Nghiên cứu thiết bị hiện trường thông minh sử dụng trong hệ thống điều khiển quá trình PCS7 của hãng siemens

Kỹ thuật

LỜI NÓI ĐẦU Trong xu hội nhập nay, đất nước ta ngày tiếp nhận học hỏi nhiều công nghệ từ quốc gia giới Ngành cơng nghiệp nặng nói chung hay ngành điện cơng nghiệp nói riêng thừa kế thành tựu khoa học mà giới đem lại, khơng ngừng phát triển ngày đại, tiên tiến Trên thực tế, gặp nhiều dây truyền, công nghệ với kĩ thuật cao để phục vụ cho sản xuất cho người Sau thời gian học tập nghiên cứu trường Đại học Dân lập Hải Phòng, em giao làm đồ án tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu thiết bị trƣờng thông minh sử dụng hệ thống điều khiển trình PCS7 hãng Siemens ” Chương Hệ thống điều khiển trình (PROCES CONTROL SYSTEM – PCS7) Chương Mạng cấp trường hệ thống PCS7 Chương Các thiết bị trường Do thời gian thực ngắn kinh nghiệm thân cịn hạn chế đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót.Em mong nhận đóng góp thầy Cuối xin chân thành cảm ơn thầy cô bạn sinh viên giúp đỡ ủng hộ em hoàn thành đồ án Hải phịng, ngày……tháng……năm…… Sinh viên Hồng Duy Ln CHƢƠNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH (PROCES CONTROL SYSTEM – PCS7) 1.1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH PCS7 1.1.1 Tổng quan hệ thống điều khiển trình PCS7 Ngày với phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp, với yêu cầu ngày cao sản xuất chất lượng sản phẩm, giá thành, khả đồng sản phẩm việc ứng dụng cơng nghệ tự động hố vào sản xuất ngày rộng rãi phổ biến Ngày có nhiều hệ điều khiển tự động mang tính chất điều khiển q trình sản xuất Trong số hệ thống phổ biến đáp ứng đầy đủ tính hệ điều khiển q trình hệ thống điều khiển q trình PCS7 hãng Siemens Hình 1.1: Hệ thống PCS7 công nghiệp PCS7 hệ thống với thành phần kết hợp với nhau, làm việc ý tưởng hệ thống SIMATIC PCS7 hỗ trợ cung cấp giải pháp hệ thống, giải pháp cần thiết cho trình tự động hố PCS7 hệ có tính mở, kết cấu mềm dẻo, với khả thay đổi, thiết lập cấu hình cách dễ dàng, dễ dàng mở rộng hệ thống, khả kết nối rộng, đơn giản PCS7 phù hợp với hầu hết quy mô sản xuất từ nhỏ đến lớn PCS7 với đầy đủ cấp điều khiển: cấp quản lí, cấp điều khiển giám sát, cấp điều khiển trình, cấp trường PCS7 với khả đồng cao, khả dự phòng tất cấp tạo nên tính thuận tiện, dễ dàng hoạt động an toàn cao Hệ thống PCS7 hệ điều khiển trình đại, xây dựng hầu hết sản phẩm phần cứng phần mềm hãng Siemens đem lại xuyên suốt, thống nhất, đồng toàn hệ thống Cùng với đa dạng tất sản phẩm hãng Siemens làm cho hệ thống PCS7 ngày trở nên phổ biến Với tất tính lí mà hệ thống PCS7 ngày sử dụng rộng rãi hầu hết ngành sản xuất với đầy đủ quy mô Một hệ thống điều khiển trình PCS7 bao gồm - Trạm quản lý: Quản lý chung cho toàn nhà máy - Trạm kỹ thuật (ES): Dùng để thiết lập cấu hình cho hệ thống nơi đưa giải pháp điều khiển q trình cơng nghệ - Trạm vận hành (OS): Giám sát trình hoạt động đưa tác động điều chỉnh cần thiết - Trạm điều khiển: Là PLC trực tiếp tham gia điều khiển trình, chứa phần mềm trạm ES đưa xuống - Các thiết bị trường: Đây phận trực tiếp tiếp xúc với q trình cơng nghệ, có nhiệm vụ đo đạc lấy thông số trạng thái hoạt động máy móc chất lượng sản phẩm đưa điều khiển để quản lý điều chỉnh trình - Đường mạng: Là mạng Eithernet cơng nghiệp Prifbus Có nhiệm vụ truyền dẫn bảo mật thông tin thành phần mạng 1.1.2 Những mục tiêu tiện ích hệ thống điều khiển trình PCS7 SIMATIC PCS nhằm đạt mục tiêu sau - Tự động hóa tồn dây chuyền sản xuất dựa sản phẩm SIMATIC - Áp dụng kỹ thuật Plant-wide cho tất thành phần hệ thống điều khiển hầu hết trình - Quá trình quản lý hệ thống tập trung ( on - site, trung tâm) - Tất thành phần mơ đun hóa có tính linh hoạt cao - Thiết kế giao diện hệ thống chạy Windows NT Hệ thống PCS7 mang lại số lợi ích sau: - Các thành phần kết hợp với nhau, làm việc ý tưởng hệ thống thích hợp cho sử dụng với toàn sản phẩm SIMATIC S7 - SIMATIC PCS hỗ trợ tốt để cung cấp giải pháp hệ thống, giải pháp cần thiết cho q trình tự động hóa - Các hệ thống Hệ thống kỹ thuật trung tâm quản lý ghi chép q trình đo lường, ln chế độ trực tuyến - Các sản phẩm SIMATIC không sử dụng công đoạn sản xuất mà sử dụng đồng hệ thống - Sự an toàn thực cao hệ thống điều khiển - Tính modul khả kết hợp tất thành phần lựa chọn - Công nghệ sản phẩm phân phối rộng rãi - Giá thành kỹ thuật, chi phí vận hành bảo dưỡng thấp - Hệ thống giao diện, phần cứng phần mềm mở, điều làm cho người sử dụng dễ dàng việc phát triển hệ thống 1.2 THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH PCS7 1.2.1 Trạm quản lý Trạm quản lý cấp điều khiển cao hệ điều khiển q trình Trạm quản lý có chức thu thập quản lí thơng tin từ mức khu vực quản lí tồn hệ thống tự động hố Trạm quản lí thu thập báo cáo từ trạm kỹ thuật đưa thơng tin xuống trạm kỹ thuật nhằm mục đích thay đổi trình sản xuất 1.2.2 Trạm kỹ thuật (Enginneering System - ES) Trạm kỹ thuật (ES) hệ điều khiển q trình PCS7 máy tính PC cơng nghiệp với cấu hình cứng đủ mạnh với phần mềm như: Standard sofware for Engineering, Engineering for F/FH system, Import/ Export assitant SIMATIC PDM, SIMATIC Manager… Chức trạm kỹ thuật (ES) để thiết lập cấu hình cho tồn hệ thống nơi đưa giải pháp điều khiển trình cơng nghệ Hình 1.2: Trạm kỹ thuật – Enginneering System (ES) Từ trạm kỹ thuật, người lập trình bảo trì, thay đổi cài đặt lập trình cho trạm PLC nhà máy xử lí lỗi cấp I/O Trạm kỹ thuật bao gồm cơng cụ tích hợp chặt chẽ với để thuận lợi cho việc xây dựng hệ thống Trạm kỹ thuật PCS7 (ES) bao gồm công cụ phần cứng phần mềm sử dụng nhằm mục đích: - Thiết lập cấu hình phần cứng cho trạm, quản lý thiết bị trường - Thiết lập mạng - Thiết lập cho hệ thống hoạt động theo trình liên tục - Giám sát, điều chỉnh trình hoạt động hệ thống - Nâng cấp hệ thống Ngồi người sử dụng tham gia vào trình thiết lập hệ thống từ CAD CAE Điều cho phép kĩ sư cơng nghệ, kĩ sư quản lý q trình quản lý sản xuất lập kế hoặch môi trường quen thuộc họ Thông qua trạm ES, phần tử hệ thống động cơ, van, điều khiển coi khối hàm phần mềm kết nối theo nguyên tắc hoạt động q trình Hơn nữa, chúng mơ hình ảnh cách rõ ràng Do kỹ sư cơng nghệ dễ dàng nắm bắt rõ hoạt động hệ thống mà khơng cần phải có kinh nghiệm nhiều lĩnh vực lập trình Việc lý liệu ES thống linh hoạt Các gói liệu truy xuất từ phần hệ thống mà không cần công cụ chuyển đổi Nếu cần người quản lý lưu trữ tệp Exel Access Các phần tử trạm ES thiết kế độc lập có kết cấu mở nên tuỳ thuộc vào hệ thống mà nhà đầu tư trang bị cho phù hợp với quy mơ tầm ứng dụng Do giảm giá thành dây truyền mà đáp ứng đầy đủ yêu cầu sản xuất quản lý Trong giới hạn đồ án đề cập đến hai thành phần để tạo thành hệ PCS7, phần quản lý thiết lập ứng dụng SIMATIC PCS V5.2 công cụ thiết lập, quản lý thiết bị trường SIMATIC PDM 1.2.3 Trạm vận hành (Operation System – OS) Chức trạm vận hành (OS) giám sát trình hoạt động đưa thao tác điều khiển cần thiết Mỗi trạm vận hành thường đặt công đoạn cụ thể dây truyền sản xuất, thực vận hành điều khiển cơng đoạn Trạm vận hành máy tính PC với hệ điều hành Window gói phần mềm chuẩn tuỳ thuộc vào nhà cung cấp Kết nối trạm vận hành PLC thơng qua chuẩn Ethernet cơng nghiệp Hình 1.3: Trạm vận hành PCS7 1.2.4 Trạm điều khiển (Control System) Là PLC trực tiếp tham gia điều khiển trình, phần mềm điều khiển đưa từ trạm ES xuống Việc thiết lập thông số điều khiển, cài đặt cấu hình điều khiển thực trạm ES Các PLC điều khiển q trình có tích hợp khả truyền thông với cấp điều khiển giám sát trạm ES, OS, Server PLC thực thao tác điều khiển xuống cấp trường thông qua PROFIBUS DP với I/O vào phân tán PROFIBUS PA Hình 1.4: Trạm điều khiển trung tâm S7-400H Trạm điều khiển trung tâm hệ PCS7 thường trạm SIMATIC S7-400 Trạm S7-400 cung cấp chức cho hệ thống điều khiển trình, khả cấu hình, khả truyền thơng, khả kết nối Trạm điều khiển trung tâm có kết cấu mở với khả lập trình thơng qua họ phần mềm SIMATIC Manager Trạm thực đưa lệnh điều khiển xuống cấp trường thu thập thông tin truyền tải tới cấp điều khiển giám sát Trạm điều khiển trung tâm cấu hình PLC S7-400 tích hợp với khả dự phòng tự động, phổ biến trạm S7-400H 1.2.5 Các thiết bị trƣờng Đây phận trực tiếp tiếp xúc với q trình cơng nghệ, có nhiệm vụ thực quy trình cơng nghệ, đo đạc, lấy thông số trạng thái hoạt động máy móc, chất lượng sản phẩm đưa điều khiển để quản lí thực điều chỉnh trình Các thiết bị trường thường cấu chấp hành như: van, động cơ, điều khiển chấp hành cảm biến nhiệt độ, áp suất, lưu lượng Hình 1.5: Các thiết bị trường 1.2.6 Hệ thống Bus Hệ thống bus mạng PCS7 bao gồm: - Ethernet công nghiệp: bao gồm Ethernet Fast Ethernet sử dụng tuỳ theo yêu cầu truyền thông - PROFIBUS: bao gồm PROFIBUS-FMS, PROFIBUS-DP PROFIBUS -PA, sử dụng cho chức khác - AS-I: Giao diện AS (Actuator/ Sensor) hệ thống mạng cho cảm biến nhị phân 1.2.7 Các modul liên kết 1.2.7.1 DP/PA Coupler DP/PA Coupler modul liên kết vật lý Profibus DP Profibus PA DP/PA Coupler nhằm thực chức liên kết Profibus DP với thiết bị trường PA môi trường cháy, nổ Đặc điểm DP/PA Coupler: - Hình thành cách li Profibus PA Profibus DP - Truyền dẫn liệu từ RS 485 đến bus đồng theo chuẩn IEC - Chuẩn đoán qua hệ thống thị; - Tốc độ truyền với kết nối Profibus DP 45,45 Kbaud - Tốc độ truyền với kết nối Profibus PA 31,25 Kbaud - Khi kết nối ta cần thiết lập tốc độ truyền phù hợp với hệ thống DP Master thiết lập thông số cho thiết bị trường mà không cần định cấu hình cho modul DP/PA Coupler Hình 1.6: Modul DP/PA Coupler 1.2.7.2 DP/PA Link Đây hình thức liên kết thiết bị trường modul PA với mạng công nghiệp thơng qua Profibus DP Hình thức liên kết yêu cầu hay hai modul giao diện IM 157 DP/PA Link cung cấp cổng vào từ hệ thống Profibus DP Master tới Profibus PA Kết nối DP/PA Link định hình phần mềm Step7 V5.2, nhờ phần mềm Simatic PDM mà thông số thiết bị trường thiết lập nhờ thiết bị lập trình PC Hình 1.7: Kết nối trạm DP/PA Link 1.2.7.3 Y Coupler Y Coupler ứng dụng hình thức Y Link hệ thống S7-400H khơng thể hoạt động thiếu modul IM 157 Y Link có đặc điểm sau: - Liên kết với hệ thống DP Slave chuẩn - Dải tốc độ truyền liệu từ 45,45 Kbaud đến 12Mbaud - Tạo lớp cách li modul IM 157 hệ thống Profibus sở Hình 1.8: Modul Y Coupler 10 ...CHƢƠNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH (PROCES CONTROL SYSTEM – PCS7) 1.1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH PCS7 1.1.1 Tổng quan hệ thống điều khiển trình PCS7 Ngày với phát triển... tính hệ điều khiển trình hệ thống điều khiển q trình PCS7 hãng Siemens Hình 1.1: Hệ thống PCS7 cơng nghiệp PCS7 hệ thống với thành phần kết hợp với nhau, làm việc ý tưởng hệ thống SIMATIC PCS7 hỗ... bị, thay đổi thông số thiết bị? ??v.v 14 - Chèn kiểm tra thông số thiết bị: Việc chèn thiết bị trường quản lý phần mềm PDM, thực thư viện thiết bị Các thiết bị trưòng gọi thiết bị trường thông minh