Luận Văn Mạng SCADA giám sát và thu thập số liệu điện năng

MỞ ĐẦU

Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) là một phần không thể thiếu được trong một hệ thống tự động hoá hiện đại. Từ những năm gần đây, sự tiến bộ trong lĩnh vực truyền thông công nghiệp và công nghệ phần mền đã thực sự đem lại nhiều khả năng mới, giải pháp mới. Chưa bao giờ, việc tạo dựng các ứng dụng SCADA lại đơn giản như bây giờ. Nếu như trước đây, ngành điện cần phải có những panel điều khiển bằng cả một bức tường với chi chít những đèn báo, công tắc, đồng hồ và vài người đứng xem xét, theo dõi mạng lưới cung cấp điện: nơi non tải, hay những sự cố đứt dây, chập mạch thì nay với giải pháp dùng hệ SCADA, ta chỉ dùng tay tác động vào “chuột” thì các thông số ở vùng nào muốn theo dõi sẽ hiện lên.Việc điều điện áp, cắt tải hay mở rộng cửa xả nước để tăng công suất phát điện đó còn được truyền đến các nhà máy phát điện khác để cùng tham gia hòa điện lên trên mạng lưới điện quốc gia.Với sự tiến bộ như vậy, em đã chọn đề tài này để củng cố nhiều kiến thức. Và từ đó có nhiều khả năng để xây dựng nên các giải pháp SCADA mà trọng tâm của việc xây dựng các giải pháp này trong thời điểm hiện nay là dùng công cụ phần mềm thiết kế giao diện và tích hợp hệ thống.Vì vậy trong đề tài về phần mềm em chọn phần mềm SCADA là WinCC. Còn các thiết bị bao gồm các bộ đo điện năng là Mach 30, PLC S7-300 CPU 314IFM, PLC S7-200 CPU 226, các contactor, các relay, và tải là các bóng đèn và động cơ không đồng bộ ba pha. Trừ động cơ ra tất cả các thiết bị trên được gắn trên panel.

Và với nhiệm vụ của đề tài là tìm hiểu về WinCC, Simatic S7-200/300, chuẩn truyền thông Modbus, chuẩn truyền thông Ducati (hỗ trợ cho việc truyền thông giữa máy tính với Mach 30), thiết kế hệ SCADA-giám sát và thu thập số liệu điện năng. Nên trong luận văn này ở chương một em giới thiệu về SCADA và HMI. Và vì hệ thống SCADA một phần phát triển trên cơ sở của sự phát triển mạng máy tính và truyền thông công nghiệp nên em giới thiệu khái quát về mạng công nghiệp ở chương hai. Và trong chương ba giới thiệu về PLC S7-200, PLC S7-300. Thêm vào đó trong chương bốn giới thiệu về Mach 30. Cuối cùng trong chương năm giới thiệu về WinCC.

Vì thời gian thực hiện đề tài có hạn nên trong luận văn này không trách khỏi những sai sót. Kính mong quý thầy cô và độc giả nhiệt tình bỏ qua.

Tp.HCM, ngày 12/1/2002

Sinh viên thực hiện

Lưu Văn Khoa

MỤC LỤC Trang


Chương 1 GIỚI THIỆU VỀ SCADA VÀ HMI 1

I Khái niệm về SCADA và HMI 1

II Nguyên tắc hoạt động của hệ thống SCADA 3

III Chức năng và nhiệm vụ cơ bản của hệ thống SCADA 4

IV Phân loại hệ thống SCADA 5

V Tiêu chuẩn đánh giá 6

VI SCADA lên WEB 9

VII Nhìn về tương lai 9

Chương 2 MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP 11

I Khái niệm 11

1 Khái niệm về mạng truyền thông công nghiệp 11

2 Phân loại và đặc trưng các hệ thống MCN 12

II Cơ sở kỹ thuật 16

1 Khái niệm về thời gian thực 16

2 Kiến trúc giao thức 17

3 Chuẩn truyền dẫn 35

III Modbus 43

1 Cơ chế giao tiếp 44

2 Chế độ truyền dẫn 46

3 Cấu trúc bức điện 47

4 Bảo toàn dữ liệu 51

5 Modbus Plus 52

IV Lập trình cổng COM(RS-485) 53

V Cáp chuyển đổi RS-232/485 58

Chương 3 PLC 61

A.Giới thiệu VỀ PLC 61

I Khái niệm về PLC 61

II Đặc điểm bộ điều khiển lập trình 61

III Cấu trúc 65

IV Cổng truyền thông 66

V Ưu nhược điểm của PLC 67

VI Một vài lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC 68

B.PLC SIEMENS S7-200 70

I Giới thiệu 70

II Bộ nhớ 70

III Tập lệnh PLC S7-200 72

IV Bảng sự kiện ngắt và thứ tự ưu tiên 76

V Vùng nhớ đặc biệt 77

VI Giới thiệu về SIEMENS SIMATIC S7-200 (CPU 226) 78

C.PLC Siemems S7-300 80

I Thiết bị điều khiển logic khả trình 80

II Ngôn ngữ lập trình 87

III Tổ chức bộ nhớ CPU 88

IV Giới thiệu về CPU 314IFM 90

Chương IV MACH 30 98

I Giới thiệu 98

1 Các tính năng của MACH 30 99

2 Các thông số của MACH 30 99

3 Công suất trung bình 99

4 Hệ số dạng THDF 99

5 Các giá trị đo được hiển thị sẵn 100

6 Mạng nối kết các thiết bị và máy tính 101

7 Ứng dụng 102

II Cách sử dụng MACH 30 102

1 Các menu và các phím chức năng 102

2 Cách kết nối nguồn cung cấp 103

3 Cách kết nối MACH 30 với tải 103

4 Cogeneration 104

5 Hai ngõ vào analog 105

6 Bốn ngõ ra cực thu hở 106

7 Các thông số trong menu đặt cấu hình 107

III Giao thức truyền thông của Ducati 108

1 Giới thiệu 108

2 Ứng dụng 108

3 Diễn tả 108

4 Frame yêu cầu dữ liệu 111

5 Những frame lệnh 119

Chương 5 SIMATIC WINCC CONTROL CENTER 124

A.Giới thiệu 124

I Control Center trong hệ thống WinCC 124

II Project 133

B.Cách lập trình WinCC 136

I Khái niệm 136

1 Cấu trúc 136

2 Giao diện của WinCC 136

II Cách lập trình 138

1 Khái niệm về tag của WinCC 138

2 Driver của WinCC 139

3 Tạo picture 139

4 Cách tạo thư viện liên kết động 140

5 Sử dụng tập tin liên kết động 143