Lập trình điều khiển và giám sát mô hình hệ thống hồi lưu nước nóng dân dụng

LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô giáo trường Đại học Công nghệ thông tin truyền thông – Đại học Thái Nguyên nói chung thầy cô giáo Khoa Công nghệ Tự động hóa nói riêng tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt thời gian qua Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn tới cô LÊ THỊ THU HUYỀN, cô tận tình giúp đỡ, trực tiếp bảo, hướng dẫn em suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Thời gian làm việc với cô, em tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà học tập tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, điều cần thiết cho em trình học tập làm việc sau Sau em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè động viên, góp ý, giúp đỡ trình học tập, nghiên cứu hoàn thành đồ án tốt nghiệp Do thời gian hoàn thành đồ án có giới hạn, chắn đồ án không tránh khỏi thiếu sót nên em mong nhận đóng góp ý kiến quý thầy cô bạn để đồ án tốt nghiệp em hoàn thiện Thái Nguyên, tháng năm 2016 Sinh viên thực Nguyễn Thị Cúc LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan nội dung ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP công trình nghiên cứu thân em hướng dẫn ThS LÊ THỊ THU HUYỀN Các kết nêu ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP trung thực, chép toàn văn công trình khác, sai em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm chịu hình thức kỷ luật nhà trường Thái Nguyên, tháng năm 2016 Người cam đoan Nguyễn Thị Cúc MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC BẢNG LỜI NÓI ĐẦU viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 1.1 Tổng quan hệ thống điều khiển, giám sát thu thập liệu SCADA2 1.1.1 Khái quát chung SCADA 1.1.2 Sự phân cấp quản lý hệ thống SCADA 1.1.3 Phần cứng hệ thống SCADA 1.1.4 Phần mềm hệ thống SCADA 1.1.5 Truyền tin hệ SCADA 1.2 Thiết bị điều khiển cấp trường9 1.2.1 Cảm biến 1.2.2 Cơ cấu chấp hành 17 1.3 Thiết bị cấp điều khiển 19 1.3.1 Tổng quan 19 1.3.2 Thiết bị logic khả trình 20 1.4 Thiết bị cấp giám sát 25 CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG 27 2.1 Hệ thống hồi lưu nước nóng dân dụng 2.1.1 Tổng quan 27 2.1.2 Sơ đồ hệ thống 29 2.1.3 Nguyên lý hoạt động 29 27 2.2 Chương trình điều khiển 30 2.2.1 Bảng đầu vào đầu 30 2.2.2 Lưu đồ thuật toán 31 2.2.3 Sơ đồ đấu nối với PLC 33 2.2.4 Xử lý tín hiệu analog từ cảm biến NTC MF58 2.3 Giao diện giám sát HMI 44 2.3.1 Thiết kế giao diện 44 2.3.2 Tạo tag46 2.3.3 Liên kết tag 47 KẾT LUẬN 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 33 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt SCADA Tiếng anh Tiếng việt Supervisory Cotrol And Data Hệ thống điều khiển, giám sát thu Acquisition thập liệu Human Machine Interface Giao diện người – máy OP Operator Panel Màn hình vận hành TP Touch Panel Màn hình sờ RTU Remote Terminal Unit Thiết bị đầu cuối- điều khiển từ xa GUI Graphical User Interface Màn hình giao diện đồ họa RTD Resitance Temperature Nhiệt điện trở HMI Detector PLC ProgrammableLogic Control Thiết bị điều khiển logic khả trình LAD Ladder Logic Ngôn ngữ hình thang STL Statement List Ngôn ngữ liệt kê lệnh FBD Function Block Diagram Ngôn ngữ hình khối DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Các thành phần hệ thống SCADA2 Hình 1.2 Mô hình phân cấp chức hệ thống điều khiển giám sát.6 Hình 1.3 Cấu trúc phần mềm hệ thống điều khiển giám sát SCADA Hình 1.4 Sơ đồ đo mức theo phương pháp thủy tĩnh 14 Hình 1.5 Cảm biến độ dẫn 15 Hình 1.6 Cảm biến đo mức tia xạ 16 Hình 1.7 Dấu hiệu hoạt động ký hiệu bơm Hình 1.8 Cấu trúc điều khiển PLC 21 Hình 1.9 Ghép nối vào/ra với PLC 21 Hình 1.10 Hệ thống điều khiển sử dụng PLC 19 22 Hình 1.11 Mối quan hệ ngôn ngữ lập trình PLC 24 Hình 2.1 Sơ đồ điều khiển hệ thống hồi nước nóng nhiều trục Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống 28 29 Hình 2.3 Trạng thái hoạt động phao điện Hình 2.4 Lưu đồ thuật toán 32 Hình 2.5 Sơ đồ đấu nối PLC 33 31 Hình 2.6 Mạch analog áp 34 Hình 2.7 Mối liên hệ Ucb T 36 Hình 2.8 Địa Device Overview 37 Hình 2.9 Xử lí giá trị analog PLC S7-1200 Hình 2.10 Hàm SCALE_X đồ thị 38 Hình 2.11 Hàm NORM_X đồ thị 38 37 Hình 2.12 Kết hợp hàm Norm_X Scale_X để nhận tín hiệu tương tự Hình 2.13 Đồ thị mối liên hệ điện áp nhiệt độ 40 Hình 2.14 Thuật toán xử lý tín hiệu analog 40 39 Hình 2.15 Hàm Norm_X hàm Scale_X 41 Hình 2.16 Xử lí khoảng đo PLC 43 Hình 2.17 Hộp thoại “ Add new device” 44 Hình 2.18 Màn hình thiết kế giao diện HMI 45 Hình 2.19 Màn hình thiết kế giao diện HMI chương trình “Main(OB1)” 45 Hình 2.20 Màn hình thiết kế giao diện HMI 46 Hình 2.21 Bảng HMI tags cửa sổ thuộc tính 46 Hình 2.22 Thuộc tính phần tử HMI cửa sổ kiểm tra 47 Hình 2.23 Cửa sổ tag PLC 47 Hình 2.24 Xây dựng thuộc tính cho phần tử HMI 48 Hình 2.25 Giao diện giám sát HMI 48 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Nguyên lý chuyển đổi đáp ứng kích thích 10 Bảng 1.2 Phân loại theo dạng kích thích 10 Bảng 1.3 Theo tính cảm biến 11 Bảng 1.4 Phân loại theo phạm vi sử dụng 12 Bảng 2.1 Bảng địa vào 30 Bảng 2.2 Giá trị nhiệt độ,điện trở NTC MF58 từ 100 33 Bảng 2.3 Điện áp cảm biếnNTC MF58 nhiệt độ từ 0100 Bảng 2.4 Bảng giá trị đo thực nghiệm 42 35 LỜI NÓI ĐẦU Ngày khoa học kĩ thuật phát triển mạnh mẽ ứng dụng tất lĩnh vực sống để tăng suất lao động, tiết kiệm chi phí, lượng đáp ứng yêu cầu ngày cao người, ứng dụng sống công nghiệp sản xuất quân sự…Đặc biệt công nghiệp, khoa học kỹ thuật ngày phát triển mạnh mẽ như: Hệ thống cảm biến, hệ thống chuyển động linh hoạt, hệ thống điều khiển thông minh… Xuất phát từ tình hình thực tế việc sử dụng nước nóng tòa nhà cao tầng, khách sạn vừa nhỏ, em nghiên cứu thực đề tài: “Lập trình điều khiển giám sát mô hình hệ thống hồi lưu nước nóng dân dụng” Đây phần việc xây dựng hệ thống nước nóng dân dụng , em mong với đề tài em củng cố kiến thức học trường ứng dụng sản xuất Trong thời gian làm đồ án, khối lượng kiến thức công việc nhiều với nỗ lực thân, với hướng dẫn tận tình cô giáo hướng dẫn, giúp đỡ bạn bè, em hoàn thành yêu cầu đặt đồ án Do thời gian làm đồ án kiến thức thân có hạn nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận góp ý, bảo thầy, cô giáo để hoàn thành đồ án với kết tốt Một lần em xin chân thành cảm ơn cô giáo hướng dẫn: Th.S Lê Thị Thu Huyền, thầy cô giáo môn bạn bè giúp đỡ em hoàn thành đồ án Thái Nguyên, tháng năm 2016 Sinh viên 10 Hình 2.18 Màn hình thiết kế giao diện HMI Để thiết kế giao diện giám HMI ta kéo thả phần tử “Main (OB1)” vào hình thiết kế giao diện HMI 74 Hình 2.19 Màn hình thiết kế giao diện HMI chương trình “Main(OB1)” Ngoài Step7 cung cấp chuẩn cài đặt thư viện hệ thống cho việc thiết kế giao diện giám sát với “ Basic objects”, “ Elements” “ Graphics” 75 Hình 2.20 Màn hình thiết kế giao diện HMI 2.3.2 Tạo tag Tất HMI tags cho hiển thị dự án tạo trình biên tập “ HMI tags” Phụ thuộc vào thể loại, ta thay đổi thuộc tính tag “ Property view” Ta có tùy chọn cho việc thay đổi thuộc tính trực tiếp “Table view” Table view điều chỉnh tùy theo yêu cầu cấu hình 76 Hình 2.21 Bảng HMI tags cửa sổ thuộc tính 77 2.3.3 Liên kết tag Chọn phần tử hình giao diện HMI click chuột phải chọn properties để sử dụng thuộc tính phần tử Sử dụng thuộc tính properties phần tử (trong cửa sổ kiểm tra) để liên kết tag: Chọn Animations Hình 2.22 Thuộc tính phần tử HMI cửa sổ kiểm tra Sau xây dựng phần tử cho hình, ta sử dụng thuộc tính phần tử 78 để gán PLC tags cho phần tử Click vào nút chọn lựa trường tag để hiển thị PLC tags CPU Hình 2.23 Cửa sổ tag PLC Khi gán xong PLC tag xây dựng thuộc tính cho phần tử: Hình 2.24 Xây dựng thuộc tính cho phần tử HMI - Range= (tag chưa kích hoạt) - Range=1 (tag kích hoạt) - Background color: Màu bên phẩn tử hiển thị hình 79 HMI - Border color: Màu viền phần tử hiển thị hình HMI Giao diện giám sát HMI sau thiết kế xong: Hình 2.25 Giao diện giám sát HMI 80 KẾT LUẬN Sau thời gian thực đồ án, nghiên cứu, tham khảo tài liệu với giúp đỡ, hướng dẫn tận tình thầy cô, bạn bè khoa Công nghệ tự động hóa em đạt kết sau: - Hiểu cách tổng quan hệ thống hồi lưu nước nóng dân dụng - Nguyên lý thiết bị cấp trường, cấp điều khiển, cấp giám sát hệ thống SCADA - Hiểu tổng quan PLC S7-1200 - Áp dụng từ lý thuyết vào thực tế trình xây dựng mô hình, thiết kế chương trình điều khiển theo yêu cầu toán đề ra: điều khiển van, động bơm, xử lý tín hiệu analog cảm biến , giám sát mô hình qua HMI Bên cạnh tồn nhược điểm như: - Đề tài dừng lại mức mô hình - Chưa xây dựng hệ thống SCADA cho hệ thống hồi lưu nước nóng dân dụng - Mô hình hệ thống đơn giản, cảm biến có độ sai số - Giao diện giám sát HMI đơn giản, chưa sử dụng hết công cụ hỗ trợ mô Hướng phát triển đề tài: Đây đề tài có tiềm áp dụng thực tế Nếu nghiên cứu kỹ xây dựng thêm hệ thống điều khiển, giám sát thu thập liệu SCADA hệ thống pha nước nóng – lạnh cho tòa nhà cao tầng khách sạn Do kiến thức thực tế thân có hạn lần đầu làm mô hình thật với PLC nên báo cáo em nhiều hạn chế, mô hình nhiều khuyết điểm hay cách giải vấn đề chưa tối ưu Mong thầy cô bạn bè góp ý để em khắc phục, hoàn thành tốt đề tài giao sau 81 Một lần em xin cảm ơn cô giáo Lê Thị Thu Huyền tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn! 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Khoa công nghệ tự động hóa, Bài giảng môn kỹ thuật lập trình công nghiệp, 2014 [2] Phan Quốc Thô- Nguyễn Đức Chiến, Giáo trình cảm biến, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2008 [3] Hoàng Minh Sơn, Mạng truyền thông công nghiệp, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2006 [4] Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy, Lập trình với S7 & WinCC, Nhà xuất Hồng Đức, 2008 [5] Giáo trình AutoCad bản, Bộ môn hình họa - Vẽ kỹ thuật Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, 2006 [6] Một số website: http://www.plcvietnam.com.vn http://www.dientuvietnam.net http://www.hiendaihoa.com http://www.tudonghoa24.com http://www.dieukhien.net 83 PHỤ LỤC 84 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………… .……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 85 ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Thái Nguyên, ngày tháng 2016 Giáo viên hướng dẫn 86 năm NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………………………… .……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 87 ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Thái Nguyên, ngày tháng 2016 Giáo viên phản biện 88 năm ... tài: Lập trình điều khiển giám sát mô hình hệ thống hồi lưu nước nóng dân dụng Đây phần việc xây dựng hệ thống nước nóng dân dụng , em mong với đề tài em củng cố kiến thức học trường ứng dụng. .. Acquisition): hệ thống điều khiển, giám sát thu thập liệu, nói cách khác hệ thống hỗ trợ người việc giám sát điều khiển từ xa, cấp cao hệ điều khiển tự động thông thường Để điều khiển giám sát từ xa hệ thống. .. ngôn ngữ lập trình PLC 24 Hình 2.1 Sơ đồ điều khiển hệ thống hồi nước nóng nhiều trục Hình 2.2 Sơ đồ hệ thống 28 29 Hình 2.3 Trạng thái hoạt động phao điện Hình 2.4 Lưu đồ thuật toán 32 Hình 2.5