Ứng dụng scada điều khiển và giám sát hệ thống bồn trộn hóa chất sử dụng giao thức truyền thông cc link

ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG SCADA ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG BỒN TRỘN HÓA CHẤT SỬ DỤNG GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG CC-LINK GVHD : Th S LÊ LONG HỒ SINH VIÊN : PHAN HỮU LUÂN MSSV : 15088751 SINH VIÊN : NGUYỄN THỊ THỦY MSSV : 15089171 LỚP : DHDKTD11C TP HCM, NĂM 2019 PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN i NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii MỤC LỤC PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN i NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH HÌNH ẢNH vi DANH SÁCH BẢNG BIỂU viii LỜI MỞ ĐẦU .ix CHƯƠNG TÌM HIỂU VỀ PLC MITSUBISHI VÀ PHẦN MỀM GX-WORK 1.1 Sơ lược lịch sử PLC 1.2 PLC họ Q 1.2.1 Dạng module 1.2.2 Khả đa dạng 1.2.3 Những tính 1.3 Module nguồn Q61P-A2 1.4 Bộ xử lý (CPU) Q02HCPU 1.5 Module QX42 .7 1.6 Module QY42P 1.7 Module Analog Q64AD 1.8 Module QJ71LP21-25 11 1.9 Module QJ61BT11N 13 1.10 Phần khung Q38B 14 CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG SCADA VÀ PHẦN MỀM INTOUCH WONDERWARE 15 2.1 Hệ thống SCADA 15 2.2 Lịch sử phát triển SCADA 15 2.3 Định nghĩa hệ thống SCADA 17 2.4 Tổng quan hệ thống điều khiển .17 2.4.1 Cấu Trúc Cơ Bản Của Một Hệ Thống SCADA 18 2.4.1.1 MTU (Master Terminal Unit) 18 2.4.1.2 RTU (Remote Terminal Unit) 18 2.4.1.3 Khối truyền thông 19 iii 2.4.2 Chức hệ thống scada 19 2.4.2.1 Giám sát phân tích hệ thống 19 2.4.2.2 Hoạt động theo chương trình điều khiển 20 2.4.2.3 Kiểm tra đảm bảo chất lượng 20 2.4.2.4 Quản lý sản xuất 20 2.5 Tính hệ thống SCADA 20 2.5.1 Kiểm soát truy cập 20 2.5.2 MMI (Man Machine Interface) 20 2.5.3 Lập biểu đồ (Trending) 20 2.5.4 Điều khiển báo động (Alarm Handling) 21 2.5.5 Ghi kiện lưu trữ (Logging/Archiving) 21 2.5.6 Xuất báo cáo (Report Generation) 21 2.5.7 Tự động hoá (Automation) 21 2.6 Phần mềm Intouch Wonderware 22 2.6.1 Khái niệm 22 2.6.2 Thành phần 23 2.6.3 Wizard 25 2.6.4 Menu File 26 2.6.5 Tagname 27 2.6.5.1 Tagname Dictionary (Runtime Database): 27 2.6.5.2 Memory Type Tagname 27 2.6.5.3 I/O Type Tagname 27 2.6.5.4 Một số Tagname có sẵn phần mềm .27 2.7 Chương trình Scripts 28 CHƯƠNG ỨNG DỤNG SCADA ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG BỒN TRỘN HÓA CHẤT SỬ DỤNG GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG CC-LINK .30 3.1 Thiết bị dùng đề tài .31 3.1.1 Cảm biến CARLO GAVAZZI U18CAD09PGTI 31 3.1.2 Cảm biến đo áp suất chất lỏng 32 3.1.3 Van điện từ 2W 160-15 33 3.1.4 Máy bơm SAIR KF1 35 3.1.5 Động trộn Nissei NTR FSM-25-20-T010A 35 3.1.6 Relay 37 iv 3.1.7 Bồn chứa 38 3.2 Mơ hình trạm chủ (Master station) 39 3.3 Mô hình trạm tớ (RTU) 39 3.3 Kết nối 40 3.3.1 Mạng CC-Link 40 3.3.1.1 Khái niệm 41 3.3.1.2 Đặc điểm 41 3.3.1.3 Số trạm kết nối 41 3.3.1.4 Liên kết điểm 41 3.3.1.5 Cấu trúc mạng CC-Link 44 3.4 Nguyên lý hoạt động 45 3.5 Lưu đồ giải thuật 47 3.6 Phần mềm .50 3.6.1 GX Programming 50 3.6.2 Cài đặt thông số phần mềm OPC 2017, Intouch Wonderware 58 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN .68 4.1 Tổng quan hiển thị mô Intouch 68 CHƯƠNG TỰ ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 72 5.1 Lỗi thường gặp .72 5.2 Ưu điểm hạn chế hệ thống 72 5.3 Tự đánh giá kết đạt 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC .75 LỜI CẢM ƠN 80 v DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1: Module nguồn Q61P-A2 Hình 2: Các cổng kết nối giao diện bên CPU Hình 3: Bộ xử lý (CPU) Q02HCPU Hình 4: Module QX42 Hình 5: Module QY42P Hình 6: Module Q42AD 10 Hình 7: Module QJ71LP21-25 13 Hình 8: Module QJ61BT11N 14 Hình 9: Sơ đồ sở Q38B .14 Hình 1: Mơ hình hệ thống điều khiển phân bố tiêu biểu 16 Hình 2: Hệ thống SCADA điển hình 22 Hình 2: Cửa sổ ứng dụng Intouch Wonderware 23 Hình 3: Các thuộc tính thiết lập cho đối tượng 24 Hình 4: Giao diện Winzard 25 Hình 5: Cửa sổ Symbol Factory 26 Hình 6: Khởi động chương trình Wonderware 28 Hình 7: Tạo cửa sổ làm việc, project 29 Hình 8: Khởi chạy Winzard chọn đối tượng cần dùng 29 Hình 1: Mơ hình hệ thống bồn trộn 30 Hình 2: Cảm biến U18CAD09PGTI 31 Hình 3: Cấu tạo bên cảm biến 31 Hình 4: Cảm biến áp suất Shanghai 32 Hình 5: Ứng dụng cảm biến áp suất thực tế 33 Hình 6: Hình ảnh van điện từ 33 Hình 7: Cấu tạo van điện từ 34 Hình 8: Máy bơm SAIR KF1 35 Hình 9: Động trộn Nissei NTR FSM-25-20-T010A 35 Hình 10: Role trung gian Omron MY4N-D2 24VDC .37 Hình 11: Sơ đồ nguyên lý rơ le 37 vi Hình 12: Bồn chứa hóa chất 38 Hình 13: Mơ hình trạm 39 Hình 14: Trạm I/O .39 Hình 15: Cụm PLC Mitsubishi họ Q Bao gồm Module Nguồn Q61P-CPU Q02HQJ71LP21-QJ61BT11N-Q64AD-Q62DAN-QD62-QX42-QY42P 40 Hình 16: Sơ đồ mạng truyền thơng CC-Link hệ thống .40 Hình 17: Hệ thống CC-Link 42 Hình 18: Hệ thống CC-Link hệ thống bồn trộn 43 Hình 19: Cáp chuyên dụng CC-Link 43 Hình 20: Module I/O 44 Hình 21: Mơ hình hệ thơng trộn hóa chất 45 Hình 22: Lưu đồ giải thuật hệ thống 47 Hình 23: Cửa sổ chương trình PLC 50 Hình 24: Cài đặt I/O assignment pararameter 51 Hình 25: Cài đặt PLC RAS pararameter 51 Hình 26: Cài đặt PLC system parameter 52 Hình 1: Màn hình điều khiển tồn hệ thống 68 Hình 2: Màn hình đăng nhập dành cho người quản lý 68 Hình 3: Cài đặt thơng số hệ thống .69 Hình 4: Màn hình cảnh báo hệ thống 69 Hình 5: Biểu đồ giám sát mức hóa chất theo thời gian thực .70 Hình 6: Cảnh báo tràn bồn .70 Hình 7: Thơng báo kết thúc chương trình 71 vii DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1: Thông số (CPU) Q02HCPU Bảng 2: Thông số Module QX42 Bảng 3: Thông số module output QY42P Bảng 4: Thông số Module Q64AD .9 Bảng 5: Ý nghĩa đèn module .11 Bảng 6: Ký hiệu Module QJ61BT11N 13 Bảng 1: Thông số kỹ thuật cảm biến U18CAD09PGTI .31 Bảng 2: Thông số động bơm SAIR KF1 35 Bảng 3: Thông số kỹ thuật động trộn Nissei NTR FSM-25-20-T010A .36 Bảng 4: Sự khác chế độ mạng từ xa I/O 42 Bảng 5: Chú thích vùng module 44 Bảng 6: Thông số cài đặt cho hệ thống phần mềm Intouch 58 Bảng 7: Địa trạm I/O 59 Bảng 8: Thông số cài đặt phần mềm OPC 64 viii LỜI MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Ngày với phát triển mạnh mẽ không ngừng khoa học kỹ thuật Nghành điện trước bước bước khơng thể thiếu q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Đặt biệt với đất nước phát triển Việt Nam nghành điện đóng vai trị quan trọng việc đưa nước ta sánh ngang với nước có công nghiệp đại giới Muốn đạt được điều nghành tự động hóa phải phát triển đại Không ngừng tiếp thu công nghệ đại giới đào tạo đội ngũ kỹ sư tự động hóa có trình độ cao để làm chủ cơng nghệ Ngành tự động Việt Nam phát triển ứng dụng rộng rãi trông lĩnh vực đời sống sản xuất Có nhiều hãng tự động nỗi tiếng giới MISUBISHI, OMRON, SIEMENS … Ưu điểm lớn điện tự động hoạt động chế độ bán tự động tự động với độ xác cao hiệu Có thể giảm chi phí lao động đáng kể mang lại hiệu cao sản xuất Xuất phát từ vấn đề với việc thực nhiệm vụ học tập nhà trường Chúng em nhận thấy đề tài “ỨNG DỤNG SCADA ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG BỒN TRỘN HĨA CHẤT SỬ DỤNG GIAO THỨC TRUYỀN THƠNG CC-LINK” thiết thực có khả rộng rãi nên nhóm chúng em định thực đề tài Mục đích đề tài Tìm hiểu kết nối hệ thống SCADA trạm chủ với trạm tớ thông qua giao thức truyền thông cáp CC_link để điều khiển giám sát hệ thống bồn trộn Giữa Intouch, PLC OPC sever Qua giúp mở rộng kiến thức điều quan trọng biết cách làm việc nhóm chuẩn bị kỹ để trở thành kỹ sư tự động hóa tương lai ix Khóa luận tốt nghiệp Phan Hữu Luân - Nguyễn Thị Thủy ENDIF; IF relay == AND step1 == AND cb1 THEN 66 Khóa luận tốt nghiệp Phan Hữu Luân - Nguyễn Thị Thủy Show "END"; step1=13; ENDIF; { } IF step1 == 13 THEN step1 = 0; relay = 0; ENDIF;  Stop code van1 = 0; van2 = 0; van3 = 0; van4 = 0; van5 = 0; van6 = 0; van7 = 0; van8 = 0; bom = 0; tron = 0; thuan = 0; rela = 0;  Reset code van1 = 0; van2 = 0; van3 = 0; van4 = 0; van5 = 0; van6 = 0; van7 = 0; van8 = 0; bom = 0; tron = 0; thuan = 0; setbon1 = 0; setbon2 = 0; setbon3 = 0; cb1 = 0; cb2 = 0; cb3 = 0; setsoluong = 0; setthoigian = 0; soluong = 0; timer = 0; relay = 0;  Application code cb1 = (cb11 - 450) * (22 / (1800 - 500)); IF cb1 22 THEN canhbao = 1; Show "CANHBAO"; ENDIF; 67 Khóa luận tốt nghiệp Phan Hữu Luân - Nguyễn Thị Thủy CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN 4.1 Tổng quan hiển thị mô Intouch Hình 1: Màn hình điều khiển tồn hệ thống Hình 2: Màn hình đăng nhập dành cho người quản lý 68 Khóa luận tốt nghiệp Phan Hữu Luân - Nguyễn Thị Thủy Hình 3: Cài đặt thơng số hệ thống Hình 4: Màn hình cảnh báo hệ thống 69 Khóa luận tốt nghiệp Phan Hữu Luân - Nguyễn Thị Thủy Hình 5: Biểu đồ giám sát mức hóa chất theo thời gian thực Hình 6: Cảnh báo tràn bồn 70 Khóa luận tốt nghiệp Phan Hữu Luân - Nguyễn Thị Thủy Hình 7: Thơng báo kết thúc chương trình 71 Khóa luận tốt nghiệp Phan Hữu Luân - Nguyễn Thị Thủy CHƯƠNG TỰ ĐÁNH GIÁ VÀ KẾT LUẬN 5.1 Lỗi thường gặp Lỗi sập nguồn CC-Link nguồn 24VDC truyền từ mơ hình trạm qua hệ thống mơ hình bồn trộn có khoảng cách xa nên bị sụt áp Dẫn đến kết nối báo lỗi module QJ61BT11N, module I/O Lỗi cấu hình sai trạm CC-Link Do sử dụng hệ thống khác sử dụng chung trạm PLC nên thường xuyên xảy xung dột thông số trạm dẫn đến kết nối CC-Link Lỗi phần cứng mơ hình bồn trộn: Lỗi van không xả không ngắt được: Do hệ thống van cũ nên ron cao su bị chai, nên van thường xuyên bị rò nước lị xo đóng mở van bị hỏng khiến van xả Biện pháp khắc phục thay tất van bị hư hỏng Lỗi máy bơm nước: - Do máy bơm nước cũ không sử dụng thời gian dài nên bị rỉ sét bó trục khơng thể quay - Máy bơm khơng chiều kích theo thơng số nhà sản xuất Biện pháp khắc phục tra dầu nhớt, Tìm cách đấu dây cho máy bơm chạy thuận Lỗi phần mềm: Phần mềm Intouch Wonderware bị giới hạn số lượng tagname 32 tag Nên xuất nhiều hạn chế việc vết scripts, liên kết I/O với PLC tạo cac hiệu ứng giao diện điều khiển Biện pháp khắc phục tối ưu hóa chương trình lập trình scripts define đối tượng giao diện điều khiển 5.2 Ưu điểm hạn chế hệ thống Ưu điểm: 72 Khóa luận tốt nghiệp - Phan Hữu Luân - Nguyễn Thị Thủy Chương trình giao diện điều khiển giám sát lập trình cách tối ưu nhất, thể trực quan trạng thái hệ thống Dễ dàng điều khiển thay đổi thông số Giám sát hoạt động cách xác - Khả áp dụng hệ thống vào thực tế cao Hạn chế: - Tốc độ truyền cáp RS232 mod thấp nên dẫn đến vấn đề trễ tín hiệu từ máy tính xuống hệ thống - Chưa khai thác hết tính hệ thống - Mơ hình cồng kềnh, tính thẩm mỹ chưa cao 5.3 Tự đánh giá kết đạt Tìm hiểu hệ thống scada: - Tìm hiểu sâu phần mềm Intouch Wonderware - Biết số kiến thức lập trình PLC Mitsubishi - Biết cách truyền thơng kết nối trạm thơng qua mạng CC-link Tìm hiểu sâu hệ thống mơ hình phần cứng: - Biết cách sửa chữa nguyên lý hoạt động loại van điện từ - Biết sửa chữa đấu dây động - Tiếp cận loại cảm biến cách sử dụng, ứng dụng Hướng phát triển: - Hệ thống cần cải tiến tối ưu hóa thêm nhiều chức xuất file báo cáo, quản lý lich sử liệu - Kết nối với giao diện người máy HMI - Phát triển theo xu hướng công nghiệp 4.0, Internet of things, truyền thông hệ thống qua mạng Internet 73 Khóa luận tốt nghiệp Phan Hữu Luân - Nguyễn Thị Thủy TÀI LIỆU THAM KHẢO 1) Giáo trình thực hành SCADA, T S Ngơ Thanh Quyền - Th S Lê Long Hồ, Trường đại học Công Nghiệp Tp Hồ Chí Minh 2) Sách SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition_Tác giả Stuart A Boyer, Xuất bản: ISA The Instrumentation, Systems, and Automation Society; 3rd edition 3) Tiêu chuẩn: IEEE C37.1-1994, Definition, Specification, and Analysis of Systems sử dụng cho SCADA điều khiển tự động 4) Tài liệu giáo trình SCADA Link_http://123doc.org/document/1046308-tai-lieu-giao-trinh-scadappt.htm?fbclid=IwAR2eVSLVH_ZCHw_dosw4LIvqDbLDfEe2h1ncEVKVV4 3AjThDjA5W86g_Ato 5) www.mitsubishielectric.com (Mitsubishi lập trình điều khiển logic) 6) https://plcvietnam.com.vn/forum/ 74 Khóa luận tốt nghiệp Phan Hữu Luân - Nguyễn Thị Thủy PHỤ LỤC Sơ đồ đấu nối thiết bị 75 Khóa luận tốt nghiệp Phan Hữu Luân - Nguyễn Thị Thủy 76 Khóa luận tốt nghiệp Phan Hữu Luân - Nguyễn Thị Thủy 77 Khóa luận tốt nghiệp Phan Hữu Luân - Nguyễn Thị Thủy 78 Khóa luận tốt nghiệp Phan Hữu Luân - Nguyễn Thị Thủy 79 Khóa luận tốt nghiệp Phan Hữu Luân - Nguyễn Thị Thủy LỜI CẢM ƠN Nhận phân công Khoa Công Nghệ Điện trường Đại học Cơng Nghiệp Tp Hồ Chí Minh với đồng ý giáo viên hướng dẫn (GVHD) Th S Lê Long Hồ nhóm em gồm sinh viên Phan Hữu Luân Nguyễn Thị Thủy thực tìm hiểu đề tài “ỨNG DỤNG SCADA ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG BỒN TRỘN HÓA CHẤT SỬ DỤNG GIAO THỨC TRUYỀN THƠNG CC-LINK” Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới nhà trường, thầy cô Trường Đại học Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh đặc biệt thầy khoa Công Nghệ Điện tạo điều kiện giúp đỡ chúng em, truyền đạt cho chúng em kiến thức làm tảng vững để hồn thành khóa luận Chúng em xin gửi lời tri ân sâu sắc tới thầy GVHD Th S Lê Long Hồ tận tình hướng dẫn chúng em việc lựa chọn đề tài nghiên cứu, chu đáo cung cấp tài liệu, thông tin sở lý thuyết Giúp chúng em chỉnh sửa thiếu sót trình nghiên cứu thực đề tài Trong q trình nghiên cứu, thực khó tránh khỏi thiếu sót mặt lý thuyết chưa thực đủ hay kinh nghiệm áp dụng thực tế nên nhóm chúng em mong thầy, cô xem xét đánh giá khách quan đóng góp ý kiến để chúng em học hỏi thêm kinh nghiệm hoàn thiện khóa luận cách chỉnh chu Và chúng em xin cảm ơn nguồn động viên, ủng hộ to lớn mặt tinh thần gia đình, bạn bè tạo điều kiện đồng hành chúng em suốt trình nghiên cứu thực để hồn thành tốt khóa luận Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn gửi tới quý thầy cô bạn thật nhiều sức khỏe thành công công việc sống TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2019 SVTH: Phan Hữu Luân Nguyễn Thị Thủy 80 ... Khóa luận tốt nghiệp Phan Hữu Luân - Nguyễn Thị Thủy CHƯƠNG ỨNG DỤNG SCADA ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG BỒN TRỘN HÓA CHẤT SỬ DỤNG GIAO THỨC TRUYỀN THƠNG CC- LINK Hình 1: Mơ hình hệ thống bồn. .. học tập nhà trường Chúng em nhận thấy đề tài ? ?ỨNG DỤNG SCADA ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG BỒN TRỘN HÓA CHẤT SỬ DỤNG GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG CC- LINK? ?? thiết thực có khả rộng rãi nên nhóm chúng... 2.7 Chương trình Scripts 28 CHƯƠNG ỨNG DỤNG SCADA ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG BỒN TRỘN HÓA CHẤT SỬ DỤNG GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG CC- LINK .30 3.1 Thiết bị dùng đề