Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động giám sát các thông số của mô hình nhà máy nhiệt điện dầu, ứng dụng trong đầu tạo

B GIO DC V O TO
TRNG I HC NễNG NGHIP H NI
-----------------------o0o-------------------------
TRƯƠNG VĩNH THịNH


NGHIấN CU, THIT K H T NG GIM ST
CC THễNG S CA Mễ HèNH NH MY NHIT
IN DU V10CF/D0/125 - NG DNG TRONG O TO.





Chuyờn ngnh: in khớ hoỏ sn xut nụng nghip v nụng thụn
Mó s
: 60 52 54
Ng
i hng dn khoa hc:
TS. HONG NGC NHN








H N
I 2010

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ..................
i



L
ỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan rằng: số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực
và chưa hề sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam ñoan rằng: mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn ñã ñược cảm ơn
và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc.

Tác giả luận văn


Trương Vĩnh Thịnh

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ..................
ii



LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tôi ñã nhận ñược sự giúp ñỡ nhiệt
tình của các tập thể và cá nhân các Thầy Cô giáo: Trường ðHNN Hà Nội, Trường
ðHBK Hà Nội, Trường ðHðL Hà Nội và của các bạn bè, ñồng nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Hoàng Ngọc Nhân, Thạc sỹ Vũ Duy Thuận, Thạc sỹ
Lã Văn Thắng Trường ðHðL Hà Nội. Cảm ơn các Thầy Cô giáo trong Bộ môn ñiện,
Khoa cơ ñiện, Viện sau ñại học Trường ðHNN Hà Nội. Cảm ơn Khoa công nghệ tự
ñộng - Trường ðHðL Hà Nội. Cảm ơn các bạn bè và ñồng nghiệp ñã tận tình giúp ñỡ
tôi nghiên cứu hoàn thành luận văn này.
Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn, vì thời gian và trình ñộ có hạn,
nên không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận ñược ý kiến ñóng góp chân
thành của các Thầy Cô và bạn bè ñồng nghiệp.

Tác gi
ả luận văn


Tr
ương Vĩnh Thịnh

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ..................
iii


MỤC LỤC.

Trang
Lời cam ñoan....................................................................................................................i
Lời cảm ơn.......................................................................................................................ii
Mục lục...........................................................................................................................iii
Danh mục các bảng.........................................................................................................vi
Danh mục các hình.........................................................................................................vii
MỞ ðẦU. 1
1. ðặt vấn ñề...................................................................................................................1
2. Mục ñích và nhiệm vụ nghiên cứu của luận văn....................................................2
2.1. Mục ñích nghiên cứu của ñề tài...............................................................................2
2.2. Nhiệm vụ nghiên cứu của ñề tài...............................................................................2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT……3
1.1. ðịnh nghĩa hệ thống SCADA……………………………………….....................3
1.2. Phân loại hệ thống SCADA…………………………………...………........…....4
1.3. Những chuẩn ñể ñánh giá một hệ thống SCADA……………............................5
1.4 Cấu trúc chung của hệ SCADA…………………………………….............……6
1.5 Mô hình phân cấp chức năng……………………………………........................8
1.5.1 Mô hình phân cấp……………………………………………….....…..…….……8
1.5.2 Chức năng nhiệm vụ từng cấp…………………………………………..........….10
1.6. Kết luận…………………………………………………………………...……...12
CHƯƠNG 2. KHẢO SÁT MÔ HÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ðIỆN

V10CF/D0/125 ……………………………………………………………………….13

2.1. Giới thiệu về mô hình nhà máy nhiệt ñiện…………………..…...…......……..13

2.2. Hiện trạng của mô hình nhà máy nhiệt ñiện……………......…...……..…..…18
2.3. Giải pháp tự ñộng hóa cho mô hình nhà máy ñiện……...…….....………..…18
2.3.1. Bảo dưỡng, vận hành lại mô hình nhà máy nhiệt ñiện……………
…..
………...18
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ..................
iv


2.3.2. Tự ñộng hoá cho nhà máy nhiệt ñiện………………………………
…..
………..19
2.3.3. Yêu cầu bài toán thực tế cho giám sát mô hình nhà máy nhiệt ñiện…..……....…..…....20
2.4. Kết luận
…………………………………………………………………………………21

CHƯƠNG 3. GIẢI PHÁP THỰC HIỆN……………………………….…...……....22
3.1. Lựa chọn cấu trúc phần cứng cho hệ ñiều khiển giám sát………..…………..22
3.1.1. Lựa chọn phần cứng…………………………………………………..…..….…23
3.1.1.1. Sơ ñồ cấu trúc phần cứng……………………………………………..…...….23
3.1.1.2. Thiết bị phần cứng……………………………………………………..….......23
3.1.2. Sơ ñồ ñấu dây ñầu vào module SM 331 8AI 13 bits………………...…..….......24
3.2. Nghiên cứu kỹ thuật phần cứng hệ SIMATIC PLC S7 – 300….………..……27
3.2.1. Những khái niệm chung về PLC………………………………………………..27
3.2.2. Các module của PLC S7-300…………………………………………..………..29
3.2.3. Cấu trúc bộ nhớ của PLC S7 – 300…………………………………………......32

3.2.4. Vòng quét chương trình .…………………………………….……..…...............34
3.2.5. Cấu trúc chương trình…………………………………………………... ……...35

3.2.6. Ngôn ngữ lập trình……………………………………………………...............36

3.3. Phần mềm lập trình………….……………………………………………….....37
3.4. Các bước ñể tạo một Project mới với WinCC (Xem phụ lục 1)……………...37
3.5. Chương trình thu thập và xử lý thông tin ño ñược từ cảm biến……………..38
3.5.1. Chương trình chính thu thập và xử lý thông tin…………….….…………..…...38
3.5.2. Chương trình con…….…………………………………………….…………...40
3.5.2.1. Thuật toán quét dữ liệu……………………………………….…….…….......40
3.5.2.2. Thuật toán chuyển ñổi………………………………………….….………….41
3.5.2.3. Thuật toán ñọc và hiển thị kết quả……………………………….……...........42
3.5.2.4. Thuật toán chuyển ñổi giá trị ñặt………………………………….…….…....43
3.6. Khảo sát, thực nghiệm các ñường ñặc tuyến của cảm biến và xây dựng hàm
của các ñầu vào tương tự……………………………………………...……….….....44
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ..................
v


3.6.1. Khảo sát các ñường ñặc tuyến……………………………………….………....44
3.6.2. Thực nghiệm các ñường ñặc tuyến trên PLC……………………………..........45
3.6.3. Xây dựng ñồ thị biểu diễn quan hệ giữa ñầu vào và ñầu ra………………….....47
3.6.4. Xây dựng hàm……………………………………………..…………..……......47
3.6.4.1. Cơ sở lý thuyết……………………………………………………………......47
3.6.4.2. Phần lập trình xây dựng hàm (phụ lục 2)………………………………….…48
3.7. Khảo sát thực nghiệm ñầu vào số………………………………………….….. 48
3.8. Chương trình giám sát và thu thập từ cảm biến (phụ lục 3)…………..….…..50
3.9. Phần mềm thiết kế giao diện giám sát………………………............................50
3.10. Thiết kế cấu hình mạng MPI cho việc truyền thông giữa

PLC – PC – TP177A
(phụ lục 4)
…………………………………………………………………………..…53
3.11. Phần mềm thiết kế giao diện với màn hình cảm ứng…………………….......54
3.11.1. Xây dựng phần mềm giao diện giữa người và màn hình cảm ứng.………..….56
3.11.2. Xây dựng phần mềm giao diện cảnh báo, báo cáo hệ thống…………….…….56
3.12. Giới hạn các thông số và ñánh giá về sai số......................................................58
3.13. Kết luận…………………………………………………………………………59
KẾT LUẬN, ðỀ XUẤT GIẢI PHÁP………………….…………………………....60
Tài liệu tham khảo
……………………………….……………………………..…..61

Phụ lục 1.

Các bước ñể tạo một Project mới với WinCC………...………………..….62
Phụ lục 2.

Lập trình xây dựng hàm...............................................................................69
Phụ lục 3.

Chương trình giám sát thu thập từ cảm biến...............................................
78
Phụ luc 4. Thiết kế cấu hình mạng MPI cho việc truyền thông giữa
PLC-PC-Tp177A..
90




Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ..................

vi



DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1. Các ñại lượng và số lượng ñiểm cần giám sát tự ñộng……………..............20
Bảng 3.1. So sánh ñặc ñiểm các nguyên lý ñiều khiển chính trong công nghiệp……..22
Bảng 3.2. Miêu tả dải ño của Module Analog SM 331 8AI 13 bits…….......................24
Bảng 3.3. Hệ thống cảm biến và thiết bị cảnh báo………………..……………...........27
Bảng 3.4: Qui tắc xác ñịnh ñịa chỉ cho các module số và module tương tự…………..31
Bảng 3.5. ðịa chỉ vào/ra của module: (CPU 313C & SM 331 8AI 13bits)………...…32
Bảng 3.6. Quy ước ñịa chỉ các ñầu vào PLC của cảm biến……………..…………….38
Bảng 3.7. Quy ước ñịa chỉ các ñầu ra cảnh báo…………………………………….... 38
Bảng 3.8. Giao diện cảnh báo hệ thống thu thập dữ liệu…………..………………….57
Bảng 3.9. Màn hình hiển thị các giá trị ño theo thời gian…………………..................58

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ..................
vii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc chung của hệ SCADA…………………………………………....…6
Hình 1.2. Tổ chức truy cập ……………………………...…………………….………..7
Hình 1.3. Mô hình phân cấp………………………………………………………….... 8
Hình 2.1. Hình ảnh tổng thể của mô hình nhà máy nhiệt ñiện……………………...... 13
Hình 2.2. Sơ ñồ công nghệ của mô hình nhà máy nhiệt ñiện………………………….14
Hình 2.3. Turbine và máy phát………………………………………………………...16
Hình 2.4. Sơ ñồ cấu trúc của hệ SCADA cho mô hình nhà máy ñiện………………...20
Hình 2.5. Sơ ñồ các ñiểm ño của mô hình nhà máy nhiệt ñiện………………………..21
Hình 3.1. Sơ ñồ cấu trúc phần cứng ứng dụng cho hệ ñiều khiển giám sát…………...23
Hình 3.2. Sơ ñồ ñấu dây kỹ thuật khi ñầu vào là V…………………………………...25
Hình 3.3. Sơ ñồ ñấu dây kỹ thuật khi ñầu vào là mA....................................................25
Hình 3.4. Sơ ñồ ñấu dây các cảm biến vào module SM331..........................................26
Hình 3.5. Nguyên lý chung về cấu trúc của một bộ ñiều khiển logic khả trình……….28


Hình 3.6. Sơ ñồ bố trí các Modul của PLC…………………………...…………….....30
Hình 3.7. Vòng quét chương trình………………………………………………….....34
Hình 3.8. Sơ ñồ khối kiểu lập trình tuyến tính……………………...………………....35
Hình 3.9. Sơ ñồ khối kiểu lập trình có cấu trúc…………………………………….....35
Hình 3.10. Ba kiểu ngôn ngữ lập trình chính chính của S7-300………...…………….36
Hình 3.11. Thuật toán chính thu thập và xử lý thông tin ño ñược từ cảm biến.……....39
Hình 3.12. Thuật toán quét dữ liệu………………………………………...………….40
Hình 3.13. Thuật toán chuyển ñổi....……………………………...……………….......41
Hình 3.14. Thuật toán ñọc và hiển thị kết quả………………………………………...42
Hình 3.15. Thuật toán cảnh báo quá giá trị ñặt……………………………………......43

Hình 3.16. ðặc tuyến quan hệ giữa Nhiệt ñộ với ñiện trở của Pt100……………...….44
Hình 3.17. ðặc tuyến quan hệ giữa Ura với cảm biến áp suất (Pressure sensor)……..44
Hình 3.18. Thực nghiệm quan hệ giữa Nhiệt ñộ với số hóa trong PLC của Pt100...….45
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ..................
viii


Hình 3.19. Thực nghiệm quan hệ giữa Dòng ñiện với số hóa trong PLC……..............46
Hình 3.20. ðồ thị biểu diễn quan hệ giữa ñầu vào và ñầu ra……………….................47
Hình 3.21. Giao diện chính trên màn hình giám sát………………...……………........50
Hình 3.22. Giao diện calib trước khi ño…………………………………………….....51
Hình 3.23. Giao diện dạng biểu ñồ……………………………………...….................52
Hình 3.24. Giao diện ñồ hoạ…………………………………………………..........…53




Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ..................
1


MỞ ðẦU.
1. ðẶT VẤN ðỀ.
Khát vọng về một thế giới ngày càng có nhiều ñiện năng hơn chưa từng ñược thỏa
mãn. ðiều ñó ñòi hỏi phải có những ñầu tư cho việc nghiên cứu các nguồn năng lượng
khác nhau. Bên cạch các nguồn năng lượng truyền thống như thuỷ ñiện, nhiệt ñiện còn
có các nguồn năng lượng khác như năng lượng tái tạo, năng lượng gió, năng lượng ñịa
nhiệt, năng lượng mặt trời, năng lượng hạt nhân...
Nhu cầu sử dụng ñiện năng của nước ta ngày càng cao cùng với sự phát triển về kinh
tế xã hội. Vì vậy trong những năm gần ñây dự án các nhà máy ñiện ñã và ñang ñược

phát triển nhanh chóng. ðòi hỏi phải có một nguồn nhân lực chất lượng cao, ñặt biệt
trong lĩnh vực tự ñộng ñiều khiển, do ñó việc ñào tạo sát với thực tiễn là rất cần thiết.
Hiện nay hàng năm nước ta sản xuất ra khoảng 50 tỷ KWh. Theo quy hoạch phát triển
của ðiện lực Việt nam, trong năm 2010 sẽ xây dựng thêm 32 nhà máy ñiện với tổng
công suất 9500MW và ñến năm 2020, khi nước ta cơ bản trở thành nước công nghiệp
thì phải cần ñến 250 tỷ KWh.
ðể nâng cao chất lượng ñiện năng, ñòi hỏi các nhà máy ñiện phải ñược tự ñộng hoá ở
mức cao. Trong hệ thống tự ñộng, việc giám sát tự ñộng các thông số của nhà máy ñiện
là công ñoạn ñầu tiên và rất quan trọng của quá trình, nó quyết ñịnh ñến hoạt
ñộng chính xác hay không của hệ thống. Việc giám sát này không những góp phần
tự ñộng hoá của hệ thống mà còn giúp cho quá trình giám sát biến ñổi nhanh ñược tốt
hơn, nhằm phân tích các quá trình công nghệ một cách hiệu quả.
ðược sự hướng dẫn của Giảng viên: TS. Hoàng Ngọc Nhân. Trường ðại học ðiện lực
Hà nội và các Thầy cô trong khoa cơ ñiện Trường ðại học Nông nghiệp Hà nội, chúng
tôi chọn ñề tài luận văn:
“ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ TỰ ðỘNG GIÁM SÁT
CÁC THÔNG SỐ CỦA MÔ HÌNH NHÀ MÁY NHIỆT
ðIỆN DẦU V10CF/D0/125 - ỨNG DỤNG TRONG ðÀO TẠO.”
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ..................
2


2. MỤC ðÍCH VÀ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ðỀ TÀI.
2.1. MỤC ðÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ðỀ TÀI.
 Nghiên cứu cấu trúc của hệ thu thập và giám sát dữ liệu, từ ñó làm cơ sở thiết kế hệ
thống giám sát tự ñộng, ứng dụng cho mô hình nhà máy Nhiệt ñiện dầu V10CF/D0/125
tại Trường ðại học ðiện lực Hà Nội.
 Nâng cao khả năng thực hiện các dự án tự ñộng hoá trong nhà máy ñiện cũng như
trong các nhà máy công nghiệp khác.
 Giúp nâng cao khả năng nghiên cứu của giảng viên ñể nâng cao chất lượng ñào tạo

cho sinh viên của các ngành: Năng lượng, tự ñộng hoá, hệ thống ñiện…
 Là giáo cụ dạy học cho sinh viên ngành năng lượng, tự ñộng hoá và hệ thống ñiện.
 Hệ thống này là mô hình thu nhỏ của các nhà máy ñiện, do vậy sẽ giúp sinh viên sau
khi ra trường có thể làm quen và tiếp cận công nghệ sản xuất trong các nhà máy ñiện
một cách nhanh nhất.
2.2. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU CỦA ðỀ TÀI.
2.2.1. Tìm hiểu cấu trúc của hệ thu thập và giám sát dữ liệu.
2.2.2. Khảo sát mô hình nhà máy nhiệt ñiện V10CF/D0/125 tại trường ðH ðiện lực.
2.2.3. Khảo sát các ñiểm ño:(nhiệt ñộ, ñiện áp, dòng ñiện, tốc ñộ...), lựa chọn các cảm
biến sử dụng cho hệ thống.
2.2.4. Nghiên cứu thiết bị ñiều khiển quá trình.
 Nghiên cứu phần cứng và phần mềm SIMATIC S7 – 300.
 Nghiên cứu phần mềm giao diện ñiều khiển WINCC của hãng SIEMENS.
2.2.5. Nghiên cứu thực nghiệm.
 Khảo sát, thực nghiệm quan hệ ñặc tuyến của các cảm biến với các chỉ số trong
PLC.

 Xây dựng chương trình phần mềm giám sát tự ñộng cho hệ thống trên nền hệ thiết bị
ñiều khiển logic khả trình (PLC S7 – 300).
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ..................
3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN VÀ
GIÁM SÁT.
Hệ thống ñiều khiển và giám sát bao gồm toàn bộ các giải pháp hệ thống nhằm bảo
ñảm các yêu cầu chức năng của quá trình kỹ thuật như: năng suất, chất lượng, an toàn
cho người, máy móc và môi trường. Cụ thể quan hệ giữa các ñại lượng ñầu

vào và ñầu

ra của quá trình kỹ thuật phải ñược ñiều khiển theo một mô hình cho trước trong khi có
tác ñộng của môi trường xung quanh, ñồng thời ảnh hưởng xấu của quá trình kỹ thuật
ñối với con người và môi trường xung quanh phải ñược giảm thiểu. Hiện nay, hệ thống
ñiều khiển giám sát có xu hướng phát triển theo sự tích hợp. Tùy thuộc vào quy mô sản
xuất mà người ta áp dụng mô hình hệ thống ñiều khiển khác nhau. Với các hệ thống
vừa và nhỏ, số lượng ñiểm ño và thiết bị thường ít thì hay sử dụng hệ SCADA; còn ñối
với các hệ thống lớn, người ta thường sử dụng hệ DCS. Qua nghiên cứu, khảo sát thực
nghiệm về mô hình nhà máy nhiệt ñiện V10CF/D0/125 tại trường ðại học ðiện lực,
chúng tôi lựa chọn hệ SCADA ñể ñiều khiển và giám sát.

1.1. ðịnh nghĩa hệ thống SCADA.
SCADA (S
upervisory Control And Data Acquisition): là một hệ thống ñiều khiển
giám sát và thu thập dữ liệu, nói một cách khác là một hệ thống hỗ trợ con người trong
việc giám sát và ñiều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ ñiều khiển tự ñộng thông thường.
ðể có thể ñiều khiển và giám sát từ xa thì hệ SCADA phải có hệ thống truy cập, truyền
tải dữ liệu cũng như hệ giao diện người và máy (HMI - H
uman Machine Interface).
Trong hệ thống ñiều khiển giám sát thì HMI là một thành phần quan trọng không chỉ ở
cấp ñiều khiển giám sát mà ở các cấp thấp hơn người ta cũng cần giao diện người và
máy ñể phục vụ cho việc quan sát và thao tác vận hành ở cấp ñiều khiển cục bộ.Vì lý
do giá thành, ñặc ñiểm kỹ thuật nên các màn hình vận hành (OP - O
perator Panel),
màn hình chạm (TP - T
ouch Panel), Multi Panel chuyên dụng ñược sử dụng nhiều và
chiếm vai trò quan trọng hơn.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ..................
4

Nếu nhìn nhận SCADA theo quan ñiểm truyền thống thì nó là một hệ thống mạng và
thiết bị có nhiệm vụ thuần tuý là thu thập dữ liệu từ các trạm ở xa và truyền tải về khu
trung tâm ñể xử lý. Trong các hệ thống như vậy thì hệ truyền thông và phần cứng ñược
ñặt lên hàng ñầu và cần sự quan tâm nhiều hơn. Trong những năm gần ñây sự tiến bộ
vượt bậc của công nghệ truyền thông công nghiệp và công nghệ phần mềm trong công
nghiệp ñã ñem lại nhiều khả năng và giải pháp mới nên trọng tâm của công việc thiết
kế xây dựng hệ thống SCADA là lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện và các
giải pháp tích hợp hệ thống.
1.2. Phân loại hệ thống SCADA.
Các hệ thống SCADA ñược phân làm bốn nhóm chính với các chức năng:
- SCADA ñộc lập / SCADA nối mạng.
- SCADA không có khả năng ñồ hoạ / SCADA có khả năng xử lý ñồ hoạ thông tin thời
gian thực.
Bốn nhóm chính của hệ thống SCADA:
Hệ thống SCADA mù (Blind): ðây là hệ thống ñơn giản, nó không có bộ phận giám
sát. Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống này thu thập và xử lý dữ liệu bằng ñồ thị. Do tính
ñơn giản nên giá thành thấp.
Hệ thống SCADA xử lý ñồ hoạ thông tin thời gian thực: ðây là hệ thống SCADA có
khả năng giám sát và thu thập dữ liệu. Nhờ tập tin cấu hình của máy khai báo trước ñây
mà hệ có khả năng mô phỏng tiến trình hoạt ñộng của hệ thống sản xuất. Tập tin cấu
hình ghi lại trạng thái hoạt ñộng của hệ thống. Khi xảy ra sự cố thì hệ thống có thể báo
cho người vận hành ñể xử lý kịp thời. Cũng có thể hệ sẽ phát ra tín hiệu ñiều khiển
dừng hoạt ñộng của tất cả máy móc.
Hệ thống SCADA ñộc lập: ðây là hệ có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu với một
bộ vi xử lý. Hệ này chỉ có thể ñiều khiển ñược một hoặc hai máy móc. Vì vậy hệ này
chỉ phù hợp với những sản xuất nhỏ, sản xuất chi tiết.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ..................
5

Hệ thống SCADA mạng: ðây là hệ có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu với nhiều
bộ vi xử lý. Các máy tính giám sát ñược nối mạng với nhau. Hệ này có khả năng ñiều
khiển ñược nhiều nhóm máy móc, tạo nên dây chuyền sản xuất. Qua mạng truyền
thông, hệ thống ñược kết nối với phòng quản lý, phòng ñiều khiển, có thể nhận quyết
ñịnh ñiều khiển trực tiếp từ phòng quản lý hoặc từ phòng thiết kế. Từ phòng ñiều khiển
có thể ñiều khiển hoạt ñộng của các thiết bị ở xa.
1.3. Những chuẩn ñể ñánh giá một hệ thống SCADA.
ðể ñánh giá một hệ thống ñiều khiển và giám sát SCADA ta cần phải phân tích các
ñặc ñiểm của hệ thống theo một số các tiêu chuẩn sau:
 Khả năng hỗ trợ của công cụ phần mềm ñối với việc thực hiện xây dựng các màn
hình giao diện.
 Số lượng và chất lượng của các thành phần ñồ hoạ có sẵn, khả năng truy cập và cách
kết nối dữ liệu từ các quá trình kỹ thuật (trực tiếp từ các cơ cấu chấp hành, sensor,
module vào/ra qua PLC hay các hệ thống bus trường).
 Tính năng mở của hệ thống, chuẩn hoá các giao diện quá trình, khả năng hỗ trợ xây
dựng các chức năng trao ñổi tin tức (Messaging), xử lý sự kiện và sự cố (Event and
Alarm), lưu trữ thông tin (Archive and History) và lập báo cáo (Reporting).
 Tính năng thời gian thực và hiệu suất trao ñổi thông tin, ñối với nền Windows: hỗ
trợ sử dụng mô hình phần mềm WINCC.






Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip ..................
6


1.4. Cu trỳc chung ca h SCADA.

Cu trỳc chung ca h SCADA ủc minh ho trong hỡnh 1.1.
Hệ thống điều khiển giám sát
Thiết bị điều khiển tự động
Cảm biến và chấp hành
Qúa trình kỹ thuật
NI
NI
NI I/O NI
NI
I/O
NI
Nối trực tiếp
Nối qua mạng
NI: (Network Interface)
Giao diện mạng
I/O: (Input/Output)
Vào/Ra

Hỡnh 1.1. Cu trỳc chung ca h SCADA.
Trong h thng ủiu khin giỏm sỏt, cỏc cm bin v c cu chp hnh ủúng vai trũ l
giao din gia thit b ủiu khin vi quỏ trỡnh k thut. Cũn h thng ủiu khin giỏm
sỏt ủúng vai trũ l giao din gia ngi v mỏy. Cỏc thit b v cỏc b phn ca h
thng ủc ghộp ni vi nhau theo kiu ủim-ủim (Point to Point) hoc qua mng
truyn thụng. Tớn hiu thu ủc t cm bin cú th l tớn hiu nh phõn, tớn hiu s
hoc tng t. Khi x lý trong mỏy tớnh, chỳng phi ủc chuyn ủi cho phự hp vi
cỏc chun giao din vo/ra ca mỏy tớnh.
Cỏc thnh phn chớnh ca h thng SCADA bao gm:
Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip ..................
7

Giao din quỏ trỡnh: bao gm cỏc cm bin, thit b ủo, thit b chuyn ủi v cỏc c
cu chp hnh.
Thit b ủiu khin t ủng: gm cỏc b ủiu khin chuyờn dng (PID), cỏc b ủiu
khin kh trỡnh PLC (P
rogrammable Logic Controller), cỏc thit b ủiu chnh s ủn
l CDC (C
ompact Digital Controller) v mỏy tớnh PC vi cỏc phn mm ủiu khin
tng ng.
H thng ủiu khin giỏm sỏt: gm cỏc phn mm v giao din ngi v mỏy HMI,
cỏc trm k thut, trm vn hnh, giỏm sỏt v ủiu khin cao cp.
H thng truyn thụng: ghộp ni ủim-ủim, bus cm bin/chp hnh, bus trng,
bus h thng.
H thng bo v, c ch thc hin chc nng an ton.
Cơ sở dữ liệu
quá trình
Giao diện
ngời - máy
Cảnh báo,
báo động
Điều khiển
cấp cao
Lập báo cáo
tự động
I/O DriverI/O ServerI/O Server

Hỡnh 1.2. T chc truy cp.


Trng i hc Nụng nghip H Ni Lun vn thc s nụng nghip ..................

8


1.5. Mụ hỡnh phõn cp chc nng.
1.5.1. Mụ hỡnh phõn cp.
Ton b h thng ủiu khin giỏm sỏt ủc phõn chia thnh cỏc cp chc nng nh
hỡnh v minh ho di ủõy:
Quản lý
công ty
Điều khiển
giám sát
Điều hành
sản xuất
PC
Chấp hành
Điều khiển
Qúa trình kỹ thuật

Hỡnh 1.3. Mụ hỡnh phõn cp.
sp xp, phõn loi cỏc chc nng t ủng hoỏ ca mt h thng ủiu khin v giỏm
sỏt ngi ta thng s dng mụ hỡnh nh trờn. Vi loi mụ hỡnh ny cỏc chc nng
ủc phõn thnh nhiu cp khỏc nhau, t di lờn trờn. Cng nhng cp di thỡ cỏc
chc nng cng mang tớnh cht c bn hn, ủũi hi yờu cu cao hn v ủ nhanh nhy,
thi gian phn ng. Mt chc nng cp trờn ủc thc hin da trờn cỏc chc nng
cp di nhng ngc li lng thụng tin cn trao ủi v x lý li ln hn nhiu.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ..................
9


Việc phân cấp chức năng sẽ tiện lợi cho việc thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị.

Tuỳ thuộc vào mức ñộ tự ñộng hoá và cấu trúc hệ thống cụ thể mà ta có mô hình phân
cấp chức năng.
Cấp chấp hành: Các chức năng chính của cấp chấp hành là ño lường, dẫn ñộng và
chuyển ñổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết. Thực tế, ña số các thiết bị cảm biến hay
chấp hành cũng có phần ñiều khiển riêng cho việc thực hiện ño lường - truyền ñộng
ñược chính xác và nhanh nhạy. Các thiết bị thông minh (có bộ vi xử lý riêng) cũng có
thể ñảm nhận việc xử lý và chuẩn bị thông tin trước khi ñưa lên cấp trên ñiều khiển.
Cấp ñiều khiển: Nhiệm vụ chính của cấp ñiều khiển là nhận thông tin từ các bộ cảm
biến, xử lý các thông tin ñó theo một thuật toán nhất ñịnh và truyền ñạt lại kết quả
xuống các bộ chấp hành. Máy tính ñảm nhận việc theo dõi các công cụ ño lường, tự
thực hiện các thao tác nhấn nút mở, ñóng van, ñiều chỉnh cần gạt, núm xoay…ðặc tính
nổi bật của cấp ñiều khiển là xử lý thông tin. Cấp ñiều khiển và cấp chấp hành hay
ñược gọi chung là cấp trường (Field level) chính vì các bộ ñiều khiển, cảm biến và
chấp hành ñược cài ñặt trực tiếp tại hiện trường gần kề với hệ thống kỹ thuật.
Cấp ñiều khiển giám sát: có chức năng giám sát và vận hành một quá trình kỹ thuật,
có nhiệm vụ hỗ trợ người sử dụng trong việc cài ñặt ứng dụng, thao tác theo dõi, giám
sát vận hành và xử lý những tình huống bất thường. Ngoài ra trong một số trường hợp,
cấp này còn thực hiện các bài toán ñiều khiển cao cấp như ñiều khiển phối hợp, ñiều
khiển trình tự và ñiều khiển theo công thức. Việc thực hiện các chức năng ở cấp ñiều
khiển và giám sát thường không ñòi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng ñặc biệt ngoài
máy tính thông thường.
Thông thường người ta chỉ coi ba cấp dưới thuộc phạm vi của một hệ thống ñiều khiển
và giám sát. Tuy nhiên biểu thị hai cấp trên cùng (Quản lý công ty và ðiều hành sản
xuất) sẽ giúp ta hiểu thêm một mô hình lý tưởng cho cấu trúc chức năng tổng thể cho
các công ty sản xuất công nghiệp. Gần ñây, do nhu cầu tự ñộng hoá tổng thể kể cả ở
các cấp ñiều hành sản xuất và quản lý công ty, việc tích hợp hệ thống và loại bỏ các
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ..................
10

cấp trung gian không cần thiết trong mô hình chức năng trở nên cần thiết. Cũng vì thế,
ranh giới giữa cấp ñiều hành sản xuất nhiều khi không rõ ràng, hình thành xu hướng
hội nhập hai cấp này thành một cấp duy nhất gọi chung là cấp ñiều hành.
1.5.2. Chức năng nhiệm vụ từng cấp.
Một hệ thống sản xuất công nghiệp thường ñược tổ chức phân nhiệm thành nhiều cấp
quản lý. Mỗi cấp có nhiệm vụ ño lường, thu thập và ñiều khiển riêng lên những ñối
tượng trong hệ thống. Các ñối tượng máy móc thường lắp ñặt trong ñịa phương của cấp
quản lý phân xưởng xí nghiệp cấp dưới ñồng thời cũng có một ñặc ñiểm nữa là một ñối
tượng tuy thuộc giám sát, ñiều khiển của cấp trên về mặt sản xuất nhưng cũng thuộc sự
giám sát, ñiều khiển vật lý cụ thể về mặt vận hành chuẩn ñoán và bảo dưỡng của các
cấp khác thấp hơn. Những ñiều này là cơ sở chỉ ñạo cho việc tổ chức các cấp SCADA
quản lý hệ thống sản xuất ngày nay. Những nguyên tắc chính sau:
Thông thường về tổ chức kết cấu của mỗi cấp quản lý ñược trợ giúp tự ñộng hoá bằng
một hệ SCADA của cấp ấy. Cấp SCADA phân xưởng ở cấp dưới thấp sẽ thực hiện
việc thu thập số liệu trên máy móc phân xưởng có sự phân loại rõ máy móc thiết bị nào
ñược quản lý về sản xuất bởi cấp SCADA nào. Các số liệu phân loại này sẽ ñược các
SCADA truyền tin báo cáo từ cấp dưới lên cấp trên theo nhịp gọi của các SCADA cấp
cao hơn một cấp cho ñến cấp cần thu thập dữ liệu, hiển thị, in ấn, sử dụng cho ñiều
khiển sản xuất ở các cấp.
Mỗi cấp sẽ thực hiện bài toán phân tích, tính toán ñược giao và tính ñược ra các lệnh
thao tác thay ñổi tăng hay giảm chỉ tiêu ñóng cắt các ñối tượng của mình, qua hệ truyền
tin gửi lệnh ñó ñến cấp SCADA có liên quan ñể thực hiện. ðể giải quyết những bài
toán ñiều khiển phân tích riêng này của mình, thì SCADA mỗi cấp thường ñược trang
bị thêm những phần cứng máy tính, phần mềm phân tích chuyên dụng. Những thiết bị
này lấy số liệu hiện hành từ SCADA cung cấp ñể giải bài toán ñó và xuất ra kết quả
cho người vận hành và cho hệ SCADA.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ..................
11

Chức năng của mỗi cấp SCADA cung cấp những dịch vụ sau:
Thứ nhất: là thu thập từ xa (qua ñường truyền số liệu) các số liệu về sản xuất và tổ
chức việc lưu giữ trong nhiều loại cơ sở dữ liệu (số liệu lịch sử về sản xuất, sự kiện
thao tác, báo ñộng).
Thứ hai: là dùng các dữ liệu trên ñể cung cấp các dịch vụ về ñiều khiển, giám sát hệ
sản xuất.
Thứ ba: là hiển thị báo cáo tổng kết về quá trình sản xuất (trang màn hình, trang ñồ
thị, trang sự kiện, trang báo ñộng, trang báo cáo sản xuất).
Thứ tư: là ñiều khiển từ xa quá trình sản xuất (ñóng cắt các máy móc thiết bị, tăng
giảm nấc phân áp).
Thứ năm: là thực hiện các dịch vụ về truyền số liệu trong hệ và ra ngoài (ñọc viết số
liệu PLC/RTU (Remote Teminal Unit), gửi trả lời các bản tin yêu cầu của cấp trên về
số liệu, về thao tác hệ).
Nhìn chung SCADA là một hệ kết hợp phần cứng và phần mềm ñể tự ñộng hoá việc
quản lý giám sát ñiều khiển cho một ñối tượng sản xuất công nghiệp. Tuỳ theo yêu cầu
cụ thể của bài toán tự ñộng hoá ta có thể xây dựng hệ SCADA thực hiện một số những
nhiệm vụ tự ñộng hoá như: thu thập giám sát từ xa về ñối tượng, ñiều khiển ñóng
cắt từ xa lên ñối tượng, ñiều chỉnh tự ñộng từ xa với các ñối tượng và các cấp
quản lý.
Các chức năng ñó mỗi thứ ñều có những yêu cầu ñặc biệt ñối với các bộ phận phần
cứng, phần mềm, phần chuyên trách của SCADA. Cụ thể là phần ño, giám sát từ xa
cần bảo ñảm thu thập dữ liệu hiển thị in ấn ñủ những số liệu cần cho quản lý kỹ thuật.
Phần ñiều khiển thao tác xa phải ñảm bảo ñược việc kiểm tra ñóng cắt an toàn, ñúng
ñắn. Phần truyền tin xa phải quy ñịnh rõ các nhiệm vụ truyền số liệu hiện trường, ñặc
biệt là thủ tục truyền với các SCADA cấp trên.


Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ..................
12

1.6. Kết luân. Sau khi nghiên cứu, tìm hiểu về hệ thống ñiều khiển và giám sát tôi ñã:


 Hiểu ñược khái quát hóa về hệ thống SCADA: là một hệ thống ñiều khiển giám sát
và thu thập dữ liệu, nói một cách khác là một hệ thống hỗ trợ con người trong việc
giám sát và ñiều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ ñiều khiển tự ñộng thông thường.


 Lựa chọn ñược hệ thống SCADA xử lý ñồ họa thông tin thời gian thực, làm nòng
cốt xây dựng luận văn.


 Biết ñược cấu trúc chung của hệ SCADA, từ ñó lựa chọn mô hình phân cấp sử dụng
cho luận văn bao gồm: Cấp chấp hành; Cấp ñiều khiển; Cấp giám sát, hiển thị và
cảnh báo.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ..................
13


CHƯƠNG 2. KHẢO SÁT MÔ HÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ðIỆN
V10CF/D0/125.
2.1. Giới thiệu về mô hình nhà máy nhiệt ñiện.
Mô hình nhà máy nhiệt ñiện V10CF/D0/125 là mô hình sử dụng hơi nước (120kg/h)
ñược thể hiện trong hình 2.1 dưới ñây:

Hình 2.1. Hình ảnh tổng thể của mô hình nhà máy nhiệt ñiện.
Và sơ ñồ tổng thể về mặt công nghệ của mô hình ñược thể hiện trong hình 2.2:

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ..................
14



Hình 2.2. Sơ ñồ công nghệ của mô hình nhà máy nhiệt ñiện.
* Mô hình bao gồm các khối cụ thể sau:
1 – Khối xử lý nước ñầu vào (A):
A1- Trong khối này có bộ phận làm mềm nước bằng plastic A1 với lưu lượng 100L/h.
A2- Làm nhiệm vụ trung hoà nước trước khi sử dụng.
QA- ðo lưu lượng khối của nguồn nước vào.
FA- Bộ lọc nước.
PA- Giám sát áp suất của nguồn nước vào.
2 – Khối nguồn nước vào (M):
M1- Bể chứa nước bằng thép có sơn lớp bảo vệ epoxy, dung tích 300L.
TM- ðo nhiệt ñộ nước.
LM- Thiết bị báo mức nước.
FM1, FM2- Các bộ lọc nước.
3 – Khối bình ngưng (B):
B1- Bình ngưng kiểu ống với hệ thống ñiều khiển áp suất và nhiệt ñộ
B3- Bơm chân không ñể bơm nước từ bể ngưng ñến nguồn nước cung cấp M1.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ..................
15


Thông số kỹ thuật:
- Áp suất chân không: 735-1000mmHg.
- Tốc ñộ dòng chảy mong ñợi: 7-15m
3
/h.

- Tốc ñộ làm việc: 8-12l/min.
B2- Bộ trao ñổi nhiệt.
QB- Bộ ño lưu lượng nước làm nguội trong bình ngưng.
TB1, TB2, TB3, TB4- Các bộ ño nhiệt ñộ của nước và của hơi.
4 – Khối nhiên liệu:
C1- Bể chứa nhiên liệu: dầu hoặc gaz, dung lượng 100L.
LC- Thiết bị báo mức nhiên liệu.
TC- Thiết bị ño nhiệt ñộ bể chứa nhiên liệu.
VC- Van an toàn.
5 – Khối tạo hơi nước (D):
D1- Lò hơi.
- Dung lượng: 120 kg/h.
- Áp suất max: 72000 kcal/h.
- Áp suất biểu kiến: 12bar.
- Áp suất làm việc 10bar.
- Nhiên liệu tiêu tốn: 8kg/h (gaz).
D2- Buồng ñốt khí gar kiểu công nghiệp.
D3- Bơm nước kiểu piston: 12l/h; áp suất 12bar.
D4- Ống thoát khói bằng hợp kim (thép-kẽm), chiều dài chuẩn 12m.
FD-Bộ lọc nhiên liệu.
VD1- Van tự ñộng tháo nước ngưng.
VD2- Van an toàn sôi.
PD1- Bộ chuyển áp suất hơi lớn nhất.
PD2- Bộ chuyển áp suất hơi an toàn.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ..................
16


PD3- Máy ño áp suất hơi.
TD4- Máy ño áp suất buồng ñốt.

TD- Bộ ñiều nhiệt số của hơi.
QD- Bộ ño lưu lượng khống chế nguồn nước vào.
6 – Khối ño lưu lượng của hơi quá nhiệt (E):
E1- Ống thu hẹp mẫu ñặt trực tiếp trong ống hơi.
PE- ðo áp suất vi sai ñể tính lưu lượng.
E2, E3- Bình chứa chất cặn trong quá trình vận hành.
7 – Khối sử dụng hơi nước (H):
H1: Turbine hơi, hoạt ñộng trong trường hợp áp suất thấp hoặc chân không, kết hợp
với bộ ñiều tốc ly tâm.

Hình 2.3. Turbine và máy phát.