NGHIÊN cứu và ỨNG DỤNG hệ THỐNG điều KHIỂN PCS7 CHO BÌNH TÁCH dầu THÔ 3 PHA GIÀN CÔNG NGHỆ TRUNG tâm số 2 mỏ BẠCH hổ, xí NGHIỆP KHAI THÁC dầu KHÍ VIETSOVPETRO
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.77 MB, 110 trang )
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao Học
Mục Lục
LỜI CAM ĐOAN………………………………………………………………………11
LỜI CẢM ƠN…………………………………………………………………………..12
LỜI NÓI ĐẦU………………………………………………………………………….13
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ SIMATIC PCS7 ........................................................... 14
1.1.
Simatic PCS 7 ............................................................................................................................. 14
1.1.1.
Simatic PCS 7 – Những điểm nổi bật của hệ thống điều khiển........................................... 14
1.1.2.
SIMATIC PCS 7 – Một HTĐK cho tất cả các lĩnh vực và ngành công nghiệp .... ……………14
1.1.3.
SIMATIC PCS 7 – mở rộng cấp bậc từ 100 đến 100.000 I/O............................................. 15
1.1.4.
Sự phát triển của SIMATIC PCS 7 – công suất và hiệu suất .............................................. 15
1.2.
Giao diện ghép nối qui trình bằng PROFIBUS ........................................................................... 16
1.2.1.
Hệ thống Bus ....................................................................................................................... 16
1.2.2.
Các module liên kết ............................................................................................................. 16
1.3.
1.2.2.1.
DP/PA Coupler ............................................................................................................ 16
1.2.2.2.
DP/PA Link ................................................................................................................. 17
1.2.2.3.
Y Coupler .................................................................................................................... 17
1.2.2.4.
Y Link ......................................................................................................................... 18
Các Module xuất nhập................................................................................................................. 18
1.3.1.
Tổng quan về Input/Output ................................................................................................. 18
1.3.2.
Tổng quan về Module I/O của ET-200M ............................................................................ 19
1.3.2.1.
Phạm vi của các module .............................................................................................. 21
1.4.
Các bộ điều khiển ........................................................................................................................ 21
1.5.
Hệ thống vận hành....................................................................................................................... 25
1.5.1.
Các bộ phận phần cứng và phần mềm (Hardware & Software Components) ..................... 25
1.5.2.
Giao diện người dùng (GUI – Graphic User Interface)....................................................... 25
1.5.2.1.
GUI – Sự truy cập dễ dàng nhờ các nút nhấn .............................................................. 26
1.5.2.3.
Các biểu tượng khối – các bảng panel......................................................................... 29
SVTH: Trần Hoàng
Trang 1
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
1.5.2.4.
1.5.3.
Luận văn Cao Học
Kỹ thuật đa màn hình (Multi – Screen) ....................................................................... 30
Quản lý báo động (Alarm Management) ............................................................................. 31
1.5.3.1.
Cấp bậc màn hình và các hiển thị theo nhóm .............................................................. 31
1.5.3.2.
Nhảy đến nơi có cảnh báo (Loop – in Alarm) ............................................................. 31
1.5.4.
Hiển thị biểu đồ (Trend Displays) ....................................................................................... 32
1.5.5.
Hệ thống lưu trữ .................................................................................................................. 33
1.5.6.
Hệ thống cảnh báo ............................................................................................................... 33
1.5.7.
Công việc download và kiểm tra các thay đổi online.......................................................... 34
1.5.8.
Sự dự phòng ........................................................................................................................ 35
1.5.9.
Quản trị người sử dụng cấp nhà máy thuộc diện rộng (Plant – wide user administration) . 36
1.6.
Hệ thống kỹ thuật (Engineering System) .................................................................................... 37
1.6.1.
Tổng quan các công cụ ........................................................................................................ 37
1.6.2.
Các cách quan sát ................................................................................................................ 37
1.6.2.2.
Plant View ................................................................................................................... 38
1.6.2.3.
Process Object View ................................................................................................... 40
1.6.3.
Simatic PDM ....................................................................................................................... 40
1.6.3.1.
Một công cụ cho các thiết bị HART / PROFIBUS ..................................................... 40
1.6.3.2.
Tầm quan sát ............................................................................................................... 41
1.6.4.
Định hướng hiển thị OS xuất phát từ Controller Configuration .......................................... 43
1.6.4.1.
Các chức năng hệ thống của cây cấp bậc nhà máy (plant hierarchy) .......................... 43
1.6.4.2.
Quản lý thay đổi tối ưu – “copy & modify” ................................................................ 44
1.6.4.3.
Định cấu hình đồ họa với CFC tuân theo tiêu chuẩn IEC 1131 .................................. 45
1.6.4.4.
Các thư viện................................................................................................................. 45
1.6.4.5.
Các khối chức năng – dựng cấu hình của các biểu tượng OS ..................................... 46
1.6.5.
Tự động tối ưu hóa chiến lược điều khiển........................................................................... 47
1.6.6.
SFC : Khái niệm trường hợp Type ...................................................................................... 49
1.6.6.1.
Những điểm nổi bật ..................................................................................................... 49
SVTH: Trần Hoàng
Trang 2
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao Học
1.6.6.2.
Giao diện khối ............................................................................................................. 50
1.6.6.3.
Sự biên tập trung tâm .................................................................................................. 50
1.6.7.
Công cụ tạo ra các bảng panel tùy ý .................................................................................... 51
1.6.8.
Sử dụng Project Library ...................................................................................................... 52
1.6.9.
Khối lượng lớn kỹ thuật hiệu quả ........................................................................................ 52
1.6.10.
Trợ lý Xuất/Nhập ................................................................................................................ 53
1.6.11.
Kỹ thuật đa dự án (Multiproject Engineering) .................................................................... 54
1.6.12.
Bộ kiểm tra chéo phiên bản (Version Cross – Checker – VXC) ......................................... 54
1.6.13.
Download xuống AS ........................................................................................................... 56
1.7.
Các hàm hệ thống ........................................................................................................................ 56
1.7.1.
Hệ thống vận hành............................................................................................................... 56
1.7.2.
Các hàm quản lý người dung và kiểm tra dấu vết ............................................................... 57
1.7.2.1.
Tổng quan.................................................................................................................... 57
1.7.2.2.
Sự bảo vệ truy cập bằng SIMATIC Logon ................................................................. 57
1.7.2.3.
Các chức năng SIMATIC Logon ................................................................................ 58
1.7.2.4.
Các ứng dụng SIMATIC Logon .................................................................................. 59
Chƣơng 2: TỔNG QUAN VỀ GIÀN CNTT SỐ 2 MỎ BẠCH HỔ............................ 61
2.1.
Sơ lược về quy trình hoạt động của giàn CNTT số 2 mỏ Bạch Hổ ............................................. 61
2.1.1.
Chức năng chính của giàn CNTT-2 .................................................................................... 61
2.1.2.
Hệ thống xử lý dầu .............................................................................................................. 62
2.1.2.1.
Sơ đồ khối quá trình xử lý dầu .................................................................................... 62
2.1.2.2.
Cụm phân dòng M1 ..................................................................................................... 62
2.1.2.3.
Phin lọc F-1-A/B/C/D ................................................................................................. 63
2.1.2.4.
Hệ thống bình tách cấp I: V-1-A/B/C.......................................................................... 64
2.1.2.5.
Hệ thống gia nhiệt T-1-A/B/C/D ................................................................................. 64
2.1.2.6.
Hệ thống bình tách cấp II: V-2-A1/B1/C1 .................................................................. 65
2.1.2.7.
Hệ thống bình tách tĩnh điện: V-2-A2/B2/C2 ............................................................. 68
SVTH: Trần Hoàng
Trang 3
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
2.1.2.8.
2.1.3.
Luận văn Cao Học
Hệ thống bình chứa dầu sự cố V-3-C .......................................................................... 69
Hệ thống xử lý nước ............................................................................................................ 69
2.1.3.1.
Hệ thống tách dầu trong nước HC-1-A/B/C/D và HC-2-A/B/C/D ............................. 70
2.1.3.2.
Hệ thống tách váng dầu và khử khí trong nước V-10-A/B và Caission KS-1 ............ 71
2.1.4.
Hệ thống xử lý khí ............................................................................................................... 71
2.1.4.1.
Hệ thống xử lý khí thấp áp .......................................................................................... 72
2.1.4.2.
Hệ thống xử lý khí cao áp ........................................................................................... 72
2.1.4.3.
Hệ thống xử lý khí nhiên liệu – Fuel Gas.................................................................... 73
2.1.5.
Hệ thống đuốc cao áp và thấp áp (HP & LP Flare) ............................................................. 74
2.1.6.
Hệ thống thu gom condensate ............................................................................................. 76
2.1.7.
Hệ thống hóa phẩm ............................................................................................................. 76
2.1.8.
Hệ thống Boiler ................................................................................................................... 78
2.1.9.
Hệ thống thu gom dầu thải .................................................................................................. 78
2.1.10.
Hệ thống khí nguồn nuôi ..................................................................................................... 79
2.1.11.
Hệ thống tạo Nitơ ................................................................................................................ 79
2.2.
Tìm hiểu về bình tách 3 pha (bình tách cấp 1) ............................................................................ 80
2.2.1.
Phát biểu bài toán điều khiển cho bình tách 3 pha (bình tách cấp 1) .................................. 80
2.2.2.
Tìm hiểu các thiết bị trong hệ thống bình tách 3 pha .......................................................... 81
2.2.2.1.
Bình tách 3 pha ............................................................................................................ 81
2.2.2.2.
Transmitter đo mức ..................................................................................................... 82
2.2.2.3.
Transmitter áp suất ...................................................................................................... 83
2.2.2.4.
Transmitter nhiệt độ .................................................................................................... 84
2.2.2.5.
Relay bảo vệ mức chất lỏng ........................................................................................ 84
2.2.2.6.
Relay bảo vệ mức áp suất ............................................................................................ 84
Chƣơng 3: TỔNG HỢP HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CHO BÌNH TÁCH 3 PHA
BẰNG HỆ PCS7 CỦA HÃNG SIEMENS .................................................................... 86
3.1.
Cấu hình phần cứng..................................................................................................................... 86
SVTH: Trần Hoàng
Trang 4
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao Học
3.1.1.
Tạo dự án ............................................................................................................................. 86
3.1.2.
Định cấu hình phần cứng – Hardware Configuration ......................................................... 87
3.2.
Chương trình điều khiển.............................................................................................................. 91
3.2.1.
Các thông số kĩ thuật của bình tách 3 pha ........................................................................... 91
3.2.2.
Chương trình điều khiển...................................................................................................... 91
3.2.3.
Lưu đồ thuật toán điều khiển mức nước.............................................................................. 93
3.2.4.
Lưu đồ thuật toán điều khiền mức dầu ................................................................................ 94
3.2.5.
Lưu đồ thuật toán điều khiển áp suất .................................................................................. 95
3.2.6.
Lưu đồ thuật toán điều khiển nhiệt độ ................................................................................. 96
3.3.
Giao diện màn hình Scada ........................................................................................................... 97
3.3.1.
Màn hình chính.................................................................................................................... 97
3.3.2.
Màn hình giám sát nhiệt độ ................................................................................................. 97
3.3.3.
Màn hình giám sát áp suất ................................................................................................... 98
3.3.4.
Màn hình giám sát mức nước .............................................................................................. 98
3.3.5.
Màn hình giám sát mức dầu ................................................................................................ 99
Chƣơng 4: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN................................................ 100
4.1.
Kết luận ..................................................................................................................................... 100
4.2.
Hướng phát triển ....................................................................................................................... 100
SVTH: Trần Hoàng
Trang 5
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao Học
Danh mục các bảng
Tên bảng
Trang
Bảng 1: Sự phát triển của SIMATIC PCS7
13
Bảng 2: Khả năng của bộ điều khiển điển hình
19
Bảng 3: Thông số kỹ thuật
88
Bảng 4: Bảng tín hiệu vào ra
88
SVTH: Trần Hoàng
Trang 6
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao Học
Danh Mục hình ảnh
Hình 1: Các module mở rộng ...................................................................................................................... 15
Hình 2: DP/PA Coupler .............................................................................................................................. 17
Hình 3: DP/PA Link .................................................................................................................................... 17
Hình 4: Y Coupler ....................................................................................................................................... 18
Hình 5: Y Link ............................................................................................................................................. 18
Hình 6: Tổng quan I/O ................................................................................................................................ 19
Hình 7: I/O của ET-200M ........................................................................................................................... 19
Hình 8: Sơ lược phần cứng ......................................................................................................................... 23
Hình 9: Card kết nối ................................................................................................................................... 24
Hình 10: Sơ đồ chuyển mạch ...................................................................................................................... 24
Hình 11: Redundant CPU ........................................................................................................................... 25
Hình 12: Giao diện người dùng .................................................................................................................. 26
Hình 13: Các biểu tượng khối - các bảng panel ......................................................................................... 30
Hình 14: Multi - Screen............................................................................................................................... 31
Hình 15: Cảnh báo từ Overview ................................................................................................................. 32
Hình 16: Cảnh báo từ panel ........................................................................................................................ 32
Hình 17: Số liệu kỹ thuật ............................................................................................................................. 33
Hình 18: Download online .......................................................................................................................... 34
Hình 19: Download tự động........................................................................................................................ 35
Hình 20: Sever dự phòng ............................................................................................................................ 35
Hình 21: Quyền truy cập ............................................................................................................................. 36
Hình 22: Tổng quan các công cụ ................................................................................................................ 37
Hình 23: Component View .......................................................................................................................... 38
Hình 24: Plant View .................................................................................................................................... 39
Hình 25: Process Object View .................................................................................................................... 40
Hình 26: HART / PROFIBUS..................................................................................................................... 40
SVTH: Trần Hoàng
Trang 7
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao Học
Hình 27: Tầm quan sát ................................................................................................................................ 41
Hình 28: LifeList ......................................................................................................................................... 42
Hình 29: Biểu tượng chuẩn đoán ................................................................................................................ 43
Hình 30: Plant Hierarchy ........................................................................................................................... 44
Hình 31: Copy & Modify............................................................................................................................. 44
Hình 32: CFC tiêu chuẩn IEC 1131............................................................................................................ 45
Hình 33: Các khối chức năng ..................................................................................................................... 46
Hình 34: Chart CFC ................................................................................................................................... 47
Hình 35: Biên tập theo chuẩn IEC 1131 ..................................................................................................... 48
Hình 36: Trình tự cấu hình CFC chart ....................................................................................................... 49
Hình 37: Giao diện khối .............................................................................................................................. 50
Hình 38: Biên tập trung tâm ....................................................................................................................... 51
Hình 39: Công cụ tạo panel ........................................................................................................................ 51
Hình 40: Trợ lý xuất/nhập ........................................................................................................................... 53
Hình 42: Version Cross – Checker – VXC .................................................................................................. 54
Hình 41: Multiproject Engineering ............................................................................................................. 54
Hình 43: Các tính năng của bộ kiểm tra ..................................................................................................... 55
Hình 44: Download xuống AS ..................................................................................................................... 56
Hình 45: Tổng quan các hàm quản lý ......................................................................................................... 57
Hình 46: Chức năng SIMATIC Logon ........................................................................................................ 59
Hình 47: Ứng dụng SIMATIC Logon .......................................................................................................... 60
Hình 48: Sơ đồ khối quá trình xử lý dầu ..................................................................................................... 62
Hình 49: Hệ thống gia nhiệt T-1 ................................................................................................................. 65
Hình 50: Loop điều khiển áp suất tại bình tách cấp II................................................................................ 67
Hình 51: Loop điều khiển mức dầu của bình tách cấp II ............................................................................ 67
Hình 52: Loop điều khiển mức nước tại bình tách cấp II ........................................................................... 68
Hình 53: Sơ đồ khối quá trình xử lý nước ................................................................................................... 70
SVTH: Trần Hoàng
Trang 8
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao Học
Hình 54: Nguyên lý hoạt động của hydrocyclone ....................................................................................... 71
Hình 55: Sơ đồ khối quá trình xử lý khí thấp áp ......................................................................................... 72
Hình 56: Sơ đồ khối quá trình xử lý khí cao áp .......................................................................................... 73
Hình 57: Sơ đồ khối quá trình xử lý khí nhiên liệu ..................................................................................... 74
Hình 58: Sơ đồ khối của hệ thống đuốc cao áp .......................................................................................... 75
Hình 59: Sơ đồ khối của hệ thống đuốc thấp áp ......................................................................................... 75
Hình 60: Sơ đồ khối của hệ thống đánh lửa................................................................................................ 76
Hình 61: Sơ đồ khối của hệ thống thu gom condensate .............................................................................. 76
Hình 62: Sơ đồ khối của hệ thống hóa phẩm chống đông .......................................................................... 77
Hình 63: Sơ đồ khối của hệ thống hóa phẩm phá nhũ tương dầu trong nước ............................................ 77
Hình 64: Sơ đồ khối của hệ thống hóa phẩm phá nhũ tương nước trong dầu ............................................ 77
Hình 65: Sơ đồ khối của hệ thống hóa phẩm chống ăn mòn ...................................................................... 77
Hình 66: Sơ đồ khối của hệ thống xả xả kín và xả hở ................................................................................. 78
Hình 67: Sơ đồ khối của hệ thống xả ở Riser Block và chất thải dạng đặc quánh ..................................... 79
Hình 68:Sơ đồ khối của hệ thống khí nguồn nuôi ....................................................................................... 79
Hình 69: Sơ đồ khối của hệ thống tạo khí Nitơ ........................................................................................... 80
Hình 70: Sơ đồ bình tách 3 pha .................................................................................................................. 81
Hình 71: Sơ đồ P&ID chi tiết bên trong bình tách. .................................................................................... 82
Hình 72: Loop điều khiển mức dầu tại bình tách 3 pha .............................................................................. 82
Hình 73: Loop điều khiển mức nước tại bình tách 3 pha ............................................................................ 83
Hình 74: Loop điều khiển áp suất tại bình tách 3 pha ................................................................................ 83
Hình 75: Tạo Project .................................................................................................................................. 86
Hình 76: Chọn CPU .................................................................................................................................... 86
Hình 77: Danh mục lựa chọn Project ......................................................................................................... 87
Hình 78: Đặt tên Project ............................................................................................................................. 87
Hình 79: Giao diện...................................................................................................................................... 88
Hình 80: Định dạng IP cho CPU ................................................................................................................ 88
SVTH: Trần Hoàng
Trang 9
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao Học
Hình 81: Setup MAC-address ..................................................................................................................... 89
Hình 82: IE General.................................................................................................................................... 90
Hình 83: Setup IE General .......................................................................................................................... 90
Hình 84: Lưu đồ thuật toán điều khiển mức nước ...................................................................................... 93
Hình 85: Lưu đồ thuật toán điều khiền mức dầu......................................................................................... 94
Hình 86: Lưu đồ thuật toán điều khiển áp suất........................................................................................... 95
Hình 87: Lưu đồ thuật toán điều khiển nhiệt độ ......................................................................................... 96
Hình 88: Màn hình chính ............................................................................................................................ 97
Hình 89: Màn hình giám sát nhiệt độ ......................................................................................................... 97
Hình 90: Màn hình giám sát áp suất ........................................................................................................... 98
Hình 91: Màn hình giám sát mức nước....................................................................................................... 98
Hình 92: Màn hình giám sát mức dầu......................................................................................................... 99
SVTH: Trần Hoàng
Trang 10
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao Học
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:
-
Đây là công trình nghiên cứu do chính tôi thực hiện.
Kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai sử dụng để
công bố.
Ngƣời thực hiện luận văn
Trần Hoàng
SVTH: Trần Hoàng
Trang 11
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao Học
LỜI CẢM ƠN
Trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn đến Giám đốc cùng ban lãnh đạo xí nghiệp khai
thác Vietsovpetro đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình tìm hiểu và nghiên cứu. Tôi
cũng xin được gửi lời cảm ơn tới Giám đốc xưởng điện, các kĩ sư, tổ trưởng, cùng toàn
thể công nhân viên xưởng điện đã cung cấp tài liệu và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi
nghiên cứu và hoàn thành công việc.
Em xin chân thành cảm ơn GS.TS. Phan Xuân Minh, là người trực tiếp hướng
dẫn , đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ em giải quyết các vấn đề khó liên quan tới đề tài. Chắc
chắn bản luận văn tốt nghiệp này sẽ không thể hoàn thành nếu thiếu sự giúp đỡ quý báu
của cô ! Cùng với đó là sự giúp đỡ từ phía các thầy cô trong bộ môn Điều Khiển Tự Động
đã tạo mọi điều kiện để em có cơ hội hoàn thiện để tài!
Người thực hiện
Trần Hoàng
SVTH: Trần Hoàng
Trang 12
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao Học
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay hệ thống PCS7 đã được nghiên cứu và phát triển mạnh trong các nhà máy và
hệ thống lớn ở nhiều nước công nghiệp phát triển trên thế giới. Hệ thống PCS7 bao gồm
hệ thống đa dạng các thiết bị phần cứng chuẩn, các giao thức truyền thông tin cậy và phần
mềm tương thích nhằm đảm bảo sự tự động hóa toàn diện hầu hết các quy trình công nghệ
có quy mô vừa và lớn ở tất cả các cấp điều khiển trong các ngành công nghiệp.
Với những ưu điểm và tính phát triển tối ưu của hệ thống điều khiển PCS7, ngành
công nghiệp dầu khí đã sớm áp dụng công nghệ PCS7 cho hệ thống khai thác dầu khí.
Nhằm đạt được sự đồng bộ và nâng cao chất lượng của quá trình điều khiển và khai thác.
Mục đích của đề tài:
Nghiên cứu và ứng dụng hệ thống điều khiển PCS7 cho bình tách dầu thô 3 pha giàn
công nghệ trung tâm số 2 mỏ Bạch Hổ, xí nghiệp khai thác dầu khí Vietsovpetro. Nhằm
đảm bảo chất lượng và thuận lợi cho những quá trình tách sau đó.
Nội dung của đề tài:
Chương I:
TỔNG QUAN VỀ SIMATIC PCS7
Chương II: TỔNG QUAN VỀ GIÀN CNTT SỐ 2 MỎ BẠCH HỔ
Chương III: TỔNG HỢP HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CHO BÌNH TÁCH 3 PHA
BẰNG HỆ PCS7 CỦA HÃNG SIEMENS
Chương IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
SVTH: Trần Hoàng
Trang 13
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao Học
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ SIMATIC PCS7
1.1.
Simatic PCS 7
1.1.1. Simatic PCS 7 – Những điểm nổi bật của hệ thống điều khiển
-
Dựa trên những bộ phận phần mềm và phần cứng từ chính hãng SIEMENS.
-
Tự động hóa được tích hợp như là kỹ thuật sản xuất và xử lý.
-
Tích hợp tự động hóa theo chiều dọc và chiều ngang với TIA (Totally Integrated
Automation – giải pháp toàn diện).
-
Khả năng linh hoạt dựa vào sự thi hành theo cấp bậc và thiết kế dạng môđun độc
lập.
-
Kỹ thuật phù hợp thống nhất xuyên suốt hệ thống cho tất cả các bộ phận cùng với
một cơ sở dữ liệu chia sẻ; thực thi khối lượng lớn công việc kỹ thuật.
-
Dựa trên nền tảng Windows, giao diện người dùng (GUI) được cấu trúc dạng cấp
bậc.
-
Hệ thống điều khiển có tính sẵn sàng cao do dựa trên sự dự phòng trên tất cả các
cấp bậc của hệ thống.
-
Sự an toàn được tích hợp đồng nhất (được chứng nhận đến AK6 / SIL 3 bởi Tổ
chức Thanh tra Kỹ thuật Đức).
-
Sự phân quyền được thể hiện bao gồm các bộ phận PROFIBUS DP/PA.
-
Gói phần mềm SIMATIC BATCH được tích hợp đồng nhất tuân theo chuẩn ISA
S88.
-
Có số lượng lớn các khả năng có thể xảy ra cho các giải pháp theo ý người dùng
(các function block, các faceplate, các chương trình Visual Basic, các giao diện
v.v…)
1.1.2. SIMATIC PCS 7 – Một hệ thống điều khiển cho tất cả các lĩnh vực và ngành
công nghiệp
-
Một hệ thống điều khiển (cũng là giải pháp tự động) phù hợp cho tất cả các lĩnh
vực:
+ Điều khiển sản xuất dạng liện tục (Continuous).
+ Điều khiển sản xuất dạng mẻ (Batch).
SVTH: Trần Hoàng
Trang 14
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao Học
Cho các qui trình chính yếu và thứ yếu : SIMATIC PCS 7 có thể sử dụng không chỉ các
nhiệm vụ cho điều khiển sự sản xuất và xử lý mà còn điều khiển sự tự động hóa toàn diện
tất cả các quá trình phụ, các quá trình theo hướng ngược và xuôi của hệ thống.
Ví dụ: SIMATIC PCS 7 tạo sự tiện ích trong công nghiệp sản xuất chất dẻo:
Do đó:
-
Giảm chi phí phần cứng, công tác hậu cần và huấn luyện.
-
Gia tăng năng suất trên toàn bộ chu kỳ hoạt động của nhà máy.
1.1.3. SIMATIC PCS 7 – mở rộng cấp bậc từ 100 đến 100.000 I/O
Hình 1: Các module mở rộng
-
Một nền tảng hệ thống điều khiển tích hợp.
-
Sự thích nghi tối ưu cho tầm cỡ nhà máy.
-
Các khả năng mở rộng khác nhau.
1.1.4. Sự phát triển của SIMATIC PCS 7 – công suất và hiệu suất
SVTH: Trần Hoàng
Trang 15
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao Học
Tổng số các Tag
1 250
18 000
60 000
Số lượng OS server
1
6
12
Số lượng OS Client
8
16
32
400
2 400
5 000 / 12 000 **
127
1 024
1 024
Các Trend
(giá trị / giây)
Số lượng các trạm
Số lượng Tag mỗi
~ 300 *
~ 500 *
~ 500 *
trạm
Bảng 1: Sự phát triển của SIMATIC PCS7
1.2.
Giao diện ghép nối qui trình bằng PROFIBUS
1.2.1. Hệ thống Bus
Hệ thống Bus trong mạng PCS7 bao gồm:
-
Enthernet công nghiệp: bao gồm Enthernet và Fast Enthernet sử dụng tùy theo yêu
cầu của truyền thông.
-
PROFIBUS: bao gồm PROFIBUS-FMS, PROFIBUS-DP và PROFIBUS-PA, sử
dụng cho chức năng khác nhau
-
AS-I: Giao diện AS (Actuator/ Sensor) là một hệ thống mạng cho các cảm biến nhị
phân.
1.2.2. Các module liên kết
1.2.2.1.
DP/PA Coupler
DP/PA Coupler là module liên kết vật lý giữa Profibus DP và Profibus PA. DP/PA
Coupler nhằm thực hiện chức năng liên kết giữa Profibus DP với các thiết bị trường PA
trong môi trường cháy, nổ.
Đặc điểm của DP/PA Coupler:
-
Hình thành cách li giữa Profibus PA và Profibus DP.
-
Truyền dẫn dữ liệu từ RS 485 đến bus đồng bộ theo chuẩn IEC.
-
Chuẩn đoán qua hệ thống chỉ thị.
SVTH: Trần Hoàng
Trang 16
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao Học
-
Tốc độ truyền với kết nối Profibus DP là 45,45 Kbaud.
-
Tốc độ truyền với kết nối Profibus PA là 31,25 Kbaud.
-
Khi kết nối ta chỉ cần thiết lập tốc độ truyền phù hợp với hệ thống DP Master và
thiết lập thông số cho thiết bị trường mà không cần định cấu hình cho modul
DP/PA Coupler.
Hình 2: DP/PA Coupler
1.2.2.2.
DP/PA Link
Đây là một hình thức liên kết giữa thiết bị trường và modul PA với mạng công nghiệp
thông qua Profibus DP. Hình thức liên kết này yêu cầu một hay hai modul giao diện IM
157. DP/PA Link cung cấp một cổng vào từ hệ thống Profibus DP Master tới Profibus
PA. Kết nối DP/PA Link được định hình bởi phần mềm Step7 V5.2, nhờ phần mềm
Simatic PDM mà các thông số của thiết bị trường có thể được thiết lập nhờ thiết bị lập
trình hoặc PC.
Hình 3: DP/PA Link
1.2.2.3.
Y Coupler
SVTH: Trần Hoàng
Trang 17
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao Học
Y Coupler chỉ được ứng dụng trong hình thức Y Link trong hệ thống S7-400H không thể
hoạt động nếu thiếu modul IM 157. Y Link có những đặc điểm sau:
-
Liên kết với hệ thống DP Slave chuẩn.
-
Dải tốc độ truyền dữ liệu từ 45,45 Kbaud đến 12Mbaud.
-
Tạo lớp cách li giữa modul IM 157 và hệ thống Profibus cơ sở.
Hình 4: Y Coupler
1.2.2.4.
Y Link
Hình thức liên kết Y Link bao gồm 2 modul giao diện IM 157 và modul Y Coupler liên
kết với nhau thông qua bus. Hình thức liên kết này cung cấp một cổng vào cho DP
Master, cho phép các thiết bị cùng giao
diện Profibus DP được nối tới trạm S7400H như một công tắc vào ra hệ thống.
Hình 5: Y Link
1.3.
Các Module xuất nhập
1.3.1. Tổng quan về Input/Output
Sự kết nối các I/O phân tán thông qua
PROFIBUS-DP (cũng bằng sợi quang học
và các thiết bị dự phòng trung gian).
SVTH: Trần Hoàng
Trang 18
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao Học
Vài chuỗi DP cho phép mỗi bộ điều khiển được định dạng riêng biệt theo các yêu cầu
phân tán.
Toàn bộ phạm vi của các mô đun I/O:
-
Những mô đun tín hiệu chuẩn (giá tiền thấp cho mỗi kênh).
-
Những mô đun hệ thống điều khiển (chuẩn đoán, giá trị thay thế ngõ ra cho mỗi
kênh).
-
Những mô đun Ex (để kết nối các phần tử chấp hành / các cảm biến trong miền
0/1).
-
Các mô đun chức năng (ví dụ: bộ điều khiển, khởi động motor, các mô đun cân).
-
Hình 6: Tổng quan I/O
Các module trung tâm của S7400.
1.3.2. Tổng quan về Module I/O của ET-200M
-
Cấp độ bảo vệ IP20, tầm hoạt
động 0…60 oC (-20…60 oC).
-
Các mô đun I/O dự phòng
(1 cảm biến -> 2 module).
-
Sự cách ly về điện bằng các
bản nối đa năng (backplane
bus).
-
Có thể mở rộng các mô đun
bằng cái phích cắm các
Backplane bus trên các rãnh
nhôm.
-
Hình 7: I/O của ET-200M
Tối đa 8 mô đun trên một
trạm.
-
Không có sự hạn chế về rãnh.
-
20 hoặc 40 chốt phía trước bảng nối với đinh ốc và cấu trúc lò xo (1.5 mm2 /
0.75mm2).
-
Có các mô đun DI/DO mang tính kinh tế không có sự chuẩn đoán (MLFB- 0AA0)
-
Những mô đun có khả năng chuẩn đoán với sự giám sát toàn diện (MLFBx-0AB0)
SVTH: Trần Hoàng
Trang 19
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
-
Cảm biến bị mất nguồn / điện áp tải.
-
Chập mạch, đứt dây.
-
Giá trị thay thế được cung cấp khi hệ thống tự động bị hỏng.
-
Những tham số sai trong module.
-
Watchdog được kích hoạt.
-
Lỗi EPROM.
-
Lỗi RAM…
SVTH: Trần Hoàng
Luận văn Cao Học
Trang 20
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
1.3.2.1.
-
Luận văn Cao Học
Phạm vi của các module
Các đầu vào số:
+ 8, 16, 32 kênh.
+ DC 24V, DC 48V – 125V.
+ AC 120/230V, chuẩn NAMUR.
-
Các đầu ra số:
+ 8, 16, 32 kênh.
+ DC 24V, DC 48V – 125V, AC 120/230V, AC/DC 24 – 48V.
+ 0.5/1/2/5A cho mỗi kênh.
+ Thiết bị điện tử/ các đầu ra của rơ le.
-
Các đầu vào analog:
+ 2, 4, 8 kênh.
+ Các module đa chức năng dành cho U, I, TC, RTD, điện trở.
+ Các module đặc biệt được dùng cho:
Điện áp : như 0 – 10V, +/-10V; dòng +/-20mA, 0/4…20mA (2, 4
dây).
Các dạng phần tử nhiệt B, C, E, J, K, L, N, R, S, T, U ( tuyến tính
hóa bên trong).
Pt 100/200/500/1000, Ni 100/120/200/500/1000, Cu 10 (2, 3, 4 dây,
tuyến tính hóa bên trong).
Điện trở :150, 300, 600 Ohm.
+ Độ phân giải thay đổi / độ chính xác (lên đến 16 bit, 0.1%).
-
Các đầu ra analog:
+ 2, 4, 8 kênh.
+ Điện áp : 0 – 10V, +/-10V ; dòng +/-20mA, 0/4…20mA (2 hoặc 4 dây).
+ Độ phân giải thay đổi được / độ chính xác (lên đến 16 bit, 0.1%).
1.4.
Các bộ điều khiển
Các bộ điều khiển được tạo ra bởi SIMATIC có các đặc điểm:
-
Các bộ phận có kết cấu bền vững.
+ Nhiệt độ khi hoạt động không quạt đến 60 oC.
SVTH: Trần Hoàng
Trang 21
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao Học
+ Hoán đổi nóng các mô đun trong lúc hoạt động runtime.
-
Định cấu hình bao quát.
+ Các ngôn ngữ cấp cao dạng đồ họa, tiện lợi (CFC, SFC).
+ Các ngôn ngữ lập trình tiêu chuẩn (chẳng hạn : SCL, logic dạng thang –
Ladder logic).
-
Các thay đổi có thể được thực hiện trong suốt thời gian hoạt động runtime.
+ Chương trình người dung.
+ Định cấu hình I/O.
-
Khả năng của bộ điều khiển điển hình:
AS 414-3 /
AS 417-4 /
AS 416-2
AS 416-3
AS 414H
AS 417H
Ngõ vào digital DI
150
300
850
1 500
Ngõ ra digital DO
50
150
315
630
Ngõ vào analog AI
50
100
275
500
Ngõ ra analog AO
20
50
130
200
Bảng 2: Khả năng của bộ điều khiển điển hình
Những liên kết của trạm vận hành AS – tiền cấu hình, lắp ráp và kiểm tra:
-
Đơn vị xử lý trung tâm (Central Processing Units - CPU)
+ S7 414-3, S7 416-2, S7 416-3, S7 417-4 có tích hợp giao diện PROFIBUSDP.
+ Khả năng lưu trữ từ 1,4 MB đến 2 MB.
+ Tốc độ quét biến số (thấp khoảng 10 msec).
+ Đạt đến 1000 bộ điều khiển PID trong kột CPU đơn.
+ Không có giới hạn nhất định đối với số lượng các I/O của mỗi bộ điều
khiển.
-
Nguồn cung cấp: Có các lựa chọn : 24 VCD, 120 VAC, 120 VAC, 230 VAC.
SVTH: Trần Hoàng
Trang 22
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao Học
-
Bộ xử lý truyền thông (Communication Processor - CP) cho Industrial Ethernet.
-
Sự lắp ráp và kiểm tra đễ dàng.
Hình 8: Sơ lược phần cứng
-
Bộ điều khiển – khe cắm CPU WinAC Slot 416 : PLC dạng card máy vi tính (kết
hợp với hộp PCS 7BOX).
SVTH: Trần Hoàng
Trang 23
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Luận văn Cao Học
Hình 9: Card kết nối
-
Hoạt động độc lập đối với máy tính
-
Sử dụng nối kết với nguồn ngoài 24 V DC – độc lập với nguồn của máy tính
-
Độc lập đối với hệ điều hành Windows
-
Sự đồng bộ hóa – Bộ điều khiển có khả năng sẵn sàng cao.
Hình 10: Sơ đồ chuyển mạch
+ Thời gian chuyển mạch nhanh (điển hình là 30 ms)
+ Không mất thông tin
+ Không mất các tín hiệu báo động
+ Tiếp tục việc xử lý tắt chương trình ngay tại nơi nó để lại.
SVTH: Trần Hoàng
Trang 24
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
-
Luận văn Cao Học
Đồng bộ hóa sự kiện:
+ Sự đồng bộ hóa cần thực hiện bất kỳ khi nào hai
CPU dự phòng kết thúc với những kết quả khác
nhau suốt trong thời gian thực thi chương trình.
+ Các sự kiện được đồng bộ hóa : Cập nhật các
hình ảnh quá trình (process image). Truy cập
trực tiếp đến ngõ I/O. Các ngắt, các báo động.
Cập nhật timer. Các thay đổi dữ liệu bởi các
chức năng truyền thông (communication
functions).
Hình 11: Redundant
CPU
1.5.
Hệ thống vận hành
Về tổng quan, Operator System gồm có các thành phần:
-
Programming Interfaces
-
Standard Interfaces
-
Data Management
-
Report System
-
Archive System
-
Alarm System
1.5.1. Các bộ phận phần cứng và phần mềm (Hardware & Software Components)
Các trạm vận hành (cụm phần cứng và phầm mềm hệ thống):
-
Single-user system (OS single station).
-
Client / server system (OS client / OS server).
-
Nền tảng cơ bản :
Các bộ phận PC tiêu chuẩn Windows 2000.
1.5.2. Giao diện ngƣời dùng (GUI – Graphic User Interface)
SVTH: Trần Hoàng
Trang 25
