ỨNG DỤNG SCADA TRONG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN NHÀ TRỒNG NẤM LINH CHI VỚI PLC S7 200 VÀ CITECT SCADA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG SCADA TRONG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN NHÀ TRỒNG NẤM LINH CHI VỚI PLC S7 200 VÀ CITECT SCADA Họ tên sinh viên: NGUYỄN VŨ XUÂN Ngành : ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Niên khóa : 2007 – 2011 Tháng 6/2011   ỨNG DỤNG SCADA TRONG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN NHÀ TRỒNG NẤM LINH CHI VỚI S7-200 VÀ CITECT SCADA Tác giả NGUYỄN VŨ XUÂN Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp Kỹ sư ngành Điều khiển tự động Giáo viên hướng dẫn: TS Lê Ngọc Bích Tháng năm 2011 i      LỜI CẢM TẠ Lời xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Lê Ngọc Bích Thầy trực tiếp hướng dẫn, cung cấp tài liệu tạo điều kiện để tơi hồn thành khóa luận Tơi xin gửi lời cảm ơn đến tất thầy cô môn Điều khiển tự động tất thầy cô khoa Cơ khí cơng nghệ thời gian qua truyền đạt trang bị cho đầy đủ kiến thức để chuẩn bị cho khóa luận tốt nghiệp Tuy có cố gắng thân, thời gian kiến thức hạn chế nên viết có sai sót Kính mong q thầy góp ý để viết hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn Người thực Sinh viên Nguyễn Vũ Xuân ii      TÓM TẮT Ngày nay, việc ứng dụng phần mềm thiết bị tự động hóa quan trọng, lĩnh vực nông nghiệp Với khuôn khổ đề tài “Ứng dụng SCADA giám sát điều khiển nhà trồng nấm linh chi với PLC S7-200 CITECT SACDA” tiến hành để thực nhiệm vụ mô phỏng, giám sát điều khiển nhà trồng nấm linh chi Nhiệm vụ chủ yếu hệ thống ổn định nhiệt độ , độ ẩm theo yêu cầu đặt nghiên cứu ứng dụng SCADA vào việc điều khiển giám sát như thu thập số liệu hệ thống Nội dung luận văn bao gồm phần sau:  Cơ sở lý thuyết: - Tính tốn cân nhiệt độ, độ ẩm - PLC S7-200 - HIM/SCADA (Citect Scada)  Thực đề tài: - Thiết kế chương trình điều khiển giám sát - Chương trình PLC - Chương trình mơ Sau mười tuần nghiên cứu thực Bộ môn Điều khiển tự động, đề tài đạt mục tiêu sau: - Lập trình cho S7-200 theo yêu cầu đề tài đề - Mô phỏng, giám sát hoạt động nhà trồng nấm linh chi, điều khiển nhiệt độ độ ẩm nhà trồng iii      MỤC LỤC trang Trang tựa i Lời cảm tạ ii Tóm tắt iii Mục lục iv Dang sách chữ viết tắt vii Danh sách hình viii Chương 1.MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích đề tài Chương TỔNG QUAN 2.1 Giới thiệu nhà trồng nấm linh chi 2.1.1 Qui trình trồng nấm linh chi 2.1.2 Yêu cầu nhà trồng nấm linh chi 2.2 Tính tốn cân nhiệt độ độ ẩm nhà trồng 2.2.1 Tính tốn cân nhiệt 2.2.1.1 Nhiệt truyền qua kết cấu ngăn che 2.2.1.2 Nhiệt truyền vào nhà xạ mặt trời 2.2.1.3 Nhiệt tỏa 2.2.2 Tính tốn cân ẩm 2.2.2.1 Tỏa nước người 2.2.2.2 Tỏa nước bốc từ bể chứa 2.2.2.3 Tỏa nước từ ẩm 2.2.2.4 Tỏa nước từ bán thành phẩm 2.3 Cấu trúc lập trình PLC S7 200 2.3.1 Cấu trúc chung hệ thống PLC 2.3.2 Cấu trúc phần cứng PLC 10 2.3.2.1 Bộ xử lý trung tâm 11 iv      2.3.2.2 Bộ nhớ 11 2.3.2.3 Khối vào (Input/Output) 12 2.3.3 Cấu trúc PLC S7-200 12 2.3.3.1 Đặt điểm CPU 224 bao gồm 13 2.3.3.2 Cách giao tiếp máy tính PLC 14 2.3.4 Phương pháp lập trình 14 2.3.4.1 Ngơn ngữ lập trình 15 2.3.5 Module analog EM235 15 2.4 HMI/SCADA 16 2.4.1Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu HIM/SCADA 16 2.4.1.1 Phân loại hệ thống SCADA 17 2.4.1.2 Những chuẩn đánh giá hệ thống SCADA 18 2.4.1.3 Cấu trúc chung hệ thống SCADA 18 2.5 CitectSCADA 19 2.5.1 Các thành phần dự án 20 2.5.1.1 Môi trường làm việc dự án 20 2.5.1.2 Quản lý dự án 21 2.5.1.3 Cài đặt giao tiếp 21 2.5.1.4 Trang đồ họa 23 2.6 STEP MicroWin 23 2.7 PC Access 23 Chương NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 Nội dung 25 3.2 Phương pháp 25 3.2.1 Phương pháp thực phần giao diện 25 3.2.2 Phương pháp thực phần lập trình 25 3.3 Phương tiện 25 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Khảo sát mơ hình trồng nấm linh chi 26 4.2 Thiết kế chương trình mơ 27 4.3 Thiết kế chương trình điều khiển giám sát hệ thống 27 v      4.3.1 Phân tích đề xuất yêu cầu phương án thiết kế điều khiển tự động 27 4.3.2 Thiết kế chương trình điều khiển tự động cho hệ thống PLC 28 4.3.2.1 Sơ đồ khối phận điều khiển 28 4.3.2.2 Giải thuật điều khiển 28 4.3.2.3 Chương trình điều khiển PLC 32 4.4 Kết xây dựng chương trình giám sát 34 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận 38 5.2 Đề nghị 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 PHỤ LỤC 40 6.1 Lựa chọn thiết bị đầu vào cho hệ thống 40 6.2 Tính tốn lựa chọn cấu chấp hành 41 6.2.1 Tính tốn lựa chọn hệ thống giảm nhiệt cho nhà trồng 42 6.2.2 Tính tốn lựa chọn hệ thống tăng ẩm cho nhà trồng 42 6.3 Thực soạn thảo chương trình điều khiển PLC 43 6.4 Thực PC Access 51 6.5 Thực CitectScada 52 6.5.1 Tạo dự án 53 6.5.2 Thiết lập giao tiếp 53 6.5.3 Tạo tags 54 6.5.4 Giao diện 55 vi      DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT PLC : Programmable Logic Control CPU : Central Processing Unit RAM : Random Access Memory ROM : Read Only Memory HIM : Human Machine Interfac SCADA : Supervisory Control And Data Acquisition ADC : Analog to Digital Converter DAC : Digital to Analog Converter vii      DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1 Sơ đồ thu, toả ẩm nhà trồng Hình 2.2 sơ đồ khối hệ thống điều khiển PLC Hinh 2.3 Một PLC thực tế Hinh 2.4 Chu kỳ quét PLC S7-200 Bảng 2.1 Cài đặt dãy tín hiệu vào cho module analog EM235 Hinh 2.5 Màn hình soạn thảo dự án Hinh 2.6 Màn hình trang thiết lập đồ họa Hinh 2.7 Màn hình soạn thảo cicode  Hình 2.8 Màn hình thiết lập giao tiếp Hình 2.9 Màn hình khai báo biến variable tags Hình 4.1 Qui trình trồng nấm Linh Chi Hình 4.2 Giao diện thiết kế đề tài Hình 4.3 Sơ đồ khối phận điều khiển Hình 4.4 Giải thuật điều khiển Hình 4.5 phương pháp thiết kế chương trình điều khiển Bảng 4.1 Danh sách khai báo biến Hình 4.6 Giao diện trường hợp m < x Hình 4.7 Giao diện trường hợp m > x Hình 4.8 Giao diện trường hợp m < x-10 Hình 4.9 Giao diện trường hợp n < y- 10% Hình 4.10 Giao diện trường hợp y-10% < n < y -5% Hình 4.11 Giao diện trường hợp y- 5% < n < y Hình 6.1 Cảm biến đo nhiệt độ độ ẩm Hình 6.2 Chương trình điều khiển PLC Hình 6.3 Màn hình đặt tên cho dự án PC Access Hình 6.4 Màn hình khai báo Item Hình 6.5 Màn hình thể liên kết PLC PC Access Hình 6.6 Hình khai báo Cluster viii      Hình 6.7 Hình khai báo I/O Server Hình 6.8 Màn hình khai báo the tags Hình 6.9 Cơng cụ để tạo giao diện Graphics ix      6.2.1 Tính tốn lựa chọn hệ thống giảm nhiệt cho nhà trồng Để giảm nhiệt nhà trồng có nhiều phương pháp thơng gió khác chung mục đích giảm lượng nhiệt thừa sinh nhà trồng Lưu lượng khơng khí khử nhiệt thừa xác định theo công thức: LH  QT WT  , [kg/h] ( I T  I V ) (d T  d V ) Trong đó: WT: Tổng lượng ẩm nhà [kg/h] dT=25,9 [g/kg] độ ẩm 95% nhiệt độ 300C dV=20,5 [g/kg] độ ẩm 85% nhiệt độ 280C LH  WT 3,13 * 10   579,6 , [kg/h] d T  d V 25,9  20,5 Năng suất làm khô (nước ngưng tụ): W NT  LH ( d T  )  579,6 * ( 25,9  21,7)  2434,4 , [kg/h] =2434,4 [m3/h] Trong đó: dT=25,9 [g/kg] độ ẩm 95% nhiệt độ 300C d0=21,7 [g/kg] độ ẩm 90% nhiệt độ 280C Như với lưu lượng 2434,4 [m3/h] 6.2.2 Tính tốn lựa chọn hệ thống tăng ẩm cho nhà trồng Để tăng độ ẩm nhà trồng đề tài lựa chọn phương pháp phun nước lạnh vào khơng khí, giọt lạnh đóng vai trò bề mặt lạnh Lượng nước phun để làm mát nhà làm tăng lượng ẩm cần thiết cho nhà tính sau: Lưu lượng nước cần phun để tăng ẩm là: LD  WT , [kg/h] (d T  dV ) Trong đó: dT=14,3 [g/kg] độ ẩm 60% nhiệt độ 280C dv=20,47 [g/kg] độ ẩm 85% nhiệt độ 280C 42      LD  WT 3,13.10   507,3 , [kg/h] (d T  d V ) 14,3  20,47 Năng suất phun ẩm: W NT  LD ( d H  d V )  507,3 * ( 22,95  20,47 )  1258,1 [kg/h] =1258,1 [l/h] Trong đó: dv=20.47 [g/kg] độ ẩm 85% nhiệt độ 280C dH=22,95 [g/kg] độ ẩm 95% nhiệt độ 280C Như để tăng ẩm cho nhà trồng cần phun 1258,1 [l/h] tăng độ ẩm từ 60% lên 95% Với kết tính tốn ta bố trí hệ thống phun sương tăng ẩm nhà thành hệ thống gồm dãy dãy vòi phun bố trí dọc theo cửa thơng gió mái, đường ống bố trí kèo nhà, vòi phun cách đường ống 40cm bán kính vòi phun tối đa 1250cm Số lượng vòi phun thơng số kỹ thuật hệ thống vòi phun cho bảng sau Tên thiết Số lượng Áp lực bị [chiếc] [at] Coolnet 60 2÷3 Lưu lượng [l/h] Bán kính phun [m] 40 1,25 Bảng 6.4 Thơng số kỹ thuật vòi phun ẩm 6.3 Thực soạn thảo chương trình điều khiển PLC Khởi động chương trình : START  SIMATIC  STEP7- MicroWin V4.0.7.10  STEP7-MicroWin Đoạn chương trình viết cho PLC S7-200 43      44      45      46      47      48      49      Hình 6.2 chương trình điều khiển PLC Tải chương trình vào PLC Trước Download chương trình vào PLC phải tiến hành Clear nhớ PLC Đồng thời, kiểm tra kết nối PLC thiết bị vào Sau kiểm tra hoàn chỉnh xong , Download chương trình vào PLC, đặt chế độ Run quan sát thay đổi ngõ vào ngõ PLC 50      6.3 Thực PC Access Khởi động chương trình START  SIMATIC  S7-200 PC Access V1.0.0.56  S7-200 PC Access Khai báo PC Access Đặt tên cho chương trình Hình 6.3Màn hình đặt tên cho dự án PC Access Sau đặt tên phải tạo Item Trong phải khai báo tên Item, địa kiểu liệu Hình 6.4 Màn hình khai báo Item Sau khai báo đầy đủ biến kéo tất Item tạo xuống hình Test Client thực giao tiếp cách nhấp vào nút Test Client 51      Status Nếu PC Access tiến hành bắt tay với PLC hình Test Client tất khai báo trạng thái “good” Màn hình thể việc liên kết PLC PC Access thể hình Hình 6.5 Màn hình thể liên kết PLC PC Access 6.4 Thực Citect SCADA Để hồn thành phần ta phải thực phần sau: − Thiết lập chương trình − Thiết lập truyền thơng máy tính PLC − Tạo xóa tags − Tạo trang đồ họa + Dùng mẫu sẵn có + Nút nhấn + Các biểu tượng động + Các biểu tượng vẽ + Các thao tác với biểu tượng + Hiển thị số 52      + Hiện thị chữ + Đổi màu + Định nghĩa Alarm + Tạo thiết lập trang đồ thị Trend − Thiết lập chạy thời gian thực Read time − Sao lưu (Back up) phục hồi (Restore) chương trình 6.4.1 Tạo dự án Chạy chương trình Citect Explorer cách vào Start All Programs Citect  Citect SCADA 7.10  Citect SCADA Explorer nhấp đúp vào biểu tượng hình Desktop Tạo dự án File New Project đặt tên detai_trongnam OK 6.4.2 Thiết lập giao tiếp Trong thư mục Communications ta tiến hành thiếp lập giao tiếp − Khai báo Cluster: đặt tên nguyenvuxuan Sau Add FileCompile Hình 6.6 Hình khai báo Cluster 53      Hình 6.7 Hình khai báo I/O Server − I/O Server: Đặt tên cho Server name vuxuan sau Add  Compile − Express I/O Device Setup + Sử dụng I/O Server External PLC + Phương thức truyền OPC + Chọn Adress PLC S7-200 : S7200.OPCserver compile Sau compile khơng có lỗi xảy ra, tiếp tục khai báo mục Tags 6.4.3 Tạo Tags Từ dự án detai_trongnam  tags  Variable tags khai báo tên biến, địa liên liên kết PC Access  Add  Compile Khai báo cho thẻ tags Biến VW4 − Variable tags name : nhapH − Cluster name: nguyenvuxuan − Adress: MicroWin.detai.nhapH ( địa tạo liên kết PC Access cho VW4 − I/O Device Name: PLCS7 − Data type: INT (interger) 54      Sau bấm Add  Compile Tương tự với biến lại Các ngõ : Q0.0, Q0.1, Q0.2, Q0,3, Q0.4, Q0.5, Q0.6, Q0.7, Q1.0, Q1.1 khai báo tương tự phần Data type khai báo DIGITAL Phải khai báo hết tất biến tạo PC Access địa tags phải trùng với địa PC Access thơng qua PC Access để liên kết với Citect SCADA Hình 6.8 Màn hình khai báo the tags 6.4.4 Giao diện Từ dự án detai_trongnam  Graphics  page Create a new pages Lựa chọn trang theo kiểu normal  OK Tạo đối tượng từ Toolbox theo giao diện yêu cầu dự án 55      Hình 6.9 Cơng cụ để tạo giao diện Graphics 56