Ứng dụng scada trong hệ thống điều khiển khí hvac khóa luận tốt nghiệp khoa công nghệ điện

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG SCADA TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHÍ HVAC SINH VIÊN : NGUYỄN TIẾN ĐẠT - 14045961 HOÀNG THIỆN TÂM - 14044731 LỚP : DHDKTD10B GVHD : TH.S NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN TP HCM, NĂM 2018 PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài (1): Nguyễn Tiến Đạt, MSSV: 14045961 (2): Hoàng Thiện Tâm, MSSV: 14044731 Tên đề tài ỨNG DỤNG SCADA TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU PHỐI KHÍ HVAC Nội dung Mơ hệ thống cung cấp khí Quạt pha cấp khí cho buồng gió thơng qua ống nhựa pvc nối với damper Độ mở damper điều khiển van điện tử.Góc quay van điện tốc độ quạt được điều khiển cho giá trị áp suất gần giá trị mong muốn Giá trị áp suất ống dẫn khí đo, xử lý cảm biến áp suất Giá trị cảm biến đo hay tín hiệu để điều khiển quạt van PLC đọc xử lý điều khiển Cả hệ thống giám sát điều khiển Wincc hình HMI Kết Sau tháng nghiên cứu thực nhóm hồn thành mơ hình mơ hệ thống cung cấp khí Ứng dụng thành cơng PID vào điều khiển van tốc độ quạt để áp suất mong muốn ống dẫn khí Kết nối thiết bị PLC, HMI, Profinet Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, ngày tháng Sinh viên năm 20 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TRANG BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN MỤC LỤC PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU BÁO CÁO 1.2 HỆ THỐNG HVAC 1.2.1 HVAC LÀ GÌ? 1.2.2 CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG HVAC 1.3 SCADA 1.3.1 Định nghĩa SCADA: 1.3.2 Phân loại hệ thống SCADA: 1.4 PHƯƠNG PHÁP PID 12 1.4.1 Lý thuyết điều khiển tự động 12 1.4.2 Lý thuyết điều khiển PID 14 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PLC S7-1200 VÀ CÁC MODULE ANALOG 19 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 19 2.1.1 ƯU ĐIỂM CỦA PLC SO VỚI CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KHÁC 20 2.2 CPU1214C DC/DC/DC 22 2.3 CPU 1212C AC/DC/Rly 23 2.4 Module analog 25 CHƯƠNG 3: TRUYỀN THÔNG 27 3.1 Profinet 27 3.1.1 Giới thiệu mạng profinet 27 3.1.2 Những ưu điểm sử dụng mạng Profinet 27 3.1.3 Điểm bật 28 3.1.4 ứng dụng mạng profinet để kết nối điều khiển với PC hình hiển thị HMI…………………………………………………………………………………………… ……………………………………… 28 CHƯƠNG 4: CÁC THIẾT BỊ DÙNG TRONG BÁO CÁO 31 TRANG BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN 4.1 CB siemen Sirius class 10 circuit breaker sw05005-11002 (cb pha) 31 4.2 Acti - IK60N 2P A9K27210 C 10A (CB 2pha) 33 4.3 Omron S82K – 03024 POWER SUPPLY (bộ chuyển đổi AC/DC) 33 4.4 Schneider HVAC ATV212HU55N4 (biến tần) 35 4.5 Dwyer model: 616KD-05 range: 0-15 (cảm biến áp suất) 37 4.6 Dwyer 311 LCD (cũng cảm biến áp suất) 38 4.7 Van điện điều khiển Belimo NMQB24 – MFT (valve xoay) 40 4.8 Màn hình HIM (KTP700 Basic) 41 CHƯƠNG 5: WINCC 42 5.1 GIỚI THIỆU WINCC 42 5.2 KẾT NỐI WINCC VÀ S7-1200 44 CHƯƠNG 6: CHƯƠNG TRÌNH PLC S7-1200 51 6.1 Mô tả hệ thống 51 6.2 Một số đoạn chương trình viết ngơn ngữ ladder phần mềm TIA PORTAL v14…………………………………………………………………………………………… …………………………………52 CHƯƠNG 7: BÁO CÁO KẾT QUẢ 54 7.1 TÓM TẮT 54 7.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 54 7.3 ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 56 7.3.1 ƯU ĐIỂM 56 7.3.2 HẠN CHẾ 56 7.3.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 56 TRANG BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU BÁO CÁO Vấn đề giám sát cung cấp khí được sử dụng nhiều lĩnh vực sản xuất khác như: điều khiển lị đốt, điều hồ khơng khí cho tồ nhà ,… Sử dụng SCADA vào hệ thống HVAC giúp việc giám sát điều khiển q trình vận hành ổn định có độ xác cao Kết hợp với phương pháp PID bảo đảm tiêu chí kỹ thuật kinh tế nhà sản xuất yêu cầu Do phát triển điều khiển thông minh ngày phổ biến đời sống sản xuất Chúng em định chọn phát triển đề tài dựa kiến thức học lớp, lớp Cộng thêm hướng dẫn tận tình thầy Tuấn chúng em hồn thành báo cáo mơ tả chi tiết chương 1.2 HỆ THỐNG HVAC 1.2.1 HVAC LÀ GÌ? HVAC viết tắt cụm từ Heating, Ventilating, and Air Conditioning (Hệ thống sưởi ấm, thơng gió điều hồ khơng khí) gọi chung Hệ thống điều hịa khơng khí TRANG BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN Ngày nay, HVAC ứng dụng rộng rãi sống hàng ngày ứng dụng hệ thống điều hồ khơng khí thơng gió nhà cao tầng, trung tâm thương mại,….các ngành công nghiệp nặng nhà máy điện, máy bay, tàu vũ trụ, … Các hệ thống ngày ứng dụng nhiều Việt Nam điển hình tồ nhà công cộng nhà máy Nhật Bản 1.2.2 CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG HVAC HỆ THỐNG SƯỞI (HEATING) Được dùng để tạo nhiệt (độ ẩm) tồ nhà hay trung tâm thương mại, thơng thường điều thực hệ thống sưởi trung tâm CẦU TẠO Cấu tạo chung hệ thống sưởi gồm có: Nồi Lị sưởi hay bơm nhiệt: Dùng để đun nóng nước, nước khơng khí vị trí trung tâm như: phịng lị ngơi nhà, phịng khí tồ nhà lớn Phần nóng chuyển cách đối lưu, dẫn nhiệt xạ HỆ THỐNG THƠNG GIĨ (VENTILATION) Nhiệm vụ hệ thống thay đổi thay luồng khơng khí khơng gian nhằm kiểm soát nhiệt độ loại bỏ kết hợp TRANG BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN độ ẩm, mùi, khói, nhiệt, bụi, vi khuẩn bên khơng khí CO2 bổ sung Oxy Trong nhiều trường hợp, thơng gió bao gồm việc thực trao đổi luồng khơng khí với bên ngồi lưu thơng luồng khơng khí tồ nhà Hệ thống thơng gió xem yếu tố quan trọng nhằm trì chất lượng khơng khí bên khu vực nhà Hiện nay, có phương pháp thơng gió thơng gió bắt buộc (quạt thơng gió) thơng gió tự nhiên ĐIỀU HỒ KHƠNG KHÍ (AIR CONDITIONING) Nhiệm vụ: Cung cấp luồng khơng khí theo u cầu cài đặt từ trước độ ẩm cho toàn phần tồ nhà Thơng thường, tồ nhà có lắp đặt điều hồ khơng khí thường có cửa kín, việc mở cửa sổ làm giảm hiệu làm lạnh từ hệ thống điều hồ Điều hồ khơng khí làm lạnh thường tạo loại bỏ nhiệt từ bên hệ thống Nhiệt độ khơng khí loại bỏ xạ, đối lưu truyền dẫn qua thiết bị làm lạnh Một vài phương tiện giúp truyền dẫn lạnh nước, khơng khí, nước đá, hố chất hay gọi chung chất làm lạnh Những chất làm lạnh dùng hệ thống bơm nhiệt, mà đó, máy nén sử dụng để điều khiển chu trình làm mát nhiệt động lực học, hệ thống làm lạnh việc sử dụng máy bơm để vận chuyển chất làm lạnh (thường nước hỗn hợp glycol) CHU TRÌNH CỦA HỆ THỐNG HVAC  Supply Air: Cung cấp khơng khí, bao gồm khơng khí lạnh khơng khí nóng  Return Air: Mang khơng khí qua  Exhaust Air: Thải luồng khơng khí khơng bên ngồi, thường thải phịng vệ sinh Dấu hiệu hệ thống HVAC Dấu hiệu dễ nhận thấy có hệ thống HVAC ống dẫn chạy khắp nhà Hiện nay, ống dẫn phục vụ cho HVAC thường có hình thái khác Vng (Rect), Trịn (Round) Oval TRANG BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN Tuy nhiên, để dễ dàng cho việc chế tạo thi công người ta thường sử dụng hai loại ống hình vng hình trịn Thành phần hệ thống HVAC Các thành phần hệ thống HVAC trung tâm phổ biến là:  Fan (s) để lưu thơng khơng khí (SA) trả lại khơng khí (RA)  Đường ống cung cấp khí luồng khơng khí từ quạt cung cấp cho khơng gian điều hịa  Thiết bị khí đầu vào cung cấp khơng khí cửa hút khơng khí trở lại  Quay lại đường dẫn khí ống dẫn khơng khí đổ từ khơng gian có điều kiện để buồng khí hỗn hợp  Khơng khí bên ngồi (OA) thiết bị  Buồng khí hỗn hợp để nhận khí phịng trộn với khơng khí bên ngồi  Phần lọc (s) để loại bỏ hạt bụi bẩn từ khơng khí hỗn hợp  Trao đổi nhiệt (s) cuộn dây nước nóng (s), cuộn dây (s), chất làm lạnh bay (s), cuộn nước lạnh (s) để thêm nhiệt loại bỏ nhiệt từ khơng khí lưu thơng  Thiết bị sưởi ấm phụ lị khí đốt tự nhiên (s) yếu tố nhiệt điện (s)  Nén khí (s) để nén lạnh bơm chất làm lạnh xung quanh hệ thống  Ngưng (s) để loại bỏ nhiệt từ lạnh ngưng tụ vào chất lỏng  Quạt (s) để lưu thơng khơng khí bên ngồi qua làm mát gió (s)  Bơm (s) để lưu thơng nước qua bình ngưng làm mát nước (s); máy bơm nước ngưng tụ (CWP); cung cấp nước ngưng tụ (CWS) ngược lại (CWR)  Bơm (s) để lưu thơng nước nóng từ nồi (s) thơng qua cuộn dây nước nóng (s) quay trở lại lưu thông nước lạnh từ máy làm lạnh (s) thông qua cuộn dây nước lạnh (s) làm lạnh (s)  Đối với hệ thống trung tâm, nước nồi (s) nguồn sưởi ấm trung tâm TRANG BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN  Đối với hệ thống trung tâm, máy làm lạnh nước (s) nguồn làm mát trung tâm  Đối với hệ thống trung tâm, tháp giải nhiệt (s) với bình ngưng làm mát nước (s)  Điều khiển để bắt đầu, dừng lại, điều chỉnh dòng chảy khơng khí, nước, nước, chất làm lạnh điện 1.3 SCADA 1.3.1 ĐỊNH NGHĨA SCADA: SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu, nói cách khác hệ thống hỗ trợ người việc giám sát điều khiển từ xa, cấp cao hệ điều khiển tự động thông thường Để điều khiển giám sát từ xa hệ SCADA phải có hệ thống truy cập, truyền tải liệu hệ giao diện người – máy (HMI – Human Machine Interface) Trong hệ thống điều khiển giám sát HMI thành phần quan trọng không cấp điều khiển giám sát mà cấp thấp người ta cần giao diện người – máy để phục vụ cho việc quan sát thao tác vận hành cấp điều khiển cục Vì lý giá thành, đặc điểm kỹ thuật nên hình vận hành (OP – Operator Panel), hình sờ (TP – Touch Panel), Multi Panel … chuyên dụng sử dụng nhiều chiếm vai trò quan trọng Nếu nhìn nhận SCADA theo quan điểm truyền thống hệ thống mạng thiết bị có nhiệm vụ tuý thu thập liệu từ trạm xa truyền tải khu trung tâm để xử lý Trong hệ thống hệ truyền thơng phần cứng đặt lên hàng đầu cần quan tâm nhiều Trong năm gần tiến vượt bậc công nghệ truyền thông công nghiệp công nghệ phần mềm công nghiệp đem lại nhiều khả giải pháp nên trọng tâm công việc thiết kế xây dựng hệ thống SCADA lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện giải pháp tích hợp hệ thống 1.3.2 PHÂN LOẠI HỆ THỐNG SCADA: Các hệ thống SCADA phân làm bốn nhóm với chức năng: - SCADA độc lập / SCADA nối mạng TRANG BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN Công dụng: Màn hình cảm ứng thị thơng số cảm biến điều khiển hệ thống Thông số kỹ thuật: Hiện thị Chiều dài: 154.1 mm Chiều rộng: 85.9 mm Màu thị: 65536 màu Độ phân giải: 800 x 480 Điện áp cung cấp: 24 VDC Công suất tiêu thụ: 5.5 W CHƯƠNG 5: WINCC 5.1 GIỚI THIỆU WINCC WinCC viết tắt Windows Control Centrer, phần mềm hãng Siemens dùng dể giám sát, điều khiển thu thập liệu trình sản xuất Theo nghĩa hẹp,WinCC chương trình hỗ trợ cho người lập trình thiết kể giao diện Người máy-HMI (Human Machine Interface) hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), với chức thu thập liệu,giám sát điều khiển trình sản xuất Những thành phần có WinCC TRANG 42 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN dễ sử dụng, giúp người dùng tích hợp ứng dụng có sẵn mà khơng gặp trở ngại WinCC cung cấp module chức thường dùng cơng nghiệp như: Hiển thị hình ảnh, tạo thơng điệp, lưu trữ báo cáo Giao diện điều khiển mạnh, việc truy cập ảnh nhanh chóng chức lưu trữ an tồn(bảo mật) đảm bảo tính hữu dụng cao Với WinCC, người dùng trao đổi liệu trực tiếp với nhiều PLC hãng khác Misubishi, Siemens v.v thông qua cổng com với chuẩn RS232 máy tính với chuẩn RS-485 PLC WinCC 7.0 chạy hệ điều hành Microsoft Window XP, Windows 2000 Do có tính chất mở thường xuyên cập nhật, phát triển nên WinCC tương thích với nhiều phần mềm chuẩn tạo nên giao diện người máy đáp ứng nhu cầu sản xuất Nếu bạn nhà phát triển hệ thống, ứng dụng WinCC để phát triển ứng dụng qua giao diện mở WinCC Chương trình tích hợp nhiều ứng dụng, tận dụng dịch vụ hệ điều hành làm sở mở rộng hệ thống Với WinCC, ta sử dụng nhiều giải pháp khác để giải công việc, từ việc xây dựng hệ thống có quy mơ nhỏ vừa khác Cho tới việc xây dựng hệ thống có quy mơ lớn Tùy theo khả người thiết kế phần cứng hỗ trợ khác mà WinCC phát triển nhiều lĩnh vực khác Ứng dụng phổ biến WinCC là: Tự động hóa q trình giảm sát quy trình sản xuất Khi hệ thống dùng chương trình WinCC để diều khiển thu thập liệu từ q trình, mơ hình ảnh kiện xảy TRANG 43 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN trình điều khiển dạng chuỗi kiện WinCC cung cấp nhiều hàm chức cho mục đích hiển thị, thơng báo đồ họa, xử lý thông tin đo lường, tham số công thức, bảng ghi báo cáo,v.v…đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày phát triển chương trình ứng dụng thiết kế giao diện người máy(HMI), sử dụng phổ cập nhờ vào hệ thống trợ giúp Siemens có mặt nhiều nước giới có Việt Nam 5.2 KẾT NỐI WINCC VÀ S7-1200 Giao diện Wincc sau khởi động Tạo kết nối Wincc s7-1200 TRANG 44 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN TRANG 45 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN TRANG 46 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN Tạo Tag TRANG 47 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN Tạo Graphics Designer TRANG 48 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN Gán địa PLC vào hình Graphics Designer TRANG 49 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN TRANG 50 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN CHƯƠNG 6: CHƯƠNG TRÌNH PLC S7-1200 6.1 MÔ TẢ HỆ THỐNG Dùng khối put/get truyền nhận liệu PLC S7 – 1200 Hệ thống cung cấp khí làm việc hai chế độ Chế độ local (slave) Có thể chủ động chuyển đổi chế độ master slave Sử dụng hình HMI:  Điều khiển tốc độ quạt, góc quay van, cài giá trị áp suất đặt cho khâu PID  Hiện thị góc quay, giá trị áp suất cảm biến, tốc độ quạt TRANG 51 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN Chế độ master Có thể điều khiển từ xa, chủ động chuyển đổi chế độ master slave (hạn chế việc tín hiệu không mong muốn) Sử dụng giao diện wincc  Điều khiển tốc độ quạt, góc quay van, cài giá trị áp suất đặt cho khâu PID  Hiển thị góc quay, giá trị áp suất cảm biến, tốc độ quạt Van điện tử quạt có chế độ hoạt động: điều khiển tay điều khiển PID  Ở chế độ tay ta tự điều khiển tốc độ quạt góc mở van điện từ để áp suất mong muốn đường ống  Ở chế độ PID ta cài đặt giá trị áp suất đặt thông số khâu tỉ lệ tích phân điều khiển PID Bộ điều khiển xuất góc quay tốc độ quạt cho giá trị áp suất đường ống sát với giá trị đặt 6.2 MỘT SỐ ĐOẠN CHƯƠNG TRÌNH ĐC VIẾT BẰNG NGƠN NGỮ LADDER TRONG PHẦN MỀM TIA PORTAL V14 PLC Network 1: Khối get nhận liệu từ PLC thông qua địa nhận master MD20.0 truyền liệu từ PLC thông qua địa MD10.0 Network 2: Khối put truyền liệu từ PLC thông qua địa truyền master M700.0 nhận liệu từ PLC thông qua địa M699.0 TRANG 52 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN Một số hình minh họa : TRANG 53 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN CHƯƠNG 7: BÁO CÁO KẾT QUẢ 7.1 TÓM TẮT Qua ba tháng thực nghiên cứu đề tài, báo cáo hồn thành, gồm có chương trình bày cụ thể, vấn đề trình bày tập trung chương 2, 3, 4, Trong chương nghiên phần cứng báo cáo bao gồm giới thiệu đề tài thiết bị dùng đề tài 7.2 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC TRANG 54 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN TRANG 55 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN 7.3 ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 7.3.1 ƯU ĐIỂM Khối điều khiển trung tâm đáp ứng yêu cầu đặt Khối hiển thị, khối điều khiển quạt van hoạt động ổn định Giao diện thân thiện, dễ sử dụng Có thể áp dụng vào thực tế 7.3.2 HẠN CHẾ Chưa có hệ thống hút khí ngồi Chưa có hệ thống sưởi ổn định nhiệt độ 7.3.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Do giới hạn thời gian, kiến thức trang thiết bị nên việc thực đề tài nhiều hạn chế, sau vài ý kiến phát triển đề tài em Ngoài việc điều khiển áp xuất hệ thống chúng em thêm vào hệ thống ổn định nhiệt độ, hút khí Thêm vào hoạt động hẹn tắt chống cháy nổ ta hệ thống hoàn chỉnh TRANG 56 ... thông minh tạo nên điều khiển lai điều khiển hệ thống phức tạp với chất lượng tốt 1.4.2 LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN PID Các điều khiển số ngày thông dụng hệ thống điều khiển công nghiệp Những đặc trưng... tâm để xử lý Trong hệ thống hệ truyền thơng phần cứng đặt lên hàng đầu cần quan tâm nhiều Trong năm gần tiến vượt bậc công nghệ truyền thông công nghiệp công nghệ phần mềm công nghiệp đem lại nhiều... chỉnh, điều khiển đa biến hệ chuyên gia khả giao tiếp bus mạng cục đưa đến việc sử dụng ngày nhiều điều khiển số Bộ điều khiển số dùng hệ thống điều khiển vịng kín gồm chế độ điều khiển tỉ lệ P, điều