Thạc Sĩ Nghiên cứu, thiết kế hệ tự động giám sát các thông số của mô hình nhà máy nhiệt điện dầu v10cf/d0/12

Luận văn thạc sĩ
Đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ tự động giám sát các thông số của mô hình nhà máy nhiệt điện dầu v10cf/d0/125 - ứng dụng trong đào tạo
Mô tả bị lỗi font vài chữ, tài liệu thì bình thường

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 vụnghiên cứu của luận văn 2
2.1. Mục ñích nghiên cứu của ñềtài .2
2.2. Nhiệm vụnghiên cứu của ñềtài .2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀHỆTHỐNG ðIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT 3
1.1. ðịnh nghĩa hệthống SCADA .3
1.2. Phân loại hệthống SCADA . 4
1.3. Những chuẩn ñể ñánh giá một hệthống SCADA 5
1.4 Cấu trúc chung của hệSCADA . 6
1.5 Mô hình phân cấp chức năng 8
1.5.1 Mô hình phân cấp 8
1.5.2 Chức năng nhiệm vụtừng 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 vềmô 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
2.3.2. Tự ñộng hoá cho nhà máy nhiệt ñiện 19
2.3.3. Yêu cầu bài toán thực tếcho 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 ñồcấu trúc phần cứng 23
3.1.1.2. Thiết bịphần cứng .23
3.1.2. Sơ ñồ ñấu dây ñầu vào module SM 331 8AI 13 bits 24
3.2. Nghiên cứu kỹthuật phần cứng hệSIMATIC PLC S7 – 300 . 27
3.2.1. Những khái niệm chung vềPLC 27
3.2.2. Các module của PLC S7-300 29
3.2.3. Cấu trúc bộnhớcủa PLC S7 – 300 32
3.2.4. Vòng quét chương trình .34
3.2.5. Cấu trúc chương trình 35
3.2.6. Ngôn ngữlập trình .36
3.3. Phần mềm lập trình 37
3.4. Các bước ñểtạo một Project mới với WinCC (Xem phụlục 1) .37
3.5. Chương trình thu thập và xửlý thông tin ño ñược từcảm biến 38
3.5.1. Chương trình chính thu thập và xửlý thông tin .38
3.5.2. Chương trình con .40
3.5.2.1. Thuật toán quét dữliệu .40
3.5.2.2. Thuật toán chuyển ñổi .41
3.5.2.3. Thuật toán ñọc và hiển thịkết 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
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 ñồthịbiểu diễn quan hệgiữa ñầu vào và ñầu ra .47
3.6.4. Xây dựng hàm 47
3.6.4.1. Cơsởlý thuyết 47
3.6.4.2. Phần lập trình xây dựng hàm (phụlục 2) . 48
3.7. Khảo sát thực nghiệm ñầu vào số . 48
3.8. Chương trình giám sát và thu thập từcảm biến(phụlục 3) . 50
3.9. Phần mềm thiết kếgiao diện giám sát 50
3.10. Thiết kếcấu hình mạng MPI cho việc truyền thông giữa PLC – PC – TP177A
(phụlục 4) 53
3.11. Phần mềm thiết kếgiao 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 hệthống 56
3.12. Giới hạn các thông sốvà ñánh giá vềsai số 58
3.13. Kết luận 59
KẾT LUẬN, ðỀXUẤT GIẢI PHÁP . 60
Tài liệu tham khảo . 61
Phụlục 1. Các bước ñểtạo một Project mới với WinCC 62
Phụlục 2. Lập trình xây dựng hàm .69
Phụlục 3. Chương trình giám sát thu thập từcảm biến .78
Phụluc 4. Thiết kếcấu hình mạng MPI cho việc truyền thông giữa PLC-PC-Tp177A 90

MỞ ðẦU.
1. ðẶT VẤN ðỀ.
Khát vọng vềmột thếgiới ngày càng có nhiều ñiện năng hơn chưa từng ñược thỏa
mãn. ðiều ñó ñòi hỏi phải có những ñầu tưcho việc nghiên cứu các nguồn năng lượng
khác nhau. Bên cạch các nguồn năng lượng truyền thống nhưthuỷ ñiện, nhiệt ñiện còn
có các nguồn năng lượng khác nhưnăng lượng tái tạo, năng lượng gió, năng lượng ñịa
nhiệt, năng lượng mặt trời, năng lượng hạt nhân .
Nhu cầu sửdụng ñiện năng của nước ta ngày càng cao cùng với sựphát triển vềkinh
tếxã hội. Vì vậy trong những năm gần ñây dựán 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 tỷKWh. Theo quy hoạch phát triển
của ðiện lực Việt nam, trong năm 2010 sẽxây dựng thêm 32 nhà máy ñiện với tổng
công suất 9500MW và ñến năm 2020, khi nước ta cơbản trởthành nước công nghiệp
thì phải cần ñến 250 tỷKWh.
ðểnâng cao chất lượng ñiện năng, ñòi hỏi các nhà máy ñiện phải ñược tự ñộng hoá ở
mức cao. Trong hệthống tự ñộng, việc giám sát tự ñộng các thông sốcủa 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 hệthống.Việc giám sát này không những góp phần
tự ñộng hoá của hệthống mà còn giúp cho quá trình giám sát biến ñổi nhanh ñược tốt
hơn, nhằm phân tích các quá trình công nghệmột cách hiệu quả.
ðược sựhướng 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 ñềtài luận văn:
“ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾHỆTỰ ðỘNG GIÁM SÁT
CÁC THÔNG SỐCỦA MÔ HÌNH NHÀ MÁY NHIỆT
ðIỆN DẦU V10CF/D0/125 - ỨNG DỤNG TRONG ðÀO TẠO.”
2. MỤC ðÍCH VÀ NHIỆM VỤNGHIÊN CỨU CỦA ðỀTÀI.
2.1. MỤC ðÍCH NGHIÊN CỨU CỦA ðỀTÀI.

Nghiên cứu cấu trúc của hệthu thập và giám sát dữliệu, từ ñó làm cơsởthiết kếhệ
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 khảnăng thực hiện các dựán tự ñộng hoá trong nhà máy ñiện cũng như
trong các nhà máy công nghiệp khác.

Giúp nâng cao khảnăng nghiên cứu của giảng viên ñểnâng cao chất lượng ñào tạo
cho sinh viên của các ngành: Năng lượng, tự ñộng hoá, hệthống ñiện

Là giáo cụdạy học cho sinh viên ngành năng lượng, tự ñộng hoá và hệthống ñiện.

Hệthống này là mô hình thu nhỏcủa các nhà máy ñiện, do vậy sẽgiúp sinh viên sau
khi ra trường có thểlàm quen và tiếp cận công nghệsản xuất trong các nhà máy ñiện
một cách nhanh nhất.
2.2. NHIỆM VỤNGHIÊN CỨU CỦA ðỀTÀI.
2.2.1. Tìm hiểu cấu trúc của hệthu thập và giám sát dữliệu.
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 ñonhiệt ñộ, ñiện áp, dòng ñiện, tốc ñộ .), lựa chọn các cảm
biến sửdụng cho hệthống.
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 chỉsốtrong PLC.

Xây dựng chương trình phần mềm giám sát tự ñộng cho hệthống trên nền hệthiết bị
ñiều khiển logic khảtrình (PLC S7 – 300).

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀHỆTHỐNG ðIỀU KHIỂN VÀ
GIÁM SÁT.
Hệthống ñiều khiển và giám sát bao gồm toàn bộcác giải pháp hệthống nhằm bảo
ñảm các yêu cầu chức năng của quá trình kỹthuật như: năng suất, chất lượng, an toàn
cho người, máy móc và môi trường. Cụthểquan hệgiữa các ñại lượng ñầu vào và ñầu
ra của quá trình kỹthuật 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 kỹthuật
ñối với con người và môi trường xung quanh phải ñược giảm thiểu. Hiện nay, hệthống
ñiều khiển giám sát có xu hướng phát triển theo sựtích hợp. Tùy thuộc vào quy mô sản
xuất mà người ta áp dụng mô hình hệthống ñiều khiển khác nhau. Với các hệthống
vừa và nhỏ, sốlượng ñiểm ño và thiết bịthường ít thì hay sửdụng hệSCADA; còn ñối
với các hệthống lớn, người ta thường sửdụng hệDCS. Qua nghiên cứu, khảo sát thực
nghiệm vềmô hình nhà máy nhiệt ñiện V10CF/D0/125 tại trường ðại học ðiện lực,
chúng tôi lựa chọn hệSCADA ñể ñiều khiển và giám sát.
1.1. ðịnh nghĩa hệthống SCADA.
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition): là một hệ thống ñiều khiển
giám sát và thu thập dữliệu, nói một cách khác là một hệthống hỗtrợcon người trong
việc giám sát và ñiều khiển từxa, ởcấp cao hơn hệ ñiều khiển tự ñộng thông thường.
ðểcó thể ñiều khiển và giám sát từxa thì hệSCADA phải có hệthống truy cập, truyền
tải dữliệu cũng nhưhệgiao diện người và máy (HMI - Human Machine Interface).
Trong hệthống ñiều khiển giám sát thì HMI là một thành phần quan trọng không chỉ ở
cấp ñiều khiển giám sát mà ởcác cấp thấp hơn người ta cũng cần giao diện người và
máy ñểphục vụcho việc quan sát và thao tác vận hành ởcấp ñiều khiển cục bộ.Vì lý
do giá thành, ñặc ñiểm kỹthuật nên các màn hình vận hành (OP - Operator Panel),
màn hình chạm (TP - Touch Panel), Multi Panel chuyên dụng ñược sửdụng nhiều và
chiếm vai trò quan trọng hơn.
Nếu nhìn nhận SCADA theo quan ñiểm truyền thống thì nó là một hệthống mạng và
thiết bịcó nhiệm vụthuần tuý là thu thập dữliệu từcác trạm ởxa và truyền tải vềkhu
trung tâm ñểxửlý. Trong các hệthống nhưvậy thì hệtruyền thông và phần cứng ñược
ñặt lên hàng ñầu và cần sựquan tâm nhiều hơn. Trong những năm gần ñây sựtiến bộ
vượt bậc của công nghệtruyền thông công nghiệp và công nghệphần mềm trong công
nghiệp ñã ñem lại nhiều khảnăng và giải pháp mới nên trọng tâm của công việc thiết
kếxây dựng hệthống SCADA là lựa chọn công cụphần mềm thiết kếgiao diện và các
giải pháp tích hợp hệthống.
1.2. Phân loại hệthống SCADA.
Các hệthống SCADA ñược phân làm bốn nhóm chính với các chức năng:
- SCADA ñộc lập / SCADA nối mạng.
- SCADA không có khảnăng ñồhoạ/ SCADA có khảnăng xửlý ñồhoạthông tin thời
gian thực.
Bốn nhóm chính của hệthống SCADA:
Hệthống SCADA mù (Blind): ðây là hệthống ñơn giản, nó không có bộphận giám
sát. Nhiệm vụchủyếu của hệthống này thu thập và xửlý dữliệu bằng ñồthị. Do tính
ñơn giản nên giá thành thấp.
Hệthống SCADA xửlý ñồhoạthông tin thời gian thực: ðây là hệthống SCADA có
khảnăng giám sát và thu thập dữliệu. Nhờtập tin cấu hình của máy khai báo trước ñây
mà hệcó khảnăng mô phỏng tiến trình hoạt ñộng của hệthống sản xuất. Tập tin cấu
hình ghi lại trạng thái hoạt ñộng của hệthống. Khi xảy ra sựcốthì hệthống có thểbáo
cho người vận hành ñểxửlý kịp thời. Cũng có thểhệsẽphát ra tín hiệu ñiều khiển
dừng hoạt ñộng của tất cảmáy móc.
Hệthống SCADA ñộc lập: ðây là hệcó khảnăng giám sát và thu thập dữliệu với một
bộvi xửlý. Hệnày chỉcó thể ñiều khiển ñược một hoặc hai máy móc. Vì vậy hệnày
chỉphù hợp với những sản xuất nhỏ, sản xuất chi tiết.

TÀI LIỆU THAM KHẢO.
Tiếng Việt Nam:
[1]. Nguyễn Văn Hoà. Cơsởtự ñộng ñiều khiển quá trình, NXB GDVN, 2009.
[2]. Nguyễn Doãn Phước. Lý thuyết ñiều khiển tuyến tính, NXB KH&KT, 2005.
[3]. Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, VũVân Hà. Tự ñộng hóa với Simatic
S7-300, NXB KH&KT, 2007.
[4]. Hoàng Minh Sơn. Mạng truyền thông công nghiệp, NXB KH&KT, 2007.
[5]. Tham khảo các tài liệu trên Internet.
Tiếng nước ngoài:
[1]. Siemens AG. Simatic Step7 User Manual, 1995.
[2]. Siemens AG. WinCC Flexible User Manual.