LỜI CẢM ƠN
Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới các thầy cô giáo trong
trường Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông – Đại học Thái Nguyên nói
chung và các thầy cô giáo trong Khoa Công nghệ Tự động hóa nói riêng đã tận
tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong
suốt thời gian qua.
Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn tới cô giáo ThS. PHẠM THỊ HỒNG
ANH, cô đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn trong suốt quá trình làm
đồ án tốt nghiệp. Trong quá trình làm việc với cô, em không ngừng tiếp thu thêm
nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu
khoa học nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá
trình học tập và làm việc sau này.
Sau cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã động viên, góp ý, và
giúp đỡ trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp.
Do thời gian hoàn thành đồ án có giới hạn, chắc chắn rằng đồ án không
tránh khỏi những thiếu sót nên em rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy
cô và các bạn để đồ án tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn.
Thái Nguyên, ngày… tháng 06 năm 2016
Sinh viên thực hiện

Đặng Văn Tuấn

1


2


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam kết ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP là công trình nghiên cứu của bản
thân em dưới sự hướng dẫn của ThS. PHẠM THỊ HỒNG ANH.

1.1.1. Khái quát chung về SCADA

2

1.1.2. Sự phân cấp quản lý của hệ thống SCADA
1.1.3. Phần cứng hệ thống SCADA.

6

1.1.4. Phần mềm hệ thống SCADA

7

1.1.5. Truyền tin trong hệ SCADA.

8

1.2. Thiết bị điều khiển cấp trường
1.2.1. Cảm biến

5

9

9

1.2.2. Cơ cấu chấp hành 17
1.3. Thiết bị cấp điều khiển 20
1.3.1. Tổng quan 20
1.3.2. Thiết bị logic khả trình


2.2.3. Thiết bị cấp chấp hành

37

2.2.4. Các thiết bị khác
2.3. Lắp đặt hệ thống

48
51

2.3.1. Mô hình hệ thống khí đã hoàn thành
2.3.2. Sợ đồ lắp đặt chi tiết

52

KẾT LUẬN 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

5

51


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Các thành phần cơ bản của hệ thống SCADA.2
Hình 1.2 Mô hình phân cấp chức năng của hệ thống điều khiển và giám sát 6
Hình 1.3 Cấu trúc phần mềm hệ thống điều khiển và giám sát SCADA.
Hình 1.4. Sơ đồ đo mức theo phương pháp thủy tĩnh.



29

Hình 2.3. Máy tính Dell Vostro 3360

31

Hình 2.4. Giao diện HMI 32
Hình 2.5 PLC SIEMENS S7 1200 CPU1214C 36
Hình 2.6 Cấu tạo của Relay trung gian.

37

Hình 2.7. Relay trung gian 39
Hình 2.8. Sơ đồ khối relay 24V

39

Hình 2.9. Bộ nguồn 12VDC

40

Hình 2.10. Bộ chuyển đổi điện áp 220V sang 24V

40

Hình 2.11 Bơm tại ví trí đường ống cấp nước lạnh vào vào bình nước nóng.41
Hình 2.12 Bơm hôi lưu và bơm tại ví trí cấp nước nóng đến khu vực sử dụng
42
Hình 2.13 Cấu tạo của van điện 1 chiều. 43


Hinh 2.25 Đường ống từ bình nước lạnh tới bơm 1
Hình 2.26 Đường ống từ bơm 1 đến van 1

52

53

Hình 2.29 Đường ống từ van 1 đến bình nước nóng

53

Hình 2.27 Đường ống từ bình nước nóng đưa nước xuống phía dưới để sử dụng
54
Hình 2.28 Đường ống đưa nước còn thừa trong đường ống hồi lưu lại bình nước
nóng 55

7


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Các đặc điêm của các loại CPU trong PLC S7- 1200

35

Bảng 2.2. Giá của các loại PLC S7- 1200 36
Bảng 2.3. Thông số kĩ thuật của Relay trung gian.

39


Xuất phát từ tình hình thực tế việc sử dụng nước nóng trong các tòa nhà cao
tầng, các khách sạn vừa và nhỏ, em đã nghiên cứu và thực hiện đề tài « Thiết kế
cơ khí và gia công mô hình hệ thống hồi lưu nước nóng dân dụng ». Đây chỉ là
một phần trong việc xây dựng hệ thống nước nóng dân dụng, tuy vậy em mong
8


rằng với đề tài này em sẽ củng cố được kiến thức đã học được trong trường và ứng
dụng trong sản xuất.
Trong thời gian làm đồ án, với sự nỗ lực của bản thân, cùng với sự hướng
dẫn tận tình của cô giáo hướng dẫn, sự giúp đỡ nhiệt tình của bạn bè, em đã hoàn
thành được cơ bản các yêu cầu đặt ra của đồ án.
Do thời gian làm đồ án và kiến thức của bản thân còn có hạn nên trong đồ
án không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ
bảo của các thầy, cô giáo để có thể hoàn thành đồ án này với kết quả tốt hơn nữa.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn cô giáo hướng dẫn: Th.S PHẠM
THỊ HỒNG ANH, cùng các thầy cô giáo trong bộ môn đã giúp đỡ em hoàn thành
đồ án này.
Thái nguyên tháng6 Năm 2016
Sinh viên

Đặng Văn Tuấn

9


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT

1.1. Tổng quan về hệ thống điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu SCADA
1.1.1. Khái quát chung về SCADA

Mỗi hệ thống sản xuất công nghiệp thường được tổ chức theo nhiều cấp
quản lý. Mỗi cấp có nhiệm vụ đo lường, thu thập và điều khiển giám sát riêng lên
từng đối tượng cụ thể của hệ thống. Chính vì thế SCADA cho một hệ thống sản
xuất công nghiệp cũng được phân ra từng cấp SCADA cụ thể, tùy vào quy mô của
từng cấp mà có những yêu cầu cụ thể khác nhau song nói chung mỗi cấp SCADA
là phải thực hiện những dịch vụ sau:
 Thu thập số liệu từ xa (qua đường truyền số liệu) các số liệu về sản xuất
và tổ chức việc lưu trữ trong nhiều loại cơ sở số liệu (số liệu về lịch sử sản xuất, về
sự kiện thao tác, về báo động …).
 Điều khiển và giám sát hệ sản xuất trên cơ sở các dữ liệu đã thu thập
được.
 Thực hiện công tác truyền thông số liệu trong và ra ngoài hệ (đọc/ viết
số liệu PLC/ RTU (thiết bị đầu cuối điều khiển từ xa), trả lời các bản tin yêu cầu từ
cấp trên về số liệu, về thao tác hệ).
 Nhìn chung SCADA là một sự kết hợp giữa phần cứng và phần mềm
theo một phương thức truyền thông nào đó để tự động hóa việc quản lý giám sát,
điều khiển cho một đối tượng công nghiệp. Và ta nhận thấy rằng xu thế tự động
hóa là một xu thế không thể tránh khỏi do vậy việc áp dụng bài toán SCADA là
12


một việc làm tất yếu nếu chúng ta không muốn tụt hậu trong sản xuất. Vai trò của
nó là rất rõ ràng, SCADA giúp ta thu thập rất chính xác về hệ thống từ đó có thể
đưa ra các quyết định đúng đắn về hệ, đồng thời ta cũng dễ dàng trong công tác
điều khiển và ra quyết định. Việc làm này sẽ giảm đáng kể việc chi phí về vấn đề
nhân lực, về vận hành, góp phần đáng kể trong việc giảm giá thành sản phẩm, tăng
sức cạnh tranh.
1.1.1.3. Nguyên lý hoạt động của SCADA.
 Cơ chế thu thập dữ liệu.
Trong hệ SCADA, quá trình thu thập dữ liệu được thực hiện trước tiên ở

này sẽ được đưa vào sử dụng khi hệ SCADA có sự cố hoặc hoạt động offline (có
thể cho mục đích bảo dưỡng, sửa chữa, kiểm tra …).
 Nguyên lý hoạt động.
Khi các thiết bị đang vận hành vi phạm các giới hạn cho phép của các thông
số kỹ thuật hoặc bị sự cố, hệ thống tự động đưa ra các tín hiệu cảnh báo dạng
chuông, còi, hiển thị nội dung cảnh báo bằng những dòng lệnh theo màu sắc và
nhấp nháy, điều này giúp cho các kỹ sư điều hành hệ thống có những hành động
ứng xử kịp thời để đưa các thiết bị trở lại trạng thái vận hành bình thường hoặc
đưa các thiết bị dự phòng vào hoạt động thay thế nhằm đảm bảo cho hệ thống vẫn
làm việc ở trạng thái ổn định và kinh tế. Tất cả các sự kiện xảy ra đối với các thiết
bị trên hệ thống, các chế độ vận hành hệ thống đều được lưu trữ động theo trật tự
thời gian, có độ chính xác đến từng mili giây (ms), có thể truy xuất khi cần thiết
dưới dạng các bảng biểu, đồ thị giúp cho quá trình xử lý và phân tích sự cố được
chính xác.
1.1.2. Sự phân cấp quản lý của hệ thống SCADA
Việc giám sát, thu thập số liệu và điều khiển là rất cần thiết đối với một hệ
thống công nghiệp bất kỳ. Việc sử dụng một hệ thống điều khiển trung tâm để đảm
nhiệm tất cả các chức năng giám sát và điều khiển hết sức phức tạp. Chính vì vậy,
tùy theo mức độ quan trọng và yêu cầu những tính năng giám sát, điều khiển mà
các chức năng giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu được phân phối và phân cấp
14


cho các thiết bị khác nhau.

15


Hình 1.2 Mô hình phân cấp chức năng của hệ thống điều khiển và giám sát
1.1.3. Phần cứng hệ thống SCADA.

 Đồ họa.
 Các cảnh báo (Alarms).
 Các đồ thị (Trends).
 Giao diện cho thiết bị đầu cuối RTU và PLC.
 Khả năng mở rộng.
 Phương thức truy cập dữ liệu.
 Cơ sở dữ liệu.
17


 Mạng truyền thông.
 Lỗi và dự phòng.
 Quá trình phân phối máy chủ/ khách.

Hình 1.3 Cấu trúc phần mềm hệ thống điều khiển và giám sát SCADA.
1.1.5. Truyền tin trong hệ SCADA.
Ngoài việc sử dụng các máy tính công nghiệp, các server, thiết bị mạng …
18


ở phòng theo dõi trung tâm. Một bộ phận không thể thiếu được trong hệ SCADA
là hệ thống truyền tin. Nó liên quan đến tính ổn định và sự chính xác của hệ thống.
Vì vậy, một hệ truyền tin được chọn trong hệ SCADA phải thỏa mãn các tiêu
chuẩn như: giải tốc độ truyền, giao thức truyền thông, truyền đồng bộ hay dị bộ,
khoảng cách địa lý … Hệ thống truyền tin được chọn phải tương thích với thiết bị
trường và máy chủ Server. Một số thiết bị có thể sử dụng được để truyền dữ liệu
trong hệ SCADA như sau: Modem RDT (Radio Data Technology) của Anh quốc
có các loại truyền sóng Radio, vô tuyến, các thiết bị thu phát sóng của Motorola,
các bộ RTU, GPS. Tùy theo mô hình, tùy theo phạm vi từng hệ SCADA mà ta áp
dụng từng loại thiết bị trên sẽ phát huy hết tính năng tác dụng của nó.

Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính chất điện (như nhiệt độ, áp
suất… ) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện (như
điện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng) chứ đựng thông tin cho phép xác
định giá trị của đại lượng đo. Đặc trưng (s) là hàm của đại lượng cần đo (m):

20


s = F(m)
Người ta gọi (s) là đại lượng đầu ra hoặc là phản ứng của cảm biến, (m) là
đại lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc là đại lượng cần đo). Thông qua
đo đạc(s) cho phép nhận biết giá trị của (m).
 Phân loại cảm biến
Các bộ cảm biến được phân loại theo các đặc trưng cơ bản sau đây:
 Theo nguyên lý chuyển đổi giữa đáp ứng và kích thích:
Bảng 1.1. Nguyên lý chuyển đổi giữa đáp ứng và kích thích.
Hiện tượng

Chuyển đổi đáp ứng và kích thích
 Nhiệt điện
 Quang điện

Vật lý

 Điện từ
 Quang đàn hồi
 Từ điện
 Nhiệt điện …

 Biến đổi hóa học

Từ

 Từ thông, cường độ từ trường
 Độ từ thẩm…

 Biên, pha, phân cực, phổ
 Tốc độ truyền
Quang

 Hệ số phát xạ, khúc xạ
 Hệ số hấp thu, hệ số bức xạ…

 Vị trí
 Lực, áp suất
Cơ

 Gia tốc, vận tốc
 Ứng suất, độ cứng
 Mômen
 Khối lượng, tỉ trọng
 Vận tốc chất lưu, độ nhớt…

22


 Nhiệt độ
Nhiệt

 Thông lượng
 Nhiệt dung, tỉ nhiệt…


 Công suất tiêu thụ

 Điều kiện môi trường

 Dải tần

 Kích thước, trọng lượng

 Độ trễ

 Phân loại theo phạm vi sử dụng.
Bảng 1.4. Phân loại theo phạm vi sử dụng.
 Công nghiệp
 Nghiên cứu khoa học
 Môi trường, khí tượng
 Thông tin, viễn thông
 Nông nghiệp
 Dân dụng
 Giao thông
 Vũ trụ
 Quân sự

 Phân loại theo thông số của mô hình mạch thay thế:
+ Cảm biến tích cực có đầu ra là nguồn áp hoặc nguồn dòng.
+ Cảm biến thụ động được đặc trưng bằng các thông số R, L, C, M …tuyến
24


tính hoặc phi tuyến.