bãi giữ xe tự động s7 1200
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.96 MB, 52 trang )
BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
LỜI CẢM ƠN
Báo cáo Tiểu luận là tiền đề nhằm trang bị cho sinh viên những kĩ năng nghiên cứu,
những kiến thức cơ bản và quan trọng về chuyên ngành Kỹ Thuật Điện nói chung và
về lĩnh vực Tự Động Hóa - PLC nói riêng trước khi ra trường và đi làm sau này.
Đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô khoa Điện tử – Viễn thông
trường Đại Học Sài Gịn, đặc biệt các thầy cơ chun ngành Điện Cơng Nghiệp đã tận
tình chỉ dạy và trang bị cho chúng em những kiến thức cần thiết trong suốt thời gian
ngồi trên giảng đường làm nền tảng cho việc thực hiện dự án của chúng em.
Xin trân trọng cảm ơn thầy Trương Tấn, giảng viên hướng dẫn đã tận tình giúp đỡ
giúp em giải quyết được những khúc mắc để có thể hồn thành dự án này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 05 năm 2022
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Khánh Nam
BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
Ngày ....... tháng ........ năm .........
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)
BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
MỤC LỤC
MỤC LỤC HÌNH ẢNH
BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
LỜI MỞ ĐẦU
Đặt vấn đề
Hiện nay đất nước ta đang trên đà phát triển nhanh hội nhập với thế giới. Cùng với
đó, nền công nghiệp ô tô cũng đã và đang phát triển và là ngành công nghiệp ưu tiên
phát triển của nhà nước ta. Những năm qua, cùng với sự phát triển của đời sống nhân
dân, nhu cầu đi lại bằng phương tiện vận tải ơ tơ cũng tăng lên nhanh chóng, nhất là
trong một vài năm trở lại đây. Tại một số thành phố lớn, số lượng phương tiện ô tô
phát triển nhanh một cách chóng mặt. Ở thành phố Hồ Chí Minh, số lượng phương
tiện ơ tơ tăng lên nhanh chóng, gây sức ép lớn cho ngành giao thơng vận tải như: phải
mở rộng mạng lưới đường, tránh ùn tắc đường, phải xây dựng gara đỗ xe. Trong đó
việc tổ chức mạng lưới trung tâm đỗ xe gặp rất nhiều khó khăn do thiếu quỹ đất.
Trong khi đó, hiện nay trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh, các trung tâm đỗ xe chỉ là
các bãi đỗ xe thông thường, xe được đỗ trên mặt bằng của các bãi đỗ chỉ có một tầng,
khơng có hệ thống mái che nên hiệu quả sử dụng diện tích, hiệu quả bảo quản thấp,
trong khi số lượng bãi đỗ xe hiện nay lại chỉ đáp ứng được một phần rất nhỏ nhu cầu
đỗ. Chính vì thế, việc thiết kế, xây dựng các bãi đỗ xe có nhiều tầng đỗ là cần thiết và
hợp lí. Các bãi đỗ xe nhiều tầng có thể là bãi đỗ xe nhiều tầng có đường lên xuống
hoặc bãi đỗ xe nhiều tầng tự động. Do có nhiều ưu điểm vượt trội nên bãi đỗ xe nhiều
tầng tự động là lựa chọn phù hợp với nhu cầu của xã hội, nó vừa giải quyết được nhu
cầu đỗ xe, vừa góp phần giảm ùn tắc giao thơng, vừa đem lại hiệu quả kinh tế cao.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế cũng như muốn làm quen với việc điều khiển hệ thống
bằng PLC kết hợp với tạo giao diện giao tiếp dùng WinCC, đồng thời dưới sự hướng
dẫn tận tình của giảng viên Trương Tấn, em đã chọn thực hiện đề tài “Thiết kế và thi
cơng mơ hình điều khiển, giám sát bãi giữ xe ô tô” cho đề tài tiểu luận, nhằm tiếp thu
những kiến thức cần thiết và cơ bản về PLC và thiết kết giao tiếp trên máy tính trong
việc tự động hóa hệ thống bãi đỗ xe thông minh.
Nhiệm vụ đề tài
Nghiên cứu các ứng dụng của PLC Siemens vào điều khiển chu trình cho bãi đỗ xe
thông minh
Thiết kế giao diện người dùng trên WinCC cho hệ thống giám sát số lượng xe ra
vào, đồng thời tìm hiểu giao thức kết nối giữa WinCC và PLC.
BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
Xây dựng mô hình SCADA thực tế dùng PLC Siemens điều khiển hệ thống và
WinCC làm giao diện giao tiếp.
Đặc điểm, yêu cầu hệ thống SCADA bãi đỗ xe thông minh
Hệ thống gồm có 2 động cơ servor, 1 hệ thống 2 đèn báo, 1 hệ thống 6 cảm biến
quang, và hệ thống thẻ từ để nhập xuất dữ liệu
Hệ thống sẽ điều khiển 2 relay cho 2 động cơ servo; Đồng thời nhận tín hiệu từ 6
cảm biến nhằm xác định được số xe đã xuất hiện ở bãi đổ xe lên hệ thống.
Hệ thống sẽ hoạt động theo 1 trong 2 chế độ:
-
Chế độ tự động (Auto)
-
Chế độ bằng tay (Manual)
Mục tiêu nghiên cứu
Bước đầu biết xây dựng một hệ thống SCADA tương đối hồn chỉnh, điều khiển
lập trình PLC và thiết kế giao diện WinCC mang tính linh hoạt, điều khiển dựa vào
chương trình và thực hiện lệnh logic. Em hy vọng sau khi nghiên cứu đề tài này sẽ
tiếp thu nhiều hơn về các vấn đề liên quan đến PLC và phần mềm WinCC như: cấu
hình phần cứng, tập lệnh của PLC, WinCC, xây dựng lưu đồ và viết chương trình điều
khiển hê thống cũng như các giao thức kết nối giữa chúng.
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống SCADA bãi đỗ xe thông minh, nguyên lý hoạt
động của PLC, phần mềm WinCC, cách truyền dữ liệu giữa chúng. Từ đó xây dựng
chương trình điều khiển hệ thống bằng PLC Siemens và phần mềm WinCC.
Nội dung nghiên cứu
Khi thực hiện đề tài em đã tiến hành nghiên cứu sơ lược các nội dung cơ bản của
PLC S7-1200 và phần mềm WinCC, cụ thể gồm các nội dung sau:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống nhà xe thông minh.
Chương 2: Tổng quan về hệ thống điều khiển giám sát và thu nhập dữ liệu SCADA.
Chương 3: Giới thiệu chung về PLC S7-1200 và phần mềm WinCC.
Chương 4: Thiết kế mơ hình hệ thống.
Sau một thời gian tìm hiểu, thực hiên tiểu luận “Thiết kế và thi công mơ hình điều
khiển, giám sát bãi giữ xe ơ tơ” đã hoàn thành được phần nào. Em xin chân thành cảm
BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
ơn thầy giáo Trương Tấn đã chỉ bảo, hướng dẫn tận tình, giúp đỡ em trong suốt quá
trình làm tiểu luận này.
Sáng tạo mơ hình
Hiện nay trên thị trường hệ thống bãi đỗ xe thông minh đang được đưa vào sử dụng
rộng rãi ở các khu dân cư, cụm gia đình, chung cư, khu phức hợp và các cơng ty.
Tuy nhiên rất ít hệ thống áp dụng phương pháp giám sát hệ thống để biết được số
lượng xe có trong bãi, cũng như hiển thị số lượng xe lên hệ thống.
BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BÃI GIỮ XE
THÔNG MINH
1.1 Đặt vấn đề
Trong những năm gần đây với sự phát triển kinh tế xã hội của Việt Nam, lượng
phương tiện giao thông đã tăng một cách nhanh chóng. Phương tiện cá nhân tăng lên,
địi hỏi diện tích đất dành cho bãi đỗ xe cũng phải tăng theo. Tuy nhiên, tại các thành
phố lớn như Hà Nội, Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Cần Thơ việc đáp ứng yêu cầu quỹ đất
này ngày càng tỏ ra không khả thi do giá trị đất đang tăng nhanh, và nhu cầu đất cho
các mục đích quan trọng khác cũng đang thiếu.
Hiện nay tại các khu vực trung tâm thành phố lớn, số ô tô phần lớn dừng đỗ trên vỉa
hè, lịng đường gây cản trở giao thơng và gây mất mỹ quan đơ thị (Hình 1.1).
Hình 1.1 Tình trạng dừng đỗ xe trên vỉa hè và lịng đường
Để giải quyết vấn đề chỗ đỗ xe trong đô thị, nhiều nước trên thế giới sử dụng hệ
thống nhà đỗ xe nhiều tầng tự động, phổ biến như Nhật Bản, Hàn Quốc, Ấn Độ,
Singapore, Trung Quốc, Mỹ và các nước Châu Âu. Tại các nước này đã có nhiều công
ty chủ yếu kinh doanh bãi đỗ ô tô nhiều loại, trong đó hệ thống đỗ nhiều tầng tự động
được sử dụng rất phổ biến. Các công ty sản xuất hệ thống đỗ xe tự động là các nhà chế
tạo, không trực tiếp kinh doanh bãi đỗ xe mà chỉ cung cấp và lắp đặt thiết bị cho các
nhà đầu tư. Ngồi ra, cịn các hệ thống các cơng ty sản xuất các thiết bị phụ trợ như:
hệ thống lấy vé tự động đọc thẻ, trả tiền tự 7động.
So với các bãi đỗ xe kiểu truyền thống, những lợi ích của một bãi đỗ xe tự động
không chỉ là nhanh chóng và tiện lợi. Bạn sẽ khơng cịn phải lo lắng chiếc xe của
BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
mình bị xơ xát, va đụng, trầy xước bởi nơi đỗ xe được cách ly hoàn toàn với bên
ngoài.
Hệ thống đỗ xe tự động là loại hệ thống mang tính kỹ thuật cao, áp dụng hòa hợp
các nguyên lý chung của hệ thống thang máy, hệ thống xếp dỡ tự động và hệ thống
lưu kho tự động mà hàng hóa là ơ tơ và có độ chính xác nhất định.Trong hệ thống này
xe được lưu giữ ở các ô (Block parkings) dưới mặt đất hoặc trên cao. Để thực hiện
việc lưu giữ này hệ thống sử dụng các thiết bị nâng chuyển. Đây là thiết bị có thể có
chuyển động theo các phương sau: phương ngang, phương đứng, phương chuyển
động xoay với độ chính xác và an tồn cao. Hoạt động của các máy nâng chuyển được
điều khiển bởi máy tính. Máy tính quản lý toàn bộ hoạt động của hệ thống như: số
lượng xe hiện đang gửi, số chỗ trống còn lại, trạng thái tại các ô lưu trữ, ….
1.2 Các loại hình bãi đỗ xe tự động
1.2.1 Hệ thống đỗ xe tự động kiểu thang máy
Với hệ thống đỗ xe tự động dùng thang máy, lái xe sẽ đưa xe vào buồng thang máy,
thang nâng xe đến tầng đỗ xe, lái xe đưa xe ra khỏi thang máy và lái xe vào vị trí đỗ
xe.
Hình 1.2 Mơ hình đỗ xe tự động kiểu thang máy
Đặc điểm:
-
8
Tiết kiệm diện tích đường di chuyển nội bộ của xe khi lên xuống giữa các tầng bên
trong bãi đỗ xe, tuy nhiên vẫn tốn diện tích di chuyển cho xe trong từng tầng.
-
Tốc độ nâng hạ chậm do có xe và người với hệ thống một thang máy thì thời gian lấy
BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
xe ra vào rất lâu.
-
Hiện nay kiểu đỗ xe tự động này ít phổ biến.
1.2.2 Hệ thống đỗ xe tự động xoay vòng kiểu đứng
Hình 1.3 Hệ thống đỗ xe tự động xoay vịng kiểu đứng
Đặc điểm:
-
Cơ động, tiết kiệm diện tích.
-
Có thể xoay thuận chiều hoặc ngược chiều kim đồng hồ
-
Dễ tháo lắp.
-
Khơng thích hợp cho loại xe có kích thước trung – lớn.
-
Do giá thành cao nên sử dụng không phổ biến, phần lớn lắp đặt ở các khu đất tạm sử
dụng (sau đó tháo dỡ đi).
-
Hệ thống đỗ xe tự động xoay vịng đứng chỉ phù hợp với xe kích thước nhỏ (xe 4 chỗ)
khơng thích hợp cho xe kích thước lớn.
1.2.3 Hệ thống đỗ xe tự động kiểu Cycle Parking
9
BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
Hình 1.4 Hệ thống đỗ xe tự động kiểu Cycle Parking
Đặc điểm:
-
Hệ thống đỗ xe tự động lắp đặt ngầm dưới mặt đất, phù hợp cho mặt bằng nhỏ hẹp.
-
Tốc độ thang nâng 20 - 40 m/p.
-
Tốc độ di chuyển ngang 20 - 30 m/p.
-
Số lượng xe tối ưu của hệ thống: 6 - 38 xe.
-
Điều khiển đơn giản với màn hình cảm ứng.
-
Phù hợp cho các cơng trình tịa nhà có quy mơ đỗ xe nhỏ
-
Hình dạng khu đất thường là hình chữ nhật với một cạnh ngắn và một cạnh dài.
1.3 Ưu điểm của các hệ thống bãi đỗ xe tự động
Tiết kiệm diện tích: Hệ thống tận dụng tồn bộ thể tích khơng gian nhờ vào khai
thác chiều cao của không gian. Bằng việc lưu giữ xe ở độ cao nhất định so với mặt
đất, số lượng xe mà một trạm giữ xe tự động có thể chứa gấp hàng chục lần so với một
bãi giữ ô tô thông thường.
Tiết kiệm thời gian: Thay vì khách hàng phải tự tìm chổ để xe trong các bãi xe
thơng thường thì rất khó khăn, nhất tại giờ cao điểm. Với bãi giữ xe tự động thì khách
hàng chỉ cần đưa ơ tơ vào trạm đầu và nhập liệu là có thể an tâm ra khỏi xe và đi làm
việc khác mà không cần quan tâm vị trí để xe. Cơng việc này do hệ thống đảm nhận.
Như vậy, thời gian được tiết kiệm cho khách hàng.
10
Tối ưu việc sử dụng năng lượng: Đầu tiên chúng ta không phải tốn nhiên liệu cho
việc di chuyển xe , tìm chỗ trong bãi. Và năng lượng hoạt động cho hệ thống được
BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
quản lý bằng máy tính, máy tính có thể tối ưu hóa năng lượng sử dụng.
Không ô nhiễm môi trường: Do hệ thống hoạt động hồn tồn nhờ vào điện năng
nên khơng có khí thải trong q trình vận hành hệ thống. Và hạn chế tối đa ơ nhiễm
tiếng ồn. Vì tất cả các động cơ đều sử dụng động cơ điện.
Không gây hư hai cho phương tiện: Không gây va quệt giữa các xe với nhau và hệ
thống cũng hồn tồn khơng gây hư hại cho xe gửi vì hệ thống hồn tồn tự động.
Chi phí hoạt động thấp: Do khơng có các nhân viên trơng xe, bán vé,… Tồn hệ
thống chỉ cần vài người giám sát hoạt động, điều khiển. Chì cần vài người điều khiển
vì tồn bộ hệ thống được quản lý bằng màn hình máy tính theo dõi từ xa.
Dễ dàng bảo trì và sữa chữa: Do hệ thống cấu tạo từng phần độc lập với nhau về
mặt cơ khí.
Tính an tồn cao: Khả năng xe bị lấy cắp và phá hoại là hồn tồn khó có thể xảy
ra. Nhờ các thiết bị cảm biến và giám sát bằng camera.
1.4 Nhược điểm của hệ thống bãi đỗ xe tự động
Những ưu điểm của hệ thống giữ xe tự động đã được đề cập thông qua các giải
pháp nhà giữ xe đã trình bày phía trên. Ngồi những ưu điểm tích cực trên thì khi thực
thi mơ hình ta cũng cần phải quan tâm đến các nhược điểm mà hệ thống gặp phải
nhằm đưa ra giải pháp khắc phục hiệu quả nhất.
Một số nhược điểm như sau:
Cần xem xét đến thời gian lấy xe, thời gian lấy xe tùy thuộc vào từng loại hệ thống.
Đối với loại hệ thống 100 xe thơng thường thì thời gian lấy xe lâu nhất khoảng gần 2
phút / xe, nhanh nhất 0,5 phút/xe, bình qn 1,5 phút/xe. Đối với các cơng trình nhà ở,
siêu thị, các bãi xe cơng cộng…thì thơng thường người sử dụng ít khi gửi xe hoặc lấy
xe cùng một khoảng thời gian nên thời gian lấy trả xe 1,5 phút/xe khơng là vấn đề,
thậm chí cịn nhanh hơn so với bãi xe tự lái. Tuy nhiên đối với các công trình văn
phịng, rạp hát, hội nghị… thì việc mọi người ồ ạt đến gửi xe trong khoảng vài phút
trước giờ làm việc, giờ khai mạc, và ồ ạt lái xe trong khoảng vài phút sau giờ tan sở sẽ
gây ra ùn tắc cục bộ, và người lái xe phải chờ thời gian khá dài để lái xe so với bãi xe
tự lái. Do đó, với các cơng trình có đặc điểm
11 này, nếu muốn lắp đặt hệ thống tự động
thì phải có nhiều cửa ra vào khác nhau với nhiều thang nâng để giảm thiểu thời gian
lấy xe.
BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
Về phòng cháy chữa cháy: ngồi việc tn thủ các tiêu chuẩn phịng cháy chữa
cháy trong xây dựng chung cho nhà cao tầng và tầng hầm, cần thiết phải lắp đặt riêng
hệ thống điều khiển báo và chữa cháy tự động cho khu vực đỗ xe.
Khi xảy ra sự cố về hư hỏng thiết bị khi vận hành thì việc nhận và trả xe cũng bị
tạm hoãn.
Vấn đề sự cố về mất điện. Đối với bãi xe thơng thường, dù tịa nhà mất điện thì vẫn
có thể lái xe ra khỏi bãi xe. Tuy nhiên với hệ thông tự động, không xe nào có thể ra
khỏi hệ thống khi mất điện. Do đó,máy phát điện riêng cho hệ thống phải được trang
bị.
12
BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
CHƯƠNG 2:
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ
THU THẬP DỮ LIỆU SCADA
2.1 Giới thiệu về hệ thống SCADA
2.1.1 Khái niệm SCADA
SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) đúng như tên gọi của nó,
SCADA là một phần mềm hệ thống được sử dụng để giám sát, điều khiển và thu thập
thông tin dữ liệu của hệ thống phần cứng. Nó được sử dụng rộng rãi trong các nhà
máy để giám sát và điều khiển các dây chuyền và máy móc sản xuất. Một cách tốt để
hiểu hệ thống SCADA là gì và nó có thể được sử dụng ở đâu? thì chúng ta có thể hiểu
điều này đơn giản hơn khi tìm hiểu về kim tự tháp tự động hóa.
Hình 2.5 Kim tự tháp tự động hóa
Hệ thống SCADA được đặt ở cấp độ theo dõi và giám sát trong kim tự tháp tự động
hóa. Kim tự tháp tự động hóa là một khái niệm được xuất bản trong ISA-95 và IEC
62264-3, nhằm cố gắng mô tả cách các hệ thống khác nhau hoạt động tương hỗ cùng
nhau. Ở đỉnh kim tự tháp, bạn sẽ có tất cả các thơng tin dữ liệu về hệ thống để xử lý
về mặt kinh doanh, lập kế hoạch và hậu cần. Và ở dưới cùng, bạn có tất cả các hệ
thống, thiết bị hiện trường hoạt động. Hệ13
thống SCADA được đặt ngay giữa kim tự
tháp tự động hóa. Là nơi IT (Information Technology – Cơng nghệ thơng tin) gặp OT
(Operational Technology – Công nghệ vận hành).
BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
Bên dưới hệ thống SCADA là tất cả các thiết bị hoạt động như PLC, cảm biến, v.v.
Công việc của SCADA thực sự là điều khiển và giám sát tất cả các thiết bị này. Nhưng
đồng thời cũng gửi và nhận thông tin từ hệ thống MES hoặc ERP phía trên.
2.1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống SCADA
Hình 2.6 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Scada
Một lần nữa, hệ thống SCADA là điểm gặp gỡ và kết nối giữa IT và OT. Khái niệm
cơ bản thực sự của SCADA là về trao đổi thơng tin và khả năng kiểm sốt (giám sát
và điều khiển). Đặc biệt là cách bạn thường thấy các hệ thống SCADA được sử dụng.
Hệ thống SCADA về mặt vật lý sẽ giống như một màn hình. Thường sẽ có nhiều
màn hình trong đó người vận hành có thể vừa điều khiển vừa giám sát tất cả các thành
phần liên quan trong một hệ thống, máy móc hoặc thậm chí tồn bộ nhà máy. Điều
này có thể dễ được hình dung với ví dụ: một P&ID (sơ đồ đường ống và các thiết bị
đo đạc). Điều quan trọng nhất là người vận hành hiểu các phần khác nhau của hệ
thống SCADA và những gì họ cần làm là điều khiển hay giám sát.
Tất cả các màn hình này về cơ bản là giao diện HMI (Human-Machine Interfaces
“giao diện người máy”). Chúng là giao diện giữa người vận hành và máy móc. Quay
14
lại như những ngày sơ khai, một HMI thực sự chỉ là một loạt các nút nhấn và tín hiệu
đèn điều khiển. Nhưng bây giờ, với những hệ thống hiện đại, tân tiến; bạn sẽ thấy
thường có màn hình cảm ứng ở máy hoặc trong phịng điều khiển.
BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
2.2 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống SCADA
Nói một cách đơn giản HMI là một phần của SCADA. Bởi vì HMI chỉ là màn hình
chính hoặc giao diện, SCADA là một ứng dụng hoặc toàn bộ hệ thống đằng sau tất cả
các màn hình đó. Một hệ thống SCADA có thể có nhiều HMI để điều khiển và giám
sát các bộ phận khác nhau của nhà máy.
Nếu chúng ta xem xét kỹ hơn cấu trúc của SCADA thì sẽ thấy rõ rằng nó chứa
nhiều thứ hơn là chỉ HMI. Nó là toàn bộ cơ sở hạ tầng của các thiết bị có thể giao tiếp.
Ứng dụng SCADA thường chạy trên máy chủ. Sau đó, những thiết bị khách như máy
tính để bàn và màn hình HMI kết nối với máy chủ để sử dụng giao diện và cơ sở dữ
liệu của hệ thống SCADA. Vì các thiết bị như PLC và RTU cũng được kết nối với
máy chủ, nên bây giờ chúng ta có thể sử dụng SCADA để điều khiển và giám sát hoạt
động của nó.
RTU hoặc thiết bị đầu cuối từ xa hơi giống PLC. Bạn có thể kết nối các cảm biến
với RTU và nó sẽ chuyển đổi tín hiệu, dữ liệu của chúng sang dữ liệu kỹ thuật số. Dữ
liệu kỹ thuật số này sau đó sẽ được đưa vào hệ thống SCADA.
Một hệ thống SCADA cơ bản có các thành phần chinh là MTU, RTU và thành phần
truyền thông
2.2.1 MTU (Master Terminal Unit)
MTU là trung tâm của một hệ thống SCADA, trong thực tế nó thường là một hệ
máy tính cơng nghiệp. MTU giao tiếp với người điều hành và RTU thơng qua khối
truyền thơng. Ngồi ra MTU còn được kết nối với các thiết bị ngoại vi như monitor,
máy in và có thể kết nối với mạng truyền thông.
Nhiệm vụ của MTU bao gồm:
-
Cập nhật dữ liệu từ các thiết bị RTU và nhận
15 lệnh từ người điều hành
-
Xuất dữ liệu đến các thiết bị thi hành RTU.
-
Hiển thị các thông tin cần thiết về các quá trìnhcũng như trạng thái của các thiết bị lên
BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
màn hình giúp cho người điều hành giám sát và điều khiển.
-
Lưu trữ, xử lý các thông tin và giao tiếp với các hệ thống thông tin khác.
2.2.2 RTU (Remote Terminal Unit)
RTU thu thập thông tin từ xa, thường xuyên đặt tại nơi làm việc để thu nhập dữ liệu
và thông tin từ các thiết bị hiện trường như các valve, các cảm biến, các đồng hồ đo,..
gửi đến MTU để xử lý và thông báo cho người điều hành biết trạng thái hoạt động của
các thiết bị hiện trường. Mặt khác, nó nhận lệnh hay tín hiệu từ MTU để điều khiển
hoạt động của các thiết bị theo yêu cầu.
Thông thường các RTU lưu giữ thông tin thu thập được trong bộ nhớ của nó và đợi
yêu cầu từ MTU mới truyền dữ liệu. Tuy nhiên, ngày nay các RTU hiện đại có các
máy tính và PLC có thể thực hiện điều khiển trực tiếp qua các địa điểm từ xa mà
không cần định hướng của MTU
2.2.3 Khối truyền thông
Là môi trường truyền thông giữa các khối thiết bị với nhau, bao gồm phần cứng và
phần mềm.
Phần cứng: là các thiết bị kết nối như modem, hộp nối, cáp truyền và các thiết bị
thu phát vô tuyến (trong hệ thống không dây - wireless), các trạm lặp ( trong trường
hợp truyền đi xa).
Phần mềm: đó là các giao thức truyền thơng (protocol), các ngơn ngữ lập trình
được dùng để các thiết bị có thể giao tiếp với nhau.
CPU của RTU nhận luồng dữ liệu nhị phân theo giao thức truyền thông, Các giao
thức có thể là giao thức mở như TCP/IP (Transmission Control Protocol and Internet
Protocol) hoặc các giao thức riêng. Những luồng thơng tin được tổ chức theo mơ hình
7 lớp ISO/OSI. Mơ hình OSI được sử dụng để đặt tiêu chuẩn cho cách trao đổi thông
16
tin với các giao thức. Truyền thông và dữ liệu RTU nhận thông tin của nó nhờ vào sự
nhận dạng mã trong dữ liệu truyền. Dữ liệu này được biên dịch và được CPU điều
khiển tích hợp tác động tại chỗ.
BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
2.3 Hệ thống SCADA hiện đại
Cùng với sự phát triển vượt bậc của công nghệ viễn thông và công nghệ thông tin.
Các hệ thống SCADA ngày nay cho phép thu thập dữ liệu, điều khiển và giám sát trên
một phạm vi rộng lớn, có thể lên hàng ngàn hay thậm chí là cả hàng chục ngàn kênh
Input/Output với tốc độ nhanh và độ tin cậy cao nhờ vào các giao thức mở và các
mạng truyền thông như mạng Profibus, WAN, LAN, ENTHERNET và cả mạng
Internet. Hầu hết các phần mềm SCADA ngày nay đều có hỗ trợ kết nối Internet. Mặt
khác, trong hệ thống SCADA ngày nay có các PLC có khả năng đảm nhận việc giám
sát và điều khiển tại các điểm cục bộ. Tuy nhiên, MTU vẫn không thể thiếu trong hệ
thống SCADA.
2.3.1 Cấu trúc hệ thống
Ngày nay, các hệ thống SCADA thế hệ mới được xây dựng theo cấu trúc phân bố,
trong đó máy chủ được phân bố trên một số các bộ xử lý được nối với nhau thông qua
mạng cục bộ (LAN). Trong đó, mỗi bộ xử lý có một nhiệm vụ riêng nhất định như:
thu thập và xử lý, xây dựng hiển thị, tạo báo cáo… và một số bộ xử lý dùng để dự
phòng.
Hệ thống được thiết kế theo giao thức mở và cơ chế Client-Server.
Với:
-
IOS: module các ngõ vào ra dữ liệu ( Data Input/Output Modules).
-
MMI: module giao tiếp giữa người và máy (Man-Machine Interface)
-
HDC: module lưu trữ dữ liệu thu thập được trong quá khứ ( Historical for Data
Collection Storage).
-
GW: cổng giao tiếp cho mạng LAN.
-
APPS: module tínhtốn và xử lý ứng dụng
2.3.2 Các đặc tính chính của hệ thống
17
Các hệ thống SCADA hiện nay có các đặc tính sau:
BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
-
Đồ họa hoàn tồn trong q trinh giám sát và điều khiển.
-
Có hệ thống lưu trữ dữ liệu và hiển thị đồ thị q trình, có khả năng hiển thị đa tín
hiệu.
-
Hệ thống cảnh báo và ghi nhận sự kiện
-
Hỗ trợ các chuẩn truyền thông nối tiếp, song song và giao thức TCP/IP
-
Hệ thống báo cáo, báo biểu theo chuẩn công nghiệp.
-
Hỗ trợ các chuẩn giao diện OPC, OLE/DB và các giao diện cơng nghiệp khác.
-
Khả năng tích hợp tín hiệu video động.
-
Khả năng đồng bộ về thời gian với hệ thống cũng như giữa các Server và Client.
2.3.3 Đặc điểm về giao tiếp giữa người và máy (HMI)
Về phần giao tiếp giữa người và máy, các hệ thống SCADA ngày nay được trang bị
các khối hiển thị hình ảnh VDU, hiển thị đầy đủ hình ảnh đồ họa của các q trình.
Ngồi ra cịn có kèm theo Mouse, Trackball, Joystick và bàn phím, các nút điều khiển
được thay thế bằng biển tượng (Icon) trên màn hình. Chúng được tác động bằng
Mouse, bàn phím hay có thể chỉ tay lên biểu tượng trên màn hình đối với các màn
hình cảm ứng.
Các thiết bị đó giúp cho người điều hành có khả năng:
-
Nhanh chóng hốn đổi giữa các hiển thị
-
Nhanh chóng xem được chi tiết các thông tin được cập nhật
-
Tạo và sửa đổi các hiển thị trực tiếp trên màn hình hệ thống
-
Có những hiệu ứng đặc biệt giúp dễ dàng phân biệt trạng thái cũng như nhận biết dữ
liệu.
Ngoài ra các VDU chạy trên mơi trường Window hay Window-X cịn giúp điều
hành viên có thể: Xem trên cùng một VDU nhiều mảng thông tin và truy cập được các
dữ liệu nằm rải rác theo địa lý hoặc các dữ liệu thuộc các cơ sở dữ liệu khác nhau.
18thụ động nữa mà chúng làm nhiệm vụ thu
Về các RTU, khơng cịn là những thiết bị
thập và lưu giữ dữ liệu vùng. Nhiều mức xử lý dữ liệu và điều khiển được thực hiện
tại các RTU.
BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
Nhiều loại thiết bị có thể được nối vào các RTU như: PLC, máy đo lưu lượng, thiết
bị lấy chuẩn trong các bin hay các bồn chứa,... Các RTU có thể được kết nối theo kiểu
phân bố hoặc kiểu phân cấp.Dữ liệu của các RTU được xử lý tại trạm chủ.
Về cơ sở dữ liệu,các dữ liệu được lưu trữ không chỉ là dữ liệu đo đạc từ xa được
tính tốn mà cịn là các thông số bảo vệ, các sự kiện, các mẫu tin cũng như các cảnh
báo. Do tính chất phân bố của SCADA nên cơ sở dữ liệu cũng được phân bố. Cơ sở
dữ liệu cũng có thể liên hệ với hệ thống quản trị thông tin (Management Information
System) và hệ thống thông tin địa lý GIS (Geographic Information System). Ngồi ra,
các dữ liệu có thể được bảo mật bằng các password.
2.4 Các ứng dụng của hệ thống SCADA
Ngày nay hệ thống SCADA được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực
công nghiệp. Đặc biệt trong một số lĩnh vực sau:
-
Hệ thống SCADA cho các trạm trộn bê tông,các nhà máy sản xuất xi-măng,các nhà
máy chế biến thực phẩm,nước giải khát.
-
Hệ thống SCADA cho hệ thống vận chuyển hành lý và hàng hoá tại các sân bay, bến
cảng.
-
Hệ thống SCADA giám sát các giàn khoan ống dẫn dầu, dẫn khí.
-
Hệ thống SCADA cho nhà máy nước, xử lý chất thải, các kho xăng dầu.
-
Hệ thống SCADA cho hệ thống phân phối lưới điện.
Ngồi ra, hệ thống SCADA cịn được ứng dụng để giám sát và điều khiển trong các
nhà máy hạt nhân, trong các ngành kỹ thuật hàng không vũ trụ và một số ngành công
nghiệp công nghệ cao khác.
SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) Giám sát, Điều khiển và Thu
thập dữ liệu.
Khái niệm được sử dụng rộng rãi trong19công nghiệp và các nhà máy hiện đại. Đối
với một nhà máy hiện đại, khi xây dựng và đưa vào hoạt động, để có thể tạo ra được
sản phẩm đạt yêu cầu về chất lượng, đáp ứng được các yêu cầu khắt khe của thị
BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
trường, nhà máy cần được trang bị các máy móc hiện đại, đạt được các tiêu chuẩn về
chất lượng và môi trường, độ an tồn, năng suất và tiết kiệm. Chính vì thế, việc tích
hợp tự động hóa nhà máy là một u cầu bức thiết được ra. Các hạng mục sản xuất
được trang bị máy móc tự động, phần mềm điều khiển hiện đại để tiết kiệm nhiên liệu,
điện năng, nhân công và đảm bảo chính xác theo u cầu.
Thơng thường SCADA được chia ra làm 3 cấp:
Cấp vận hành (Cấp trường):
Là cấp độ để các kỹ sư, công nhân vận hành, theo dõi hoạt động của thiết bị, các
thông số theo quy trình cơng nghệ đặt ra.
Cấp điều khiển (Tại phịng điều khiển):
Là cấp độ các kỹ sư điều khiển tự động sẽ giám sát, điều khiển các thơng số, tình
trạng của các thiết bị và toàn bộ dây truyền sản xuất theo quy trình đã đặt ra bằng thao
tác, theo dõi trên bảng thơng số,màn hình hiển thị và điều khiển qua giao diện phần
mềm (HMI Human Machine Interface) hay bàn điều khiển (Operator Panel).
Cấp giám sát, quản lý:
Có 2 hình thức tương đương nhau:
-
Giám sát tại nhà máy (Tại nhà vận hành): Nhà quản lý sẽ theo dõi các thơng số, tình
trạng thiết bị và tồn bộ hoạt động của dây truyền sản xuất theo yêu cầu qua giao diện
máy tính được kết nối trực tiếp với phịng điều khiển. Qua đó có thể nắm được tình
hình sản xuất, tình trạng vật tư thiết bị, lên kế hoạch sản xuất, truyền tải,…
-
Giám sát từ xa (Tại trung tâm): Tại trung tâm của tổng công ty, nhà quản lý tại đây có
thể theo dõi, giám sát mọi họat động của nhà máy thơng qua máy tính được kết nối từ
xa qua mạng. Từ đó có kế hoạch sản xuất, điều độ, bán hàng và nhập hàng.
20
Thiết bị của hệ thống SCADA:
Phần cứng:
BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
Để xây dựng hệ thống SCADA cho nhà máy cần các phần cứng sau:
-
Máy tính cơng nghiệp (IPC)
-
Bộ tích hợp thiết bị (Kết nối và thu thập dữ liệu lên máy tính) thiết bị mạng (Switch,
…)
Phần mềm:
Phần mềm cho giám sát điều khiển:
-
Tạo ra giao diện hiển thị các thông số, điều khiển qua giao diện hiển thị, lưu trữ dữ
liệu vào cơ sở dữ liệu. (Mỗi máy có1 license và theo số điểm tích hợp điều khiển
I/Opoint).
Phần mềm giám sát,quản lý:
Hiển thị các thông số, lưu trữ các dữ liệu vào cơ sở dữ liệu (Giao diện có thể là web
navigator)
Các phần mềm phụ trợ:
Kết nối mạng,kết nối PLC —IPC,
Mạng kết nối:
Các hình thức có thể sử dụng:
-
Đường truyền lease-line:
Là kênh th bao riêng của của bưu điện cho phép truyền dữ liệu với tốc độ
cao bằng các thiết bị đầu cuối bằng modem truyền thống, tốc độ tối đa cho
phép 19.2 kb/s. (của riêng nhà máy-private line)
-
Đường truyền cáp quang:
Dùng cáp quang để truyền dữ21
liệu từ nhà máy về trung tâm (có thể thuê của
bưu điện hoặc tự kéo cáp nếu khoảng cách gần)với khoảng cách xa,băng
thông rộng,tin cậy,tốc độ cao.
BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
Tại mỗi đầu phải có thiết bị chuyển đổi quang để kết nối với máy tính.
-
Đường truyền ADSL:
Là đường truyền internet băng thơng rộng,cho phép dữ liệu với tốc độ
cao,dễ kết nối.(Là mạng công cộng)
22
BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
CHƯƠNG 3:
GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM
WINCC V16
3.1 Giới thiệu về PLC S7-1200
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7200. So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:
S7-1200 là một dịng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm
sốt nhiều ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh
mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hồn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng
với S7-1200.
S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn,
các đầu vào/ra (DI/DO).
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và
chương trình điều khiển:
-
Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC
-
Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình
S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.
Ngồi ra bạn có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485
hoặc RS232.
Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic. Step7 Basic hỗ trợ ba
ngơn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL. Phần mềm này được tích hợp trong TIA
Portal 11 của Siemens.
Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này
đã bao gồm cả mơi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.
3.2 Lịch sử phát triển
Tự động ngày càng đóng vai trị quan trọng trong đời sống và công nghiệp. Ngày nay,
tự động đã phát triển đến trình độ cao nhờ những tiến bộ của lý thuyết điều khiển tự động,
tiến bộ của những ngành khác như điện tử, tin học… Nhiều hệ thống điều khiển đã ra đời,
nhưng phát triển mạnh và có khả năng phục vụ rộng là bộ môn điều khiển PLC.
23của nhóm kỹ sư hãng General Motors vào
Khái niệm bộ điều khiển PLC là ý tưởng
năm 1968, và họ đã đề ra các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng những yêu cầu điều khiển
như sau:
BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
-
Dễ lập trình và thay đổi chương trình điều khiển, sử dụng tích hợp trong các nhà máy
công nghiệp.
-
Cấu trúc dạng Module dễ mở rộng, dễ bảo trì và sửa chữa.
-
Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất của các nhà máy công nghiệp.
-
Sử dụng các linh kiện bán dẫn nên phải có kích thước nhỏ gọn hơn mạch role mà chức
năng vẫn tương đương.
-
Giá cả cạnh tranh.
Hình 3.7 PLC vào những thời kỳ mới ra
3.3 Vai trò PLC
Trong một hệ thống điều khiển tự động, PLC được xem là trái tim của hệ thống điều
khiển tự động. Với một chương trình ứng dụng (đã được lưu trữ trong bộ nhớ của PLC)
thì PLC liên tục kiểm tra tình trạng của hệ thống, Bao gồm: kiểm tra tín hiệu phản hồi từ
các thiết bị nhập, dựa vào chương trình logic để xử lý tín hiệu và mang các tín hiệu điều
khiển ra thiết bị xuất.
PLC được dùng để điều khiển những hệ thống từ đơn giản đến phức tạp. Hoặc ta có
thể kết hợp chúng với nhau thành một mạng truyền thơng có thể điều khiển một q trình
phức hợp.
3.4 Ưu điểm ứng dụng PLC vào tự động hóa
Bộ điều khiển PLC có những ưu điểm như sau:
-
Giá thành khá thấp
-
Kích thước vật lý gọn gàng
-
Tốc độ điều khiển nhanh
-
Khả năng chống nhiễu rất tốt
24
BÁO CÁO KỸ THUẬT NGUỒN PHÂN TÁN 2022
-
Lắp đặt dễ dàng, thời gian lắp đặt nhanh
-
Lập trình đơn giản, tốn ít thời gian
-
Khả năng điều khiển tốt các tác vụ phức tạp
-
Dễ dàng thay đổi, nâng cấp và điều khiển
-
Công tác bảo trì đơn giản và nhẹ nhàng
3.5 Phần cứng PLC S7-1200
Hình 3.8 PLC S7-1200
-
Kích thước: 110 x 100 x 75
-
Bộ nhớ người dùng:
Bộ nhớ làm việc: 50Kb
Bộ nhớ lưu trữ: 2Mb
Bộ nhớ Retentive: 2Kb
-
Ngõ vào ra số: 14 In/10 Out
-
Ngõ vào ra tương tự: 2 In
-
Vùng nhớ truy suất bit (M): 4096 Byte
-
Module tín hiệu mở rộng: 8
-
Board tín hiệu/truyền thông:1
-
Module truyền thông: 3
-
Bộ đếm tốc độ cao:
1 Pha 3 x 100KHZ/3 x 30KHZ
2 Pha 3 x 80KHZ/3 x 20KHZ
-
Ngõ ra xuất xung tốc độ cao: 2
-
Truyền thông: Ethernet
-
Thời gian thực khi mất nguồn nuôi: 10 ngày
25
