Xây dựng hệ thống giám sát đập và hồ chứa tích hợp với SCADA nhà máy thủy điện đồng nai 3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN ĐÌNH TRUNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐẬP VÀ HỒ CHỨA TÍCH HỢP VỚI SCADA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện Mã số : 60.52.02.02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐINH THÀNH VIỆT Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết tính tốn nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn NGUYỄN ĐÌNH TRUNG TRANG TĨM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐẬP VÀ HỒ CHỨA TÍCH HỢP VỚI SCADA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI Học viên: NGUYỄN ĐÌNH TRUNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số: 60520202 Khóa: K33.KTĐ.LĐ Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Luận văn đề xuất phương pháp giám sát Đập Hồ Chứa nhà máy thủy điện Đồng Nai 3, phòng điều khiển trung tâm nhà máy Bằng việc thiết kế tích hợp vào hệ thống SCADA nhà máy thủy điện Đồng Nai Hệ thống xây dựng hai phần mềm riêng biệt Trong đó, phần mềm PLC S7-200 dùng để tính tốn giá trị từ Sensor đo mực nước hồ cảm biến RADA tích hợp vào hệ thống SCADA nhà máy theo phương thức truyền tín hiệu cáp quang tới phịng điều khiển trung tâm Bên cạnh luận văn sử dụng phần mềm Multilogger để thu thập liệu, giám sát Đập nhà máy thủy điện Đồng Nai từ Sensor chuyên dụng Sensor giám sát nhiệt độ thân Đập, Sensor giám sát áp lực thấm, Sensor giám sát chuyển dịch vị trí hành lang Đập, đồng thời tích hợp vào hệ thống SCADA nhà máy từ giám sát Đập theo chù kỳ yêu cầu Từ khóa - SCADA, Giám sát Đập, Giám sát Hồ Chứa, Sensor, PLC S7-200, Multilogger BUILD THE MONITOR SYSTEM SPILLWAY AND RESERVOIR WITH SCADA DONG NAI HYDRO POWER PLANT Abstract - The thesis proposes the method of monitoring the Spillway and Reservoirs of the Dong Nai hydro power plant in the center control room of the plant By designing and integrating into SCADA system of Dong Nai hydro power plant The system is built on two separate software In particular, PLC S7-200 software is used to calculate the value from the lake water level sensor by RADA sensor and integrate into the plant's SCADA system by signaling the fiber to the centel control room Besides, in the thesis uses Multilogger software to collect data and monitor Spillway of Dong Nai hydropower plant from specialized sensors such as Spillway body temperature sensor, pressure sensor, The Spillway will also be integrated into the plant's SCADA system, which will monitor the Spillway at the required intervals Key words - SCADA, Spillway Monitoring, Reservoir Monitoring, Sensor, PLC S7200, Multilogger MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN TRANG TĨM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng công cụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn đề tài Bố cục đề tài .2 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 1.1 Giới thiệu sơ lược nhà máy thủy điện Đồng Nai 1.2 Vai trò nhà máy thủy điện Đồng Nai 1.3 Các hạng mục cơng trình nhà máy thủy điện Đồng Nai .3 1.4 Các thơng số cơng trình nhà máy thủy điện Đồng Nai .3 1.5 Kết luận chương CHƯƠNG XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH SCADA GIÁM SÁT MỰC NƯỚC HỒ CHỨA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 2.1 Giới thiệu chung hệ thống SCADA nhà máy thủy điện Đồng Nai 2.1.1 Tổng quan sơ đồ kết nối SCADA nhà máy thủy điện Đồng Nai 2.1.2 Phân quyền, giám sát SCADA nhà máy thủy điện Đồng Nai 2.1.3 Các thiết bị mạng SCADA nhà máy thủy điện Đồng Nai 2.1.3.1 Bộ điều khiển AC800M .8 2.1.3.2 Modul S800 I/O 2.1.4 Vai trò trạng việc giám sát SCADA mực nước hồ chứa NMTĐ Đồng Nai 10 2.2 Tính tốn lựa chọn sensor mực nước hồ chứa 10 2.2.1 Quan hệ mực nước diện tích hồ chứa NMTĐ Đồng Nai 10 2.2.2 Lựa chọn sensor mực nước .12 2.2.2.1 Giới thiệu loại sensor đo mực nước 12 2.2.2.2 Lựa chọn sensor mực nước hồ nhà máy thủy điện Đồng Nai 14 2.3 Mạng truyền thông hệ thống SCADA giám sát mực nước hồ chứa nhà máy thủy điện Đồng Nai 16 2.3.1 Đường truyền thông hệ thống SCADA 16 2.3.2 Trung tâm thu thập xử lý số liệu 16 2.3.3 Phần mềm xử lý tín hiệu 17 2.3.3.1 Phần mềm tính tốn chỗ 17 2.3.3.2 Phần mềm điều khiển trung tâm 17 2.4 Thiết kế hệ SCADA giám sát mực nước nhà máy thủy điện Đồng Nai .18 2.4.1 Các thiết bị tủ giám sát chỗ .18 2.4.1.1 CPU 226 DC/DC/DC 18 2.4.1.2 Modul Analog (AI) EM 231 .19 2.4.1.3 Modul quang điện MOXA 21 2.4.1.4 Phương trình tính tốn mực nước hồ 23 2.4.1.5 Đặt vấn đề 23 2.4.1.6 Phương trình tính tốn 23 2.4.2 Chương trình PLC S7-200 23 2.5 Các hình ảnh thực tế hệ thống 33 2.5.1 Giao diện thị .33 2.5.2 Biểu đồ liệu 33 2.5.3 Hình ảnh lắp đặt thực tế hệ thống .34 2.6 Kết Luận chương 37 CHƯƠNG XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH SCADA GIÁM SÁT ĐẬP NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐỒNG NAI 38 3.1 Giám sát chất đập nhà máy thủy điện Đồng Nai 38 3.1.1 Mục đích ý nghĩa giám sát đập .38 3.1.2 Nhiệm vụ công tác giám sát đập 38 3.1.3 Nội dung công tác giám sát đập 38 3.1.4 Vai trò, trạng hệ thống giám sát đập NMTĐ Đồng Nai 39 3.1.4.1 Vai trò 39 3.1.4.2 Hiện trạng hệ thống giám sát đập NMTĐ ĐN3 40 3.2 Tổng quan hệ thống giám sát đập nhà máy TĐĐN3 40 3.2.1 Giới thiệu đập nhà máy TĐĐN3 40 3.2.2 Các thiết bị giám sát lắp đặt bên đập nhà máy TĐĐN3 41 3.2.3 Giới thiệu thiết bị giám sát 42 3.2.3.1 Sensor đo áp lực thấm tự động 42 3.2.3.2 Sensor đo cảm biến nhiệt độ bêtông 43 3.2.3.3 Sensor đo cảm biến ứng suất 46 3.2.3.4 Sensor đo chuyển dịch vị trí 2D, 3D 48 3.2.3.5 Bộ dồn kênh multilogger (MUX) .51 3.3 Thiết kế hệ SCADA giám sát đập nhà máy thủy điện Đồng Nai 53 3.3.1 Sơ đồ mạng truyền thông SCADA hệ thống giám sát 53 3.3.2 Các thiết bị hệ thống SCADA giám sát đập 54 3.3.2.1 Khối xử lý tín hiệu 54 3.3.2.2 Khối truyền thu thập liệu 55 3.4 Xây dựng chương trình tính tốn thu thập liệu SCADA giám sát đập 57 3.4.1 Thiết lập đường truyền thông 57 3.4.2 Chương trình tính tốn SCADA giám sát đập 58 3.4.2.1 Xây dựng chương trình 59 3.4.2.2 Lưu trữ liệu 65 3.5 Các hình ảnh thực tế hệ thống 66 3.5.1 Giao diện thị .66 3.5.2 Hình ảnh lắp đặt thực tế hệ thống .67 3.6 Kết Luận Chương 68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .69 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO .70 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 2D : Phương chiều 3D AI DATA : Phương chiều : Analog input : Bộ xử lý Datalogger DI ĐKTT : Digital input : Phòng điều khiển trung tâm LCU : Tủ điều khiển chỗ MUX : Hộp dồn kênh multilogger NMTĐ DN3 : Nhà máy thủy điện Đồng Nai PLC SCADA : Chương trình điều khiển : Hệ thống điều khiển, giám sát thu thập liệu DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang 1.1 Các thông số nhà máy thủy điện Đồng Nai 2.1 Quan hệ sai số cho phép mực nước 1mm 2mm 11 2.2 Bảng thông số kĩ thuật sensor Vega Plus 15 3.1 Bảng số liệu thống kê thiết bị lắp đặt giám sát đập 41 3.2 Thông số đầu vào sensor đo áp lực thấm 43 3.3 Thông số đầu vào sensor đo nhiệt độ bêtông 45 3.4 Thông số đầu vào sensor đo ứng suất bêtông 48 3.5 Thông số đầu vào sensor đo chuyển dịch vị trí 50 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình Trang 2.1 Sơ đồ kết nối SCADA nhà máy thủy điện Đồng Nai 2.2 Bộ điều khiển PLC ABB AC800M 2.3 Các modul S800 I/O 2.4 Dạng mạng kết nối kiểu duplex simplex 10 2.5 Biểu đồ quan hệ dung tích mực nước hồ F = f(z) 11 2.6 Cảm biến đo áp suất 13 2.7 Cảm biến đo mức siêu âm 13 2.8 Cảm biến rada dẫn sóng 14 2.9 Sensor mực nước Vega Plus 14 2.10 Khoảng cách lắp đặt so với bề mặt tường chắn 15 2.11 Lắp cảm biến radar với môi trường truyền vào 15 2.12 Sơ đồ truyền thông sử dụng modem hệ SCADA 16 2.13 Cấu trúc PLC S7-200 17 2.14 PLC S7-200 CPU 226 DC/DC/DC 18 2.15 Sơ đầu đấu dây CPU 226 19 2.16 Modul Analog EM 231 19 2.17 sơ đồ khối logic input tín hiệu modul EM 231 20 2.18 Sơ đồ đấu dây phần cứng modul EM 231 20 2.19 Modul chuyển đổi tín hiệu RS485 to Converter 21 2.20 hình SCADA giám sát mực nước phòng điều khiển trung tâm 33 2.21 Biểu đồ liệu mực nước 33 2.22 Vận hành hệ thống SCADA giám sát mực nước hồ NMTĐ ĐN3 34 2.23 Sensor lắp đặt thực tế hồ thủy điện NMTĐ ĐN3 34 2.24 Tủ điều khiển giám sát chỗ với PLC S7-200 35 2.25 Các thiết bị tủ điều khiển chỗ 35 2.26 Các thiết bị kết nối tủ điều khiển trung tâm 36 3.1 Đập tràn nhà máy thủy điện Đồng Nai 40 3.2 Sơ đồ bố trí thiết bị hành lang đập nhà máy TĐDN3 41 3.3 Thiết bị đo ứng suất 42 3.4 Thiết bị đo nhiệt độ Bêtông 44 Số hiệu Tên hình Trang 3.5 Vị trí lắp đặt sensor ứng suất betong 46 3.6 Sensor ứng suất lắp đặt 47 3.7 Sensor ứng suất 47 3.8 Bố trí sensor chuyển dịch vị trí ba chiều 49 3.9 Bố trí sensor chuyển dịch vị trí hai chiều 49 3.10 Bộ dồn kênh Multilogger 52 3.11 Sơ đồ đấu dây dồn kênh thực tế 52 3.12 Sơ đồ đấu dây hộp MUX 53 3.13 Sơ đồ kết nối truyền thông mạng SCADA giám sát đập 54 3.14 sơ đồ kết nối Data 54 3.15 modul truyền thông AVW200 55 3.16 Modul xử lý trung tâm CR1000 55 3.17 Modul truyền thông MD485 56 3.18 Sơ đồ mạng kết nối MD485 56 3.19 Modul chuyển đổi quang điện NP301 57 3.20 Giao diện chương trình PC200W 59 3.21 Tạo data 60 3.22 Thiết lập Com 60 3.23 Thiết lập tốc độ 61 3.24 Kết đường truyền 61 3.25 Cấu hình Data1 & Data2 62 3.26 Cấu hình hộp Mux 62 3.27 Cấu hình đo chuyển vị 2D, 3D 63 3.28 Cấu hình sensor áp lực thấm 64 3.29 Cấu hình sensor đo nhiệt độ 64 3.30 hình sensor đo ứng suất 65 3.31 Truy xuất liệu 66 3.32 Màn hình SCADA giám sát thơng số đập NMTĐ DN3 66 3.33 Biểu đồ liệu 67 3.34 Tủ điều khiển Data 67 3.35 Các thiết bị tủ Data 68 ... 2(mm) 33 , 941 33 , 941 33 , 94206 33 , 9 431 2 33 , 9 431 2 33 , 94525 33 , 94419 33 , 94 737 33 , 94525 33 , 9495 33 , 95587 33 , 97074 33 , 96649 33 , 99198 Độ chênh lệch diện tích hồ (km2) 0, 001 0, 002 0, 0 03. .. 570, 30 8 570, 32 8 F (Km2) Sai số 1(mm) 2(mm) 33 , 97711 34 , 0 132 2 33 , 987 73 34, 034 46 33 , 99 835 34 , 0557 34 , 00897 34 , 07694 34 , 01959 34 , 09818 34 , 030 21 34 , 11942 34 , 040 83 34, 14066 34 , 05145 34 ,... 34 , 05145 34 , 1619 34 , 06207 34 , 1 831 4 34 , 07269 34 , 20 438 34 , 0 833 1 34 , 22562 34 , 0 939 3 34 , 24686 34 , 10455 34 , 2681 34 , 11517 34 , 28 934 Độ chênh lệch diện tích hồ (km2) 0, 036 0, 047 0, 057 0,