Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Cao Học
Mục Lục

LỜI CAM ĐOAN………………………………………………………………………11
LỜI CẢM ƠN…………………………………………………………………………..12
LỜI NÓI ĐẦU………………………………………………………………………….13
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ SIMATIC PCS7 ........................................................... 14
1.1.

Simatic PCS 7 ............................................................................................................................. 14

1.1.1.

Simatic PCS 7 – Những điểm nổi bật của hệ thống điều khiển........................................... 14

1.1.2.

SIMATIC PCS 7 – Một HTĐK cho tất cả các lĩnh vực và ngành công nghiệp .... ……………14

1.1.3.

SIMATIC PCS 7 – mở rộng cấp bậc từ 100 đến 100.000 I/O............................................. 15

1.1.4.

Sự phát triển của SIMATIC PCS 7 – công suất và hiệu suất .............................................. 15

1.2.


1.3.1.

Tổng quan về Input/Output ................................................................................................. 18

1.3.2.

Tổng quan về Module I/O của ET-200M ............................................................................ 19

1.3.2.1.

Phạm vi của các module .............................................................................................. 21

1.4.

Các bộ điều khiển ........................................................................................................................ 21

1.5.

Hệ thống vận hành....................................................................................................................... 25

1.5.1.

Các bộ phận phần cứng và phần mềm (Hardware & Software Components) ..................... 25

1.5.2.

Giao diện người dùng (GUI – Graphic User Interface)....................................................... 25

1.5.2.1.



Hiển thị biểu đồ (Trend Displays) ....................................................................................... 32

1.5.5.

Hệ thống lưu trữ .................................................................................................................. 33

1.5.6.

Hệ thống cảnh báo ............................................................................................................... 33

1.5.7.

Công việc download và kiểm tra các thay đổi online.......................................................... 34

1.5.8.

Sự dự phòng ........................................................................................................................ 35

1.5.9.

Quản trị người sử dụng cấp nhà máy thuộc diện rộng (Plant – wide user administration) . 36

1.6.

Hệ thống kỹ thuật (Engineering System) .................................................................................... 37

1.6.1.

Tổng quan các công cụ ........................................................................................................ 37


Các chức năng hệ thống của cây cấp bậc nhà máy (plant hierarchy) .......................... 43

1.6.4.2.

Quản lý thay đổi tối ưu – “copy & modify” ................................................................ 44

1.6.4.3.

Định cấu hình đồ họa với CFC tuân theo tiêu chuẩn IEC 1131 .................................. 45

1.6.4.4.

Các thư viện................................................................................................................. 45

1.6.4.5.

Các khối chức năng – dựng cấu hình của các biểu tượng OS ..................................... 46

1.6.5.

Tự động tối ưu hóa chiến lược điều khiển........................................................................... 47

1.6.6.

SFC : Khái niệm trường hợp Type ...................................................................................... 49

1.6.6.1.

Những điểm nổi bật ..................................................................................................... 49

1.6.10.

Trợ lý Xuất/Nhập ................................................................................................................ 53

1.6.11.

Kỹ thuật đa dự án (Multiproject Engineering) .................................................................... 54

1.6.12.

Bộ kiểm tra chéo phiên bản (Version Cross – Checker – VXC) ......................................... 54

1.6.13.

Download xuống AS ........................................................................................................... 56

1.7.

Các hàm hệ thống ........................................................................................................................ 56

1.7.1.

Hệ thống vận hành............................................................................................................... 56

1.7.2.

Các hàm quản lý người dung và kiểm tra dấu vết ............................................................... 57

1.7.2.1.



2.1.2.2.

Cụm phân dòng M1 ..................................................................................................... 62

2.1.2.3.

Phin lọc F-1-A/B/C/D ................................................................................................. 63

2.1.2.4.

Hệ thống bình tách cấp I: V-1-A/B/C.......................................................................... 64

2.1.2.5.

Hệ thống gia nhiệt T-1-A/B/C/D ................................................................................. 64

2.1.2.6.

Hệ thống bình tách cấp II: V-2-A1/B1/C1 .................................................................. 65

2.1.2.7.

Hệ thống bình tách tĩnh điện: V-2-A2/B2/C2 ............................................................. 68

SVTH: Trần Hoàng

Trang 3



2.1.4.3.

Hệ thống xử lý khí nhiên liệu – Fuel Gas.................................................................... 73

2.1.5.

Hệ thống đuốc cao áp và thấp áp (HP & LP Flare) ............................................................. 74

2.1.6.

Hệ thống thu gom condensate ............................................................................................. 76

2.1.7.

Hệ thống hóa phẩm ............................................................................................................. 76

2.1.8.

Hệ thống Boiler ................................................................................................................... 78

2.1.9.

Hệ thống thu gom dầu thải .................................................................................................. 78

2.1.10.

Hệ thống khí nguồn nuôi ..................................................................................................... 79

2.1.11.


2.2.2.5.

Relay bảo vệ mức chất lỏng ........................................................................................ 84

2.2.2.6.

Relay bảo vệ mức áp suất ............................................................................................ 84

Chƣơng 3: TỔNG HỢP HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA CHO BÌNH TÁCH 3 PHA
BẰNG HỆ PCS7 CỦA HÃNG SIEMENS .................................................................... 86
3.1.

Cấu hình phần cứng..................................................................................................................... 86

SVTH: Trần Hoàng

Trang 4


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Cao Học

3.1.1.

Tạo dự án ............................................................................................................................. 86

3.1.2.

Định cấu hình phần cứng – Hardware Configuration ......................................................... 87


Giao diện màn hình Scada ........................................................................................................... 97

3.3.1.

Màn hình chính.................................................................................................................... 97

3.3.2.

Màn hình giám sát nhiệt độ ................................................................................................. 97

3.3.3.

Màn hình giám sát áp suất ................................................................................................... 98

3.3.4.

Màn hình giám sát mức nước .............................................................................................. 98

3.3.5.

Màn hình giám sát mức dầu ................................................................................................ 99

Chƣơng 4: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN................................................ 100
4.1.

Kết luận ..................................................................................................................................... 100

4.2.



88

SVTH: Trần Hoàng

Trang 6


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Cao Học

Danh Mục hình ảnh
Hình 1: Các module mở rộng ...................................................................................................................... 15
Hình 2: DP/PA Coupler .............................................................................................................................. 17
Hình 3: DP/PA Link .................................................................................................................................... 17
Hình 4: Y Coupler ....................................................................................................................................... 18
Hình 5: Y Link ............................................................................................................................................. 18
Hình 6: Tổng quan I/O ................................................................................................................................ 19
Hình 7: I/O của ET-200M ........................................................................................................................... 19
Hình 8: Sơ lược phần cứng ......................................................................................................................... 23
Hình 9: Card kết nối ................................................................................................................................... 24
Hình 10: Sơ đồ chuyển mạch ...................................................................................................................... 24
Hình 11: Redundant CPU ........................................................................................................................... 25
Hình 12: Giao diện người dùng .................................................................................................................. 26
Hình 13: Các biểu tượng khối - các bảng panel ......................................................................................... 30
Hình 14: Multi - Screen............................................................................................................................... 31
Hình 15: Cảnh báo từ Overview ................................................................................................................. 32
Hình 16: Cảnh báo từ panel ........................................................................................................................ 32
Hình 17: Số liệu kỹ thuật ............................................................................................................................. 33

Hình 38: Biên tập trung tâm ....................................................................................................................... 51
Hình 39: Công cụ tạo panel ........................................................................................................................ 51
Hình 40: Trợ lý xuất/nhập ........................................................................................................................... 53
Hình 42: Version Cross – Checker – VXC .................................................................................................. 54
Hình 41: Multiproject Engineering ............................................................................................................. 54
Hình 43: Các tính năng của bộ kiểm tra ..................................................................................................... 55
Hình 44: Download xuống AS ..................................................................................................................... 56
Hình 45: Tổng quan các hàm quản lý ......................................................................................................... 57
Hình 46: Chức năng SIMATIC Logon ........................................................................................................ 59
Hình 47: Ứng dụng SIMATIC Logon .......................................................................................................... 60
Hình 48: Sơ đồ khối quá trình xử lý dầu ..................................................................................................... 62
Hình 49: Hệ thống gia nhiệt T-1 ................................................................................................................. 65
Hình 50: Loop điều khiển áp suất tại bình tách cấp II................................................................................ 67
Hình 51: Loop điều khiển mức dầu của bình tách cấp II ............................................................................ 67
Hình 52: Loop điều khiển mức nước tại bình tách cấp II ........................................................................... 68
Hình 53: Sơ đồ khối quá trình xử lý nước ................................................................................................... 70

SVTH: Trần Hoàng

Trang 8


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Cao Học

Hình 54: Nguyên lý hoạt động của hydrocyclone ....................................................................................... 71
Hình 55: Sơ đồ khối quá trình xử lý khí thấp áp ......................................................................................... 72
Hình 56: Sơ đồ khối quá trình xử lý khí cao áp .......................................................................................... 73
Hình 57: Sơ đồ khối quá trình xử lý khí nhiên liệu ..................................................................................... 74


Luận văn Cao Học

Hình 81: Setup MAC-address ..................................................................................................................... 89
Hình 82: IE General.................................................................................................................................... 90
Hình 83: Setup IE General .......................................................................................................................... 90
Hình 84: Lưu đồ thuật toán điều khiển mức nước ...................................................................................... 93
Hình 85: Lưu đồ thuật toán điều khiền mức dầu......................................................................................... 94
Hình 86: Lưu đồ thuật toán điều khiển áp suất........................................................................................... 95
Hình 87: Lưu đồ thuật toán điều khiển nhiệt độ ......................................................................................... 96
Hình 88: Màn hình chính ............................................................................................................................ 97
Hình 89: Màn hình giám sát nhiệt độ ......................................................................................................... 97
Hình 90: Màn hình giám sát áp suất ........................................................................................................... 98
Hình 91: Màn hình giám sát mức nước....................................................................................................... 98
Hình 92: Màn hình giám sát mức dầu......................................................................................................... 99

SVTH: Trần Hoàng

Trang 10


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Cao Học

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:
-


Trần Hoàng

SVTH: Trần Hoàng

Trang 12


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Cao Học

LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay hệ thống PCS7 đã được nghiên cứu và phát triển mạnh trong các nhà máy và
hệ thống lớn ở nhiều nước công nghiệp phát triển trên thế giới. Hệ thống PCS7 bao gồm
hệ thống đa dạng các thiết bị phần cứng chuẩn, các giao thức truyền thông tin cậy và phần
mềm tương thích nhằm đảm bảo sự tự động hóa toàn diện hầu hết các quy trình công nghệ
có quy mô vừa và lớn ở tất cả các cấp điều khiển trong các ngành công nghiệp.
Với những ưu điểm và tính phát triển tối ưu của hệ thống điều khiển PCS7, ngành
công nghiệp dầu khí đã sớm áp dụng công nghệ PCS7 cho hệ thống khai thác dầu khí.
Nhằm đạt được sự đồng bộ và nâng cao chất lượng của quá trình điều khiển và khai thác.
Mục đích của đề tài:
Nghiên cứu và ứng dụng hệ thống điều khiển PCS7 cho bình tách dầu thô 3 pha giàn
công nghệ trung tâm số 2 mỏ Bạch Hổ, xí nghiệp khai thác dầu khí Vietsovpetro. Nhằm
đảm bảo chất lượng và thuận lợi cho những quá trình tách sau đó.
Nội dung của đề tài:
Chương I:

TỔNG QUAN VỀ SIMATIC PCS7

Chương II: TỔNG QUAN VỀ GIÀN CNTT SỐ 2 MỎ BẠCH HỔ

Tích hợp tự động hóa theo chiều dọc và chiều ngang với TIA (Totally Integrated
Automation – giải pháp toàn diện).

-

Khả năng linh hoạt dựa vào sự thi hành theo cấp bậc và thiết kế dạng môđun độc
lập.

-

Kỹ thuật phù hợp thống nhất xuyên suốt hệ thống cho tất cả các bộ phận cùng với
một cơ sở dữ liệu chia sẻ; thực thi khối lượng lớn công việc kỹ thuật.

-

Dựa trên nền tảng Windows, giao diện người dùng (GUI) được cấu trúc dạng cấp
bậc.

-

Hệ thống điều khiển có tính sẵn sàng cao do dựa trên sự dự phòng trên tất cả các
cấp bậc của hệ thống.

-

Sự an toàn được tích hợp đồng nhất (được chứng nhận đến AK6 / SIL 3 bởi Tổ
chức Thanh tra Kỹ thuật Đức).

-



Cho các qui trình chính yếu và thứ yếu : SIMATIC PCS 7 có thể sử dụng không chỉ các
nhiệm vụ cho điều khiển sự sản xuất và xử lý mà còn điều khiển sự tự động hóa toàn diện
tất cả các quá trình phụ, các quá trình theo hướng ngược và xuôi của hệ thống.
Ví dụ: SIMATIC PCS 7 tạo sự tiện ích trong công nghiệp sản xuất chất dẻo:

Do đó:
-

Giảm chi phí phần cứng, công tác hậu cần và huấn luyện.

-

Gia tăng năng suất trên toàn bộ chu kỳ hoạt động của nhà máy.

1.1.3. SIMATIC PCS 7 – mở rộng cấp bậc từ 100 đến 100.000 I/O

Hình 1: Các module mở rộng
-

Một nền tảng hệ thống điều khiển tích hợp.

-

Sự thích nghi tối ưu cho tầm cỡ nhà máy.

-

Các khả năng mở rộng khác nhau.


16

32

400

2 400

5 000 / 12 000 **

127

1 024

1 024

Các Trend
(giá trị / giây)
Số lượng các trạm

Số lượng Tag mỗi
~ 300 *
~ 500 *
~ 500 *
trạm
Bảng 1: Sự phát triển của SIMATIC PCS7
1.2.

Giao diện ghép nối qui trình bằng PROFIBUS


-

Truyền dẫn dữ liệu từ RS 485 đến bus đồng bộ theo chuẩn IEC.

-

Chuẩn đoán qua hệ thống chỉ thị.

SVTH: Trần Hoàng

Trang 16


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Cao Học

-

Tốc độ truyền với kết nối Profibus DP là 45,45 Kbaud.

-

Tốc độ truyền với kết nối Profibus PA là 31,25 Kbaud.

-

Khi kết nối ta chỉ cần thiết lập tốc độ truyền phù hợp với hệ thống DP Master và
thiết lập thông số cho thiết bị trường mà không cần định cấu hình cho modul
DP/PA Coupler.


Liên kết với hệ thống DP Slave chuẩn.

-

Dải tốc độ truyền dữ liệu từ 45,45 Kbaud đến 12Mbaud.

-

Tạo lớp cách li giữa modul IM 157 và hệ thống Profibus cơ sở.

Hình 4: Y Coupler
1.2.2.4.

Y Link

Hình thức liên kết Y Link bao gồm 2 modul giao diện IM 157 và modul Y Coupler liên
kết với nhau thông qua bus. Hình thức liên kết này cung cấp một cổng vào cho DP
Master, cho phép các thiết bị cùng giao
diện Profibus DP được nối tới trạm S7400H như một công tắc vào ra hệ thống.

Hình 5: Y Link
1.3.

Các Module xuất nhập

1.3.1. Tổng quan về Input/Output
Sự kết nối các I/O phân tán thông qua
PROFIBUS-DP (cũng bằng sợi quang học
và các thiết bị dự phòng trung gian).


Hình 6: Tổng quan I/O

Các module trung tâm của S7400.

1.3.2. Tổng quan về Module I/O của ET-200M
-

Cấp độ bảo vệ IP20, tầm hoạt
động 0…60 oC (-20…60 oC).

-

Các mô đun I/O dự phòng
(1 cảm biến -> 2 module).

-

Sự cách ly về điện bằng các
bản nối đa năng (backplane
bus).

-

Có thể mở rộng các mô đun
bằng cái phích cắm các
Backplane bus trên các rãnh
nhôm.

-


Cảm biến bị mất nguồn / điện áp tải.

-

Chập mạch, đứt dây.

-

Giá trị thay thế được cung cấp khi hệ thống tự động bị hỏng.

-

Những tham số sai trong module.

-

Watchdog được kích hoạt.

-

Lỗi EPROM.

-

Lỗi RAM…

SVTH: Trần Hoàng

Luận văn Cao Học

+ Các module đặc biệt được dùng cho:
 Điện áp : như 0 – 10V, +/-10V; dòng +/-20mA, 0/4…20mA (2, 4
dây).
 Các dạng phần tử nhiệt B, C, E, J, K, L, N, R, S, T, U ( tuyến tính
hóa bên trong).
 Pt 100/200/500/1000, Ni 100/120/200/500/1000, Cu 10 (2, 3, 4 dây,
tuyến tính hóa bên trong).
 Điện trở :150, 300, 600 Ohm.
+ Độ phân giải thay đổi / độ chính xác (lên đến 16 bit, 0.1%).

-

Các đầu ra analog:
+ 2, 4, 8 kênh.
+ Điện áp : 0 – 10V, +/-10V ; dòng +/-20mA, 0/4…20mA (2 hoặc 4 dây).
+ Độ phân giải thay đổi được / độ chính xác (lên đến 16 bit, 0.1%).

1.4.

Các bộ điều khiển

Các bộ điều khiển được tạo ra bởi SIMATIC có các đặc điểm:
-

Các bộ phận có kết cấu bền vững.
+ Nhiệt độ khi hoạt động không quạt đến 60 oC.

SVTH: Trần Hoàng

Trang 21

AS 414H

AS 417H

Ngõ vào digital DI

150

300

850

1 500

Ngõ ra digital DO

50

150

315

630

Ngõ vào analog AI

50

100


SVTH: Trần Hoàng

Trang 22


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Luận văn Cao Học

-

Bộ xử lý truyền thông (Communication Processor - CP) cho Industrial Ethernet.

-

Sự lắp ráp và kiểm tra đễ dàng.

Hình 8: Sơ lược phần cứng
-

Bộ điều khiển – khe cắm CPU WinAC Slot 416 : PLC dạng card máy vi tính (kết
hợp với hộp PCS 7BOX).

SVTH: Trần Hoàng

Trang 23


Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội


-

Luận văn Cao Học

Đồng bộ hóa sự kiện:
+ Sự đồng bộ hóa cần thực hiện bất kỳ khi nào hai
CPU dự phòng kết thúc với những kết quả khác
nhau suốt trong thời gian thực thi chương trình.
+ Các sự kiện được đồng bộ hóa : Cập nhật các
hình ảnh quá trình (process image). Truy cập
trực tiếp đến ngõ I/O. Các ngắt, các báo động.
Cập nhật timer. Các thay đổi dữ liệu bởi các
chức năng truyền thông (communication
functions).

Hình 11: Redundant
CPU
1.5.

Hệ thống vận hành

Về tổng quan, Operator System gồm có các thành phần:
-

Programming Interfaces

-

Standard Interfaces


Các bộ phận PC tiêu chuẩn Windows 2000.

1.5.2. Giao diện ngƣời dùng (GUI – Graphic User Interface)

SVTH: Trần Hoàng

Trang 25