Luận văn Mạng SCADA giám sát và thu thập số liệu điện năng
MỞ ĐẦU
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) là một phần không thể thiếu được trong một hệ thống tự động hoá hiện đại. Từ những năm gần đây, sự tiến bộ trong lĩnh vực truyền thông công nghiệp và công nghệ phần mền đã thực sự đem lại nhiều khả năng mới, giải pháp mới. Chưa bao giờ, việc tạo dựng các ứng dụng SCADA lại đơn giản như bây giờ. Nếu như trước đây, ngành điện cần phải có những panel điều khiển bằng cả một bức tường với chi chít những đèn báo, công tắc, đồng hồ và vài người đứng xem xét, theo dõi mạng lưới cung cấp điện: nơi non tải, hay những sự cố đứt dây, chập mạch thì nay với giải pháp dùng hệ SCADA, ta chỉ dùng tay tác động vào “chuột” thì các thông số ở vùng nào muốn theo dõi sẽ hiện lên.Việc điều điện áp, cắt tải hay mở rộng cửa xả nước để tăng công suất phát điện đó còn được truyền đến các nhà máy phát điện khác để cùng tham gia hòa điện lên trên mạng lưới điện quốc gia.Với sự tiến bộ như vậy, em đã chọn đề tài này để củng cố nhiều kiến thức. Và từ đó có nhiều khả năng để xây dựng nên các giải pháp SCADA mà trọng tâm của việc xây dựng các giải pháp này trong thời điểm hiện nay là dùng công cụ phần mềm thiết kế giao diện và tích hợp hệ thống.Vì vậy trong đề tài về phần mềm em chọn phần mềm SCADA là WinCC. Còn các thiết bị bao gồm các bộ đo điện năng là Mach 30, PLC S7-300 CPU 314IFM, PLC S7-200 CPU 226, các contactor, các relay, và tải là các bóng đèn và động cơ không đồng bộ ba pha. Trừ động cơ ra tất cả các thiết bị trên được gắn trên panel.
Và với nhiệm vụ của đề tài là tìm hiểu về WinCC, Simatic S7-200/300, chuẩn truyền thông Modbus, chuẩn truyền thông Ducati (hỗ trợ cho việc truyền thông giữa máy tính với Mach 30), thiết kế hệ SCADA-giám sát và thu thập số liệu điện năng. Nên trong luận văn này ở chương một em giới thiệu về SCADA và HMI. Và vì hệ thống SCADA một phần phát triển trên cơ sở của sự phát triển mạng máy tính và truyền thông công nghiệp nên em giới thiệu khái quát về mạng công nghiệp ở chương hai. Và trong chương ba giới thiệu về PLC S7-200, PLC S7-300. Thêm vào đó trong chương bốn giới thiệu về Mach 30. Cuối cùng trong chương năm giới thiệu về WinCC.
Vì thời gian thực hiện đề tài có hạn nên trong luận văn này không trách khỏi những sai sót. Kính mong quý thầy cô và độc giả nhiệt tình bỏ qua.
Tp.HCM, ngày 12/1/2002
Sinh viên thực hiện
Lưu Văn Khoa
MỤC LỤC Trang
Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ SCADA VÀ HMI 1
I Khái niệm về SCADA và HMI 1
II Nguyên tắc hoạt động của hệ thống SCADA 3
III Chức năng và nhiệm vụ cơ bản của hệ thống SCADA 4
IV Phân loại hệ thống SCADA 5
V Tiêu chuẩn đánh giá 6
VI SCADA lên WEB 9
VII Nhìn về tương lai 9
Chương 2 MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP 11
I Khái niệm 11
1 Khái niệm về mạng truyền thông công nghiệp 11
2 Phân loại và đặc trưng các hệ thống MCN 12
II Cơ sở kỹ thuật 16
1 Khái niệm về thời gian thực 16
2 Kiến trúc giao thức 17
3 Chuẩn truyền dẫn 35
III Modbus 43
1 Cơ chế giao tiếp 44
2 Chế độ truyền dẫn 46
3 Cấu trúc bức điện 47
4 Bảo toàn dữ liệu 51
5 Modbus Plus 52
IV Lập trình cổng COM(RS-485) 53
V Cáp chuyển đổi RS-232/485 58
Chương 3 PLC 61
A.Giới thiệu VỀ PLC 61
I Khái niệm về PLC 61
II Đặc điểm bộ điều khiển lập trình 61
III Cấu trúc 65
IV Cổng truyền thông 66
V Ưu nhược điểm của PLC 67
VI Một vài lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC 68
B.PLC SIEMENS S7-200 70
I Giới thiệu 70
II Bộ nhớ 70
III Tập lệnh PLC S7-200 72
IV Bảng sự kiện ngắt và thứ tự ưu tiên 76
V Vùng nhớ đặc biệt 77
VI Giới thiệu về SIEMENS SIMATIC S7-200 (CPU 226) 78
C.PLC Siemems S7-300 80
I Thiết bị điều khiển logic khả trình 80
II Ngôn ngữ lập trình 87
III Tổ chức bộ nhớ CPU 88
IV Giới thiệu về CPU 314IFM 90
Chương IV MACH 30 98
I Giới thiệu 98
1 Các tính năng của MACH 30 99
2 Các thông số của MACH 30 99
3 Công suất trung bình 99
4 Hệ số dạng THDF 99
5 Các giá trị đo được hiển thị sẵn 100
6 Mạng nối kết các thiết bị và máy tính 101
7 Ứng dụng 102
II Cách sử dụng MACH 30 102
1 Các menu và các phím chức năng 102
2 Cách kết nối nguồn cung cấp 103
3 Cách kết nối MACH 30 với tải 103
4 Cogeneration 104
5 Hai ngõ vào analog 105
6 Bốn ngõ ra cực thu hở 106
7 Các thông số trong menu đặt cấu hình 107
III Giao thức truyền thông của Ducati 108
1 Giới thiệu 108
2 Ứng dụng 108
3 Diễn tả 108
4 Frame yêu cầu dữ liệu 111
5 Những frame lệnh 119
Chương 5 SIMATIC WINCC CONTROL CENTER 124
A.Giới thiệu 124
I Control Center trong hệ thống WinCC 124
II Project 133
B.Cách lập trình WinCC 136
I Khái niệm 136
1 Cấu trúc 136
2 Giao diện của WinCC 136
II Cách lập trình 138
1 Khái niệm về tag của WinCC 138
2 Driver của WinCC 139
3 Tạo picture 139
4 Cách tạo thư viện liên kết động 140
5 Sử dụng tập tin liên kết động 143
14 trang |
Chia sẻ: lvcdongnoi | Lượt xem: 3525 | Lượt tải: 2
Bạn đang xem nội dung tài liệu Luận văn Mạng SCADA giám sát và thu thập số liệu điện năng, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
MÔÛ ÑAÀU
Ñieàu khieån giaùm saùt vaø thu thaäp döõ lieäu (SCADA) laø moät phaàn khoâng theå thieáu ñöôïc trong moät heä thoáng töï ñoäng hoaù hieän ñaïi. Töø nhöõng naêm gaàn ñaây, söï tieán boä trong lónh vöïc truyeàn thoâng coâng nghieäp vaø coâng ngheä phaàn meàn ñaõ thöïc söï ñem laïi nhieàu khaû naêng môùi, giaûi phaùp môùi. Chöa bao giôø, vieäc taïo döïng caùc öùng duïng SCADA laïi ñôn giaûn nhö baây giôø. Neáu nhö tröôùc ñaây, ngaønh ñieän caàn phaûi coù nhöõng panel ñieàu khieån baèng caû moät böùc töôøng vôùi chi chít nhöõng ñeøn baùo, coâng taéc, ñoàng hoà vaø vaøi ngöôøi ñöùng xem xeùt, theo doõi maïng löôùi cung caáp ñieän: nôi non taûi, hay nhöõng söï coá ñöùt daây, chaäp maïch thì nay vôùi giaûi phaùp duøng heä SCADA, ta chæ duøng tay taùc ñoäng vaøo “chuoät” thì caùc thoâng soá ôû vuøng naøo muoán theo doõi seõ hieän leân.Vieäc ñieàu ñieän aùp, caét taûi hay môû roäng cöûa xaû nöôùc ñeå taêng coâng suaát phaùt ñieän ñoù coøn ñöôïc truyeàn ñeán caùc nhaø maùy phaùt ñieän khaùc ñeå cuøng tham gia hoøa ñieän leân treân maïng löôùi ñieän quoác gia.Vôùi söï tieán boä nhö vaäy, em ñaõ choïn ñeà taøi naøy ñeå cuûng coá nhieàu kieán thöùc. Vaø töø ñoù coù nhieàu khaû naêng ñeå xaây döïng neân caùc giaûi phaùp SCADA maø troïng taâm cuûa vieäc xaây döïng caùc giaûi phaùp naøy trong thôøi ñieåm hieän nay laø duøng coâng cuï phaàn meàm thieát keá giao dieän vaø tích hôïp heä thoáng.Vì vaäy trong ñeà taøi veà phaàn meàm em choïn phaàn meàm SCADA laø WinCC. Coøn caùc thieát bò bao goàm caùc boä ño ñieän naêng laø Mach 30, PLC S7-300 CPU 314IFM, PLC S7-200 CPU 226, caùc contactor, caùc relay, vaø taûi laø caùc boùng ñeøn vaø ñoäng cô khoâng ñoàng boä ba pha. Tröø ñoäng cô ra taát caû caùc thieát bò treân ñöôïc gaén treân panel.
Vaø vôùi nhieäm vuï cuûa ñeà taøi laø tìm hieåu veà WinCC, Simatic S7-200/300, chuaån truyeàn thoâng Modbus, chuaån truyeàn thoâng Ducati (hoã trôï cho vieäc truyeàn thoâng giöõa maùy tính vôùi Mach 30), thieát keá heä SCADA-giaùm saùt vaø thu thaäp soá lieäu ñieän naêng. Neân trong luaän vaên naøy ôû chöông moät em giôùi thieäu veà SCADA vaø HMI. Vaø vì heä thoáng SCADA moät phaàn phaùt trieån treân cô sôû cuûa söï phaùt trieån maïng maùy tính vaø truyeàn thoâng coâng nghieäp neân em giôùi thieäu khaùi quaùt veà maïng coâng nghieäp ôû chöông hai. Vaø trong chöông ba giôùi thieäu veà PLC S7-200, PLC S7-300. Theâm vaøo ñoù trong chöông boán giôùi thieäu veà Mach 30. Cuoái cuøng trong chöông naêm giôùi thieäu veà WinCC.
Vì thôøi gian thöïc hieän ñeà taøi coù haïn neân trong luaän vaên naøy khoâng traùch khoûi nhöõng sai soùt. Kính mong quyù thaày coâ vaø ñoäc giaû nhieät tình boû qua.
Tp.HCM, ngaøy 12/1/2002
Sinh vieân thöïc hieän
Löu Vaên Khoa
MUÏC LUÏC Trang
Chöông 1 GIÔÙI THIEÄU VEÀ SCADA VAØ HMI 1
I Khaùi nieäm veà SCADA vaø HMI 1
II Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa heä thoáng SCADA 3
III Chöùc naêng vaø nhieäm vuï cô baûn cuûa heä thoáng SCADA 4
IV Phaân loaïi heä thoáng SCADA 5
V Tieâu chuaån ñaùnh giaù 6
VI SCADA leân WEB 9
VII Nhìn veà töông lai 9
Chöông 2 MAÏNG TRUYEÀN THOÂNG COÂNG NGHIEÄP 11
I Khaùi nieäm 11
1 Khaùi nieäm veà maïng truyeàn thoâng coâng nghieäp 11
2 Phaân loaïi vaø ñaëc tröng caùc heä thoáng MCN 12
II Cô sôû kyõ thuaät 16
1 Khaùi nieäm veà thôøi gian thöïc 16
2 Kieán truùc giao thöùc 17
3 Chuaån truyeàn daãn 35
III Modbus 43
1 Cô cheá giao tieáp 44
2 Cheá ñoä truyeàn daãn 46
3 Caáu truùc böùc ñieän 47
4 Baûo toaøn döõ lieäu 51
5 Modbus Plus 52
IV Laäp trình coång COM(RS-485) 53
V Caùp chuyeån ñoåi RS-232/485 58
Chöông 3 PLC 61
A.Giôùi thieäu VEÀ PLC 61
I Khaùi nieäm veà PLC 61
II Ñaëc ñieåm boä ñieàu khieån laäp trình 61
III Caáu truùc 65
IV Coång truyeàn thoâng 66
V Öu nhöôïc ñieåm cuûa PLC 67
VI Moät vaøi lónh vöïc tieâu bieåu öùng duïng PLC 68
B.PLC SIEMENS S7-200 70
I Giôùi thieäu 70
II Boä nhôù 70
III Taäp leänh PLC S7-200 72
IV Baûng söï kieän ngaét vaø thöù töï öu tieân 76
V Vuøng nhôù ñaëc bieät 77
VI Giôùi thieäu veà SIEMENS SIMATIC S7-200 (CPU 226) 78
C.PLC Siemems S7-300 80
I Thieát bò ñieàu khieån logic khaû trình 80
II Ngoân ngöõ laäp trình 87
III Toå chöùc boä nhôù CPU 88
IV Giôùi thieäu veà CPU 314IFM 90
Chöông IV MACH 30 98
I Giôùi thieäu 98
1 Caùc tính naêng cuûa MACH 30 99
2 Caùc thoâng soá cuûa MACH 30 99
3 Coâng suaát trung bình 99
4 Heä soá daïng THDF 99
5 Caùc giaù trò ño ñöôïc hieån thò saün 100
6 Maïng noái keát caùc thieát bò vaø maùy tính 101
7 ÖÙng duïng 102
II Caùch söû duïng MACH 30 102
1 Caùc menu vaø caùc phím chöùc naêng 102
2 Caùch keát noái nguoàn cung caáp 103
3 Caùch keát noái MACH 30 vôùi taûi 103
4 Cogeneration 104
5 Hai ngoõ vaøo analog 105
6 Boán ngoõ ra cöïc thu hôû 106
7 Caùc thoâng soá trong menu ñaët caáu hình 107
III Giao thöùc truyeàn thoâng cuûa Ducati 108
1 Giôùi thieäu 108
2 ÖÙng duïng 108
3 Dieãn taû 108
4 Frame yeâu caàu döõ lieäu 111
5 Nhöõng frame leänh 119
Chöông 5 SIMATIC WINCC CONTROL CENTER 124
A.Giôùi thieäu 124
I Control Center trong heä thoáng WinCC 124
II Project 133
B.Caùch laäp trình WinCC 136
I Khaùi nieäm 136
1 Caáu truùc 136
2 Giao dieän cuûa WinCC 136
II Caùch laäp trình 138
1 Khaùi nieäm veà tag cuûa WinCC 138
2 Driver cuûa WinCC 139
3 Taïo picture 139
4 Caùch taïo thö vieän lieân keát ñoäng 140
5 Söû duïng taäp tin lieân keát ñoäng 143
BAÙO CAÙO KEÁT QUAÛ THI COÂNG VAØ HÖÔÙNG
PHAÙT TRIEÅN CUÛA ÑEÀ TAØI
1.Keát quaû thi coâng
Thu thaäp toát döõ lieäu töø caùc boä ño Mach 30 veà maùy tính thoâng qua boä chuyeån ñoåi RS-232/485 vaø phaàn meàm WinCC vaø ñoàng thôøi töø maùy tính thoâng qua phaàn meàm naøy ñaõ ñieàu khieån ñöôïc caùc ngoõ ra cuûa Mach 30
Vì WinCC coù hoã trôï Driver cho PLC S7-300 neân vieäc keát noái giöõa maùy tính vôùi S7-300 CPU 314IFM raát deã daøng neân em ñaê keát noái thaønh coâng trong vieäc ñoïc döõ lieäu cuõng nhö ñieàu khieån . Coøn S7-200 thì WinCC khoâng hoã trôï neân em vieát chöông trình con rieâng vaø vieát theo frame truyeàn cuûa Ducati cho PLC S7-200 vaø WinCC. Keát quaû ñaõ keát noái thaønh coâng
WinCC coù hoã trôï trong vieäc löu tröõ xöû lyù döõ lieäu (ví duï nhö caùc giaù trò ño vaø caùc thoâng tin baùo ñoäng)vaø neân em ñaõ tìm hieåu ñöôïc caùc thöùc maø WinCC löu döõ lieäu vaø coù theå ñoïc caùc döõ lieäu maø WinCC thu thaäp ñöôïc töø Mach 30 cuõng nhö PLC S7-220 vaø S7-300 töø caùc phaàn meàm khaùc nhö Excel, Access, ISQL…Vaø em ñaõ thöïc hieän treân caùc phaàn meàm naøy thaønh coâng trong vieäc ñoïc vaø xöû lyù döõ lieäu ñoù
Cuï theå:
Ñaây laø hình chuïp panel:
Keát quaû thu thaäp ñöôïc töø Mach30 caùc giaù trò:taàn soá, ñieän aùp töông ñöông ba pha, aùp daây 1-2, aùp daây 2-3, aùp daây 3-1:
Ñoà thò U12(t),U23(t),U31(t):
2.Höôùng phaùt trieån cuûa ñeà taøi
Ñeà taøi naøy moät phaàn khaúng ñònh tính naêng môû, ñoä linh hoaït trong heä thoáng SCADA töùc laø coù theå duøng maïng truyeàn thoâng döïa theo giao thöùc Modbus vaø chuaån RS-485 naøy coù theå gheùp noái nhieàu thieát bò (coù hoã trôï giao thöùc vaø chuaån naøy) thuoäc caùc haõng khaùc nhau. Hôn nöõa vôùi söï hoã trôï maïnh veà cô sôû döõ lieäu cuûa nhö khaû naêng tích hôïp cuûa WinCC neân ta coù theå gheùp noái vôùi caùc heä thoáng khaùc vaø coù khaû naêng môû roäng ñeán caáp quaûn lyù, chöù khoâng nhaát thieát laø ôû caáp chaáp haønh vaø caáp ñieàu khieån. Vì vaäy heä thoáng SCADA naøy coù khaû naêng môû roäng vaø öùng duïng vaøo nhieàu lónh vöïc nhö: khu coâng nghieäp, khaùch saïn, nhaø haøng, baûo taøng, trung taâm thöông maïi, heä thoáng chuyeån maïch ATS, heä thoáng kho chöùa vaø phaân phoái xaêng daàu,…
TAØI LIEÄU THAM KHAÛO
WinCC Configuration Manual(Volume1/Volume2) –Edition February 1999 (Siemens)
WinCC Getting Started Manual -Edition August 1997 (Siemens)
Töï ñoäng hoaù vôùi SIMATIC S7-300 (Nguyeãn Ñoaõn Phöôùc-Phan Xuaân Minh-Vuõ Vaên Haø )
Töï ñoäng hoaù vôùi SIMATIC S7-200 (Nguyeãn Ñoaõn Phöôùc-Phan Xuaân Minh)
Taïp chí Töï Ñoäng Hoaù Ngaøy Nay(Automation Today)
Maïng Truyeàn Thoâng Coâng Nghieäp (Hoaøng Minh Sôn)
SIMATIC Loadable Driver for Point-to-Point CPs: MODBUS Protocol, S7 is master/slave manual Edition 2(Siemens)
SIMATIC Data Highway Reference Manual (Siemens)
SIMATIC S7-300 Programmable Controller Hardware and Installation Manual(Siemens)
SIMATIC S7-300 Programmable Controller Integrated Functions CPU 312 IFM/314 IFM Manual (Siemens)
SIMATIC S7-200 Programmable Controller System Manual (Siemens)
Caùc Kyõ Xaûo Laäp Trình Vôùi Visual Basic Vaø Borland Delphi (Leâ Höõu Ñaït)
Kyõ Thuaät Laäp Trình C (Phaïm Vaên Aát)
Tin Hoïc II (Ñaëng Thaønh Tín)
Serial Port Complete (Jan Alexlson)
Kyõ Thuaät Gheùp Noái Maùy Tính (Ngoâ Dieân Taäp)
Caùc Luaän Vaên Toát Nghieäp cuûa caùc khoaù tröôùc trong boä moân ÑKTÑ
LÔØI NHAÄN XEÙT CUÛA GIAÙO VIEÂN PHAÛN BIEÄN
ÑEÀ TAØI:
MAÏNG SCADA
GIAÙM SAÙT VAØ THU THAÄP
SOÁ LIEÄU ÑIEÄN NAÊNG
GVHD : NGUYEÃN ÑÖÙC THAØNH
SVTH : LÖU VAÊN KHOA
MSSV : 49700693
Lôùp : ÑKTÑ97
Tp. HCM, thaùng 1/ 2002
BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO
Tröôøng ñaïi hoïc BAÙCH KHOA TP HOÀ CHÍ MINH
KHOA ÑIEÄN -ÑIEÄN TÖÛ
NGAØNH ñieàu khieån töï ñoäng
VNEE
LÔØI NHAÄN XEÙT CUÛA GIAÙO VIEÂN HÖÔÙNG DAÃN
Em xin chaân thaønh caûm ôn :
-Taát caû caùc thaày coâ giaùo ñaõ tröïc tieáp giaûng daïy trong giai ñoaïn ñaïi cöông.
-Toaøn theå caùc thaày coâ giaùo trong tröôøng ÑHBK.
-Taát caû caùc thaày coâ giaùo trong khoa Ñieän-Ñieän töû ñaõ tröïc tieáp giaûng daïy
trong giai ñoaïn chuyeân ngaønh.
Ñaëc bieät em xin chaân thaønh caûm ôn söï nhieät tình ,taän taâm cuûa thaày
Nguyeãn Ñöùc Thaønh ñaõ boû nhieàu thôøi gian quyù baùu höôùng daãn tröïc tieáp trong
quaù trình em thöïc hieän luaän vaên.
Sau cuøng em xin chaân thaønh caûm ôn coâng lao cha meï ,gia ñình ñaõ nuoâi daïy
em neân ngöôøi vaø taát caû baïn beø ñaõ ñoäâng vieân giuùp ñôû trong thôøi gian hoïc taäp.
Maëc duø em raát coá gaéng trong khi thöïc hieän,nhöng chaéc chaén khoâng traùnh
khoûi nhöõng sai soùt, mong caùc thaày taän taâm chæ baûo giuùp em ruùt ra kinh nghieäm
boå íich trong vieäc thieát keá sau naøy.
Moät laàn nöõa,em xin caûm ôn taát caû !
Tp Hoà Chí Minh thaùng 1 /2002
SVTH: Löu Vaên Khoa
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- 1.doc
lvkh.pdf
