Thiết kế và lập trình hệ thống quản lý đóng cắt điện :Đồ án tốt nghiệp Khoa Công nghệ Điện

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH HỆ THỐNG

QUẢN LÝ ĐÓNG CẮT ĐIỆN

GVHD : TH.S HUỲNH TRUNG CANG

SINH VIÊN : NGUYỄN HOÀNG SÂM MSSV: 14012651

LỚP : DHDKTD10A

SINH VIÊN : HỒ HỮU TRIỀU MSSV: 14067681

LỚP : DHDKTD10B

SINH VIÊN : NGUYỄN THẾ NAM MSSV: 14080281

LỚP : DHDKTD10C

TP.HCM, NĂM 2018

i

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1. Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài

Nguyễn Hoàng Sâm MSSV: 14012651

Hồ Hữu Triều MSSV: 14067681

Nguyễn Thế Nam MSSV: 14080281

2. Tên đề tài

THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH QUẢN LÝ HỆ THỐNG ĐÓNG CẮT ĐIỆN

3. Nội dung

- Tìm hiểu về bộ điều khiển PLC FX5U, truyền thông MODBUS, Remote

I/O, SCADA Wonderware InTouch.

- Thiết kế và thi công mô hình hệ thống đóng cắt điện trong tòa nhà – khách

sạn.

- Lập trình và điều khiển mô hình bằng GX Work 3 và InTouch.

4. Kết quả

- Đánh giá được nhu cầu thực tế, đưa ra giải pháp/phương án, bản thiết kế ứng

dụng cụ thể.

- Thiết kế và thi công mô hình mô phỏng hệ thống đóng cắt điện trong tòa nhà

– khách sạn.

- Tìm hiểu về bộ điều khiển PLC Mitsubishi FX5U và phần mềm lập trình

GX Work 3.

- Tìm hiểu về Remote I/O của hãng Autonics và truyền thông MODBUS

RTU.

- Tìm hiểu về phần mềm SCADA Wonderware InTouch và OPC Server.

- Lập trình điều khiển trên PLC FX5U bằng phần mềm GX Work 3.

- Lập trình SCADA Wonderware InTouch với các tính năng: Truy cập người

dùng, giám sát sát và điều khiển hệ thống, hiển thị trạng thái các thiết bị trên

mô hình.

ii

Giảng viên hướng dẫn Tp. HCM, ngày tháng 06 năm 2018.

Sinh viên

iii

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

iv

MỤC LỤC

MỤC LỤC.......................................................................................................iv

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH ...................................................................viii

DANH SÁCH BẢNG BIỂU .............................................................................x

Chương 1: LỜI MỞ ĐẦU ...............................................................................11

1.1. Lý do chọn đề tài..................................................................................11

1.2. Mục tiêu nghiên cứu.............................................................................11

1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.........................................................11

Đối tượng nghiên cứu ....................................................................11

Phạm vi nghiên cứu .......................................................................12

1.4. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................12

1.5. Một số hệ thống quản lý đóng cắt điện .................................................13

Hệ thống quản lý điện EziBee........................................................13

Điều khiển máy cắt từ xa thông qua RTU của Hệ thống SCADA...15

Chương 2: XÂY DỰNG CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ

ĐỘNG ............................................................................................................19

2.1. Cấu trúc của hệ thống điều khiển..........................................................19

2.2. Mạng truyền thông trong công nghiệp ..................................................20

2.3. Cấu trúc điều khiển của hệ thống..........................................................21

2.4. Một số ưu điểm và hạn chế của hệ thống ..............................................22

Chương 3: SƠ ĐỒ KẾT NỐI HỆ THỐNG QUẢN LÝ ĐÓNG CẮT ĐIỆN ....23

3.1. Sơ đồ kết nối đấu dây của hệ thống.......................................................23

3.2. PLC FX5U 32M...................................................................................25

Hình ảnh, cấu tạo chung.................................................................25

Đặc điểm và thông số kỹ thuật đầu vào..........................................26

v

Kết nối PLC với Remote I/O..........................................................27

Mục đích ứng dụng PLC Mitsubishi FX5U trong đề tài.................28

3.3. Remote I/O...........................................................................................29

Hình ảnh:.......................................................................................29

Chức năng .....................................................................................29

Tính năng, đặc điểm ......................................................................29

Kết nối Remote I/O điều khiển Relay ............................................30

Mục đích ứng dụng của Remote I/O trong đề tài............................31

Kiểm tra thông số truyền của Remote I/O......................................31

3.4. Relays: .................................................................................................32

Hình ảnh, sơ đồ chân .....................................................................32

Relay AC.......................................................................................33

Relay DC.......................................................................................33

Mục đích sử dụng của Relay trong đề tài .......................................33

3.5. Bộ quẹt thẻ ...........................................................................................34

Chương 4: LẬP TRÌNH TRUYỀN THÔNG MODBUS RTU CHO PLC

MITSUBISHI FX5U.......................................................................................35

4.1. Giới thiệu MODBUS............................................................................35

4.2. Các chức năng của MODBUS ..............................................................36

4.3. Đặc điểm chung của truyền thông nối tiếp MODBUS ..........................37

Cấu trúc mạng MODBUS RTU .....................................................37

Quản lý đường truyền Master/Slave...............................................37

Trao đổi dữ liệu trong mạng MODBUS RTU ................................38

4.4. Giao thức mạng MODBUS RTU..........................................................39

Cấu trúc giao thức MODBUS ........................................................39

Cấu trúc Gói tin (Frame) Gửi – Request; gói tin nhận – Response .40

vi

4.5. Mạng truyền thông MODBUS RTU của PLC FX5U:...........................42

Kiểu cấu trúc RTU(Remote Terminal Unit – Đơn vị đầu cuối từ xa)

...............................................................................................................42

Các hàm MODBUS PLC hỗ trợ.....................................................43

Tập lệnh MODBUS :.....................................................................44

4.6. Lập trình MODBUS Master trên PLC FX5U:.......................................46

Chức năng của mạng MODBUS RTU trong hệ thống....................46

Sơ đồ lập trình MODBUS Master trên PLC FX5U ........................47

Chương trình MODSBUS..............................................................48

Lưu ý khi tạo chương trình: ...........................................................48

Chương 5: PHẦN MỀM QUẢN LÝ ĐÓNG CẮT ĐIỆN ................................50

5.1. Hệ thống điều khiển giám sát SCADA .................................................50

SCADA là gì?................................................................................50

Phần mềm SCADA Wonderware InTouch:....................................52

5.2. Lập trình điều khiển PLC FX5U trên GX WORK 3..............................60

Giới thiệu về GX Work 3:..............................................................60

Lưu đồ giải thuật cho chương trình cho PLC FX5U:......................61

Cài đặt cấu hình Parameter: ...........................................................62

Bảng địa chỉ I/O của chương trình điều khiển ................................64

5.3. Phần mềm KEPServerEX.....................................................................66

Giới thiệu về KEPServerEX: .........................................................66

Khái niệm OPC: ............................................................................66

Sử dụng phần mềm KEPServerEX: ...............................................67

Chương 6: KẾT LUẬN...................................................................................71

6.1. Những kết quả đạt được:.......................................................................71

6.2. Những thuận lợi và khó khăn khi thực hiện đề tài.................................71

vii

6.3. Hướng phát triển đề tài.........................................................................72

LỜI CẢM ƠN.................................................................................................73

TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................74

PHỤ LỤC 1: Thông số của Remote I/O ..........................................................75

PHỤ LỤC 2: Chương trình điều khiển của PLC..............................................79

PHỤ LỤC 3: Thực hiện cài đặt cho Project trên KEPServerEX ......................87

viii

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Mô hình hệ thống quản lý điện EziBee.......................................................13

Hình 1.2: Sơ đồ mạch điện của máy cắt 572 của trạm 500kV Hà Tĩnh.......................16

Hình 1.3: Nguyên lý điều khiển máy cắt từ xa thông qua RTU ..................................18

Hình 2.1: Cấu trúc cớ bản của hệ thống điều khiển giám sát ......................................19

Hình 2.2: Sơ đồ phân cấp hệ thống điều khiển ...........................................................20

Hình 2.3: Cấu trúc tổng quát của hệ thống quản lý đóng cắt điện...............................21

Hình 2.4: Kết nối các thành phần của hệ thống ..........................................................22

Hình 3.1: Sơ đồ đấu dây cho mô hình ........................................................................23

Hình 3.2: Hình ảnh mô hình hệ thống quản lý đóng cắt điện......................................24

Hình 3.3: PLC Mitsubishi FX5U 32M.......................................................................25

Hình 3.4: Cấu tạo mặt trước của PLC Mitsubishi FX5U 32M....................................25

Hình 3.5: Sơ đồ nối dây kết nối PLC với Remote I/O. ...............................................28

Hình 3.6: Remote I/O ................................................................................................29

Hình 3.7: Kết nối ngõ vào và ngõ ra của Remote I/O với các Relay...........................30

Hình 3.8: Thông số truyền thông của Remote I/O được thể hiện qua phần mềm GE IP

Serial Communication Test........................................................................................32

Hình 3.9: Hình ảnh và sơ đồ chân của Relay..............................................................32

Hình 3.10: Bộ quẹt thẻ...............................................................................................34

Hình 3.11: Sơ đồ kết nối cơ bản của bộ quẹt thẻ ........................................................34

Hình 4.1: Mô hình phân lớp MODBUS .....................................................................35

Hình 4.2: Truyền thông MODBUS trên FX5 .............................................................37

Hình 4.3: Sơ đồ kết nối Master - Slave ......................................................................38

Hình 4.4: Sơ đồ trao đổi dữ liệu giữa 2 trạm tớ ..........................................................39

Hình 4.5: Lưu đồ Master – Slave ...............................................................................47

Hình 4.6: Chương trình MODBUS của hệ thống........................................................48

Hình 5.1: Cấu trúc của một hệ thống SCADA đơn giản .............................................51

Hình 5.2: Cửa sổ InTouch Application Manager........................................................54

Hình 5.3: Cửa sổ WindowMaker ...............................................................................54

Hình 5.4: Cửa sổ Wizard Selection ............................................................................56

Hình 5.5: Wizard Buttons..........................................................................................57

Hình 5.6: Wizard Symbol Factory .............................................................................57