7.1.1. Giao tiếp giữa PC và PLC
PC và PLC giao tiếp với nhau thông qua phần mềm Wincc, PC Access. Từ PC lệnh truyền xuống PLC thực hiện việc điều khiển, ngược lại PLC phản hồi tín hiệu về PC để giám sát và thu thập dữ liệu hệ thống .
Từ màn hình giám sát có thể ra lệnh cho PLC bắt đầu chương trình, kết thúc chương trình, cài đặt các thơng số theo ý muốn (mức nước đặt, hệ số Kp, Ti….) cũng như thay đổi các thông số biến tần, quản lý các lỗi hệ thống…
Giám sát các thông số cần thiết như mức nước, điện áp, dòng điện, năng lượng tiêu thụ…. Các giá trị này được thu thập dưới dạng đồ thị.
7.1.2. Giao tiếp PLC và biến tần
PLC và biến tần giao tiếp với nhau qua giao thức USS, biến tần đóng vai trị Slave. Biến tần nhận lệnh trực tiếp từ PLC, và đáp ứng mọi yêu cầu từ PLC. Qua giao tiếp này người sử dụng có thể truy nhập vào biến tần từ xa không nhất thiết phải truy nhập bằng keypad thông thường.
7.1.3. Cảm biến áp suất và biến tần
Cảm biến áp sẽ ghi nhận giá trị mức nước hiện tại ở bồn sau đó xuất ra tín hiệu điện áp từ 0-5 V đưa về đầu vào analog của biến tần .Khi nhận được tín hiệu phản hồi chức năng PI trong biến tần tính tốn đưa ra tín hiệu điều khiển cho động cơ bơm chạy nhanh hay chậm.
Giải thích chƣơng trình
- Sau khi kết nối xong các thiết bị, cấp nguồn cho hệ thống .Khởi động PLC, bật màn hình giám sát trên WinCC.Khi khởi động PLC việc đầu tiên PLC thực hiện là kích hoạt truyền thơng USS với biến tần từ lúc này PLC cập nhật liên tục các thông số kĩ thuật như mức nước trong bồn, điện áp, dòng điện, tốc độ động cơ… từ biến tần đưa về màn hình giám sát.
- Từ màn hình giám sát ta chọn chế độ hiện trường hoặc từ xa, chế độ hiện trường cho phép điều khiển trực tiếp trên bảng điều khiển của hệ thống, chế độ từ xa cho phép điều khiển qua màn hình giám sát, và qua mạng LAN.Tại 1 thời điểm chỉ có thể điều khiển ở 1 chế độ.
- Tiếp theo chọn chế độ Auto hoặc Manual, có thể chọn trên màn hình giám sát hoặc bảng điều khiển tùy thuộc vảo trước đó chọn chế độ hiện trường hay từ xa.
- Với chế độ Auto sau khi chọn PLC sẽ kích hoạt bộ điều khiển PI trong biến tần, việc cần làm đầu tiên là nhập các thông số của hệ thống như giá trị mức nước đặt, hệ số tỉ lệ Kp, hằng số thời gian tích phân Ti.Sau đó khi có lệnh Start PLC sẽ ra lệnh cho biến tần hoạt động với chức năng PI .Từ đây hệ thống tự động hoạt động đến khi có lệnh Stop.(Start=0).
- Với chế độ Manual, khi được chọn hệ thống hoạt động theo điều khiển của người vận hành.Chế độ có hỗ trợ 2 cáp tốc độ cho người vận hành dễ điều khiển.Khi chọn tốc độ 1 PLC sẽ ra lệnh cho biến tần hoạt động ở tần số 50Hz, bơm hoạt động với giá tri định mức.Khi chọn tốc độ 2, PLC ra lệnh biến tần hoạt động ở tần số 25Hz, bơm hoạt động với tốc độ bằng 1/2 tốc độ định mức có thể tiết kiệm năng lượng tiêu thụ.Hệ thống dừng khi có lệnh Stop( Start=0).
CHƢƠNG 8: LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG
8.1. Lựa chọn thiết bị
8.1.1. Lựa chọn thiết bị động lực
- Chọn động cơ và bơm:
Trong đề tài chọn động cơ đi liền với bơm với các thông số như sau:
o Bơm trục ngang.
o Động cơ 3 pha không đồng bộ.
o Công suất động cơ 0,75 KW.
o Điện áp định mức động cơ 220 V.
o Dòng điện định mức động cơ 3,2 A.
o Tần số định mức động cơ 50Hz.
o Tốc độ định mức động cơ 2850 rpm.
o Lưu lượng bơm 90 lít/phút
- Chọn biến tần
Chọn biến tần hãng Siemens thế hệ MM420 chuyên bơm quạt với dãy công suất
Hình8.1: Catalog biến tần MM420
- Chọn CB bảo vệ ngắn mạch biến tần
Chọn CB bảo vệ biến tần theo khuyến cáo của Siemens về các thiết bị đi kèm với biến tần. CB có thơng số chính như sau:
o Dịng điện định mức Idm=16 A.
o Dòng ngắt tức thời 208 A.
o Dòng ngắt ngắn mạch Icu= 50KA.
- Chọn Contactor điều khiển đóng ngắt biến tần
Chọn Contactor theo khuyến cáo của Siemens về các thiết bị đi kèm với biến tần . Contactor có thơng số chính như sau:
o Dịng điện định mức Idm=17 A.
o Điện áp cuộn coil 230V, 50/60Hz
- Chọn cầu chì bảo vệ mạch điều khiển
Cầu chì có chức năng bảo vệ ngắn mạch mạch điều khiển, chọn cầu chì có dịng định mức lớn hơn hoặc bẳng dòng điện lớn nhất của mạch điều khiển. Sử dụng 1 cầu chì cho dây pha vào mạch điều khiển .Thơng số cầu chì như sau:
o Dịng điện định mức Idm=17 A,
o Dòng định mức Idm=4 A.
- Chọn cáp điện mạch động lực
Chọn dây dẫn mạch động lực gồm có dây dẫn cho đầu vào biến tần và dây dẫn đầu ra biến tần. Tiết diện dây dẫn chọn theo khuyến cáo của Siemens.Chọn tiết
diện dây vào và ra biến tần là 2 mm2
Bảng 8.1 Bảng chọn tiết diện dây dẫn
- Chọn cảm biến analog đo mức nƣớc
Để đo mức nước bồn chứa có nhiều loại cảm biến để sử dụng như cảm biến mức, cảm biến áp suất, cảm biến siêu âm. Tùy theo yêu cầu và từng loại chất lỏng mà chọn cảm biến phù hợp, trong đề tài sử dụng cảm biến áp suất để ổn định mức nước. Cảm biến áp suất hãng Sensys có thơng số như sau :
8.1.2. Lựa chọn thiết bị mạch điều khiển
- Chọn PLC
Trong đề tài có sử dụng truyền thông USS với biến tần đồng thời giám sát hoạt động của hệ thống nên cần PLC có 2 port truyền thơng .1 port truyền thông với biến tần qua giao thức USS, 1 port kết nối với máy tính giám sát qua cáp PPI.Vì vậy nhóm chọn PLC s7-200 CPU 224 xp . Thông số cơ bản:
o 14đầu vào số (DI), 10 đầu ra số (D0).
o 2 đầu vào tương tự 0-10V(AI), 1 đầu ra tương tự 0-10V hoặc 0-20mA (AO).
o 2 port truyền thông
- Chọn nút nhấn
Chọn nút nhấn tự thả cho các trạng thái Start, Stop, Xóa lỗi. Chọn switch cho chế
độ Auto/Manual và chọn tốc độ 1 / tốc độ 2.Chọn nút nhấn giữ, hồi khi vặn xoay cho trang thái E-Stop
- Chọn đèn báo
Chọn đèn báo cho các trang thái Strat, Stop, Error với các thông số sau:
o Điện áp định mức 220 VAC
o Dòng điện định mức 20mA
- Nguồn DC 24V
Sử dụng nguồn DC 24V làm nguồn cấp cho PLC và cảm biến. Nguồn có cơng suất 80W
- Chọn Relay
Sử dụng relay nhẳm mục đích cách ly PLC và mạch điều khiền để bào vệ PLC.Chọn relay có thơng số sau:
o Điện áp định mức 220VAC
o Điện áp cuộn coil 24VDC
o Số tiếp điểm 2NO, 2NC.
8.2. Thiết kế hệ thống 8.2.1. Thiết kế phần cơ khí 8.2.1. Thiết kế phần cơ khí
Phần cơ khí của hệ thống được thiết kế trên phần mềm autocard .Gồm có khung sắt làm giá đỡ, 2 bồn nước, bồn dưới có nhiệm vụ cung cấp nước , bồn trên sử dụng để ồn định mức theo yêu cầu đề tài.
8.2.2. Thiết kế hệ thống điện
Bản vẽ hệ thống điện, sơ đồ đấu nối được thiết kế trên phần mềm autocard.
8.3. Thi công hệ thống
Sau khi có bản vẽ cơ khí và hệ thống điện nhóm tiến hành thi cơng cơ khí và đấu nối các thiết bị .Hình dưới đây là mơ hình hệ thống sau khi hoàn thành.
CHƢƠNG 9: THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA CHO HỆ THỐNG
9.1. Giới thiệu chung về các chức năng sử dụng trong WinCC 9.1.1. WinCC 9.1.1. WinCC
WinCC là viết tắt của Window Control Center (Trung tâm điều khiển chạy trên nền Window), nói cách khác nó cung cấp các công cụ phần mềm để thiết lập một giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành của Microsoft như WinXP, Win7… Trong dòng sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA (có tính năng điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu) với những chức năng hữu hiệu cho việc điều khiển.
Một trong những đặc điểm của WinCC là đặc tính mở. Nó có thể sử dụng một cách dễ dàng với các phần mềm chuẩn và phần mềm của người sử dụng, tạo nên giao diện người- 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 WinCC như một nền tảng để mở rộng hệ thống.
Hình 9.1: Tạo một chƣơng trình WinCC
9.1.2. Đặc trƣng cơ bản
WinCC đang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, phổ biến nhất là tự động hóa q trình điều khiển và giám sát quy trình sản xuất. Khi một hệ thống sử dụng chương trình WinCC để điều khiển và thu thập dữ liệu từ q trình, có thể mơ phỏng các sự kiện xảy ra trong quá trình bằng các sơ đồ, hình ảnh trực quan.
Ngồi khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống có qui mơ nhỏ và vừa khác nhau, WinCC cịn có thể dễ dàng tích hợp với những ứng dụng có qui mô lớn như hệ thống quản lý việc thực hiện sản xuất MES (Manufacturing Excution System) và hệ thống ERP (Enterprise Resource Planning).
9.1.3. Cơ sở dữ liệu ODBC/SQL
Ứng dụng trong luận văn: sử dụng SQL tạo một cơ sở dữ liệu và lưu các thông số hoạt động của hệ thống theo chu kì 2s cập nhập thơng số 1 lần, ta có thể truy cập vào cơ sở dữ liệu đã tạo này bằng nhiều hình thức, trên máy chủ, trên máy con qua mạng Internet. Sử dụng ODBC tạo một cơ sở dữ liệu file Access, access lưu các thông số hoạt động của hệ thống.
9.1.4. Các chức năng sử dụng trong WinCC
Giao diện làm việc của chương trình WinCC
Hình 9.2: Màn hình làm việc của WinCC
- Graphics. …
Tag Management:
Lựa chọn kết nối giữa PLC và phần mềm WinCC như: - OPC
Kết nối PLC và WinCC qua PC Access - PC Access:
Hình 9.4: Giao diện chƣơng trình PC Access
- Chọn driver kết nối PC Access và WinCC
Local\ S7-200.OPC Server\ Brose Server\ Next\ S7-200 OPCServer\ Microwin\ SCADA_MASTER chọn tag cần add click “ Add Items” click “OK”.
Hình 9.5: Add tag vào WinCC
Graphics Designer
Là hệ thống đồ họa của WinCC xử lí tất cả đầu vào đầu ra hiển thị trên màn hình trong quá trình hoạt động. Khả năng hiển thị thông tin điều khiển dưới dạng đồ họa với các cơng cụ có sẵn:
- Các hình vẽ của các phần tử tiêu biểu (bơm, quat, van, nút nhấn, đèn …). - Các phím, hộp thoại, thanh trượt….
- Các màn hình ứng dụng và hiển hị. - Các đối tượng OLE, ActiveX.
Hình 9.6: Một màn hình thiết kế Graphics Designer
Tag Longging
Chức năng được sử dụng để thu thập dữ liệu của q trình cơng nghệ để hiển thị chúng và lưu trữ, ta có thể tự do định dạng các kiểu dữ liệu khi lưu trữ chúng. Các giá trị của quá trình được thể hiện bằng bảng trực tuyến (Online Table) và đồ thị (Trend)…
Alarm Longging
Hệ thống Alarm của WinCC cung cấp đầy đủ thơng tin về các lỗi và trạng thái nói chung trong q trình hoạt động. Nó thể hiện các thơng báo trong hiện tại cũng như trong quá khứ. Các thông báo này giúp người vận hành sớm phát hiện ra các sự cố để khắc phục kịp thời tránh các sự cố. Ta có thể tự do lựa chọn các khối thông báo, các thứ hạng thông báo, các dạng thông báo, các kiểu hiển thị thông báo.
Report Designer
WinCC cung cấp hệ thống báo cáo cho phép ta đưa các dữ liệu ra giấy. Nó in các báo cáo về thứ tự thơng báo, báo cáo về việc lưu trữ các thông báo, báo cáo về hoạt động của người vận hành, báo cáo về các thông báo của hệ thống, báo cáo của người sử dụng và báo cáo dưới dạng văn bản in tùy ý.
User Administrator
Cho phép phân quyền cho các đối tượng. Tạo các USER để thực hiện việc đăng nhập vào hệ thống. User Admistrator có thể lựa chọn 2 chức năng cho mỗi User:
- Chỉ có khả năng giám sát. - Vừa giám sát vùa điều khiển
9.2. Thiết kế giao diện SCADA trong đồ án
Trong thời đại công nghệ sản xuất hiện đại ngày nay, hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dự liệu được áp dụng ngày càng rộng rãi trong các nhà máy, xí nghiệp sản xuất tự động. Hệ thống SCADA có thể kết nối với rất nhiều thiết bị đo đạc và điều khiển các thiết bị chấp hành từ khoảng cách rất xa (lên đến vài ngàn cây số).
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu. Để có thể điều khiển và giám sát từ xa thì hệ SCADA phải có hệ thống giao thức truy cập, truyền tải dữ liệu cũng như hệ giao diện giữa người và máy (HMI – Human Machine Interface).
Thiết kế giao diện SCADA cho hệ thống thực hiện các chức năng: giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu.
Giao diện là một hệ thống SCADA mini, thực hiện các chức năng điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu.
Màn hình giao diện điều khiển tích hợp các chức năng của một hệ thống SCADA, từ màn hình điều khiển chính ta có thể thực hiện truy cập đến từng chức năng trong hệ thống.
Màn hình điều khiển trung tâm gồm các chức năng:
o Phần chức năng chuyển màn hình điều khiển và giám sát, định nghĩa các nút nhấn:
INFORMATION: Chuyển tới màn hình thơng tin về đề tài, thông tin về giáo viên hướng dẫn, sinh viên thực hiện và màn hình đăng nhập vào hệ thống.
CONFIGURATION: Chuyển tới màn hình với chức năng hiển thị cấu hình của hệ thống,
CONTROL INTERFACE: Là giao diện điều khiển chính của hệ thống.
ALARM: Chuyển tới màn hình ALARM, hiển thị các cảnh báo cho hệ thống.
REPORT: Xuất dữ liệu ra file Access, lưu trữ dữ liệu hoạt động của hệ thống
READ/WRITE DATA: Chuyển đến màn hình đọc ghi các thơng số của biến tần.
ERROR CODE: Chuyển tới màn hình tra lỗi của hệ thống khi có lỗi xãy ra.
EXIT: Có chức năng thốt khỏi màn hình RUNTIME.
TREND: chuyển tới màn hình thể hiện đồ thị và bảng giá trị của các thông số khi hệ thống hoạt động, bao gồm:
Điện áp động cơ
Tốc độ động cơ
Tần số động cơ
Điện năng tiêu thụ
Mức nước trong bồn
o Chức năng PI: Là phần đọc ghi các giá trị Setpoint, Kp, Ti trong chức năng tự động của hệ thống.
WRITE: Thực hiện chức năng ghi các giá trị PI vào biến tần bao gồm
SETPOINT1: ghi giá trị Setpoint khi biến tần dừng.
SETPOINT2: Ghi giá trị Setpoint khi biến tần đang hoạt động.
KP: Ghi giá trị KP trong điều khiển PI của biến tần.
TI: Ghi giá trị Ti trong điều khiển PI của biến tần.
o Phần điều khiển: gồm các nút nhấn thực hiện các chức năng:
FIELD: Chọn chế độ điều khiển cho hệ thống là hiện trường, tức là vận hành hệ thống bằng các nút nhấn ở mơ hình và giám sát hệ thống trong màn hình SCADA, xuất dữ liệu từ màn hình giám sát. Khi chọn chế độ này sẽ vơ hiệu hóa chế độ MONITORING. Chế độ này dành cho các kỹ sư vận hành mơ hình thực tế. Vận hành ở chế độ này