CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung đề tài Giải quyết bài toán điều khiển giám sát từ xa cho hệ thống điều khiển phân tán. Với hệ thống điều khiển phân tán như băng tải ở nhà máy đóng gói hoặc bơm ở các nhà máy xử lý nước thải ở khu công nghiệp hay các trạm bơm nước sạch hoặc các giàn khoan dầu khí thì việc quản lý tập trung là rất cần thiết và giúp giảm chi phí điều khiển và giám sát cũng như vận hành hệ thống. Cùng với xu thế phát triển chung của mạng internet và công nghệ điện toán đám mây bài toán điều khiển giám sát hệ thống đang dần có thêm nhiều giải pháp và lựa chọn để thực hiện thì việc phát triển một giải pháp mới và hiệu quả là cần thiết để đi cùng với xu hướng chung phát triển của công nghệ hiện đại.2 Mục đích nghiên cứu Ứng dụng những khiến thức học được ở các môn PLC, điều khiển quá trình, SCADA… và nghiên cứu thêm các hệ thống cơ sở dữ liệu vào việc tạo ra hệ thống điều khiển giát sát động cơ trong những nhà máy công nghiệp Đồ án này đề ra mục tiêu giải quyết bài toán điều khiển hệ thống từ xa và gồm nhiều khu vực với khả năng mở rộng không giới hạn về thiết bị và không gian điều khiển, lưu trữ.
Phương pháp điều khiển giám sát từ xa phải đảm bảo khả năng mở rộng của hệ thống và sự tin cậy cũng như những ứng dụng mở rộng như sử dụng các thiết bị điện thoại thông minh vào điều khiển hệ thống giúp đơn giản và trực quan hóa cho những kỹ sư vận hành hệ thống và cả những nhà quản lý. Cùng với việc đánh giá mức độ nghiêm trọng của tốc độ rung đối với động cơ, máy bơm, quạt, máy nén, hộp số, máy thổi, máy sấy, máy ép và các máy khác hoạt động trong dải tần từ 10 đến 1000 Hz.3 Đối tượng nghiên cứu ̶ PLC S7-1200, Hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ và độ rung của máy SVTH: Trần Quốc Duy ĐỒ ÁN TỔNG HỢP 2/99 ̶ Biến tần V20 ̶ Scada Wincc Unified có thể truy cập qua Internet. ̶ Module chuyển đổi điện áp. ̶ Module giao tiếp RS485 ̶ Cảm biến đo độ rung, nhiệt độ ̶ Hệ thống Scada ̶ Thiết kế giao diện điều khiển giám sát Web Server bằng ngôn ngữ lập trình Tia Portal V17 1.4 Phạm vi nghiên cứu Xây dựng mô hình hai động cơ hoạt đông hỗ trợ nhau, tích hợp các chuẩn truyền thông công nghiệp như profinet, wifi công nghiệp, OPC UA để biết cách sử dụng và ứng dụng được vào bài toán thực tế.
Thiết kế chương trình điều khiển PLC cho hệ thống, kết nối với mô hình thật để kiểm tra tính đúng đắn của chương trình. Thiết kế Web SCADA giúp điều khiển và giám sát hệ thống. Deploy hệ SCADA ra môi trường Internet.5 Dự kiến kết quả ̶ Giải quyết nhu cầu điều khiển giám sát tập trung các hệ thống nằm ở nhiều khu vực khác nhau và nằm cách xa nhau. ̶ Vấn đề điều khiển và giám sát những hệ thống phân tán và xu hướng phát triển của các giao thức kết nối hệ thống từ xa.
̶ Từ lâu nay SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) luôn được sử dụng để thu thập dữ liệu, điều khiển và giám sát những hệ thống trong công nghiệp như một giải pháp toàn diện để hỗ trợ những người kĩ sư trong việc vận hành theo dõi và bảo trì hệ thống. Tuy nhiên, do sự phát triển và mở rộng không ngừng của các doanh nghiệp, những nhà máy không còn nằm trong một khu vực nhất định nữa, nó có thể nằm ở những khu vực cách xa nhau về mặt địa lí thậm chí là ở Hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ và độ rung của máy SVTH: Trần Quốc Duy ĐỒ ÁN TỔNG HỢP 3/99 những quốc gia khác nhau tạo nên thách thức với những chuẩn kết nối truyền thống trong công nghiệp như modbus hay các chuẩn kết nối I/O với khả năng kết nối giới hạn của bản thân nó, làm cho SCADA truyền thống dần trở nên khó khăn trong việc tiếp cận với hệ thống điều khiển tập trung này. ̶ Với sự phát triển và phủ song của mạng internet việc kết nối các nhà máy từ xa như yêu cầu ở trên thông qua internet là hoàn toàn có thể. Với giao thức TCP/IP chúng ta có thể public địa chỉ IP của nhà máy thành một IP WAN và có domain name, có thể truy cập từ bất kỳ nơi nào có internet.
Việc ra đời của SIMATIC Wincc Unified, giúp chúng ta dễ dàng thực điều đó hơn, và quan trọng hơn hết là có thể ứng dụng vào các dự án thực tế đòi hỏi tính thương hiệu, ổn định và an toàn cao. Hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ và độ rung của máy SVTH: Trần Quốc Duy ĐỒ ÁN TỔNG HỢP 4/99 CHƯƠNG 2.1 Động cơ ba pha trong công nghiệp 2.1 Động cơ điện ba pha trong công nghiệp Trong những lĩnh vực công nghiệp nặng. Các loại động cơ điện là một trong những bộ phận chính của thiết bị biến tần cỡ lớn. Công dụng chính của máy biến tần rất đa dạng với khả năng điều chỉnh tốc độ vận hành cho nhiều loại máy móc khác nhau trong dây chuyền thông qua một máy chủ (máy tính) ở khu vực trung tâm điều khiển Bên cạnh đó, các loại động cơ điện còn có thể ứng dụng nhằm giảm thiểu mức điện năng sử dụng của các thiết bị công nghiệp.
Cũng như gia tăng mức hiệu suất làm việc nhờ vào các công nghệ tiết kiệm điện năng tiêu thụ hiện đại. Ở khía cạnh bảo toàn năng lượng. Động cơ điện cần được chọn công suất phù hợp và bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên. Nhằm duy trì sản xuất liên tục, nâng cao hiệu suất năng lượng và tuổi thọ.
Ngoài ra, việc chọn lựa công suất phù hợp cho động cơ còn giúp cho chi phí ban đầu và chi phí vận hành của động cơ là tốt nhất 2.2 Một số lỗi hư hỏng thường gặp cần phải bảo trì dự đoán 2.1 Motor có tiếng kêu bất thường Nguyên nhân có thể xảy ra: Motor đang hoạt động quá tải, motor quấn bị lệch vòng, quạt làm mát ma sát mạnh vào hộp bảo vệ. Rotor cọ sát vào stator, vòng bi có dấu hiệu rơ lắc, hư hỏng, khớp lệch tâm. Gối đỡ bôi trơn không hoạt động đúng, thiếu dầu bôi trơn ở gối đỡ, 2.2 Motor quá nóng Động cơ motor bị quá tải trong quá trình hoạt động, khớp lệch tâm, sự cọ sát của rotor vào stator. Motor đang hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao, hệ thống sấy motor chưa ngắt.
Hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ và độ rung của máy SVTH: Trần Quốc Duy ĐỒ ÁN TỔNG HỢP 5/99 2.3 Motor rung động mạnh Có thể chưa bật nguồn điện, mất nguồn điện vào tủ, nguồn điện bị mất pha. Dây nguồn bị hư hỏng, đấu sai sơ đồ hệ thống, thiết bị điện bị hư hỏng. Thiết bị bảo vệ bị nhảy, cháy cầu chì bảo vệ 2.4 Motor lúc chạy lúc dừng hoặc không quay Có thể motor mất nguồn, mất pha, tiếp điểm của CB, công tắc tơ không tốt. Đấu nối sai mạch điện điều khiển, đầu nối dây điện vào motor không tốt.
Đấu sai nguồn điện, đấu sai dây, motor đang quá tải, motor bị kẹt, motor bị bó vòng bi. Bị vỡ vòng bi, vỡ bạc đạn, bó trục, bó gối đỡ, thiết bị lai bị kẹt và bó cứng 2.5 Motor có mùi khét, khói bốc lên, có lửa, tiếng nổ Motor bị chập điện, bị cháy tiếp điểm của CB. Công tắc tơ không tốt, bó cháy vòng bi, bó cháy gối trục, cháy cuộn xông sấy motor … 2.2 Hệ thống giám sát vận hành nhà máy SCADA 2.1 Hệ thống Scada SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) là hệ thống giám sát và vận hành nhà máy giúp con người kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu từ xa. Có thể coi SCADA là một kiến trúc hệ thống điều khiển bao gồm máy tính, truyền thông dữ liệu được nối mạng và giao diện người dùng đồ họa (GUI) để quản lý giám sát quá trình cấp cao, đồng thời bao gồm các thiết bị ngoại vi khác như: bộ điều khiển logic khả lập trình (PLC) và tỷ lệ rời rạc bộ điều khiển -dẫn xuất liên kết (PID) để giao tiếp với nhà máy hoặc máy móc quy trình.
Hay nói một cách khác SCADA là một hệ thống các yếu tố phần mềm và phần cứng cho phép các tổ chức công nghiệp: Hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ và độ rung của máy SVTH: Trần Quốc Duy ĐỒ ÁN TỔNG HỢP 6/99 • Kiểm soát các quy trình công nghiệp từ xa • Theo dõi, thu thập và xử lý dữ liệu theo thời gian thực • Tương tác trực tiếp với các thiết bị trong hệ thống truyền thông qua phần mềm giao diện người-máy (HMI) • Ghi lại các sự kiện vào các file nhật kí hay cơ sở dữ liệu. • Cảnh báo hệ thống • Vẽ đồ thị, xuất báo cáo 2.2 Hệ thống phân tán Thông tin SCADA và xử lý lệnh được phân phối trên nhiều trạm được kết nối qua mạng LAN. Thông tin đã được chia sẻ trong thời gian gần thực. Mỗi trạm chịu trách nhiệm cho một nhiệm vụ cụ thể, giúp giảm chi phí so với SCADA thế hệ thứ nhất.
Các giao thức mạng được sử dụng vẫn chưa được tiêu chuẩn hóa. Vì các giao thức này là độc quyền nên rất ít người ngoài các nhà phát triển biết đủ để xác định mức độ an toàn của cài đặt SCADA. Bảo mật của cài đặt SCADA thường bị bỏ qua.3 Hệ thống web Scada Sự phát triển của internet đã khiến các hệ thống SCADA triển khai các công nghệ web cho phép người dùng xem dữ liệu, trao đổi thông tin và kiểm soát các quy trình từ mọi nơi trên thế giới thông qua kết nối web SOCKET. Đầu những năm 2000 chứng kiến sự gia tăng của các hệ thống Web SCADA.
Hệ thống SCADA web sử dụng các trình duyệt internet như Google Chrome và Mozilla Firefox làm giao diện người dùng đồ họa (GUI) cho các nhà khai thác HMI. Điều này giúp đơn giản hóa việc cài đặt phía máy khách và cho phép người dùng truy cập hệ thống từ nhiều nền tảng khác nhau bằng trình duyệt web như máy chủ, máy tính cá nhân, máy tính xách tay, máy tính bảng và điện thoại di động. Hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ và độ rung của máy SVTH: Trần Quốc Duy ĐỒ ÁN TỔNG HỢP 7/99 2.1 Tổng quan về PLC PLC (Programmable Logic Controller) hay bộ điều khiển logic có thể lập trình được. Nó cho phép người dùng tạo các ứng dụng điều khiển hệ thống với việc xây dựng chương trình bằng một ngôn ngữ lập trình nào đó.