Đang tải... (xem toàn văn)
ứng dụng PLC và phần mềm WinCC để thiết kế hệ thu thập điều khiển và giám sát thông số lưới điện thông qua lập trình bằng Simatic Step 7. đưa ra các thông số đầu ra tín hiệu analog sau khi thực hiện lệnh scale, tính toán công suất, cảnh báo quá tải, quá áp v.v...
LỜI NĨI ĐẦU Trong cơng nghiệp hóa đại hố đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hoá ngày cao vào đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ ) Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, cơng nghệ điện tử phát triển nhanh chóng làm xuất loại thiết bị điều khiến khả trình PLC nhằm thực công việc cách khoa học nhằm đạt số lượng sản phẩm lớn, nhanh, chất lượng cao mà lại giảm chi phí kinh tế Dây chuyền sản xuất tự động PLC giảm sức lao động công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu cao đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội Để đáp ứng điều nhu cầu điện cung cấp cho cơng ty, xí nghiệp lớn Do vậy, việc tiết kiệm điện cần thiết, để tiết kiệm điện ta cần hệ thống giám sát Để chúng em nâng cao kiến thức ngành điện, nhà trường, khoa tạo điều kiện cho chúng em làm đồ án tốt nghiệp trước kết thúc khóa học Đồ án tốt nghiệp chúng em tập dượt quý báu trước bước vào thực tế khó khăn Đề tài mang tên “Thiết kế hệ thu thập điều khiển giám sát thông số lưới điện” Trong suốt thời gian làm đồ án với giúp đỡ tận tình thầy giáo Khoa Điện – Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, đặc biệt hướng dẫn tận tình, chi tiết thầy giáo Nguyễn Bá Khá giúp đỡ chúng em nhiều để hồn thành đồ án Xin gửi tới thầy giáo Nguyễn Bá Khá tồn thể thầy giáo khoa Điện lời cảm ơn chân thành nhất! Hà Nội, ngày 21 tháng 04 năm 2018 Nhóm đồ án *Tính cấp thiết đề tài: Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, hệ thống lưới truyền tải, lưới phân phối phụ tải tiêu thụ điện Chúng gắn bó với thành thể thống nhất, bị phá vỡ xảy hậu nặng nề tồn hệ thống q trình sản xuất cơng ty, xí nghiệp bị ngưng đọng gây ảnh hưởng không nhỏ đến kinh tế quốc dân Do đòi hỏi quản lý, giám sát, điều khiển vận hành an toàn, tin cậy cho toàn hệ thống Một hệ thống trợ giúp đắc lực cho việc giám sát, điều khiển hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) *Mục đích đề tài: Tìm hiểu đặc điểm cấu tạo kỹ thuật tập lệnh PLC S7-300, tiếp cận với thiết bị cơng nghệ tốn thực tế, vận dụng kiến thức học để thiết kế hệ thu thập điều khiển giám sát thông số lưới điện *Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết ứng dụng vào giải tốn giám sát, điều khiển với mơ hình phòng thí nghiệm Đề tài gồm chương sau: Chương I: Tổng quan hệ thu thập đo lường điều khiển giám sát Chương II: Tổng quan PLC S7-300 phần mềm giám sát WinCC Chương III: Thiết kế xây dựng hệ thống giám sát thông số lưới điện Trong trình nghiên cứu làm báo cáo đồ án trình độ lý luận kinh nghiệm thực tiễn hạn chế nên báo cáo khó tránh khỏi thiếu sót mong thầy cô bỏ qua, chúng em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu q thầy để hồn thiện kiến thức kinh nghiệm tương lai Nhận xét giáo viên hướng dẫn Hà nội, ngày tháng năm 2018 Giáo viên hướng dẫn Nhận xét hội đồng phản biện MỤC LỤ CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THU THẬP ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT 11 1.1 Tổng quan hệ thu thập đo lường điều khiển giám sát 11 1.2 Cấu trúc chung hệ thu thập đo lường điều khiển giám sát 13 1.3 Giao thức PROFINET 15 CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ PLC S7-300 VÀ PHẦN MỀM GIÁM SÁT WINCC 19 2.1 Tổng quan PLC S7-300 19 2.1.1.Các module PLC S7-300 19 2.1.2 Các mode hoạt động 22 2.1.3 Các kiểu liệu .23 2.1.4 Cấu trúc nhớ .23 2.1.5 Chu kỳ vòng quét PLC S7-300 25 2.1.6 Trao đổi liệu CPU module mở rộng .26 2.1.7 Cấu trúc chương trình PLC S7-300 27 2.1.8 Các khối OB đặc biệt .28 2.1.9 Tập lệnh PLC S7-300 .29 2.2 Phần mềm SIMATIC Manager .37 2.3 Phần mềm WinCC 41 CHƯƠNG III THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT THÔNG SỐ LƯỚI ĐIỆN .45 Yêu cầu 45 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 45 3.1.1 Lựa chọn thiết bị 46 3.1.2 Bảng địa 52 3.2 Sơ đồ đấu dây 53 3.3 Mạch đấu dây thực tế .53 3.4 Lưu đồ thuật toán 54 3.4.1 Lưu đồ chương trình 54 3.4.2 Lưu đồ cảnh báo 54 3.4.3 Lưu đồ WinCC 55 3.5 Các lệnh sử dụng 55 3.6 Hiển thị WinCC .61 3.6.1 Mô hiển thị .61 3.6.2 Hiển thị giá trị thực tế mơ hình 68 Kết luận: 69 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Mơ hình phân cấp chức hệ SCADA 13 Hình 1.2: Cấu trúc hệ SCADA 14 Hình 2.1: Các khối rack trạm PLC S7-300 19 Hình 2.2: Các Module tích hợp CPU PLC S7-300 .20 Hình 2.3: Các module vào/ mở rộng PLC S7-300 .21 Hình 2.4: Mặt trước CPU S7-300 22 Hình 2.5: Phân chia vùng nhớ S7-300 .23 Hình 2.6: Vòng qt chương trình .26 Hình 2.7: Trao đổi liệu CPU Module mở rộng 27 Hình 2.8: Cấu trúc lập trình PLC S7-300 27 Hình 2.9: Ví dụ ngơn ngữ STL 30 Hình 2.10: Ví dụ ngơn ngữ LAD .30 Hình 2.11: Cấu trúc hệ thống sử dụng PLC 37 Hình 2.12: Khởi tạo chương trình .38 Hình 2.13: Chọn CPU cho PLC 38 Hình 2.14: Chọn ngơn ngữ lập trình 38 Hình 2.15: Đặt tên cho chương trình 39 Hình 2.16: Cửa sổ chương trình 39 Hình 2.17: Chọn phần cúng cho PLC 39 Hình 2.18: Chọn giao thức kết nối 40 Hình 2.19: Chọn kiểu kết nối TCP/IP 40 Hình 2.20: Cửa sổ làm việc WinCC 43 Hình 2.21: Thêm driver để liên kết với step7 43 Hình 2.22: Chọn kiểu kết nối .44 Hình 2.23: Tạo nametag gán địa .44 Hình 2.24: Tạo giao diện hiển thị WinCC 44 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 45 Hình 3.2: Bộ chuyển đổi đo dòng điện 46 Hình 3.3: Sơ đồ nối dây chuyển đổi AAC .47 Hình 3.4: Sơ đồ hoạt động AAC 48 Hình 3.5: Bộ chuyển đổi đo điện áp 48 Hình 3.6: Sơ đồ nối dây chuyển đổi VAC 49 Hình 3.7: Sơ đồ hoạt động chuyển đổi VAC 50 Hình 3.8: Bộ chuyển đổi đọc thông số cos 50 Hình 3.9: Sơ đồ nối dây chuyển đổi đo lường PF 51 Hình 3.10: Sơ đồ hoạt động chuyển đổi PF 51 Hình 3.11: Động Siemens pha cỡ nhỏ .52 Hình 3.12: Sơ đồ đấu nối 53 Hình 3.13: Mạch đấu dây thực tế 53 Hình 3.14: Tạo tagname sử dụng 61 Hình 3.15: Thư viện cơng cụ Standard .62 Hình 3.16: Tạo bảng chữ trang trí cho giao diện .62 Hình 3.17: Thư viện hộp thoại Smart objects 62 Hình 3.18: Hộp thoại cấu hình I/O field 62 Hình 3.19: Các tags project 62 Hình 3.20: Các thơng số lưới điện cần hiển thị 64 Hình 3.21: Cửa sổ thư viện WinCC 64 Hình 3.22: Thư viện Alam Logging 65 Hình 3.23: Các dòng cảnh báo 65 Hình 3.24: Tạo hình đèn báo .65 Hình 3.25: Thuộc tính đèn cảnh báo q tải 66 Hình 3.26: Chọn tag đổi màu đèn 66 Hình 3.27: Mơ PLCSIM 67 Hình 3.28: Hệ thống hoạt động bình thường .67 Hình 3.29: Cảnh báo tải 68 Hình 3.30: Cảnh báo điện áp thấp cao .68 Hình 3.31: Giá trị thực tế 68 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Thực với số nguyên 16 bit 34 Bảng Thực với số nguyên 32 bit 35 Bảng Thực với số thực 35 Bảng 4: Địa đầu vào 52 Bảng 5: Địa đầu (hiển thị kết đo) 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình PLC S7-300 lý thuyết ứng dụng – ThS Nguyễn Xuân Quang – nhà xuất TPHCM, 2006 Điều khiển với SIMATIC S7-300 – Phan Xuân Minh & Nguyễn Doãn Phước – nhà xuất Bách Khoa Hà Nội Bộ tài liệu Transducer – M-system Co., Ltd http://www.m-system.co.jp/ Giáo trình Lý thuyết mạch điện – PGS.TS Lê Văn Bảng – nhà xuất Giáo Dục Hãng Siemens, SIMATIC’s Manual 10 Sử dụng hàm Scale FC105 để đọc tín hiệu analog từ chuyển đổi dòng AAC transducer Đầu vào Input “kênh 0” PIW800 Giá trị HI_LIM giá trị mức cao dải đo dòng điện AAC transducer, giá trị cao mà chuyển đổi đo 5A giá trị thấp 0A (LO_LIM) Đối với Bipolar trạng thái tín hiệu để mức đầu vào input bipolar có giá trị K1= -27648.0 K2= 27648.0 để mức đầu vào input unbipolar có K1=0.0 K2= 27648.0 Ret_val giá trị báo lỗi, giá trị trả 16#0000 tức không bị lỗi Out đầu sau hàm scale quy đổi giá trị analog đầu vào lưu ô nhớ MD10 Tương tự cách đọc giá trị dòng điện, giá trị điện áp sử dụng hàm scale fc105 Đầu vào IN kênh với địa PIW802 Giá trị cao mà chuyển đổi đo 550V cấp vào đầu HI_LIM giá trị thấp 0V gán vào LO_LIM Đầu output lưu vào ô nhớ MD20 55 Từ thông số U, I, cos đo ta tiến hành tính tốn cơng suất tải động Áp dụng công thức S=U.I ta sử dụng lệnh nhân số thực để thực phép tính, sau sử dụng tiếp lệnh nhân số thực để tính cơng suất P=S.cos Để tính công suất phán kháng Q, ta thực lệnh Arccos để chuyển giá trị cos đo dạng số lưu vào nhớ MD70 sau tiếp tục thực lệnh quy đổi giá trị ô nhớ MD70 sang giá trị sin Công suất phản kháng Q tính theo cơng thức Q=S.sin nên ta thực lệnh nhân số thực lưu giá trị đầu nhớ MD50 56 Dòng định mức động 0,55A nên ta sử dụng so sánh để cảnh báo động làm việc tải Ở giá trị dòng điện mà hàm scale đo lớn 0,65A tiến hành cảnh báo cách cấp điện cho M1.0 hiển thị WinCC Tương tự việc cảnh báo cao áp thấp áp sử dụng so sánh, điện áp cấp cho động cao 400V thấp 340V cấp điện cho M1.1 hiển thị cảnh báo WinCC 57 Tóm lại, chương trình giám sát thơng số lưới điện cảnh báo tải, cảnh báo điện áp sau: 58 59 3.6 Hiển thị WinCC 3.6.1 Mô hiển thị Để tạo giao diện hiển thị WinCC, ta cần khởi tạo project WinCC trình bày mục 2.3, tag manager ta cần khai báo với địa ô nhớ lưu trữ giá trị để hiển thị phần mềm Simatic Step7: Hình 3.14: Tạo tagname sử dụng 60 Tiếp theo, vào “graphics designer” tạo hiển thị mới, đặt tên tiến hành bước để hiển thị thông số giám sát lưới điện Tạo chữ giao diện WinCC cách click vào “Static text” cơng cụ Standard: Hình 3.15: Thư viện cơng cụ Standard Lúc khung để viết chữ xuất hiện, ta tiến hành viết chữ chỉnh theo ý muốn Hình 3.16: Tạo bảng chữ trang trí cho giao diện Để hiển thị thông số lưới điện mà ta đọc từ PLC thông qua lập trình Step7 ta vào mục “smart objects” cơng cụ Standard chọn “I/O field” Hình 3.17: Thư viện hộp thoại Smart objects 61 Hộp thoại hiển thị giá trị vào xuất hiện, ta click chuột phải chọn “Configuration Dialog” để gán thuộc tính cho hộp thoại I/O: Hình 3.18: Hộp thoại cấu hình I/O field Tiến hành gán tag cho ô hiển thị viết tên hình 3.17, ta muốn hiển thị giá trị Id, ta viết “Id” trươc ô chọn địa “Id” tagname hình 3.18: 62 Hình 3.19: Các tags project Tương tự cách làm hiển thị cho giá trị Id, ta tiến hành cho giá trị Ud, cos , công suất hiệu dụng P, công suất phản kháng Q cơng suất tồn phần S Hình 3.20: Các thơng số lưới điện cần hiển thị Để tạo cảnh báo, ta vào mục Alam logging thư viện WinCC 63 Hình 3.21: Cửa sổ thư viện WinCC Tại đây, ta vào mục “user text blocks” đổi bảng text block thành “CANH BAO” hình 3.22: Hình 3.22: Thư viện Alam Logging Đặt tên loại cảnh báo “cảnh báo tải”, “cảnh báo điện áp” Hình 3.23: Các dòng cảnh báo Tiếp theo, để hiển thị cảnh báo, ta sử dụng cảnh báo đèn nên ta vào công cụ Standard chọn “circle” để vẽ hình tròn tượng trưng cho đèn báo 64 Hình 3.24: Tạo hình đèn báo Click chuột phải vào hình tròn chọn properties để tạo thuộc tính cho đèn cảnh báo Chọn Colors - > background color -> Dynamic Dialog hình 3.25 Hình 3.25: Thuộc tính đèn cảnh báo tải Hộp thoại thuộc tính đèn cảnh báo xuất hiện, ta chọn tag với địa đặt đổi màu đèn cảnh báo hoạt động hình 3.26: 65 Hình 3.26: Chọn tag đổi màu đèn Ta làm tương tự cho cảnh báo điện áp Khởi động PLCSIM tiến hành mơ Hình 3.27: Mơ PLCSIM 66 Hình 3.28: Hệ thống hoạt động bình thường Với thơng số mơ mức định mức từ tính cơng suất động Đối với dòng điện làm việc 0,9A lớn dòng định mức động xuất cảnh báo màu đỏ hình 3.28 dòng cảnh báo bảng bên: Hình 3.29: Cảnh báo tải Cảnh báo điện áp cao thấp, đèn báo điện áp sáng có dòng chữ báo bảng bên đầy đủ thời gian, ngày, 67 Hình 3.30: Cảnh báo điện áp thấp cao 3.6.2 Hiển thị giá trị thực tế mô hình Hình 3.31: Giá trị thực tế Kết luận: Qua nghiên cứu ứng dụng PLC Seimens vào mơ hình thực tế phòng nghiệm chúng em hiểu biết thêm số vấn đề sau: + Hiểu thêm tập lệnh PLC S7-300 đặc biệt lệnh Scale đọc giá trị analog ứng dụng thành cơng chúng vào mơ hình thực tế + Xây dựng thuật tốn , chương trình điều khiển thiết kế giao diện HMI WinCC cho toán + Có nhìn khách quan hệ thống giám sát thơng số lưới điện , mơ hình thực tế so với lý thuyết học *Những điều chưa làm 68 Trong trình tìm hiểu nghiên cứu chúng em nhận thấy hạn chế kiến thức chuyên môn kĩ xử lý vấn đề Khi gặp vấn đề mơ hồ hướng giải làm cho tiến độ chất lượng công việc không đạt mong muốn đề ban đầu *Phương hướng giải quyết: Từ hạn chế vấn đề mắc phải trình thực đồ án chúng em nhận thấy cần phải bổ sung nhiều kiến thức không chuyên ngành mà kỹ xử lý tình , làm việc tập thể cho đạt kết cao Với đề tài nghiên cứu hệ thống giám sát thông số lưới điện, chúng em hiểu rõ chất lượng điện quan trọng trình sản xuất đại tuổi đời thiết bị điện qua tìm giải pháp ổn định thông số lưới điện 69 ... TỔNG QUAN VỀ HỆ THU THẬP ĐO LƯỜNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT 11 1.1 Tổng quan hệ thu thập đo lường điều khiển giám sát 11 1.2 Cấu trúc chung hệ thu thập đo lường điều khiển giám sát 13 1.3... đòi hỏi quản lý, giám sát, điều khiển vận hành an toàn, tin cậy cho toàn hệ thống Một hệ thống trợ giúp đắc lực cho việc giám sát, điều khiển hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu SCADA (Supervisory... đặc điểm cấu tạo kỹ thu t tập lệnh PLC S7-300, tiếp cận với thiết bị công nghệ tốn thực tế, vận dụng kiến thức học để thiết kế hệ thu thập điều khiển giám sát thông số lưới điện *Phạm vi nghiên