao diện SCADA khu bồn chứa qua web……………………… 118 Hình 5.9: Giao diện SCADA khu họng xuất qua web……………………….119 LỜI NểI ĐẦU Sự phát triển và kết hợp hoàn hảo giữa công nghệ thông tin với mạng công nghiệp trong những năm gần đây đã mang lại hướng đi mới cho các giải pháp tự động hoá, và tạo ra sự chuyển biến tích cực trong mọi ngành kinh tế quốc dân. Trong số các hệ thống tích hợp tự động hoá nói chung, hệ SCADA chiếm vị trí đặc biệt quan trọng bởi khả năng thu thập, giám sát và điều khiển ưu việt các quá trình công nghệ sản xuất. Việc xây dựng và kế thừa dựa trên các thành tựu của kỹ thuật truyền thông, kỹ thuật vi xử lý và công nghệ phần mềm đã tạo điều kiện cho cỏc hóng tự động hoỏ trờn thế giới đưa ra nhiều hệ thống mạng rất tối ưu và hiện đại như của SIEMENS, ALLEN-BRADLEY, MOTOROLA, HONEYWELL,… Trên thế giới, các hệ thống này đã được áp dụng rộng rãi và hiệu quả vào các ngành điện lực, dầu khí, hoá chất, xăng dầu, khí tượng thuỷ văn, hệ thống cung cấp nước, giám sát ô nhiễm môi trường v.v. Hiện nay, xu hướng xây dựng một hệ SCADA diện rộng có thể áp dụng vào nhiều lĩnh vực và mở rộng trên phạm vi cả nước, thậm chí khu vực đang là mục tiêu chính cho các nhà tích hợp giải pháp. Với sự phát triển không ngừng, các hệ thống SCADA hiện đại không chỉ dừng lại ở phạm vi giám sát thuần tuý mà còn có khả năng chẩn đoán sự cố và cách khắc phục dựa trên các số liệu thu thập được. Với nước ta, việc áp dụng hệ thống SCADA là xu thế tất yếu của các ngành kinh tế trọng điểm quốc gia gồm điện lực và dầu khí. Các hệ thống SCADA cho thuỷ lợi, khí tượng thuỷ văn và môi trường hiện nay là vấn đề đang được đặt ra một cách cấp thiết. Theo định hướng phát triển đó, đề tài tập trung nghiên cứu giải pháp xây dựng một hệ SCADA diện rộng trên cơ sở hệ thống mạng SIMATIC của Siemens, đồng thời áp dụng cụ thể cho các kho chứa LPG. Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo hướng [...]... s Trạm thao tác(OS) Trạm kỹ thuật(ES) Máy tính điều khiển Máy tính điều khiển Trung tâm điều khiển giám sát Trạm phục vụ(SS) Bus xử lý Bus trờng Máy tính ĐK A S A I/O S A I/O S Trung tâm điều khiển Máy tính phối hợp A A S A S S Hỡnh 1.4: Cu trỳc iu khin phõn tỏn 1.4.4 Phõn loi cỏc h thng iu khin 1.4.4.1 SCADA : - Trờn c s h truyn thụng mnh, tc cao, khong cỏch xa tri trờn din rng ln hng trm hoc hng... Simatic ca siemens Trỡnh by v h thng iu khin giỏm sỏt kho cng LPG Trong phn ny s tỡm hiu tng quan v LPG bao gm cu trỳc thnh phn, c tớnh húa lý Tip theo s phõn loi cu trỳc h thng t ng húa kho cha LPG, a ra cỏc yờu cu cụng ngh xõy dng h thng iu khin, a ra cỏc qui trỡnh hot ng ca c tng kho Tip theo ú, ti s gii thiu mt s h thng iu khin giỏm sỏt tng kho LPG ca cc húng ni ting Varec, Emerson a ra nhng ỏnh giỏ... chia thnh nhiu mc nh Cỏc chng trỡnh by trong lun vn bao gm: Chng 1: Tng quan h thng iu khin giỏm sỏt Chng 2: C s lý thuyt mng truyn thụng Chng 3: H thng iu khin giỏm sỏt kho cha LPG Chng 4: Xõy dng thit lp h thng iu khin giỏm sỏt kho cha LPG Chng 5: Thit lp xõy dng cu trỳc h thng iu khin giỏm sỏt qua mng internet 1.4 Mễ HèNH PHN CP V CU TRC H THNG IU KHIN 1.4.1 Lch s phỏt trin ca h thng iu khin T nhng... tng l cỏc bn cha LPG ( Liquidfied petrol gas) - Nm vng v lm ch cỏc phn mm lp trỡnh iu khin (Step7), phn mm giỏm sỏt ( WINCC) - Hon thnh vit chng trỡnh iu khin theo bi toỏn cụng ngh v chng trỡnh mụ phng bng phn mm giỏm sỏt ( WinCC) - Nm vng c s lý thuyt v bn cht mng internet v cỏc ng dng ca mng internet trong cuc sng v trong sn xut - Thc hin mụ phng h thng iu khin giỏm sỏt kho cha LPG qua mụ hỡnh mng... nng thi gian thc cú c ci t ngt nghốo hay khụng Thi gian phn ng tiờu biu nm trong khong vi trm miligiừy, trong khi lu lng thụng tin trao i ln hn nhiu so vi bus trng Tc truyn thụng tiờu biu ca bus h thng nm trong khong vi trm kbit/s n vi Mbit/s Khi h thng c s dng ch ghộp ni chiu ngang gia cỏc mỏy tớnh iu khin, ngi ta thng dựng khỏi nim bus iu khin Vai trũ ca bus iu khin l trao i d liu gia cỏc trm iu... Truyn bit song song: Phng phỏp truyn bit song song c dựng ph bin trong cỏc bus ni b ca mỏy tớnh Tc truyn ti ph thuc vo s kờnh dn hay chớnh l rng ca mt bus song song Vic nhiu bit c truyn i ng thi gõy tr ngi ln khi khong cỏch gia cỏc i tỏc truyn thụng tng lờn v khỳ ng b gia bờn thu v bn pht Chnh vỡ vy , phm vi ng dng ca phng phỏp truyn ny ch hn ch khong cỏch nh , cú yờu cu cao v thi gian v tc truyn... la chn thit b Theo ỳ cc nh sn xut cng a ra kin trỳc cỏc tng mng thớch hp vi c thự trao i thụng tin ca tng cp 1.4.3 Cu trỳc ca h thng iu khin 1.4.3.1 Cu trỳc tp chung Máy tính ĐK I/O Ranh giới phòng điều khiển A S Phân đoạn quá trình 1 A I/0 input/out(vào /ra) A actuator(chấp hành) S sensor(cảm biến) S Phân đoạn quá trình 2 A S Phân đoạn quá trình 3 Hỡnh 1.2: Cu trỳc iu khin tp chung Tt c cỏc thit b... cỏc quỏ trỡnh con cú liờn quan h qu , nờn iu khin quỏ trỡnh tng hp cn cú s hp tỏc gia chỳng vi nhau.Trong phn ln cỏc trng hp , mt mỏy tớnh trung tõm c dựng iu khin cao cp cng nh phi hp s hot ng ca cỏc mỏy phõn quyn Tuy nhiờn vn tn ti nhc im ln nht l dựng s lng ln dõy ni Cỏc gii phỏp khc phc nhc im ó dn n nhng h thng iu khin cú cu trỳc phõn tỏn hay cũn gi l iu khin phõn tỏn Mỏy tớnh phi hp Mỏy tớnh... xõy dng cỏc thnh phn ca h thng, gii thiu v la chn thit b trong h thng V sau ú s dng cc phn mm ca siemens thit lp cu hỡnh h thng, vit chng trỡnh iu khin quỏ trỡnh vn hnh, v thit lp giao din giỏm sỏt kho cng LPG Cui cựng ti s phỏt trin h thng thụng qua thit lp h thng iu khin t xa, iu khin qua mng internet Trờn c s ú s i tỡm hiu v lý thuyt iu khin qua mng s dng phn mm iu khin giỏm sỏt qua mng thit lp... quột bộ, ỏp ng h thng nhanh S lng u vo ra bộ khong vi trc n vi trm - H thng m, cú th tớch hp nhiu thit b ca cỏc húng khỏc nhau Thc hin gii quyt ti u cỏc bi toỏn logic, tun t - Phm vi hot ng nh phm vi trong nh mỏy, truyn tin qua mng truyn thụng cụng nghip 1.4.5 Phõn loi mng truyn thụng cụng nghip 1.4.5.1 Bus trng, bus thit b Bus trng l khỏi nim chung c dựng trong ngnh ch bin ch cỏc h thng bus ni tip, . hệ thống điều khiển giám sát Chương 2: Cơ sở lý thuyết mạng truyền thông Chương 3: Hệ thống điều khiển giám sát kho chứa LPG Chương 4: Xây dựng thiết lập hệ thống điều khiển giám sát kho chứa. số hệ thống điều khiển giám sát kho cảng LPG ………………68 2.1 Hệ thống điều khiển giám sát kho cảng của hãng Varec……….68 2.2 Giải pháp tích hợp hệ thống điều khiển hãng SAAB tank…… 71 Chương 4 Xây. LPG Chương 5: Thiết lập xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển giám sát qua mạng internet. 1.4. MÔ HÌNH PHÂN CẤP VÀ CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 1.4.1. Lịch sử phát triển của hệ thống điều khiển