Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát

Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa Hµ néi - Luận văn thạc sĩ khoa học Ngành: xử lý thông tin truyền thông Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát Nguyễn trung kiên Hà nội 2006 Lời cam đoan Tên Nguyễn Trung Kiên, Học viên lớp Cao học Xử lý thông tin truyền thông 2004 Tôi cam đoan nội dung viết luận văn nghiên cứu thân hướng dẫn T.S Nguyễn Linh Giang chép bất hợp pháp từ nghiên cứu người khác Nếu sai hoàn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2006 Người cam đoan: Nguyễn Trung Kiên Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục hình vẽ, đồ thị Mở đầu Chương - Tổng quan hệ thống điều khiển gi¸m s¸t 1.1 Tỉng quan vỊ SCADA 11 1.1.1 Các đơn vị tải đầu cuối RTUs (Remote Terminal Units) 13 1.1.2 Tr¹m chđ cđa hƯ thèng SCADA (Scada Master Station) 16 1.1.3 C¸c giao thøc cđa hƯ thèng SCADA (SCADA Protocols) 17 1.1.4 Trun th«ng SCADA 19 1.2 KiÕn tróc cđa SCADA 20 1.2.1 HƯ thèng SCADA nguyªn khèi 20 1.2.2 HÖ SCADA ph©n bè 21 1.2.3 HƯ thèng SCADA nèi m¹ng 23 1.3 KiÕn tróc phÇn mỊm 25 1.4 Tính hệ thống SCADA 27 1.4.1 C¶nh báo giám sát 27 1.4.2 Thu thËp d÷ liƯu 28 1.4.3 Thông báo chia sẻ liệu 28 1.5 HÖ thèng SCADA ë ViÖt Nam 28 Chương Mạng truyền thông công nghiệp 2.1 Mạng truyền thông Siemens 31 2.1.1 Tổng quan mạng công nghiƯp cđa SEMATIC 31 2.1.2 M¹ng nhiỊu ®iÓm 33 2.1.3 PROFIBUS 34 2.1.4 Mạng công nghiệp (Industrial Ethernet) 41 2.1.5 GhÐp nèi ®iĨm tíi ®iĨm (Point to Point Interface) 42 2.1.6 Giao diện cảm biến-cơ cấu chấp hành 43 2.2 Mét sè chuÈn truyÒn dÉn 45 2.2.1 ChuÈn RS-232 45 2.2.2 ChuÈn truyÒn RS-422 48 2.2.3 ChuÈn RS-485 50 2.3 Dịch vụ truyền thông 56 2.3.1 Định nghĩa 56 2.3.2 Dịch vụ truyền thông subnet 57 Ch­¬ng – Trun th«ng víi PLC 3.1 Tỉng quan vỊ PLC 60 3.1.1 §Þnh nghÜa 60 3.1.2 Đặc điểm 60 3.1.3 CÊu t¹o PLC 62 3.1.4 CÊu h×nh cøng PLC 62 3.1.5 Ngôn ngữ lập trình 64 3.1.6 Cơ chế hoạt động 64 3.1.7 Phương pháp xử lý tín hiệu 65 3.2 Thiết bị điều khiển khả trình PLC S7-200 Siemens 65 3.2.1 Các thành phần hệ PLC S7-200 65 3.2.2 PhÇn cøng cđa PLC S7-200 66 3.2.3 Cæng trun th«ng 68 3.2.4 CÊu tróc bé nhí 69 3.2.5 Ng«n ngữ lập trình 71 3.3 Truyền thông PLC 73 3.3.1 Các yếu tố truyền thông 73 3.3.2 Tham sè trun th«ng 74 3.3.3 Các cổng truyền thông 74 3.3.4 Khoảng cách truyền thông 75 3.3.5 §iỊu khiển đường tín hiệu truyền thông 75 3.3.6 Nghi thøc trun th«ng 76 Ch­¬ng – ThiÕt kế hệ thống điều khiển giám sát 4.1 Phân tích thiÕt kÕ hÖ thèng 78 4.1.1 Phần mềm điều khiển giám sát 78 4.1.2 PLC 80 4.1.3 Hệ thống điều khiển giám sát 80 4.1.4 Mét sè thiết bị đầu cuối liệu khác sử dụng hƯ thèng 86 4.2 ThiÕt kÕ hƯ thèng ®iỊu khiĨn gi¸m s¸t 88 4.2.1 Các thành phần tính hệ thống 88 4.2.2 Hoạt động hÖ thèng 88 kết luận khuyến nghị 93 tài liệu tham khảo 94 phô lục a: Một số hình ảnh kết cấu hệ thống phụ lục b: Sơ đồ mạch nguyên lý điều khiển Phụ lục c: mà nguồn chương trình ®iỊu khiĨn cho PLC Danh mơc c¸c ký hiƯu, chữ viết tắt STT T vit tt Gii ngha ADC Analog Digital Converter AGC Automatic Generation Control DA Distribution Automation DAC Digital Analog Converter DCE Data Communication Equipment FBD Function Block Diagram HMI Human Machine Interface LAD Ladder Logic LAN Local Area Network 10 MMI Man Machine Interface 11 MPI Multi Point Interface 12 MS Master Stations 13 MTU Master Terminal Unit 14 PLC Programable Logic Control 15 PSN Public Switched Network 16 RTU 17 SCADA Supervisory Control And Data Acquisition 18 STL Statement List 19 UCA Utility Communication Architecture 20 WAN Wide Area Network Remote Terminal Unit B Danh mục hình vẽ, đồ thị Thứ tự Tên hình B Trang B Hình 1.1 Cấu tróc cđa hƯ thèng SCADA 12 H×nh 1.2 Mét RTU ®iĨn h×nh 13 H×nh 1.3 KiÕn tróc cđa hƯ thèng SCADA hệ 21 Hình 1.4 Kiến trúc cđa hƯ thèng SCADA thÕ hƯ thø hai 22 H×nh 1.5 HƯ thèng SCADA thÕ hƯ thø ba 24 H×nh 1.6 Kiến trúc chung phần mềm 26 Hình 2.1 MPI - SURNET 33 H×nh 2.2 KiÕn tróc giao thøc PROFIBUS 36 Hình 2.3 Phương pháp thâm nhập đường dẫn mạng 37 PROFIBUS Hình 2.4 Mạng PROFIBUS 38 Hình 2.5 Mạng PROFIBUS -DP 39 Hình 2.6 Industrial Ethernet 41 Hình 2.7 Kết nối điểm tới điểm 43 Hình 2.8 ASI - Subnet 44 Hình 2.9 Bố trí chân phích cắm RS-232 máy tính PC 46 Hình 2.10 Kiểu mạng RS-422 bốn dây 49 Hình 2.11 Sơ đồ kích thích thu RS-485 51 Hình 2.12 Quy định trạng thái logic cảu tín hiệu RS-485 52 Hình 2.13 Các phương pháp chặn đầu cuối RS-485/RS-422 55 H×nh 3.1 CÊu tróc chung cđa mét hƯ thống điều khiển logic 62 Hình 3.2 Các thành phần PLC S7-200 66 Hình 3.3 Cấu tạo CPU 214 67 Hình 3.4 Sơ đồ chân cổng truyền thông 68 Hình 3.5 Ghép nối máy tính với PLC 69 Hình 3.6 Bộ nhớ S7 - 200 69 Hình 4.1 Cấu tạo lò nhiệt 81 Hình 4.2 Bộ điều khiển PID kinh điển 84 Hình 4.3 Hình dạng điều khiển số MR13 87 Hình 4.4 Hình dáng PZ-41L 88 Hình 4.5 Bảng điều khiển hệ thống 90 Hình 4.6 Giao diện điều khiển giám sát 91 Mở đầu Trong năm gần đây, nhu cầu ứng dụng tự động hoá kết hợp với truyền thông hoạt động nhà máy, xí nghiệp phát triển mạnh Rất nhiều nhà máy, xí nghiệp có nhu cầu trang bị hệ thống tự động hoá để phục vụ cho mục đích họ Nhưng họ nhiều thông tin hệ thống Trong thực tế, ViƯt Nam ®· xt hiƯn nhiỊu hƯ thèng tù ®éng điều khiển giám sát hoạt động tính tích hợp chưa cao Hầu hết hệ thống thường dành cho ứng dụng lớn, giá thành tương đối cao, không phù hợp với nhiều nhà máy, xí nghiệp Hơn nữa, nhà máy, xí nghiệp có đặc thù riêng, nên ứng dụng họ khác Do việc nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển giám sát thu thập d÷ liƯu (SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition System) để quản lý, giám sát hoạt động nhà máy, xí nghiệp Việt Nam công việc thiết thực cần thiết Chỉ cần có người điều khiển vận hành hệ thống thông qua phần mềm cài đặt máy tính đặt phòng ®iỊu khiĨn, hƯ thèng nµy cã thĨ øng dơng ®Ĩ : - Tự động đóng/ngắt điện máy/thiết bị hoạt động/không hoạt động - Giám sát tự động điều khiển hoạt động lò nhiệt - Giám sát số lượng người vào/ra khu vực lò - Cảnh báo có kẻ gian đột nhập - Giám sát hoạt động người phòng/toà nhà thông qua Camera quan sát - Điều khiển chuông báo 10 Các tính hệ thống ít/nhiều tính liệt kê trên, tuỳ thuộc vào mong muốn mục đích người sử dụng, giá thành hệ thống giảm/tăng theo Chính lý đà lựa chọn đề tài: Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát với mục đích nghiên cứu, xây dựng hệ thống điều khiển giám sát thông qua phần mềm cài đặt máy tính Nội dung đề tài bao gồm: - Nghiên cứu tổng quan hệ thống - Xây dựng phần mềm điều khiển hệ thống - Thiết kế Modul phần cứng hệ thống Đề tài hoàn thành với giúp đỡ nhiệt tình thầy T.S Nguyễn Linh Giang, Giảng viên Khoa Công nghệ thông tin, Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội tập thể giảng viên Khoa Điện tử, Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội Mặc dù có nhiều cố gắng việc tìm tài liệu biên dịch hẳn không tránh khỏi thiếu sót Tôi mong góp ý thầy cô bạn để đề tài đầy đủ Tôi xin chân thành cảm ơn! 94 Tài liệu tham khảo Tiếng Việt Vũ Quang Hồi, Nguyễn Văn Chất, Nguyễn Thị Liên Anh (2006), Trang bị Điện - Điện tử, NXB Giáo dục Phan Quốc Phô, Nguyễn Đức Chiến (2001), Giáo trình cảm biến, NXB Khoa học kỹ thuật Nguyễn DoÃn Phước, Phan Xuân Minh (1997), Tự động hoá với SIMATIC S7 200, NXB Nông nghiệp Lê Hoài Quốc, Chung Tấn Lâm (1999), Bộ điều khiển lập trình vận hành ứng dụng, NXB Khoa học kỹ thuật Hoàng Minh Sơn (2006), Mạng truyền thông công nghiệp, NXB Khoa học kỹ thuật Nguyễn Thu Thiên, Mai Xuân Vũ (2004), Sổ tay hướng dẫn lập trình PLC, NXB Trẻ Tiếng Anh A.Daneels, W.Salter, "Technology Survey Summary of Study Report", ITCO/98-08-09, CERN, Geneva 26/08/1998 Office of The Manager National Communications System (2004), Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) Systems, National Communications System Websites: http://htservices.com 10 http://www.answers.com 11 http://www.keyence.com 12 http://www.wikipedia.org Phô lôc a Một số hình ảnh kết cấu hệ thống Bố trí hộp điều khiển lò nhiệt: Kết cấu khung mô hình: Kích thước hộp điều khiển: Kích thước lò nhiệt: Mặt sau hộp điều khiển: POWER Phía hộp điều khiển gồm Rơle cầu chì: Phụ lục B Sơ đồ mạch nguyên lý điều khiển Phụ lục c mà nguồn chương trình điều khiển cho PLC Chương trình dạng Ladder ... tâm điều độ vùng 30 Ngoài ra, hệ SCADA đặc biệt phát huy mạnh hệ thống điều khiển giám sát hệ thống như: Sản xuất xi măng; Hệ thống kiểm soát đo dầu khí; Hệ thống điều khiển giao thông; Hệ thống. .. đích nghiên cứu, xây dựng hệ thống điều khiển giám sát thông qua phần mềm cài đặt máy tính Nội dung đề tài bao gồm: - Nghiên cứu tổng quan hệ thống - Xây dựng phần mềm điều khiển hệ thống - Thiết... Tổng quan hệ thống điều khiển giám sát (SCADA) 1.1 Tỉng quan vỊ SCADA: SCADA lµ tõ viÕt tắt Supervisory Control And Data Acquisition (Điều khiển giám sát thu thập liệu) Nó hệ thống điều khiển đầy