Điều khiển và giám sát hệ thống điện hạ áp sử dụng plc s7 300 mô phỏng trên phần mềm wincc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: SCADA ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG ĐIỆN HẠ ÁP SỬ DỤNG PLC S7 300 MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀN WINCC Giảng viên hướng dẫn : ThS Đinh Văn Nam Cán phản biện : ThS Phạm Hồng Nam Sinh viên thực : Tơ Thế Quyền MSSV : 135D5103010002 Lớp : 54K1 - CNKT Điện, Điện tử Vinh, tháng 01 năm 2018 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……., ngày … tháng năm 2018 Giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………., ngày… tháng …, năm 2018 Giáo viên phản biện MỤC LỤC CHƯƠNG I KHÁI QUÁT CHUNG VỀ SCADA 1.1 Khái niệm chung SCADA 1.1.1 Định nghĩa 1.1.2 Chức vai trò 1.1.3 Các ứng dụng vào thực tế so sánh lợi với hệ cũ .8 1.1.4 Kết cấu hệ SCADA 1.1.5 Phần cứng phần mềm hệ SCADA: 1.1.6 Truyền tin hệ SCADA 1.1.7 Ứng dụng công tác điều độ hệ thống điện Việt Nam 1.1.8 Nguyên lý làm việc hệ thống SCADA .10 1.1.9 Ứng dụng SCADA lưới điện .11 1.2 Lợi ích việc sử dụng SCADA trạm 13 1.2.1 Lợi ích thiết kế xây dựng trạm 13 1.2.2 Lợi ích vận hành 13 1.2.3 Lợi ích bảo trì hệ thống 14 1.2.4 Tăng cường tính tin cậy hệ thống 14 1.3 Tổ chức SCADA trạm 14 1.3.1 Tổ chức SCADA .14 1.3.2 Lựa chọn hệ điều hành .15 1.3.3 Triển khai xây dựng phần mềm cho SCADA trạm 17 1.4 Trạm điện SCADA trạm 17 1.4.1 SCADA hệ thống điện lực 17 1.4.2 Các loại hình SCADA hệ thống điện 18 CHƯƠNG II 21 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC 21 2.1 Đặc điểm điều khiển lập trình 21 2.2 Những khái niệm 22 2.3 Cấu trúc phần cứng PLC 23 2.4 Khái niệm vấn đề lập trình PLC .24 2.4.1 Giải thích chương trình ladder .24 2.4.2 Ngõ vào ngõ 25 2.4.3 Rơ le ( -( ) -) 25 2.4.4 Thanh ghi (Register) 26 2.4.5 Bộ đếm 27 2.4.6 Bộ định thời gian ( Timer ) 27 2.4.7 Tập lệnh PLC 28 CHƯƠNG III 29 TỔNG QUAN VỀ WINCC .29 3.1 Khái niệm chung .29 3.2 Các bước thực dự án 31 3.3.1 Chức Graphic Designer 36 3.3.2 Cách tạo trang đồ hoạ 36 CHƯƠNG IV 38 THIẾT KÊ HỆ THỐNG SCADA ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG ĐIỆN HẠ ÁP SỬ DỤNG PLC S7-300 MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀN WINCC 38 4.1 Mục tiêu đề thiết kế hệ thống SCADA 38 4.2 Tổng hợp tín hiệu cho cấp điện áp 38 4.3 Bù công suất phản kháng 39 4.3.1 Khái niện bù công suất phản kháng 39 4.3.2.Tại phải bù công suất phản kháng .39 4.3.3 Lợi ích nâng cao hệ số công suất cosφ 40 4.3.4 Cách tính cơng suất phản kháng cần bù 40 4.3.5 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất phản kháng 40 4.3 Chương trình điều khiển 43 4.3.1 Giao diện WinCC .43 4.3.2 Giao diện lập trình PLC 44 LỜI CẢM ƠN Sau tuần thực hiện, đến đồ án em hoàn thành Việc thực đồ án gặp nhiều khó khăn kiến thức cịn hạn chế nguồn tài liệu thiếu kinh nghiệm thực tế nhiên với giúp đỡ hướng dẫn thầy Viện Kỹ Thuật Và Cơng Nghệ nói chung thầy cô ngành Công Nghệ Và Kỹ Thuật Điện - Điện Tử nói riêng bạn lớp nên đến đồ án em hoàn thành tiến độ Nhân đây, em xin chân thành cám ơn thầy cô môn kỹ thuật điện đặc biệt thầy Th.S Đinh Văn Nam thầy cô giáo môn Viện Và lần nửa xin cám ơn tất thầy cô bạn giúp đỡ động viên em suốt trình thực đồ án Xin trân thành cám ơn Vinh, ngày 10 tháng 05 năm 2018 Sinh viên thực Tô Thế Quyền LỜI MỞ ĐẦU Với su hướng cơng nghiệp hóa đất nước ứng dụng cơng nghệ vào sản xuất cơng tác quản lí ngày mở rộng áp dụng ngày rộng rãi Và ngành kỹ thuật điện hệ thống quản lí phần mềm mở rộng SCADA hệ thống quản lí thu nhập liệu, giám sát điều khiển từ xa đại mà nước dần áp dụng vào hệ thông điện nước ta Và xin giới thiệu đến bạn cấu tạo, nguyên lý hoạt động ứng dụng SCADA vào hệ thống điện Việt Nam Do hạn chế kinh nghiệm thực tiễn, nguồn tài liệu hạn chế kiến thức thực tế thời gian nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót mong thầy bạn thơng cảm bỏ qua góp ý thêm để đồ án hồn chỉnh Em xin trân thành cám ơn CHƯƠNG I KHÁI QUÁT CHUNG VỀ SCADA 1.1 Khái niệm chung SCADA 1.1.1 Định nghĩa SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) hệ thống thu thập liệu, giám sát điều khiển trình từ xa Người vận hành nhận biết điều khiển hoạt động thiết bị thơng qua máy tính mạng truyền thơng Nói cách khác, SCADA thường dùng để tất hệ thống máy tính thiết kế để thực chức sau: + Thu thập liệu từ thiết bị công nghiệp cảm biến + Xử lý thực phép tính liệu thu thập + Hiển thị liệu thu thập kết xử lý + Nhận lệnh từ người điều hành gửi lệnh đến thiết bị nhà máy + Xử lý lệnh điều khiển tự động tay cách kịp thời xác 1.1.2 Chức vai trị Mỗi hệ thống sản xuất công nghiệp thường tổ chức theo nhiều cấp quản lý Mỗi cấp có nhiệm vụ đo lường, thu thập điều khiển giám sát riêng lên đối tượng cụ thể hệ thống Chính việc SCADA cho hệ thống sản xuất công nghiệp phân cấp SCADA cụ thể, tuỳ vào quy mơ cấp mà có yêu cầu cụ thể khác song nói chung cấp SCADA phải thực dịch vụ sau: + Thu thập số liệu từ xa (qua đường truyền số liệu) số liệu sản xuất tổ chức việc lưu trữ nhiều loại sở số liệu (số liệu lịch sử sản xuất, kiện thao tác, báo động…) + Điều khiển giám sát hệ sản xuất cở sở liệu thu thập + Thực công tác truyền thơng số liệu ngồi hệ (đọc/viết số liệu PLC/RTU, trả lời tin yêu cầu từ cấp số liệu, thao tác hệ) + Nhìn chung SCADA kết hợp phần cứng phần mềm theo phương thức truyền thơng để tự động hố việc quản lý giám sát, điều khiển cho đối tượng công nghiệp Và ta nhận thấy xu tự động hoá xu tránh khỏi việc áp dụng toán SCADA việc làm tất yếu không muốn tụt hậu sản xuất Vai trị rõ ràng, SCADA giúp ta thu thập xác hệ thống từ đưa định đắng hệ, đồng thời ta dễ dàng công tác điều khiển định Việc làm giảm đáng kể việc chi phí vấn đề nhân lực, vận hành điều góp phần đáng kể việc giảm giá thành sản phẩm, tăng sức cạnh tranh 1.1.3 Các ứng dụng vào thực tế so sánh lợi với hệ cũ Các hệ thống SCADA dùng cho hệ thống điện, hệ thống xe lửa, nhà máy nước sạch, trạm xử lý nước sạch, hàng hải… Hệ thống SCADA ngành điện Việt nam chia thành ba cấp: cấp quốc gia, cấp Bắc Trung Nam cấp tỉnh Khi hệ thống trở thành phức tạp hơn, có cấp huyện Trung tâm điều độ quốc gia theo dõi điều khiển nhà máy phát điện, đường dây/trạm 500kV đường dây/trạm 220kV lớn Ba trung tâm điều độ miền theo dõi điều khiển đường dây/trạm 220kV đường dây/trạm 110kV lớn khu vực Các trung tâm điều độ cấp tỉnh theo dõi điều khiển hệ thống phân phối điện khu vực Các hệ thống SCADA dùng RTU ngày thay PLC, hệ SCADA cho hệ thống điều độ điện cấp quốc gia hay miền ngày theo xu Việc xây dựng hệ thống SCADA dùng PLC đem lại lợi sau: + Kinh phí thấp nhiều + Các hệ điều khiển cũ có nhiều tủ, bảng, khố, nút ấn… Do chúng cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích Ngồi cịn khó khăn việc lắp đặt, kiểm định, vận hành, giám sát, bảo dưỡng Tuy nhiên công việc đơn giản sử dụng hệ SCADA dùng PLC + Các kỹ sư Việt Nam dễ tiếp cận với công nghệ PLC khả năngthiết kế, nâng cấp làm chủ cơng nghệ dễ dàng + Mua thiết bị dễ dàng + Dễ bảo dưỡng thay thiết bị + Đặc biệt với hệ SCADA việc thu thập, lưu trữ, báo cáo, thống kê, phân tích hệ thống dễ dàng + Các hệ thống SCADA trở nên đơn giản phổ biến tương lai lẽ thiết bị lĩnh vực tự động hoá phát triển mạnh 1.1.4 Kết cấu hệ SCADA Nói cách đơn giản, hệ thống SCADA có ba phần: Các PC phòng điều khiển trung tâm, RTU( remote terminal unit) hay PLC(programable logic controller) trạm xa thiết bị thông tin để kết nối hai phần với SCADA tương tự phần HMI hệ thống DCS: Hiển thị, điều khiển từ phòng điều khiển trung tâm, thu thập liệu, quản lý số liệu, quản lý báo động, báo cáo Các hệ thống SCADA cũ chạy môi trường DOS, VMS hay UNIX Các hệ thống chạy Windows, Linux 1.1.5 Phần cứng phần mềm hệ SCADA: 1.1.5.1 Phần cứng Tuỳ thuộc vào hãng chế tạo, hệ SCADA mang số đặc điểm khác nhau, nhiên nói chung phần cứng hệ SCADA gồm phần sau: + Máy tính PC với dịch vụ truyền thơng chuẩn chương trình giao diện đồ hoạ thiết kế sẵn + Các điều khiển logic có khả lập trình PLC (Programmable Logic Controller) + Các transmitter/RTU số thông minh + Card mạng hệ thống cáp nối theo phục vụ cho trình thu thập điều khiển 1.1.5.2 Phần mềm Phần mềm SCADA chương trình thực nhiệm vụ cụ thể hệ SCADA Phần mềm phải có khả thu thập liệu theo thời gian thực có khả điều khiển đáp ứng yêu cầu kỹ thuật hệ thống Ngồi ra, phần mềm SCADA phải có khả kết nối mạng, chẳng hạn Internet hay Ethernet, để chuuyển báo cáo nhiều hình thức khác nhau, dạng bảng thống kê, dạng biểu đồ hay dạng đồ thị 1.1.6 Truyền tin hệ SCADA Các dạng truyền tin hệ SCADA - Ngoài việc sử dụng máy tính cơng nghiệp, Server, thiết bị mạng… phòng theo dõi trung tâm Một phận thiếu hệ thống SCADA hệ thống truyền tin Nó liên quan đến tính ổn định xác hệ thống Vì vậy, hệ truyền tin chọn hệ SCADA phải thoả mãn tiêu chuẩn như: giải tốc độ truyền, giao thức truyền thông, truyền đồng bô hay dị bộ, khoảng cách địa lý… Hệ thống truyền tin chọn phải tương thích với thiết bị trường máy chủ Server Một số thiết bị sử dụng để truyền liệu hệ SCADA sau: Modem RDT (Radio Data Technology) Anh quốc có loại truyền sóng Radio, vơ tuyến; thiết bị thu phát sóng Motorola, RTU, GPS Tuỳ theo mơ hình, phạm vi hệ SCADA mà ta áp dụng loại thiết bị phát huy hết tính tác dụng 1.1.7 Ứng dụng công tác điều độ hệ thống điện Việt Nam Quá trình phát triển cơng nghệ điều khiển hệ thống điện: Từ năm 1970, hệ thống máy tính ứng dụng rộng rãi trung tâm điều độ hệ Hình 4.4: Giao diện WinCC thực chạy mơ Hình 4.5: Giao diện WinCC chạy chế độ AUTO 4.3.2 Giao diện lập trình PLC 4.3.2.1 Bảng symbol hệ thống Hình 4.6: Bảng symbol hệ thống 4.3.2.2 Chương trình Ladder Hình 4.7 Chương trình Ladder Kết luận Qua trình làm đồ án tốt nghiệp Thiết kế SCADA điều khiển giám sát hệ thống điện hạ áp sử dụng PLC S7 300 mô phần mền Win CC giúp đỡ thầy cô giáo giảng dạy Đặc biệt hướng dẫn tận tình thầy giáo Đinh Văn Nam, bạn đồng nghiệp hoàn thành nội dung đồ án Nội dung đồ án chủ yếu tìm hiểu cơng nghệ, đặc điểm trình vận hành hệ thống SCADA giám sát điểu khiển hệ thống đáp ứng yêu cầu công nghệ đồ án đặt Tuy thân có nhiều cố gắng thời gian có hạn, điều kiện tài liệu khó khăn khả có hạn nên khơng tránh khỏi sai sót, mong đóng góp ý kiến thầy bạn đồng nghiệp Chân thành cảm ơn! Sinh viên Tơ Thế Quyền DANH MỤC HÌN Hình 1.1: Hệ thống SCADA lưới điện .9 Hình 1.2: Sơ đồ cấp SCADA hệ thống điện Việt Nam 17 Hình 2.1: Sơ đồ khối bên PLC 19 Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc bên PLC 22 Hình 2.3a: Mạch điện ladder điều khiển động 23 Hình 2.3b: Chương trình ladder điều khiển 23 Hình 2.4: Ngõ vào/ra PLC 23 Hình 3.1: Cấu trúc dự án nhiều người dùng 28 Hình 3.2: Cấu trúc dự án nhiều máy khách 29 Hình 3.3: Tạo project .30 Hình 3.4: Đặt tên cho đề tài 30 Hình 3.5: Kết nối PLC S7-300 với WinCC 32 Hình 3.6: Tạo Tag 33 Hình 3.7: Tạo biến Tag 34 Hình 4.1: Mơ tả mối quan hệ loại cơng suất điện, bù cơng suất phản kháng……….………………………………………………………………………37 Hình 4.2: Sơ đồ vị trí lắp tụ bù mạng điện………………… …… …… 40 Hình 4.3: Giao diện WinCC thiết kế 41 Hình 4.4: Giao diện WinCC thực chạy mơ phỏng… ……… …………42 Hình 4.5: Giao diện WinCC chạy chế độ AUTO…………………… …….…42 Hình 4.6: Bảng symbol hệ thống 43 Hình 4.7: Chương trình Ladder 49 DANH MỤC BẢNG Bảng1.1: Dưới tóm tắt sơ lược cấp quản lý việc phân bổ điện Bảng 2.1: So sánh đặc tính kỹ thuật hệ thống điều khiển Bảng 3.1: Cấu hình tối thiểu PC để hỗ trợ WinCC TÀI LIỆU THAM KHẢO https://tailieu.vn/doc/do-an-scada-trong-he-thong-dien-1279220.html 2.https://123doc.org/document/3998270-do-an-tim-hieu-ung-dung-scada-trong-hethon-dien-1-028.htm http://dtech.vn/cong-suat-phan-khang-gp-83.htm https://www.youtube.com/watch?v=KuVAKIr_fUM&t=361s Giáo trình PLC S7-300 _Lý thuyết ứng dụng_Đại học SPKT TpHCM giaotrinhwincc_he_thong_scada.pdf ... 38 THIẾT KÊ HỆ THỐNG SCADA ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG ĐIỆN HẠ ÁP SỬ DỤNG PLC S7- 300 MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀN WINCC 38 4.1 Mục tiêu đề thiết kế hệ thống SCADA 38... hoạ kích OK CHƯƠNG IV THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG ĐIỆN HẠ ÁP SỬ DỤNG PLC S7- 300 MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀN WINCC 4.1 Mục tiêu đề thiết kế hệ thống SCADA * Giao diện SCADA/HMI... Dầncác phần mềm chuyên dụng phục vụ quản lý, điều hành hệ thống điện đời Vào đầu năm 1980, hầu hết trung tâm điều khiển hệ thống điện lớn giới trang bị ? ?Hệ thống thu thập liệu giám sát điều khiển? ??