Thực tập hệ thống thông tin Điện Lực Tìm hiểu về hệ thống PLC

Tìm hiểu về hệ thống PLC PLC viết tắt của từ Progammable Logic Control, là thiết bị điều khiển logic khả trình xuất hiện lần đẩu tiên vào năm 1969 tại một hãng ôtô của Mỹ. Bắt đầu chỉ đơn giản là một bộ logic thuần tuý ứng dụng để điều khiển các quá trình công nghệ, chủ yếu là điều khiển ONOFF giống như hệ thống rơle, công tắc tơ thông thường mà không điều khiển chất lượng hệ

Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn tới thầy giáo hướng dẫn - thầy Nguyễn TrọngKhánh về những hướng dẫn khoa học của thầy Tiếp đến em xin gửi lời cảm ơn tới côgiáo chủ nhiệm cùng toàn thể các thầy cô trong khoa đã giúp tạo điều kiện giúp đỡ emtrong suốt quá trình thực tập cũng như đã trang bị cho em những kiến thức quý báutrong suốt những năm học vừa qua

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện

(ký và ghi họ tên)

Đậu Văn Dương Nguyễn Mạnh Tiến

CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG THÔNG TIN 1.1 Hệ thống thông tin

1.1.1 Khái niệm hệ thống thông tin

Thông tin là một loại tài nguyên của tổ chức, phải được quản lý chu đáo giống

như mọi tài nguyên khác Việc xử lý thông tin đòi hỏi chi phí về thời gian, tiền bạc

và nhân lực Việc xử lý thông tin phải hướng tới khai thác tối đa tiềm năng của nó

Hệ thống thông tin (Information System – IS) trong một tổ chức có chức năng

thu nhận và quản lý dữ liệu để cung cấp những thông tin hữu ích nhằm hỗ trợ cho tổchức đó và các nhân viên, khách hàng, nhà cung cấp hay đối tác của nó Ngày nay,nhiều tổ chức xem các hệ thống thông tin là yếu tố thiết yếu giúp họ có đủ năng lựccạnh tranh và đạt được những bước tiến lớn trong hoạt động Hầu hết các tổ chứcnhận thấy rằng tất cả nhân viên đều cần phải tham gia vào quá trình phát triển các hệthống thông tin Do vậy, phát triển hệ thống thông tin là một chủ đề ít nhiều có liênquan tới bạn cho dù bạn có ý định học tập để trở nên chuyên nghiệp trong lĩnh vựcnày hay không

- Hệ thống thông tin là một hệ thống bao gồm con người, dữ liệu, các quy trình

và công nghệ thông tin tương tác với nhau để thu thập, xử lý, lưu trữ và cung cấpthông tin cần thiết ở đầu ra nhằm hỗ trợ cho một hệ thống

- Hệ thống thông tin hiện hữu dưới mọi hình dạng và quy mô

1.1.2 Các thành phần của hệ thống thông tin

+ Phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu

+ Phần mềm quản lý thông tin cá nhân (lịch công tác, danh bạ điện thoại, sổghi chép, danh thiếp, nhật ký, )

+ Phần mềm trình diễn văn bản

+ Phần mềm ứng dụng chuyên biệt: bao gồm các phần mêm sử dụng cho cáccông việc chuyên biệt

Thiết bịtruyền thông

Bộ nhớ sơcấp

- Máy in

- Máy vẽ

- Mànhình

- Vi

Bộ nhớ thứcấp

- Băng từ

- Đĩa từ

Bộ xử lýtrung tâm

1.1.3 Phân loại hệ thống thông tin

Các hệ thống thông tin có thể được phân loại theo các chức năng chúng phụcvụ

- Hệ thống xử lý giao dịch (Transaction processing system - TPS) là một hệ

thống thông tin có chức năng thu thập và xử lý dữ liệu về các giao dịch nghiệp vụ

- Hệ thống thông tin quản lý (Management information system - MIS) là một hệ

thống thông tin cung cấp thông tin cho việc báo cáo hướng quản lý dựa trên việc xử

lý giao dịch và các hoạt động của tổ chức

- Hệ thống hỗ trợ quyết định (Decision support system - DSS) là một hệ

thống thông tin vừa có thể trợ giúp xác định các thời cơ ra quyết định, vừa có thểcung cấp thông tin để trợ giúp việc ra quyết định

- Hệ thống thông tin điều hành (Excutive information system - EIS) là một

hệ thống thông tin hỗ trợ nhu cầu lập kế hoạch và đánh giá của các nhà quản lý điềuhành

- Hệ thống chuyên gia (Expert System) là hệ thống thông tin thu thập tri thức

chuyên môn của các chuyên gia rồi mô phỏng tri thức đó nhằm đem lại lợi ích chongười sử dụng bình thường

- Hệ thống truyền thông và cộng tác (Communication and collaboration

system) là một hệ thống thông tin làm tăng hiệu quả giao tiếp giữa các nhân viên,đối tác, khách hàng và nhà cung cấp để củng cố khả năng cộng tác giữa họ

- Hệ thống tự động văn phòng (Office automation system) là một hệ thống

thông tin hỗ trợ các hoạt động nghiệp vụ văn phòng nhằm cải thiện luồng công việcgiữa các nhân viên

1.2 Hệ thống thông tin điện lực

Mạng đường trục chính sử dụng kênh truyền dẫn cáp quang dung lượng 2.5 gbps,

nó có tính chất là đường xương sống của HTTT điện lực, với tính chất trải dài dọc theođất nước qua ba miền Bắc – trung - nam từ điểm nút đầu tiên là trung tâm điều độ quốc

gia A0 (Hà Nội) và điểm nút cuối là trung tâm điều độ điện lực miền Nam A2 (thànhphố Hồ Chí Minh).

Các nút trên đường trục chính được trang bị thiết bị truyền dẫn SDH/STM 16, thiết

bị chuyển mạch đường trục PCM-16, các loại tổng đài PABX, gồm các nút sau:

TT Tên nút Thiết bị truyền dẫn Tổng đài Ghi chú

Bảng 1.1.Các loại tổng đài và thiết bị truyền dẫn trên đường trục thông tin

Bắc-Nam

Hình 1.2 Sơ đồ kết nối mạng

Mạng đường trục chính (bachbone) HTTT Điện Lực Việt Nam

Mạng đường trục chính kết nối các các trung tâm điều độ A0, A1, A2, A3, cáctrạm biến áp 500 kV bắc-trung-nam Các nút thông tin trên mạng đường trục tạo thànhnăm mạch vòng (ring) như sau:

Ring 1: A0- Nho Quan: gồm các trạm: A0 - Hoà Bình - Nho Quan

Ring 2: Nho Quan – Hà Tĩnh, gồm các trạm: Nho Quan- Thanh Hoá-Nghệ

Ring 5: Pleiku-A2, gồm: Pleiku–Kontum–Cujut– Dacklac- Bình Dương - PhúLâm-A2.

Các ring được thể hiện trên hình 1.2 như sau:

Hình 1.3 Các ring trên đường trục chính

B Mạng đường khu vực.

Mạng đường trục khu vực của HTTT Điện Lực Việt Nam, được chia làm 3 miềnBắc, trung, nam Mạng đường trục này nối các nút thông tin trong khu vực với các nútcác nút thông tin trên đường trục chính Các nút thông tin khu vực là các TBA-110,TBA-220 quan trọng, các nhà máy điện lớn, các điện lực

Mạng đường trục sử dụng các kênh truyền dẫn quang, vi ba, PLC, hiện nay do nhucầu thông tin không ngừng thay đổi với xu hướng ngày một nhiều hơn, để đáp ứng đượckênh truyền đã đưa đến một xu thế dần thay thế các kênh PLC bằng các kênh dẫn quangnhư các tuyến Hoà Bình – Việt Trì, Thái Nguyên – Sóc Sơn, Mộc Châu – Hoà Bình,Mộc Châu – Sơn La, … , điều này đồng nghĩa với việc mở rộng các đường trục chínhmạng thông tin khu vực

Việc thay thế dần các kênh truyền dẫn PLC bằng các kênh truyền dẫn quang đã cảithiện đáng kể về dung lượng đường truyền và nâng cao tính ổn định và tin cậy cho cáctuyến thông tin.

Xét về mặt địa lý, chia mạng đường trục khu vực thành 3 phần (bắc, trung, nam)nhưng nếu xét về mặt kỹ thuật thì mạng đường trục của 3 khu vực này tương đối giốngnhau

Trên thực tế sơ đồ ghép nối các kênh truyền dẫn của mạng đường trục khu vựcđược thể hiện như sau:

Mạng đường trục miền Nam

Mạng đường trục miền Nam ien kết các nút thông tin đặt tại các khu vực như:trung tâm viễn thông điện lực 4 (TTĐ4), ga Vòng Tàu, các trạm điện 220Kv quan trọngnhư: Long Thành, Long Bình, các nhà máy điện lớn như: Phú Mỹ 1, Phú Mỹ 2, ĐaNhim, Thác Mơ, Trị An, Hàm Thuận, Đa My, Thủ Đức, Hoà Phước Mạng đường trụcnày được nối với mạng trục chính qua 2 nút là trạm 500Kv Phú Lâm và trung tâm điều

độ điện lực miền Nam (A2)

Hình 1.4 Toàn bộ mạng đường trục khu vực này và các nút thông tin quan

trọng

Mạng đường trục HTTT điện lực khu vực miền Nam

Mạng đường trục khu vực miền Nam hiện nay đạng sử dụng các kênh truyềnquang, viba, PLC, nối các nút thông tin, toàn bộ các kênh truyền và các nút đó thông tinđược thống kê trong bảng sau:

11 220 Long Bình NMĐ Đa Nhim vi ba

Bảng 1.2 Các nút thông tin, kênh truyền dẫn trên mạng đường trục miền Nam

Mạng đường trục miền Trung

Mạng đường trục miền Trung ien kết các nút thông tin đặt tại các khu vực như:

tâm điều độ điên lực 3 (A3) Các trạm điện quan trọng như: Ialy, Hưng Đông, NghiSơn, Ba Trè, nói 1, trạm 110Kv Thanh Hoá, Bỉm Sơn Mạng đường trục này được nốivới mạng trục chính qua 3 nút, trạm 500 Kv Hà Tĩnh, trạm 500Kv Đà Nẵng, trạm500Kv Playku.

Hình 1.5 Toàn bộ mạng đường trục khu vực này và các nút thông tin quan

trọng Mạng đường trục HTTT điện lực khu vực miền Trung

Mạng đường trục khu vực miền Trung hiện nay đạng sử dụng các kênh truyềnquang, viba, PLC, nối các nút thông tin, toàn bộ các kênh truyền và các nút đó thông tinđược thống kê trong bảng sau

3 110Kv Bỉm Sơn 100Kv Thanh Hoá cáp quang

Bảng 1.3.Các nút thông tin và kênh truyền dẫn trên mạng đường trục miền Trung

Nút tại trạm 220Kv quan trọng: Ninh Bình, Nam Định, Thái Bình, Boà Bình, Mai

Động, Hà Đông, Việt Trì, Thái Nguyên, Tràng Bạch,…

Nút tại các nhà máy điện quan trọng: Hoà Bình, Ninh Bình, Phả Lại 1, 2, Uông Bí,Thác Bà Toàn bộ các tuyến thông tin và các nút trên đường trục khu vực miền Bắcđược thể hiện trên hình 1.5

Hình 1.6 Toàn bộ mạng đường trục khu vực này và các nút thông tin quan trọng

Mạng đường trục HTTT điện lực khu vực miền Bắc.

Mạng đường trục khu vực miền Bắc hiện nay đạng sử dụng các kênh truyềnquang, viba, PLC, nối các nút thông tin, toàn bộ các kênh truyền và các nút đó thông tinđược thống kê trong bảng sau:

ST

21 220Kv Ninh Bình 220Kv Nam Định cáp quang

23 220Kv Hải Phòng 220Kv Thái Bình cáp quang

Bảng 1.4.Các nút thông tin và kênh truyền đẫn trên mạng đường trục miền Bắc

C Mạng nhánh.

Mạng nhánh là các tuyến thông tin có dung lượng nhỏ thực hiện nhiệm vụ kết nốicác công trình điện với các nút thông tin mạch đường trục khu vực các nút thông tinmạch nhánh bao gồm các nhà máy điện có công suất nhỏ, các tba - 220kV nhánh cụthoặc có vị trí địa lý hẻo lánh cự ly liên lạc xa, các tba -110kV, các công ty điện lực, cácđiều độ điện lực địa phương.Phương tiện truyền dẫn sử dụng tại các nhánh này là PLChoặc kênh dẫn quang hoặc vi ba

Hình 1.7 Các tuyến thông tin và các nút trên đường trục khu vực miền Bắc

Ở mạch nhánh trên các nút thông tin kiên kết với nhau bằng kênh thông tin viba vàPLC, các nhánh này ghép nối vào mạng đường trục khu vực thông qua hai nút thông tinMai Động và Phả Lại

1.2.2 Các công nghệ truyền dẫn

HTTT quang:

Khác với thông tin hữu tuyến và vô tuyến - các loại thông tin sử dụng các môitrường truyền dẫn tương ứng là dây dẫn và không gian - thông tin quang là một hệthống truyền tin thông qua sợi quang Điều đó có nghĩa là thông tin được chuyển thànhánh sáng và sau đó ánh sáng được truyền qua sợi quang Tại nơi nhận, nó lại được biếnđổi trở lại thành thông tin ban đầu

Hình 1.8 Truyền dẫn thông tin qua hệ thống quang

Đặc trưng thông tin quang:

- Độ suy hao truyền dẫn thấp và băng thông lớn

- Có thể sử dụng để thiết lập các đường truyền dẫn nhẹ và mỏng

- Không có xuyên âm với các đường sợi quang bên cạnh và không chịu ảnh hưởngcủa nhiễm cảm ứng sóng điện tử

- HTTT quang là phương tiện truyền dẫn thông tin hiệu quả và kinh tế nhất đang cóhiện nay

Hình 1.9 Cấu trúc cáp sợi quang

Infor

matio

Infor matio n

Bus optical

Cấu trúc HTTT Điện lực quang:

Cấu trúc của một hệ thống thong tin điện lực sử dụng mạng truyền dẫn quang

được thể hiện bằng hình vẽ dưới đây

Cấu trúc của một HTT ĐL quang được mô tả trên hình…., thông thường bao gồmcác phần cơ bản sau:

- Các card dịch vụ như: fxs, fxo, rs232, e&m, ip router,

- Các thiết bị tách/ghép kênh 64kbps như: fmx2 của hóng siemens, loop-am củahóng loop telecom,…

- Các thiết bị truyền dẫn như: sdh/stm-1, sdh/stm-4, sdh/stm-16, sma, modemquang

Modem

Dữ liệu

Hotline

Tổng đài

Thiết bị tách ghép kênh Thiết bị truyền dẫn

Thiết bị tách ghép kênh

Dữ liệu

Hotline

Tổng đài Thiết bị truyền dẫn

Hình 1.10 Cấu trúc hệ thống thông tin điện lực quang

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ PLC 2.1 Hệ thống điều khiển là gì?

Tổng quát, một hệ thống điều khiển là tập hợp những dụng cụ, thiết bị điện tử,được dùng ở những hệ thống cần đảm bảo tính ổn định, sự chính xấc, sự chuyển đổinhịp nhàng của một quy trình hoặc một hoạt động sản xuất Nó thực hiện bất cứ yêu cầunào của dụng cụ, từ cung cấp năng lựơng đến một thiết bị bán dẫn Với thành quả của sựphát triển nhanh chóng của công nghệ thì việc điều khiển những hệ thống phức tạp sẽđược thực hiện bởi một hệ thống điều khiển tự động hóa hoàn toàn, đó là PLC, nó được

sử dụng kết hợp với máy tính chủ Ngoài ra, nó còn giao diện để kết nối với cấc thiết bịkhấc (như là: bảng điều khiển, động cơ, contact, cuộn dây Khả năng chuyển giao mạngcủa PLC có thể cho phép chúng phối hợp xử lý, điều khiển những hệ thống lớn Ngoài

ra, nó còn thể hiện sự linh hoạt cao trong việc phân loại cấc hệ thống điều khiển Mỗimột bộ phận trong hệ thống điều khiển đóng một vai trò rất quan trọng PLC sẽ khôngnhận biết được điều gì nếu nó không được kết nối với cấc thiết bị cảm ứng Nó cũngkhông cho phép bất kỳ các mấy móc nào hoạt động nếu ngõ ra của PLC không được kếtnối với động cơ Và tất nhiên, vùng mấy chủ phải là nơi liên kết các hoạt động của mộtvùng sản xuất riêng biệt

2.2 Xuất xứ của PLC

PLC viết tắt của từ Progammable Logic Control, là thiết bị điều khiển logic khảtrình xuất hiện lần đẩu tiên vào năm 1969 tại một hãng ôtô của Mỹ Bắt đầu chỉ đơngiản là một bộ logic thuần tuý ứng dụng để điều khiển các quá trình công nghệ, chủ yếu

là điều khiển ON/OFF giống như hệ thống rơle, công tắc tơ thông thường mà khôngđiều khiển chất lượng hệ

Từ khi xuất hiện PLC đã được cải tiến với tốc độ rất nhanh

- năm 1974 PLC đã sử dụng nhiều bộ vi xử lý như mạch định thời gian, bộ đếmdung lượng nhớ

- Năm 1976 đã giới thiệu hệ thống đưa tín hiệu vào từ xa

- Năm 1977 đã dùng đến vi xử lý

- Năm 1980 PLC phát triển các khối vào ra thông minh nâng cao điều khiểnthuận lợi qua viễn thông, nâng cao phát triển phần mềm, lập trình dùng máytính cá nhân

- Năm 1985 PLC đã được ghép nối thành mạng PLC

Ngày nay PLCđã được cải tiến nhiều và đáp ứng tất cả các yêu cầu điều của khiểnnhư:

Điều khiến số lượng (ON/OFF)

Điều khiển chất luợng( thực hiện các mạch vòng phản hồi: u, 1,0, S)

Thực chất PLC là một máy tính công nghiệp mà quá trình điều khiển được thểhiện bằng chương trình PLC thay thế hoàn toàn các phương pháp điều khiển truyềnthống dùng rơ le, công tắc tơ.

Chính vì vậy PLC được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nó được xem như làmột giải pháp điều khiển lý tưởng các quá trình sản xuất

2.3 Ví trí, vai trò của bộ PLC trong hệ thống điều khiển

Trong một hệ thống điều khiển tự động, PLC được xem như là trái tim của hệthống điều khiển Với một chương trình ứng dụng (đã được lưu trữ bên trong bộ nhổcủa PLC) thì PLC liên tục kiểm tra trạng thái của hệ thống, bao gồm: kiểm tra tín hiệuphản hồi từ cấc thiết bị nhập, dựa vào chuơng trình logic để xử lý tín hiệu và mang cáctín hiệu điều khiển ra thiết bị xuất

PLC được dùng để điều khiển những hệ thống từ đơn giản đến phức tạp Hoặc ta

có thể kết hợp chúng với nhau thành một mạng truyền thông có thể điều khiển một quátrình phức hợp

2.4 Ưu - nhược điểm của PLC

Ngày nay hầu hết các máy công nghiệp được thay thế các hệ điều khiển rơ lethông thường, sử dụng bán dẫn bằng các bộ điều khiển lập trình

Ưu điểm:

Giảm bớt quá trình ghép nối dây vì thế giảm giá thành đầu tư

Giảm diện tích lắp đặt, ít hỏng hóc, làm việc tin cậy, tốc độ quá trình điều khiểnnhanh, khả năng chống nhiễu tốt, bảo trì bảo dưỡng tốt hơn vì nó có module chuẩnhoá

Thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Control), viết tắt thành

PLC, là thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua mộtngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó bằng mạch số Như vậy vớichương trình điều khiển trong mình, PLC trở thành một bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễthay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (vối cácPLC khác hoặc với máy tính) Toàn bộ chương trình được lưu nhớ trong bộ nhớ củaPLC dưới dạng các khối chương trình (khối OB, FC hay FB) và được thực hiện lặp theo

Hình 2.1: Cấu trúc của một bộ điều khiển PLC

Để có thể thực hiện được một chươg trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tínhnăng như một máy tính, nghĩa là phải có bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ

để lưu chương trình điều khiển và tất nhiên phải có cổng vào/ ra để giao tiếp được vớiđối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin vói môi trường xung quanh Bên canh đó,nhằm phục vụ bài toán điều khiển số, PLC cần phải có thêm các khối chức năng đặcbiệt khác như bộ đếm (Counter), bộ thòi gian (Timer) và những khối hàm chuyên dụng.Thông thường để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn cácđối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLCđược thiết kế không được cứng hoá về cấu hình Chúng được chia nhỏ thành cácmodule Số các module được chia nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán, song tối thiểuphải có một module chính là module CPU Các module còn lại là các modulenhận/truyền tín hiệu với tín hiệu điều khiển, các module chức năng chuyên dụng nhưcác module PID, điều khiển động cơ Chúng được gọi chung là module mở rộng Tất

cả các module được gán trên những thanh ray (Rack)

PS CPU IM SM SM SM SM SM cP FM FM

Hình 2.2: Câú hình một thanh rack của một PLC S7-300

2.6 So sánh PLC với các thiết bị điều khiển hệ thống thông thường khác

Hiện nay, các hệ thống điều khiển bằng PLC đang dần dần thay thế cho cấc hệthống điều khiển bằng relay, contactor thông thường Ta hãy thử so sánh ưu, khuyếtđiểm của hai hệ thống trên:

♦ Hệ thống điều khiển thông thường:

• Thô kệch do có quá nhiều dây dẫn và relay trên bản điều khiển

• Tốn khá nhiều thời gian cho việc thiết kế, lắp đặt

• Tốc độ hoạt động chậm

• Công suất tiêu thụ lớn

• Mỗi lần muốn thay đổi chương trình thì phải lắp đặt lại tòan bộ, tốn nhiều thờigian

• Khó bảo quản và sữa chữa

♦ Hệ thống điều khiển bằng PLC:

• Những dây kết nối trong hệ thống giảm được 80% nên nhỏ gọn hơn

• Công suất tiêu thụ ít hơn

• Sự thay đổi cấc ngõ vào, ra và điều khiển hệ thống trở nên dễ dàng hơn nhờ phầnmềm điều khiển bằng máy tính hay trên Console

• Tốc độ hoạt động của hệ thống nhanh hơn

• Bảo trì và sữa chữa dễ dàng

• Độ bền và tin cậy vận hành cao

• Giá thành của hệ thống giảm khi số tiếp điểm tăng

• Có thiết bị chống nhiễu

• Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu

• Dễ lập trình và có thể lập trinh trên máy tính, thích hợp cho việc thực hiện cáclệnh tuần tự của nó

• Các modul rời cho phép thay thế hoặc thêm vào khi cần thiết

Do những lý do trên PLC thể hiện rõ ưu điểm của nó so với cấc thiết bị điều khiểnthông thường khấc PLC còn có khả năng thêm vào hay thay đổi cấc lệnh tuỳ theo yêucàu của công nghệ Khi đó ta chỉ cần thay đổi chương trình của nó, điều này nói lên tínhnăng điều khiển khá linh động của PLC