Lƣu đồ chƣơng trình điều khiển tầng SLM A đƣợc trình bày trên hình 3.9. Chức năng chình của lƣu đồ là đóng các van SDV-0201A, SDV-0202A, SDV-0501A,
61
SDV-0502A để cách ly hệ SLM khi có tín hiệu báo mức rất cao hoặc nhiệt độ cao ở các bình V201A, V202A, V203A. Ngoài ra đóng các van xả ra Condensate khi có tín hiệu báo mức rất thấp của các bình.
62
Hình 3.9. Lƣu đồ chƣơng trình giám sát và điều khiển tầng SLM A Lƣu đồ chƣơng trình điều khiển tầng SLM B hoàn toàn tƣơng tự tầng SLM A. Ngoài ra, hệ thống bao gồm các tín hiệu báo lỗi chung bảo vệ thiết bị. Khi có tín
63
hiệu này thì dừng thiết bị và một phần quá trình công nghệ nơi chịu ảnh hƣởng của thiết bị đó.
64
CHƢƠNG 4. THIẾT LẬP GIAO DIỆN GIÁM SÁT VÀ MÔ PHỎNG
4.1.Thiết lập giao diện vận hành. 4.1.1. Giới thiệu phần mềm WinCC
WinCC (Windows Control Center) là phần mềm tích hợp giao diện ngƣời máy IHMI (Intergrate Human Machine Interface) đầu tiên cho phép kết hợp phần mềm điều khiển với quá trình tự động hoá. Những thành phần dễ sử dụng của WinCC giúp tích hợp những ứng dụng mới hoặc có sẵn mà không gặp bất kỳ trở ngại nào. Đặc biệt với WinCC, ngƣời sử dụng có thể tạo ra một giao diện điều khiển giúp quan sát mọi hoạt động của quá trình tự động hoá một cách dễ dàng.
Phần mềm này có thể trao đổi trực tiếp với nhiều loại PLC của các hãng khác nhau nhƣ: SIEMENS, MITSUBISHI, ALLEN BRADLEY,... Nhƣng nó truyền thông rất tốt với PLC của hãng SIEMENS. Nó dƣợc cài đặt trên máy và tính giao tiếp với PLC thông qua cổng COM1 hoặc COM2 (chuẩn RS-232) của máy tính. Do đó, cần phải có một bộ chuyển đổi từ chuẩn RS-232 sang chuẩn RS-485 của PLC.
WinCC còn có đặc điểm là đặc tính mở. Nó có thể sử dụng một cách dễ dàng với các phần mềm chuẩn và phần mềm của ngƣời sử dụng, tạo nên giao diện ngƣời-máy đáp ứng nhu cầu thực tế một cách chính xác. Những nhà cung cấp hệ thống có thể phát triển ứng dụng của họ thông qua giao diện mở của WinCC nhƣ một nền tảng để mở rộng hệ thống.
4.1.2. Cấu hình phần cứng trong WinCC
Trong WinCC Explorer → New → Single-User Project để khởi tạo chƣơng trình.Tiếp tục chọn Tag Management → Add new driver → SIMATIC S7 Protocol Suite để tạo liên kết giữa PLC và WinCC. Sử dụng giao thức MPI để giao tiếp giữa
65
PLC và WinCC. Sử dụng giao thức Profibus để giao tiếp giữa PLC và các module ET200M mở rộng.
Xây dựng cơ sở dữ liệu: Tùy thuộc vào chƣơng trình trong PLC mà ta đƣa các biến cần giám sát lên màn hình WinCC hoặc đƣa thêm các điều khiển vào WinCC trong trƣờng hợp muốn can thiệp trực tiếp vào quá trình hoạt động của hệ thống.
Hình 4.1. Khai báo các biến điều khiển và giám sát
66
Thiết kế màn hình giám sát: Chọn Graphics Designer → New picture. Sử dụng các chức năng Color Palette, ObjectPalette, Style Palette, Alignment Palette, Zoom Palette, Menu bar, Tool bar, Font Palette, Layer Palette…để thiết kế màn hình giám sát phù hợp với yêu cầu của công việc. Việc thiết kế màn hình giám sát cũng đƣợc yêu cầu bố trí một cách hợp lý sao cho thuận tiện cho việc giám sát, vận hành hệ thống.
4.1.3. Cấu hình cho cấp điều khiển giám sát
Để cấu hình hệ thống với một máy tính server có chức năng nhƣ trạm kỹ thuật và 2 máy tính khách có chức năng nhƣ trạm vận hành thì trên máy tính server cần cài đặt gói phần mềm WinCC Web Navigator Server và trên máy khách cần cài WinCC Web Navigator Client. Các máy tính này cần kết nối với nhau qua mạng LAN.
Cấu hình server cho máy chủ nhƣ sau: Chọn Web Navigator → Web Configurator … nhập tên trang web tại ô “Name of the web site” và cài đặt địa chỉ IP tại “IP Adress”. Sau đó nhấn “Finish” để hoàn thành cài đặt Web server. Sau đó cần phát hành các trang giao diện đồ họa lên web.
Trên máy tính khách nhập địa chỉ IP của máy tính server trên thanh địa chỉ của trình duyện Internet Explorer. Ví dụ http://192.168.1.100 và nhấn phím “Enter”. Một cửa sổ hiện ra yêu cầu nhập tên đăng nhập và password đã đƣợc khai báo trên máy tính server. Máy khách có thể điều khiển và giám sát hệ thống tùy theo cài đặt quy định bởi máy tính server
4.1.4. Thiết kế các màn hình giám sát và vận hành a. Màn hình khởi động a. Màn hình khởi động
67
- LOGIN: Nút bấm yêu cầu ngƣời dùng đăng nhập để có thể truy cập vào các màn hình giám sát. Điều này đảm bảo rằng chỉ có những ngƣời có quyền hạn mới đƣợc sự dụng các chức năng của hệ thống.
- MAIN: Nút bấm chuyển đến giao diện giám sát và điều khiển tầng Topside sau khi đã đăng nhập thành công. Màn hình giao diện giám sát và điều khiển tầng Topside nhƣ hình 4.5.
Ngoài ra trên giao diện còn thể hiện tên trƣờng và tên đề tài luận văn giống nhƣ trang bìa của luận văn này. Trong thực tế trang này thƣờng thể hiện đến tên chức năng của hệ thống và hình ảnh, biểu đồ tổng quan về hệ thống
68
b. Hình nền của các trang hệ thống
Hình nền cho các trang hệ thống đƣợc thiết kế nhƣ hình 4.4 gồm có 3 phần: - Phần thông tin: gồm logo, tên, địa chỉ website và số điện thoại của công ty thiết kế hệ thống.
- Phần danh sách alarm lish rút gọn: Là 4 dòng đầu của trang ALARM trong danh sách cảnh báo lỗi. Những lỗi này thƣờng là các lỗi mới nhất đang có của hệ thống chƣa đƣợc xác nhận nếu hệ thống đang xảy ra một cảnh báo lỗi nào đó.
- Thanh chỉ dẫn: Khi bấm vào các nút ấn thì trang màn hình giao diện giám sát tƣơng ứng xuất hiện. Ngoài ra, còn có 2 đèn đỏ và xanh tƣơng ứng cho đèn cảnh báo APS và ESD. Đèn này sẽ nhấp nháy theo nhịp của còi báo toàn dàn khi xảy ra lỗi
69
c. Trang giao diện cho tầng Topside
Màn hình trang giao diện TOPSIDE đƣợc thiết kế nhƣ hình 4.5 gồm các bình V- 101, V-301 và V-401. Giao diện thể hiện tổng quan về kết nối giữa các bình ở tầng Topside. Trên đồ họa mỗi bình sẽ có 2 đèn hiện thị mức rất cao và rất thấp. Khi có tín hiệu cảnh báo đèn sẽ có màu đỏ. Góc trên bên phải là nhiệt độ của bình. Các van ở đây bao gồm van chặn XV và van xả BDV. Khi hệ thống đang hoạt động bình thƣờng van chặn XV sẽ mở và van xả BDV sẽ đóng. Van sẽ có màu xanh khi ở trạng thái hoạt động bình thƣờng và màu sẫm khi có lỗi làm thay đổi trạng thái van. Biểu tƣợng đèn hình tròn tƣợng trƣng cho cảnh báo áp suất. Khi có cảnh báo áp suất ở các vị trí tƣơng ứng thì đèn sẽ nháy đỏ. Góc bên trái phía trên là biểu tƣợng cho trạng thái các nguồn cấp cho giàn, gồm nguồn 24VDC, 220V và nguồn lấy từ PR3.
70
Ở góc phải phía trên màn hình còn có nút nhấn PANEL, khi nhấn nút này một cửa sổ nhỏ hiện lên ở góc phía trên bên phải màn hình (che lấp phần thông tin của màn hình nền). Cửa sổ này bao gồm các nút nhấn và các đèn hiển thị cảnh báo nhƣ hình 4.5. Cửa sổ này có ở tất cả các trang giao diện khác.
Hình 4.6. Cửa sổ cho nút nhấn và đèn báo
d. Trang giao diện cho tầng SLM
71
Màn hình trang giao diện SLM đƣợc thiết kế nhƣ hình 4.7 gồm các bình V- 201A/B, V-202-A/B, V-303A/B. Giao diện thể hiện tổng quan về kết nối giữa các bình ở tầng SLM A và B. Các kiểu hiện thị cảnh báo lỗi hoàn toàn tƣơng tự với tầng Topside
e. Trang giao diện cho tầng Fuel Gas
Màn hình trang giao diện FUELGAS đƣợc thiết kế nhƣ hình 4.8. gồm 2 bình tách lọc F-501 A/B , thiết bị sấy E-501 và cụm đo khí đầu ra PK-201. Giao diện thể hiện tổng quan về kết nối giữa các thiết bị. Các kiểu hiện thị cảnh báo lỗi cũng hoàn toàn tƣơng tự với tầng Topside.
72
f. Màn hình cảnh báo lỗi
Màn hình trang giao diện danh sách lỗi ALARM đƣợc thiết kế nhƣ hình 4.8. Toàn bộ cảnh báo lỗi sẽ đƣợc hiện thị trên trang này. Ở các dòng cảnh báo lỗi sẽ có 3 màu chính:
- Màu đỏ: là các cảnh báo lỗi đang có của hệ thống và ngƣời vận hành chƣa xác nhận bằng cách nhấn nút .
- Màu vàng: là các cảnh báo lỗi đang có và ngƣời vận hành đã xác nhận lỗi. - Màu xám: là các cảnh báo lỗi đã có và mất đi nhƣng chƣa đƣợc ngƣời vận hành xác nhận.
73
h. Trang giao diện khống chế tín hiệu cảnh báo
Màn hình trang giao diện khống chế tín hiệu cảnh báo OVERRIDE đƣợc thiết kế nhƣ hình 4.9. Trang này hiện thị các tín hiệu cảnh báo có thể khống chế đƣợc để tránh tác động của những tín hiệu này đến hoạt động của giàn. Khi ngƣời vận hành nhận thấy một cảnh báo có thể khắc phục đƣợc thì nhấn vào nút để tránh tác động của nó, lúc này nút nhấn chuyển sang màu xanh. Khi có cảnh báo lỗi đèn báo lỗi tƣơng ứng sẽ chuyển sang màu đỏ.
Hình 4.10. Trang giao diện khống chế tín hiệu cảnh báo
4.2. Mô phỏng
74
Hình 4.11. Khởi động PLCSim phục vụ mô phỏng
PLCSIM là một phần mềm thuộc gói phần mềm STEP 7 do hãng Siemens của Đức sản xuất, dùng để mô phỏng hoạt động của một PLC thực. PLCSIM giúp cho ngƣời sử dụng chạy và kiểm tra chƣơng trình điều khiển mà không cần kết nối với PLC thực. Đồng thời cho phép mô phỏng hoạt động của PLC trong một vòng quét hay liên tiếp nhiều vòng quét, thay đổi chế độ hoạt động của PLC mô phỏng (STOP, RUN, RUN - P) nhƣ một PLC thực.
4.2.2. Tiến hành mô phỏng
Quá trình mô phỏng sử dụng các phần mềm: STEP7, WinCC và PLCSIM. Ngoài việc mô phỏng các tín hiệu với PLCSIM, ta còn có thể sử dụng công cụ “WINCC TAG SIMULATOR” để mô phỏng các tín hiệu cho chƣơng trình.
Trình tự mô phỏng tiến hành theo các bƣớc sau:
75
- Chạy chƣơng trình WinCC đã thực hiện.
- Thay đổi các thông số và giá trị mô phỏng sử dụng PLCSIM và WINCC TAG SIMULATOR.
- Quan sát trên màn hình WinCC Runtime và đánh giá kết quả.
Trƣớc hết, sẽ thực hiện việc nạp chƣơng trình đã viết xuống PLC SIM. Từ cửa sổ STEP 7 Manager của chƣơng trình STEP 7, nhấn nút để mở ra chƣơng trình PLC SIM. Trong màn hình PLC SIM, chọn File > New để tạo ta một PLC giả lập mới.Việc nạp chƣơng trình xuống PLC SIM chỉ thực hiện đƣợc khi PLC giả lập ở chế độ RUN-P hoặc STOP.Trên cửa sổ STEP 7 Manager, nhấn vào PLC muốn nạp chƣơng trình xuống PLC SIM, sau đó nhấn để thực hiện việc nạp toàn bộ chƣơng trình xuống. Một bảng thông báo tiến trình của quá trình nạp hiện ra. Khi bảng thông báo chạy đến 100% mà không có lỗi xảy ra, chúng ta có thể chuyển PLC sang chế độ RUN hoặc vẫn để ở chế độ RUN-P.
4.2.3. Kết quả mô phỏng
Kết quả mô phỏng cho hệ thống ở tầng SLM qua máy tính server và máy tính khách ở cùng một thời điểm. Ta thấy giao diện trên hai máy tính tƣơng tự nhau.
77
KẾT LUẬN
Qua một thời gian nghiên cứu và làm luận văn với đề tài: “Nghiên cứu hệ thống
điều khiển DCS giàn khai thác và xử lý đầu khí trên nền PLC Siemens” em đã
đạt đƣợc một số kết quả sau:
- Nghiên cức tìm hiểu về công nghệ và trang thiết bị cần thiết cho một giàn nèn khí.
- Nắm bắt đƣợc cách cấu hình một hệ thống theo phƣơng pháp điều khiển phân tán, mội phƣơng pháp tối ƣu, đơn giản và giảm giá thành khi cấu hình một hệ thống lớn so với phƣơng pháp truyền thống.
- Nghiên cứu tìm hiểu về thiết bị điều khiển PLC S7-300 và gói phần mềm của Siemens” Step7, WinCC, PLCSIM.
- Mô phỏng giả lập cho hệ thống giám sát, cảnh báo an toàn cho giàn nén khí mỏ Rồng.
Do hạn chế về thời gian và điều kiện thực tế nên đề tài chỉ dừng lại ở nghiên cứu, thiết kế hệ thống giám sát giàn nén khí mỏ Rồng. Chƣa thể cấu hình toàn bộ hệ thống DCS của giàn: bao gồm phần điều khiển quá trình, điều khiển dừng bộ phận và cảnh báo dừng an toàn trên một hệ thống điều khiển thống nhất.
76
Hình 4.12. Kết quả mô phỏng cho giao diện tầng SLM qua máy tính chủ
78
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy, Tự học S7 & WinCC bằng hình ảnh, NXB Hồng Đức, Hà Nội, 2012.
[2] Nguyễn Doãn Phƣớc, Phan Xuân Minh, Vũ Vân Hà, Tự động hóa với Simatic S7-300, NXB khoa học và kỹ thuật, 2007.
[3] Hoàng Minh Sơn, Mạng truyền thông công nghiệp, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2006.
[5] Hoàng Minh Sơn, Hệ thống điều khiển phân tán, Giáo trình.
[6] Tài liệu của Vietsovpetro “Quy trình công nghệ giàn nén khí mỏ Rồng – DGCP”
79
PHỤ LỤC
Bao gồm chƣớng trình ladder trong các khối FC và khối OB1 - Chƣơng trình ladder ở khối OB1
- Chƣơng trình ladder ở khối FC2 - Chƣơng trình ladder ở khối FC3 - Chƣơng trình ladder ở khối FC4 - Chƣơng trình ladder ở khối FC5 - Chƣơng trình ladder ở khối FC6