ứng dụng hệ thống scada trong công nghệ sản xuất thép

-1- CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN MỘNG HÙNG Cán bộ nhận xét 1: Cán bộ nhận xét 2: Luận văn được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SỸ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, Ngày , tháng 12, năm 2008. -2- Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghóa Việt Nam Trường Đại Học Bách Khoa Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ Họ và tên học viên: Lê Khánh Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 24/03/1980 Nơi sinh: Đồng Nai Chuyên nghành: Tự Động Hóa Khóa: 2006-2008 I. TÊN ĐỀ TÀI: Ứng dụng hệ thống SCADA trong công nghệ sản xuất thép II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: VI. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 1: VII. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ CHẤM NHẬN XÉT 2: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ NHẬN XÉT 1 CÁN BỘ NHẬN XÉT 2 PGS.TS NGUYỄN MỘNG HÙNG Nội dung và đề cương Luận văn thạc sỹ đã được Hội Đồng Chuyên Nghành thông qua. PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CHỦ NHIỆM NGÀNH TS. NGUYỄN ĐỨC THÀNH -3- LỜI CẢM ƠN Trong suốt qúa trình nghiên cứu và thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự động viên, giúp đỡ tận tình của PGS.TS Nguyễn Mộng Hùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc về sự giúp đỡ qúy báu này. Tôi xin cảm ơn tất cả các thầy cô trong Bộ Môn Điều Khiển Tự Động, các thầy cô đã dạy dỗ và giúp em có được kiến thức cần thiết để hoàn thành các học phần cao học, cảm ơn Thầy TS Trương Đình Châu, thầy đã dạy cho tôi môn học SCADA, để tôi có được những kiến thức như ngày hôm nay và cụ thể là qua những kết qủa Luận văn này đã phần nào thể hiện. Đặt biệt, tôi xin cảm ơn lãnh đạo Công Ty Thép Tấm Lá Phú Mỹ đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi hoàn thành sản phẩm này, bên cạnh đó là sự trợ giúp, động viên to lớn về mặt vật chất cũng như tinh thần của gia đình, người thân, bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. TP.HCM, tháng 12 năm 2008 Học Viên Lê Khánh -4- MỤC LỤC LUẬN VĂN ***** Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất thép 1.1. Kỹ thuật sản xuất thép 1.2. Công nghệ sản xuất thép băng và thép lá cán nguội Chương 2: Tổng quan về hệ thống scada hiện đại 2.1. Tổng quan về hệ thống scada hiện đại 2.1.1. Hệ thống SCADA 2.1.2. Các thành phần của hệ thống SCADA 2.1.3. Cơ chế thu thập dữ liệu 2.1.4. Xử lý dữ liệu 2.2. Cấu trúc hệ thống SCADA hiện đại 2.2.1. Cấu trúc phần cứng 2.2.2. Luồng thông tin trong hệ thống SCADA hiện đại 2.2.3. Cấu trúc phần mềm 2.2.4. Phần mềm điều khiển 2.2.5. Codesys cho MES 2.3. Chức năng, nhiệm vụ của các cấp trong hệ thống SCADA hiện đại 2.3.1. Chức năng, nhiệm vụ của cấp chấp hành 2.3.2. Chức năng, nhiệm vụ của cấp điều khiển (RTUs) 2.3.3. Chức năng, nhiệm vụ của cấp điều khiển giám sát (MTUs) 2.3.4. Chức năng, nhiệm vụ của cấp điều hành sản xuất (MES) -5- 2.3.5. Chức năng, nhiệm vụ của cấp hệ thống dự án nguồn doanh nghiệp (ERP) 2.4. Mối liên hệ giữa các cấp trong hệ thống SCADA hiện đại 2.4.1. Mối liên hệ giữa cấp chấp hành và cấp điều khiển (RTUs) 2.4.2. Mối liên hệ giữa RTUs và cấp điều khiển giám sát (MTUs) 2.4.3. Mối liên hệ giữa MTUs và cấp điều hành sản xuất (MES) 2.4.4. Mối liên hệ giữa MES và cấp hệ thống dự án nguồn doanh nghiệp (ERP) 2.5. Quản lý và lưu trữ dữ liệu trong hệ thống scada 2.6. I/O Driver v OPC trong hệ thống SCADA 2.6.1. I/O Driver 2.6.2. OPC-OLE trong điều khiển qúa trình 2.7. Vai trò của người sử dụng 2.7.1. Người vận hành trực tuyến 2.7.2. Người điều hành sản xuất Chương 3: Các gói giải pháp toàn diện của Wonderware 3.1. Đặt vấn đề 3.2. Tổng quan về Wonderware 3.2.1. Một số sản phẩm modules chính 3.2.2. Một số gói giải pháp trọn bộ 3.2.3. Truyền thông trong hệ thống SCADA 3.3. Các gói giải pháp toàn diện của Wonderware 3.3.1. Geo-SCADA 3.3.2. Gói giải pháp phần mềm MES & EMI 3.3.3. Gói giải pháp dành riêng cho các doanh nghiệp sản xuất thép -6- 3.3.4. Ứng dụng gói giải pháp dành riêng cho các doanh nghiệp sản xuất thép tại nhà máy sản xuất Nucor tại California _ Hoa Kỳ Chương 4: ng dụng của SCADA tại Công Ty Sản Xuất Thép Tấm Lá Phú Mỹ 4.1. Các công đoạn sản xuất 4.1.1. Dây chuyền tẩy rửa 4.1.2. Dây chuyền cán nguội đảo chiều 4.1.3. Phân xưởng lò ủ 4.1.4. Dây chuyền cán và là nắn 4.1.5. Dây chuyền cuộn lại 4.1.6. Kiểm tra và thử nghiệm 4.2. Các đối tượng điều khiển 4.2.1. Valves 4.2.2. Motors 4.2.3. Bộ Điều Khiển PID Chương 5: Mô hình thực nghiệm (CRM_COLD REVERSING MILL) 5.1. Xây dựng cấu trúc hệ thống (CRM) 5.1.1. Cấu trúc phần cứng của mô hình 5.1.2. Chức năng nhiệm vụ của các cấp 5.1.3. Phân tích quan hệ giữa các cấp trong hệ thống 5.2. Tổ chức qúa trình trao đổi dữ liệu (CRM) 5.2.1. Yêu cầu đặt ra -7- 5.2.1. Trao đổi dữ liệu giữa cấp cảm biến/cơ cấu chấp hành với cấp điều khiển cục bộ 5.2.2. Trao đổi dữ liệu giữa cấp điều khiển với cấp điều khiển giám sát 5.2.3. Trao đổi dữ liệu giữa cấp điều khiển giám sát với cấp điều hành sản xuất 5.2.4. Trao đổi dữ liệu giữa cấp điều hành sản xuất với cấp hệ thống dự án nguồn doanh nghiệp 5.3. Xây dựng hệ thống phần mềm 5.3.1. Tổng quan hệ thống phần mềm 5.3.2. Xây dựng giao diện quản lý hệ thống 5.3.3. Xây dựng server dữ liệu thời gian thực (Realtime Data Server) 5.3.4. Chương trình kết nối dữ liệu thời gian thực 5.3.5. Xây dựng cơ sở dữ liệu quan hệ (Database Server) 5.3.6. Chương trình điều khiển thiết bò ngõ vào/ra 5.3.7. Chương trình giám sát, điều khiển trung tâm 5.3.8. Xây dựng webserver 5.3.9. Giao diện điều hành từ xa qua mạng Internet Chương 6: Kết luận 6.1. Các kết qủa đạt được 6.1.1. Kết qủa sau qúa trình nghiên cứu 6.1.2. Kết qủa sau khi xây dựng giải pháp hệ thống công nghệ sản xuất thép 6.1.3. Kết qủa sau khi xây dựng phần mềm 6.2. Khả năng ứng dụng của luận văn 6.3. Hướng phát triển TÀI LIỆU THAM KHẢO -8- Danh Mục Các Chữ Viết Tắt ADO: ActiveX Data Object ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line ANSI: American National Standard Institute ASCII: American Standard Code for Information Interchange AS-i: Actuator Sensor Interface ASP: Active Server Page ATM: Asynchronous Transfer Mode CAN: Controller Area Network COM: Component Object Model CSDL: Cơ sở dữ liệu CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection DCOM: Distributed Component Object Model DDE: Dynamic Data Exchange DDEML: Dynamic Data Exchange Management Library DHTML: Dynamic HyperText Markup Language DLL: Dynamic Link Library ERP: Enterprise Resource Planning Ethernet: Là kiểu mạng cục bộ LAN, được chuẩn hóa trong IEEE 802.3 Fast Ethernet: Là phát triển tiếp theo của Ethernet, được chuẩn hóa trong IEEE 802.3u FDDI: Fibre Distributed Data Interface FDL: Fieldbus Data Link (Lớp liên kết dữ liệu ở Profibus) FMS: Fieldbus Message Specification FTP: File Transfer Protocol – Giao thức truyền tải tập tin GPS: Global Position System HMI: Human Machine Interface HTTP: HyperText Transfer Protocol – Giao thức truyền tải siêu văn bản HTML: HyperText Markup Language -9- Hub: Là thiết bò dùng để kết nối mạng LAN ID: Identify IDL: Interface Definition language IEC 61131-5: Chuẩn truyền thông giữa các PLC với nhau và PLC với thiết bò cấp trường. IEC 1158-2: Là chuẩn truyền thông của Profibus PA IEEE 802: Là chuẩn truyền thông mạng LAN. IEEE 802.3: Là chuẩn truyền thông cho mạng Ethernet IEC/ISA DLL: International Electrotechnical Commission/The International Society of Measurement and Control - Data Link Layer IIS: Internet Information Service Industrial Ethernet: Mạng Ethernet công nghiệp IP: Internet Protocol IPX/SPX: Internetwork Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange (cho Foundation Fielbus) ISP: Internet Service Provider JSP: JavaServer Pages hay Java Scripting Preprocessor LAN: Local Area Network LLC: Logical Link Control MAC: Medium Access Control MAP: Manufactoring Massage ProtocoL MES: Manufacturing Execution Sysem Modem: Modulator - Demodulator MTUs: Master Terminal Unit NetDDE: Network Dynamic Data Exchange NTSC: National Television System Committee (USA) ODBC: Open Database Connectivity OLE: Object Linking and Embedding -10- OLE DB: Object Linking and Embedding Database OPC: OLE for Process Control OPC-AE: OLE for Process Control - Alarms & Events OPC-DA: OLE for Process Control - Data Access OPC-DX: OLE for Process Control - Data eXchange OPC-HAD: OLE for Process Control - Historical Data Access OPC XML-DA:OLE for Process Control - XML Data Access OSI: Open Systems Interconnection PAL: Phase Alternating lines (Chuẩn của châu Âu và châu Úc) PC: Personal Computer PID: Proportional Integral Derivative PHP: Hypertext Preprocessor PLC: Programmable Logic Controller Profibus - DP: Decentralize Periphery - fast data exchange Profibus - PA: Process Automation - intrinsically safe environment Profibus - FMS: Fieldbus Message Specification - peer to peer communication Radio: Sóng Radio RJ45: Registered Jack 45 RS232: Chuẩn truyền thông nối tiếp RS422: Chuẩn truyền thông nối tiếp với khoảng cách và tốc độ cao hơn RS485: Chuẩn truyền thông nối tiếp chỉ dùng một đường dẫn RTUs: Remote Terminal Units SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition SDI: Single Document Interface SOAP: Simple Object Access Protocol SQL Server: Structured Query Language - Server SQL: Structured Query Language TCP: Transmission Control Protocol – Giao thức kiểm soát truyền dẫn [...]... cứu ứng dụng, cuối cùng, tất cả các phương thức sẽ được áp dụng và kiểm chứng kết qủa điều khiển thời -15- gian thực trên mô hình thực tế là công đoạn cán nguội đảo chiều của công nghệ sản xuất thép CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA HIỆN ĐẠI 2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA HIỆN ĐẠI 2.1.1 Hệ thống SCADA SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) hiểu theo nghóa truyền thống là một hệ thống. .. dựng hệ thống cơ sở dữ liệu, ° Xây dựng WebServer 1.3 ĐỐI TƯNG NGHIÊN CỨU Một lónh vực đang phát triển mạnh mẽ đã và đang rất cần được ứng dụng các thành quả của công nghệ điều khiển hiện đại, đó là lónh vực sản xuất thép Nhận thấy đây là một trong những lónh vực chủ lực của nền công nghiệp Việt Nam, học viên nghiên cứu, ứng dụng hệ thống SCADA để ứng dụng có hiệu quả vào trong lónh cực sản xuất thép, ... mọi lónh vực thật sự xứng đáng để được quan tâmở môi trường Việt Nam cũng như toàn cầu Nghiên cứu, phân tích ° Nghiên cứu và tìm hiểu cấu trúc hệ thống SCADA hiện đại, ° Phân tích các thành phần trong hệ thống SCADA hiện đại, ° Phân tích các phương thức trao đổi dữ liệu giữa các cấp trong hệ thống SCADA hiện đại Ứng dụng ° Xây dựng cấu trúc hệ thống SCADA cho quy trình sản xuất thép, ° Tổ chức các phương... mềm ứng dụng quản lý khác Vậy nên vấn đề ứng dụng hệ thống SCADA vào qúa trình quản lý và điều khiển tự động trong các dây chuyền sản xuất hiện đại đang rất được quan tâm ở Việt Nam cũng như trên thế giới, với sự phát triển như vũ bão của công nghệ thông tin thì trọng tâm của công việc thiết kế xây dựng hệ thống SCADA là lựa chọn phần mềm thiết kế giao diện và kế tiếp là các giải pháp tích hợp hệ thống. .. nhằm đáp ứng nhu cầu cấp thiết ở Việt Nam ở hiện tại và cả tương lai sau này 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU Trong luận văn này sẽ trình bày ứng dụng của hệ thống SCADA để ứng dụng có hiệu qủa vào qúa trình quản lý và điều khiển tự động công nghệ sản xuất thép ở Việt Nam, tìm hiểu mức độ phát triển hiện tại của SCADA trên thế giới và Việt Nam, riêng ở Việt Nam thì có xét đến ưu nhược điểm giữa các công ty trong. .. quyết đònh đến chất lượng sản phẩm thì phải ứng dụng tự động hóa Ví dụ trong công nghiệp chế biến bia, khâu chiết và đóng chai cần phải tự động hóa Trong công nghiệp may mặc, trước kia chỉ sản xuất đơn chiếc, nay sản xuất theo dây chuyền, khi áp dụng tự động hóa sẽ xác đònh rõ sản phẩm bò lỗi và lỗi của ai, ngày giờ nào thông qua việc sử dụng hệ thống SCADA, hệ thống này liên kết các thiết bò hiện trường... RTU: Trong các hệ SCADA có các RTU có dung lượng bộ nhớ lớn, khi hệ thống hoạt động ổn đònh, dữ liệu sẽ được sao lưu vào trong bộ nhớ của RTU Do đó, khi hệ thống xảy ra lỗi thì các RTU sẽ sử dụng tạm dữ liệu này cho đến khi hệ thống hoạt động trở lại bình thường + Sử dụng các phần cứng dự phòng của hệ thống: hầu hết các hệ SCADA đều được thiết kế thêm các bộ phận dự phòng, ví dụ như hệ thống truyền thông... theo Trong trường hợp dữ liệu của hệ thống biến đổi liên tục theo thời gian, hệ SCADA thường hiển thò quá trình thay đổi dữ liệu này trong màn hình giao diện đồ họa (GUI) dưới dạng đồ thò Một ưu điểm lớn của hệ SCADA là khả năng xử lý lỗi rất thành công khi hệ thống xảy ra sự cố, nhìn chung, khi có sự cố hệ SCADA có thể lựa chọn một trong các cách xử lý sau: + Sử dụng dữ liệu cất giữ trong các RTU: Trong. .. nhược điểm giữa các công ty trong việc ứng dụng hệ thống, nêu bật hai tiêu chí qúa trình quản lý và điều khiển tự động ứng với việc đưa SCADA lên Web Hệ thống mới đã được cải tạo, nâng cấp sẽ đáp ứng yêu cầu giảm chi phí nhân công, tăng năng suất đồng thới nâng cao khả năng tin cậy và tích hợp hệ thống Sau đó, mô hình này sẽ được dùng để áp dụng vào dây chuyền công nghệ thực tế, các phương thức điều khiển,... trúc hệ thống cụ thể, trong trường hợp ứng dụng đơn giản, như điều khiển thiết bò đơn giản thì việc phân chia nhiều cấp là không cần thiết Ngược lại, việc tự động hóa mộ nhà máy lớn, hiện đại như điện nguyên tử, dầu khí, thì ta có thể chia nhỏ hơn nữa các cấp chức năng để tiện theo dõi tất cả các tiến trình công nghệ 2.2.2 Luồng thông tin trong hệ thống scada hiện đại Luồng thông tin trong hệ thống SCADA . về công nghệ sản xuất thép 1.1. Kỹ thuật sản xuất thép 1.2. Công nghệ sản xuất thép băng và thép lá cán nguội Chương 2: Tổng quan về hệ thống scada hiện đại 2.1. Tổng quan về hệ thống scada. trình công nghệ. 2.2.2. Luồng thông tin trong hệ thống scada hiện đại Luồng thông tin trong hệ thống SCADA hiện đại được biểu diễn như hình 2.3 sau: Hình: Luồng thông tin trong hệ thống SCADA. trình bày ứng dụng của hệ thống SCADA để ứng dụng có hiệu qủa vào qúa trình quản lý và điều khiển tự động công nghệ sản xuất thép ở Việt Nam, tìm hiểu mức độ phát triển hiện tại của SCADA trên