LV-TIẾN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu, thiết kế triển khai hệ thống điều khiển tự động giám sát lượng cho trạm bơm NGUYỄN QUANG TIẾN Ngành Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Giảng viên hướng dẫn: TS NGUYỄN THU HÀ Viện: Điện HÀ NỘI, 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu, thiết kế triển khai hệ thống điều khiển tự động giám sát lượng cho trạm bơm NGUYỄN QUANG TIẾN Ngành Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Giảng viên hướng dẫn: TS NGUYỄN THU HÀ Chữ ký GVHD Viện: Điện HÀ NỘI, 2020 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Nguyễn Quang Tiến Đề tài luận văn: Nghiên cứu, thiết kế triển khai hệ thống điều khiển tự động giám sát lượng cho trạm bơm Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Mã số SV: CB 180124 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 29/10/2020 với nội dung sau: - Bỏ chữ “chương 1” : Mở đầu - Thêm thích hình vẽ sơ đồ 2.6-2.9, trích dẫn tài liệu tham khảo - Sửa mục 2.2.2 “Giới thiệu dự án" thành “Mô tả yêu cầu tốn” - Việt hóa cho đồng hình 2.5 2.13 - Chỉnh sửa số lỗi tả Ngày Giáo viên hướng dẫn TS Nguyễn Thu Hà tháng năm 2020 Tác giả luận văn Nguyễn Quang Tiến CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TS Nguyễn Hoài Nam LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc tới người trực tiếp hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Thu Hà Cô tạo điều kiện gợi mở cho tơi nhiều ý tưởng, ln tận tình hướng dẫn suốt thời gian nghiên cứu thực luận án Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn tới giáo Đinh Thị Lan Anh, anh Trần Thanh Hà, Giám đốc Công ty Cổ phần Giải pháp Công nghệ ELANI tạo điều kiện thuận lợi cho làm việc, cung cấp nhiều thông tin, kiến thức quan trọng tham gia trực tiếp thực tế để tơi hồn thiện đề tài Đồng thời tơi xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô môn Điều khiển tự động – Viện Điện, nhiệt tình có góp ý xây dựng để tơi hồn thành luận văn Tơi xin trân trọng cảm ơn tới Ban giám hiệu, Viện đào tạo sau đại học, Viện điện - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập nghiên cứu để hồn thành luận văn Hà Nội, ngày tháng Tác giả năm 2020 Nguyễn Quang Tiến MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iii DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU iv DANH MỤC HÌNH VẼ v MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG, GIÁM SÁT NĂNG LƯỢNG 1.1 Tổng quan hệ thống điều khiển tự động, giám sát lượng 1.2 Mơ hình phân cấp hệ thống 1.2.1 Mơ hình phân cấp 1.2.2 Chức năng, nhiệm vụ cấp 1.3 Các thiết bị hệ thống 1.3.1 Các thiết bị điều khiển giám sát 1.3.2 Các thiết bị điều khiển tự động 1.3.3 Giao thức truyền thông 10 1.3.4 Các thiết bị phụ trợ 13 1.4 Các giải pháp điều khiển giám sát lượng 14 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, TRIỂN KHAI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG, GIÁM SÁT NĂNG LƯỢNG CHO CÁC TRẠM BƠM 16 2.1 Các tiêu chuẩn thiết kế 16 2.2 Cơng nghệ tốn đặt cho trạm bơm 16 2.2.1 Công nghệ trạm bơm 16 2.2.2 Mô tả yêu cầu toán 17 2.2.3 Yêu cầu toán đặt 18 2.3 Tính tốn lựa chọn thiết bị 19 2.3.1 Hệ thống thiết bị điều khiển, giám sát, thu thập liệu 20 2.3.2 Thiết bị trường 24 2.3.4 Truyền dẫn cấp nguồn 27 2.4 Triển khai hệ thống điều khiển giám sát lượng trạm bơm 27 2.4.1 Sơ đồ cấu trúc mạng cấu trúc điều khiển 27 2.4.2 Sơ đồ đấu nối thiết bị hệ thống điều khiển giám sát lượng trạm bơm Ngòi Hiêng 29 2.4.3 Phần mềm lập trình, thuật tốn lưu đồ 33 2.5 Giao diện điều khiển biểu đồ báo cáo 39 i 2.5.1 Giao diện hình điều khiển (HMI) 39 2.5.2 Biểu đồ lượng biểu mẫu báo cáo 43 KẾT LUẬN 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 PHỤ LỤC 51 ii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Giải thích CPU Central Processing Unit (Bộ xử lý trung tâm) HMI Human- Machine Interface (Giao diện người – máy) I/O Input/ Output (Đầu vào/ đầu ra) GUI Graphical User Interface (Giao diện đồ họa người dùng) PLC Programmable Logic Controller (Bộ điều khiển Logic khả trình) RAM Random Access Memory (Bộ nhớ truy cập tạm thời) RTU Remote Terminal Units (Thiết bị đầu cuối) SCADA Supervisory Control And Data Acquisition (Điều khiển giám sát thu thập liệu) WinCC Windows Control Center (Trung tâm điều khiển máy tính) iii DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU Bảng 2.1 Bảng lựa chọn thiết bị hệ thống điều khiển giám sát lượng trạm bơm 26 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống SCADA Hình 1.2 Sơ đồ phân cấp chức hệ thống điều khiển giám sát [10] Hình 1.3 Máy chủ (Server) Hình 1.4 Máy trạm (Workstation) Hình 1.5 Giao diện HMI Hình 1.6 Bộ điều khiển PLC Hình 1.7 Cấu trúc PLC Hình 1.8 Module I/O 10 Hình 1.9 Các chuẩn truyền thông công nghiệp [9] 11 Hình 1.10 Chuẩn truyền thơng nối tiếp[5] 11 Hình 1.11 Chuẩn truyền thông Modbus [5] 11 Hình 1.12 Chuẩn truyền thơng Profibus [5] 12 Hình 1.13 Chuẩn truyền thơng Profinet [5] 13 Hình 1.14 Hệ thống giám sát lượng Schneider [8] 14 Hình 1.15 Hệ thống giám sát lượng Siemens 15 Hình 2.1 Dự án trạm bơm Ngòi Hiêng 17 Hình 2.2 Mặt tổng thể trạm bơm Ngòi Hiêng 18 Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc điều khiển thu thập liệu trạm bơm Ngịi Hiêng 19 Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc mạng cho trạm bơm Ngòi Hiêng 27 Hình 2.5 Sơ đồ điều khiển cho trạm bơm Ngòi Hiêng 28 Hình 2.6 Sơ đồ kết nối đầu vào số bơm 29 Hình 2.7 Sơ đồ kết nối đầu số bơm 30 Hình 2.8 Sơ đồ kết nối Modbus trạm bơm Ngòi Hiêng 31 Hình 2.9 Sơ đồ tín hiệu điều khiển bơm 32 Hình 2.10 Cấu trúc triển khai phần mềm 33 Hình 2.11 Lưu đồ lập trình tổng thể trạm bơm 34 v Hình 2.12 Lưu đồ lập trình chế độ Auto 35 Hình 2.13 Cấu trúc chương trình trạm bơm Ngịi Hiêng 35 Hình 2.14 Chương trình trạm bơm 36 Hình 2.15 Chương trình đọc thiết bị Modbus 37 Hình 2.16 Chương trình điều khiển động bơm 37 Hình 2.17 Chương trình thiết lập mức nước bể 38 Hình 2.18 Chương trình tổng hợp cảnh báo lỗi hệ thống 39 Hình 2.19 Màn hình trạm bơm 40 Hình 2.20 Giao diện cài đặt thông số mức nước bể chứa 40 Hình 2.21 Giao diện cài đặt thơng số cảnh báo nhiệt độ bảo vệ động 41 Hình 2.22 Single line kết nối đồng hồ với bơm để lấy tín hiệu 41 Hình 2.23 Báo lỗi bật tắt bơm 42 Hình 2.24 Giao diện hiển thị thông số tham chiếu bơm 42 Hình 2.25 Biểu đồ tổng hợp liệu lượng theo ngày 44 Hình 2.26 Dữ liệu lượng tiêu thụ theo 45 Hình 2.27 Dữ liệu lượng tiêu thụ theo ngày 46 Hình 2.28 Mẫu Exel báo cáo lượng tiêu thụ theo 47 Hình 2.29 Mẫu Exel báo cáo lượng tiêu thụ theo ngày 47 Hình 2.30 Một số hình ảnh thi cơng thực tế lắp đặt tủ PLC, tủ điều khiển giám sát hệ thống trạm bơm Ngòi Hiêng 48 vi