ĐỀ TÀI: TỔNG QUAN VỀ MTTCN VÀ HỆ SCADA HÃNG

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN TIỂU LUẬN CUỐI KHĨA NGÀNH: MẠNG TRUYỀN THƠNG CƠNG NGHIỆP & HỆ SACAD NHÓM/LỚP: NHÓM 14/15Nh32 ĐỀ TÀI: TỔNG QUAN VỀ MTTCN VÀ HỆ SCADA HÃNG SCHNEIDER GVHD: TS NGUYỄN KIM ÁNH Đà Nẵng, 11/2018 LỜI NÓI ĐẦU Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật, tự động hóa sản xuất trở thành yêu cầu cấp thiết hầu hết lĩnh vực Việc điều khiển, giám sát, vận hành dễ dàng hệ thống tự động mang lại hiệu cao sản xuất, đồng thời giảm chi phí Do cần đội ngũ nhân viên kỹ thuật lành nghề để đáp ứng yêu cầu công việc, không ngừng cập nhật kiến thức để khai thác tối đa thiết bị cách hiệu Cùng với phát triển hệ thống đại có thiết bị ứng dụng cơng nghệ tân tiến vấn đề quản lý, giám sát điều khiển vận hành hệ thống điện không ngừng phát triển với trợ giúp đắc lực thiết bị tự động, thiết bị truyền tin thiết bị điều khiển từ xa, hệ thống giám sát điều khiển Một hệ thống trợ giúp đắc lực hệ thống giám sát điều khiển thu thập liệu SCADA Cùng với phát triển mạnh mẽ kinh tế, q trình cơng nghiệp hóa đại hóa, sản phẩm công nghệ yêu cầu phải tinh sảo, chất lượng đáp ứng cầu người tiêu dùng Để làm điều người kỹ sư phải khơng ngừng nghiên cứu, tìm hiểu, nắm bắt phát triển xã hội Trong học kì nhóm em giao tìm hiểu MTTCN Hệ SCADA hãng SCHNEIDER hướng dẫn thầy TS NGUYỄN KIM ÁNH Do chưa có kinh nghiệm nên khơng thể ránh thiếu sót, mong thầy đóng góp ý kiến cho nhóm em Em xin chân thành gởi lời cảm ơn đến thầy TS NGUYỄN KIM ÁNH tận tình bảo, giúp đỡ, tạo điều kiện giúp đỡ nhóm em hồn thành tiểu luận cuối khóa i MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU i MỤC LỤC ii DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ, BẢNG VÀ SƠ ĐÒ iii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA CÔNG NGHIỆP HÃNG SCHNEIDER 1.1 Lịch sử phát triển 1.2 Mô hình phân cấp 1.2.1 Cấp trường 1.2.2 Cấp điều khiển 1.2.3 Cấp điều khiển giám sát 1.2.4 Cấp công ty 1.3 Phân loại đặc điểm kĩ thuật dòng PLC 1.3.1 PLC Modicon M221 1.3.2 PLC Modicon M238 1.3.3 PLC Modicon M241, M251 1.3.4 PLC Modicon M258 1.3.5 PLC Modicon M340 1.3.6 PLC Quantum 1.3.7 PLC Twido 10 1.3.8 PLC Premium 11 1.4 Các chuẩn giao thức 12 1.4.1 Ethernet TCP/IP 12 1.4.2 Modbus 14 1.4.3 CANopen 15 1.5 Các thiết bị hỗ trợ kết nối 16 1.5.1 Cáp dẫn 16 1.5.2 ConneXium ( Thiết bị định tuyến, chuyển mạch) 18 1.5.3 FactoryCast Gateway (Cổng nối) 19 1.5.4 FactoryCast (Cổng Web Ethernet công nghiệp HMI) 20 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN PHẦN MỀM SỬ DỤNG CHO LẬP TRÌNH VÀ THIẾT LẬP CẤU HÌNH MTCCN 21 ii 2.1 Tổng quan phần mềm sử dụng cho lập trình 21 2.2 Phần mềm Twido Software 21 2.2.1 Tổng quan phần mềm 21 2.2.2 Sử dụng phần mềm Twido Softwware 22 2.3 Phần mềm Unity Pro Software 27 2.3.1 Tổng quan phần mềm 27 2.3.2 Sử dụng phần mềm 28 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN PHẦN MỀM SỬ DỤNG CHO VIỆC THIẾT KẾ HMI VÀ DATABASE 35 3.1 Sơ lượt phần mềm Vijeo Citect 35 3.2 Các tính phần mềm Vijeo Citect 35 3.3 Các bước thiết lập SCADA Vijeo Citect 36 KẾT LUẬN 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 ii DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ, BẢNG VÀ SƠ ĐỊ Hình 1: Mơ hình phân cấp tổng quát hệ SCADA Schneider .2 Hình 2: Một số ví dụ kết nối thiết bị cấp trường với RTU thông minh Hình 3: SCADAPatch PLC với I/O kết nối liệu với thiết bị Hình 4: PLC Modicon M221 .4 Hình 5: PLC Modicon M238 .5 Hình 6: PLC Modicon M251 .6 Hình 7: PLC Modicon M258 .7 Hình 8: PLC Modicon M340 .8 Hình 9: PLC Quantum Hình 10: PLC Twido 10 Hình 11: PLC Premium .11 Hình 12: Cấu trúc mơ hình ISO giao thức Ethernet TCP/IP 13 Hình 13: Cáp Cat6 Schneider 16 Hình 14: Cáp đồng trục RG11 Schneider 17 Hình 15: Các ConneXium mơ hình phân cấp 19 Hình 16: Các ConneXium Swiches mơ hình phân cấp 19 iii SCHNEIDER ELECTRIC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA CÔNG NGHIỆP HÃNG SCHNEIDER 1.1 Lịch sử phát triển Schneider Electric thành lập năm 1836, đến cơng ty tồn cầu quản lý lượng tận dụng tối ưu lượng Schneider cho đời nhiều dòng PLC phục vụ cho quản lý lượng tự động hóa thân thiện với mơi trường, số dòng PLC Modicon M221, M238, M241, M251, M340, Premium, PLC Twio gần Modicon M580 Năm 1997 Modicon trở thành thương hiệu chủ chốt thứ Schneider PLC, bán Modicon, Square D tên thương hiệu Telemecanique, doanh nghiệp chiến lược Schneider, với doanh thu hàng năm 3,2 tỷ 2500 nhân viên Các thiết bị sản xuất nhà máy đặt Hoa Kỳ, Đức Pháp Các doanh nghiệp đứng thứ thị trường toàn cầu, thứ Châu Âu, Bắc Mỹ Năm 1998 Schneider Automation mở rộng dòng sản phẩm phần cứng phần mềm, với Micro Premium PLC tảng, điều khiển Momenturn cho I/O máy Transparent Các giải pháp tích hợp cho điều khiển truyền động thêm vào máy với the Modicon/Telemecanique Lexium Num Axium Năm 2000 sáng tạo tự động hóa web cho việc giám sát từ xa q trình sản xuất tự động Các giải pháp tích hợp điều khiển logic lập trình thành phần khác kiến trúc mở sử dụng giao thức Ethernet Internet để kết nối với web 1.2 Mơ hình phân cấp Nhìn vào cấu trúc tổng thể hệ thống SCADA, có bốn cấp độ khác hệ thống: - Cấp trường (Field level) Cấp điều khiển (Controller level) Cấp điều khiển giám sát (Information level) Cấp công ty (Company level) SVTH: Nhóm 14 GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh SCHNEIDER ELECTRIC Hình 1: Mơ hình phân cấp tổng qt hệ SCADA Schneider 1.2.1 Cấp trường Các thiết bị cấp là: cảm biến đơn giản, cảm biến thông minh (Máy phát đa SCADAPack, máy tính lưu lượng SCADAPack, cảm biến áp suất, đồng hồ đo lưu lượng, cảm biến mức ), cấu chấp hành (biến tần, khởi động mềm), HMI, accutech (mạng cảm biến không dây) Các thiết bị cấp trường kết nối với qua cổng vào/ra vật lý Ngồi giao tiếp qua cổng giao tiếp RS232, RS485 Hình 2: Một số ví dụ kết nối thiết bị cấp trường với RTU thông minh SVTH: Nhóm 14 GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh SCHNEIDER ELECTRIC Hình 3: SCADAPatch PLC với I/O kết nối liệu với thiết bị 1.2.2 Cấp điều khiển Cấp bao gồm trạm điều khiển trường, điều khiển logic lập trình, giao diện HMI, thiết bị quan sát, Bộ điều khiển logic lập trình (PLC) Thiết bị đo từ xa (RTU) thiết bị khác biệt theo thời gian chúng gần giống Đây hội tụ công nghệ nhà sản xuất thiết bị mở rộng khả họ để đáp ứng nhu cầu thị trường Chức năng: thu thập tín hiệu từ trường, thực điều khiển sở, điều khiển logic, tổng hợp liệu, giám sát điều khiển, Các thiết bị cấp kết nối với thiết bị cấp thông qua Bus hệ thống Các giao thức từ xa giao thức truyền thông tiêu chuẩn DNP3, IEC 60870-5 Modbusare cho phép đo lường, giám sát, kiểm soát truyền liệu từ xa sở hạ tầng nằm rải rác khu vực rộng lớn khó truy cập từ hệ thống trung tâm 1.2.3 Cấp điều khiển giám sát Ở cấp này, bao gồm thiết bị PC, sever, client, communication card kết nối với qua kết nối với cấp điều khiển thông qua mạng Ethernet… nhầm thực việc điều khiển cấp cao, giám sát vận hành q trình, tình bất thường SVTH: Nhóm 14 GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh SCHNEIDER ELECTRIC 1.2.4 Cấp cơng ty Cấp quản lý tình trạng hoạt động thiết bị toàn hệ thống hoạch định chiến lược phát triển sản xuất dựa tình trạng thiết bị Giao thức thường dùng mạng Ethernet TCP/IP 1.3 Phân loại đặc điểm kĩ thuật dòng PLC PLC hãng Schneider gồm có dòng sau: - PLC Modicon M221 PLC Modicon M238 PLC Modicon M241 PLC Modicon M251 PLC Modicon M258 PLC Modicon M340 PLC Quantum PLC Twio PLC Premium 1.3.1 PLC Modicon M221 Hình 4: PLC Modicon M221 PLC Modicon M221 chia làm dòng TM221C TM221M Nguồn cung cấp cho M221 nguốn 24VDC 100 ÷ 240VAC M221 có phân mền hổ trợ lập trình cấu hình Somachine bassic với ngơn ngữ lập trình : Ladder, Instruction list , Grafcet SVTH: Nhóm 14 GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh SCHNEIDER ELECTRIC M221 có hổ trợ hổ trọ hệ thống đồng hồ thời gian thực RTC M221 có cấu hình: - RAM : Có dung lượng 512 Kb, 256 Kb cho ứng dụng Flash : Có dung lượng 1,5 Mb, 256 Kb sử dụng để lưu ứng dụng người dùng liệu trường hợp điện M221 có 14 dầu vào 10 đầu ra, I/O M221: - Đầu vào digital Đầu vào nhanh liên kết với đếm Đầu vào analog Đầu digital Đầu analog Đầu xung M221 có hổ trợ khe cắm thẻ SD để lưu trử di động, chức thẻ SD là: khởi tạo điều khiển ứng dụng mới, cập nhật phần mềm điều khiển M221C có chuẩn giao thức truyền thông : Ethernet, USB Mini-B, Serial Line M221 mở rộng tối đa modul 1.3.2 PLC Modicon M238 Hình 5: PLC Modicon M238 Nguồn cung cấp cho PLC M238 24VDC 100÷240VAC SVTH: Nhóm 14 GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh SCHNEIDER ELECTRIC Hộp thoại xuất cho phép ta lựa chọn CPU modules mở rộng PLC phần lập trình M340 Tại ta có modules mở rộng sau: DDI1602 (16 ngõ vào Digital), DRA0805 (8 ngõ Digital), AMI0410 (4 ngõ vào Analog), AMO0210 (2 ngõ Analog) Để chọn modules mở rộng, ta double click vào khối thứ 2, cửa sổ cho ta lựa chọn modules phù hợp với hệ thống SVTH: Nhóm 14 GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh 29 SCHNEIDER ELECTRIC Sau lựa chọn xong modules cho hệ thống, ta có giao diện hình bên dưới: Tiếp theo ta chọn Project Browser\Program\MAST\Sections, click chuột phải chọn New Section, hộp thoại xuất hình bên dưới, cho phép ta đặt tên Section lựa chọn ngôn ngữ viết Ở ta chọn ngơn ngữ viết LD – ladder SVTH: Nhóm 14 GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh 30 SCHNEIDER ELECTRIC Sau thiết lập xong, ta nhấn OK, giao diện viết chương trình cho PLC hình sau: Để chương trình Download xuống PLC giao tiếp với HMI, ta cần định nghĩa IP PLC Lúc ta chọn Communication\Networks, click chuột phải, chọn New Networks Hộp thoại Add Network xuất hiện, cho phép ta chọn kiểu Network đặt tên cho Network Ở ta chọn kiểu Networks Erthernet đặt lại tên Networks lấy tên mặc định Erthernet_1 hình bên Sau ta nhấn OK SVTH: Nhóm 14 GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh 31 SCHNEIDER ELECTRIC Tiếp theo, ta nháy đúp chuột vào Erthernet_1 vừa tạo xong, model family ta chọn CPU2020, CPU2030 (>=V200), PRA0100 Phần Configured ta nhập IP Address IP PLC (IP: 192.168.1.250) Supnetword Mask ta nhập 255.255.255.0 Sau accept modificatons Tiếp theo ta vào phần Configuration \ 0:PLC bus \ 0:BMX XBP 0800 \ 0:BMX P34 2020 \ Ethernet, sau click chuột phải, chọn Open hình bên dưới: SVTH: Nhóm 14 GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh 32 SCHNEIDER ELECTRIC Hộp thoại xuất Ta double click vào Channel 3, chọn Function \ ETH TCP IP chọn Net Link \ Erthernet_1, sau validate modifications SVTH: Nhóm 14 GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh 33 SCHNEIDER ELECTRIC Như viết code vào phần cửa sổ M340 : [MAST] mà ta tạo bước hình bên Ở ta có công cụ chứa contacts, coils, blocks, dùng để nạp cho PLC, chạy mô giống phần mềm lập trình PLC khác SVTH: Nhóm 14 GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh 34 SCHNEIDER ELECTRIC CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN PHẦN MỀM SỬ DỤNG CHO VIỆC THIẾT KẾ HMI VÀ DATABASE 3.1 Sơ lượt phần mềm Vijeo Citect Vijeo Citect phần mềm giám sát phát triển với hợp tác Citect Pty Ltd (một công ty Schneider) Vijeo Citect phiên tiến nhất, mạnh mẽ cho HMI/SCADA thị trường Phần mềm giúp Schneider đem lại cho khách hàng giải pháp tự động hóa tích hợp tồn diện theo nghĩa Vijeo Citect công cụ cho phát triển nhanh chóng hệ thống SCADA Vijeo Citect giải pháp có khả mở rộng cao, độ linh hoạt tốt độ tin cậy cao Nó phù hợp với ứng dụng giám sát điều khiển tự động hóa cơng nghiệp Phần mềm kết hợp với tồn dòng sản phẩm tự động hóa chúng tơi PLC, HMI nhiều sản phẩm khác Vijeo Citect đáp ứng kiểu ứng dụng sản xuất tự động hóa, giải pháp phần phối điện đòi hòi HMI/SCADA Bên cạnh đó, đáp ứng yêu cầu trạm điều khiển độc lập hệ thống giám sát dự phòng Người sử dụng tăng giảm kích thước theo yêu cầu mà chỉnh sửa phần cứng/phần mềm hệ thống có, giảm đáng kể chi phí Phần mềm Vijeo Citect thực chức tiên tiến dành riêng cho điều khiển khả trình Telemecanique với lắp đặt OFS tự động Ngoài ra, phần mềm cung cấp tiện ích Unity FastLinx để quản lý động liên kết phần mềm Unity Pro đồng hóa sở liệu Vijeo Citect Unity Pro Vijeo Citect hồn tồn phù hợp với ứng dụng quy mơ nhỏ, trung bình lớn mơi trường tự động hóa cơng nghiệp nào, thực phẩm & đồ uống, nước/nước thải, dầu khí, xử lý vật liệu ơtơ 3.2 Các tính phần mềm Vijeo Citect Đơn giản linh hoạt client-server kiến trúc khả phân nhóm, cho phép xây dựng dễ dàng mở rộng quy mô hệ thống phân phối tải khách hàng máy chủ; Dự phòng phải khỏi lưu hộp xây dựng vào Citect Vijeo cấp hạt nhân Đặt tất phần hệ thống, hỗ trợ khách hàng máy chủ, thông tin liên lạc máy khách máy chủ, thiết bị thông tin liên lạc Hỗ trợ ngôn ngữ họ Cicode (tương tự Pascal) CitectVBA – tương tự Microsoft VBA.Cicode hỗ trợ, bao gồm hệ thống, đa nhiệm kịch hỗ trợ đa luồng Biên tập mạnh mẽ với cú pháp tơ tự động thụt lề Tính gỡ lỗi từ xa SVTH: Nhóm 14 GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh 35 SCHNEIDER ELECTRIC điều khiển Một hệ thống chẩn đoán hệ thống mạnh mẽ, cho phép để xem hệ thống cách chi tiết; Cách tiếp cận linh hoạt để cấu hình tất phận hệ thống SCADA bao gồm nhiệm vụ cụ thể Khả nhúng chương trình gần khắp nơi; Khả giao tiếp khơng giới hạn với thiết bị bên ngồi Hỗ trợ khoảng 280 đơn vị từ tiếng không nên sản xuất, hỗ trợ giao thức chuẩn công nghiệp: ASCII, BacNet, DNP 3.0, EIB, KNX, IEC870-5, Modbus, OPC, Profibus, SNMP Hỗ trợ công việc kết nối RTU chuyển mạch 3.3 Các bước thiết lập SCADA Vijeo Citect Đầu tiên vào: Citect Explorer ấn vào biểu tượng “new” Đặt tên cho project mới: SVTH: Nhóm 14 GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh 36 SCHNEIDER ELECTRIC Sau vào phần communication Citect để thiết lập truyền thông theo bước sau: - Bước1: Tạo Cluster: Cluster name đặt - Bước 2: Tạo Server Alarm, Sever Report,Server Trend tùy theo nhu cầu, bước không cần thiết Bước 3:Vào Express I/O Setup phần Communication: - SVTH: Nhóm 14 GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh 37 SCHNEIDER ELECTRIC Ấn đôi vào: Gõ tên I/O Server muốn tạo vào , tạo sẵn muốn chỉnh sửa xuất Using an Existiong I/O Server Tiếp tục, chọn tên I/O Device: SVTH: Nhóm 14 GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh 38 SCHNEIDER ELECTRIC Ấn next Click vào I/O device: - Chọn giao thức để giao tiếp Gõ địa IP gán (địa PLC) Chọn board port tương ứng: SVTH: Nhóm 14 GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh 39 SCHNEIDER ELECTRIC - Dùng nút nhấn phản ánh biến: Vào graphic: SVTH: Nhóm 14 GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh 40 SCHNEIDER ELECTRIC - Ấn vào Pages tạo trang hình, sau ấn vào biểu tượng Symbol set : - Sau set tùy chọn tương ứng với project SVTH: Nhóm 14 GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh 41 SCHNEIDER ELECTRIC - Quay lại trang Citect Project Editor vào File ấn Pack Sau ấn vào biểu tượng Complile hay ALT+F10 SVTH: Nhóm 14 GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh 42 SCHNEIDER ELECTRIC KẾT LUẬN Hiện vai trò cơng nghệ Tự động hóa kinh tế quốc dân nghiệp phát triển xã hội to lớn SCADA Schneider cung cấp cho ta nhiều giải pháp có việc điều khiển giám sát tự động, đa dạng nhiều lĩnh vực, có nhiều tính vượt trội hệ thống thị, giám sát tiện nghi giúp cho người vận hành dễ thực Bên cạnh phát triển đa dạng phần mềm phần cứng cho ta nhiều lựa chọn phù hợp TÀI LIỆU THAM KHẢO https://www.schneider-electric.com.vn/en/work/products/automation-andcontrol.jsp SVTH: Nhóm 14 GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh 43 ... i MỤC LỤC ii DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ, BẢNG VÀ SƠ ĐỊ iii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA CÔNG NGHIỆP HÃNG SCHNEIDER 1.1 Lịch sử phát triển ... vào sở liệu quan hệ từ xa (SQL, Oracle, MySQL) SVTH: Nhóm 14 GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh 20 SCHNEIDER ELECTRIC CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN PHẦN MỀM SỬ DỤNG CHO LẬP TRÌNH VÀ THIẾT LẬP CẤU HÌNH MTCCN 2.1 Tổng. .. ConneXium Swiches mơ hình phân cấp 19 iii SCHNEIDER ELECTRIC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA CÔNG NGHIỆP HÃNG SCHNEIDER 1.1 Lịch sử phát triển Schneider Electric thành lập năm 1836,