Luận văn Điều khiển và giám sát và thu thập dự liễu (SCADA)

Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: Nguyễn Đức Thành

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 lónh 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 bò

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 bò 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 SCADAgiám 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

SVTH: Lưu Văn Khoa


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: Nguyễn Đức Thành

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

SVTH: Lưu Văn Khoa


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: Nguyễn Đức Thành

IV Cổng truyền thông..............................................66
V Ưu nhược điểm của PLC.......................................67
VI Một vài lónh 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 bò 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 trò đo được hiển thò sẵn.................100
6 Mạng nối kết các thiết bò 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

SVTH: Lưu Văn Khoa


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: Nguyễn Đức Thành

B.Cách lập trình WinCC.............................................136
I Khái niệm.........................................................136
1 Cấu trúc............................................................136
2 Giao diện của WinCC........................................136
IICách 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

SVTH: Lưu Văn Khoa


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: Nguyễn Đức Thành

BÁO CÁO KẾT QUẢ THI CÔNG VÀ
HƯỚNG
PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

1.Kết quả thi công
Thu thập tốt dữ liệu từ các bộ đo Mach 30 về
máy tính thông qua bộ chuyển đổi RS-232/485 và
phần mềm WinCC và đồng thời từ máy tính thông
qua phần mềm này đã điều khiển được các ngõ ra
của Mach 30
Vì WinCC có hỗ trợ Driver cho PLC S7-300 nên việc
kết nối giữa máy tính với S7-300 CPU 314IFM rất dễ
dàng nên em đă kết nối thành công trong việc đọc
dữ liệu cũng như điều khiển . Còn S7-200 thì WinCC
không hỗ trợ nên em viết chương trình con riêng và
viết theo frame truyền của Ducati cho PLC S7-200 và
WinCC. Kết quả đã kết nối thành công
WinCC có hỗ trợ trong việc lưu trữ xử lý dữ liệu
(ví dụ như các giá trò đo và các thông tin báo
động)và nên em đã tìm hiểu được các thức mà
WinCC lưu dữ liệu và có thể đọc các dữ liệu mà
WinCC thu thập được từ Mach 30 cũng như PLC S7-220 và
S7-300 từ các phần mềm khác như Excel, Access, ISQL…
Và em đã thực hiện trên các phần mềm này thành
công trong việc đọc và xử lý dữ liệu đó
Cụ thể:
Đây là hình chụp panel:

SVTH: Lưu Văn Khoa


Luận Văn Tốt Nghiệp

SVTH: Lưu Văn Khoa

GVHD: Nguyễn Đức Thành


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: Nguyễn Đức Thành

Kết quả thu thập được từ Mach30 các giá trò:tần
số, điện áp tương đương ba pha, áp dây 1-2, áp dây 23, áp dây 3-1:

SVTH: Lưu Văn Khoa


Luận Văn Tốt Nghiệp

Đồ thò U12(t),U23(t),U31(t):

SVTH: Lưu Văn Khoa

GVHD: Nguyễn Đức Thành


Luận Văn Tốt Nghiệp

SVTH: Lưu Văn Khoa

GVHD: Nguyễn Đức Thành

Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: Nguyễn Đức Thành

2.Hướng phát triển của đề tài
Đề tài này một phần khẳng đònh tính năng mở,
độ linh hoạt trong hệ thống SCADA tức là có thể
dùng mạng truyền thông dựa theo giao thức Modbus và
chuẩn RS-485 này có thể ghép nối nhiều thiết bò
(có hỗ trợ giao thức và chuẩn này) thuộc các hãng
khác nhau. Hơn nữa với sự hỗ trợ mạnh về cơ sở dữ
liệu của như khả năng tích hợp của WinCC nên ta có
thể ghép nối với các hệ thống khác và có khả
năng mở rộng đến cấp quản lý, chứ không nhất
thiết là ở cấp chấp hành và cấp điều khiển. Vì
vậy hệ thống SCADA này có khả năng mở rộng và
ứng dụng vào nhiều lónh vực như: khu công nghiệp,
khách sạn, nhà hàng, bảo tàng, trung tâm thương mại,
hệ thống chuyển mạch ATS, hệ thống kho chứa và
phân phối xăng dầu,…

SVTH: Lưu Văn Khoa


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: Nguyễn Đức Thành

TÀI LIỆU THAM KHẢO
 WinCC Configuration Manual(Volume1/Volume2) –Edition

February 1999 (Siemens)
 WinCC Getting Started Manual -Edition August 1997
(Siemens)
 Tự động hoá với SIMATIC S7-300 (Nguyễn Đoãn
Phước-Phan Xuân Minh-Vũ Văn Hà )
 Tự động hoá với SIMATIC S7-200 (Nguyễn Đoãn
Phước-Phan Xuân Minh)
 Tạp chí Tự Động Hoá Ngày Nay(Automation Today)
 Mạng Truyền Thông Công Nghiệp (Hoàng Minh Sơn)
 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)
 Các Kỹ Xảo Lập Trình Với Visual Basic Và Borland
Delphi (Lê Hữu Đạt)
 Kỹ Thuật Lập Trình C (Phạm Văn t)
 Tin Học II (Đặng Thành Tín)
 Serial Port Complete (Jan Alexlson)
 Kỹ Thuật Ghép Nối Máy Tính (Ngô Diên Tập)
 Các Luận Văn Tốt Nghiệp của các khoá trước
trong bộ môn ĐKTĐ

SVTH: Lưu Văn Khoa

Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: Nguyễn Đức Thành

LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
PHẢN BIỆN
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................

..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................

SVTH: Lưu Văn Khoa


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: Nguyễn Đức Thành

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ
MINH
KHOA ĐIỆN -ĐIỆN TỬ
NGÀNH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

BK
T P .H C M

VNEE

ĐỀ TÀI:

MẠNG SCADA
GIÁM SÁT VÀ THU THẬP
SỐ LIỆU ĐIỆN NĂNG
GVHD
THÀNH

SVTH
MSSV
Lớp

: NGUYỄN ĐỨC
: LƯU VĂN KHOA
: 49700693
: ĐKTĐ97

Tp. HCM, tháng 1/ 2002

SVTH: Lưu Văn Khoa


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: Nguyễn Đức Thành

LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
HƯỚNG DẪN
..........................................................................
..........................................................................

..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................

..........................................................................
..........................................................................
..........................................................................

SVTH: Lưu Văn Khoa


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: Nguyễn Đức Thành

Em xin chân thành cảm ơn :
-Tất cả các thầy cô giáo đã trực
tiếp giảng dạy trong giai đoạn đại cương.
-Toàn thể các thầy cô giáo trong
trường ĐHBK.
-Tất cả các thầy cô giáo trong khoa
Điện-Điện tử đã trực tiếp giảng dạy
trong giai đoạn chuyên ngành.
Đặc biệt em xin chân thành
cảm ơn sự nhiệt tình ,tận tâm của thầy
Nguyễn Đức Thành đã bỏ
nhiều thời gian quý báu hướng dẫn trực tiếp
trong
quá trình em thực hiện luận văn.
Sau cùng em xin chân thành cảm ơn
công lao cha mẹ ,gia đình đã nuôi dạy
em nên người và tất cả bạn bè đã
độâng viên giúp đở trong thời gian học tập.
Mặc dù em rất cố gắng trong khi

thực hiện,nhưng chắc chắn không
tránh
khỏi những sai sót, mong các thầy
tận tâm chỉ bảo giúp em rút ra kinh
nghiệm
bổ íich trong việc thiết kế sau
này.
SVTH:
Lưu Văn Khoa
Một lần nữa,em xin cảm ơn tất