Đang tải... (xem toàn văn)
Xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị cơ khí thủy công cho các nhà máy thủy điện trên cơ sở tích hợp công nghệ và phương pháp hiện đại
Bộ giáo dục và đào tạo Bộ quốc phòng Học viện kỹ thuật quân sự ---------------&--------------- Phạm Văn ĐA Xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị cơ khí thuỷ công cho các nh máy thuỷ điện trên cơ sở tích hợp công nghệ v phơng pháp hiện đại Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hà nội- năm 2006 Bộ giáo dục và đào tạo Bộ quốc phòng Học viện kỹ thuật quân sự ---------------&--------------- Phạm Văn ĐA Xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị cơ khí thuỷ công cho các nh máy thuỷ điện trên cơ sở tích hợp công nghệ v phơng pháp hiện đại Chuyên ngành: Tự động hoá Mã số: 60 52 60 Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Hớng dẫn khoa học Nguyễn Ngọc Hoà Hà nội- năm 2006 LUậN VĂN THạC sĩ kỹ thuật Tên đề tài: Xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị cơ khí thuỷ công cho các nhà máy thuỷ điện trên cơ sở tích hợp công nghệ và phơng pháp hiện đại Chuyên ngành: Tự động hoá Mã số: 60 52 60 Ngày giao đề tài luận văn: 30-03-2006 Ngày hoàn thành luận văn:28-12-2006 Ngời thực hiện: Họ và tên: Phạm Văn Đa Lớp: Tự động hoá Khoá: K15 Hệ không tập trung Cán bộ hớng dẫn: Họ và tên: Nguyễn Ngọc Ho Cấp bậc: Đại tá Học hàm, học vị: GVC, TS Đơn vị công tác: HVKTQS Hà nội- năm 2006 Bộ giáo dục và đào tạo Bộ quốc phòng Học viện kỹ thuật quân sự ------------------ &----------------- bảng các ký hiệu PLC Bộ điều khiển khả trình (Programmable logic controller) STEP7 Chơng trình lập trình điều khiển cho PLC họ Siemens WINCC Chơng trình cơ sở cho lập trình giao diện giám sát và điều khiển VXL Hệ vi xử lý bao gồm bộ xử lý trung tâm MC, bộ nhớ, bus . CPU Khối xử lý trung tâm OPC Phần mềm liên kết thiết bị điều khiển (Open Connectivity) OS Trạm vận hành ATS Bộ chuyển nguồn tự động (Auto Transfer Switch) UPS Bộ cấp nguồn liên tục (Uninterruptible Power Supply) TI Biến dòng (Current transformer) TU Biến áp đo lờng (Voltage transformer) HMI Hệ thống giao diện ngời máy (Human Machine Interface) IDE Môi trờng phát triển tích hợp (Integrated Developer Environment) PC Máy tính cá nhân (Personal Computer) SP Giá trị điểm đặt (Set Point) PV Giá trị quá trình (Process Value) DB Khối dữ liệu (Data Block) IM Mô đun cho mở rộng rack (Interface Module) I/O Kết nối vào/ra (input/output) DCS Hệ thống điều khiển phân tán (Distributed control system) SCADA Hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu (Supervisory Control And Data Acquisition). Mục lục Trang Mở đầu 1 - Cơ sở khoa học, tính mới và tính thực tiễn 1 - Mục đích và nhiệm vụ của luận văn 2 - Phơng pháp nghiên cứu và cấu trúc lụân văn 2 Chơng 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 3 1.1 Khái quát về hệ thống điều khiển thiết bị thuỷ công nhà máy thuỷ điện 3 1.1.1 Hệ thống điều khiển các cửa van cung đập tràn 4 1.1.2 Hệ thống điều khiển các cửa nhận nớc 8 1.1.3 Các thiết bị đo lờng chính trong hệ thống thiết bị cơ khí thuỷ công 11 1.1.4 Hệ thống thuỷ lực, điện và điều khiển 17 1.2 Tóm tắt về sự phát triển công nghệ và phơng pháp điều khiển hệ thống thiết bị cơ khí thuỷ công 17 1.2.1 Hệ thống điều khiển thiết bị cơ khí thuỷ công trên Thế giới 17 1.2.2 Tình hình nghiên cứu, tích hợp hệ thống điều khiển thiết bị cơ khí thuỷ công trong nớc 21 1.2.3 Giải pháp cho sản xuất hệ thống điều khiển trong nớc 23 1.3 Đặt vấn đề nghiên cứu 23 1.4 Kết luận chơng 1 24 Chơng 2: Lựa chọn giải pháp tích hợp hệ thống 26 2.1 Cơ sở tính toán, thiết kế chung 26 2.1.1 Sơ đồ khối chức năng trạm điều khiển tại chỗ 26 2.1.2 Sơ đồ khối chức năng trạm điều khiển từ xa 29 2.1.3 Xây dựng mô hình toán học và hàm truyền hệ thống 32 2.1.4 Tính toán thiết kế nguồn động lực 36 2.1.5 Tính toán thiết kế trạm điều khiển tại chỗ 40 2.1.6 Tính toán thiết kế trạm điều khiển từ xa 47 2.2 Lựa chọn tích hợp cấu hình và thiết bị phần cứng 49 2.2.1 Các thiết bị đảm bảo nguồn động lực 49 2.2.2 Cấu hình phần cứng các trạm điều khiển tại chỗ 50 2.2.3 Cấu hình phần cứng trạm điều khiển từ xa 53 2.3 Lựa chọn phần mềm cơ sở cho lập trình điều khiển và giám sát 56 2.3.1 Lựa chọn phần mềm cho lập trình điều khiển 56 2.3.2 Lựa chọn phần mềm cho lập trình giao diện điều khiển, giám sát và thu thập xử lý dữ liệu 60 2.4 Kết luận chơng 2. 63 Chơng 3: Xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị cơ khí thuỷ công cho nh máy thuỷ điện a-vơng 65 3.1 Các đối tợng và yêu cầu điều khiển 65 3.1.1 Hệ thống điện thuỷ lực và các yêu cầu điều khiển cửa van 65 3.1.2 Hệ thống đo lờng, bảo vệ và các yêu cầu điều khiển hệ thống 71 3.1.3 Thu thập, xử lý dữ liệu và truyền thông 72 3.2 Xây dựng thuật toán điều khiển hệ thống các cửa van cung đập tràn 73 3.2.1 Thuật toán cho các trạm điều khiển tại chỗ 73 3.2.2 Thuật toán và liên động cho trạm điều khiển từ xa 75 3.3 Lập trình điều khiển cho các cửa van cung đập tràn 77 3.3.1 Chơng trình điều khiển trạm tại chỗ 77 3.3.2 Chơng trình điều khiển trạm từ xa 82 3.4 Thiết kế giao diện giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu (Sử dụng phần mềm WinCC V6.0 SP2 của Siemens) 90 3.4.1 Thiết kế các giao diện giám sát và điều khiển 90 3.4.2 Thiết kế các trang trợ giúp (help) 94 3.4.3 Thiết kế các giao diện thu thập dữ liệu, in ấn báo cáo 97 3.5 Kết luận chơng 3 100 Kết luận chung 101 Danh mục công trình của tác giả 102 Tài liệu tham khảo 103 Phụ lục 1 Các hình ảnh về hệ thống thiết bị cơ khí thuỷ công TĐ AVơng 2 Bản vẽ thiết kế cơ bản trạm điều khiển tại chỗ 3 Bản vẽ thiết kế cơ bản trạm điều khiển từ xa 4 Chơng trình PLC điều khiển trạm tại chỗ 5 Chơng trình PLC điều khiển trạm từ xa Danh mục các bảng Trang B 2.1 Tính tham số PID tối u sai lệch tĩnh nhỏ nhất - Java Applets 36 B 2.2 Tính thời gian và bộ nhớ PLC 45 B 2.3 Thời gian và bộ nhớ yêu cầu của PLC 45 B 2.4 Tính công suất tiêu thụ DC của hệ PLC 46 B 2.5 Bảng kê yêu cầu thiết bị giao diện điều khiển 49 B 2.6 Công suất tiêu thụ của các thiết bị động lực 50 B 2.7 Tính toán thiết bị PLC điều khiển của trạm tại chỗ 51 B 2.8 Tính công suất tiêu thụ nguồn DC trạm tại chỗ (W) 53 B 2.9 Tính chọn thiết bị PLC trạm điều khiển từ xa 54 B 2.10 Yêu cầu bộ nhớ chơng trình và thời gian đáp ứng của PLC tại trạm điều khiển từ xa. 54 B 2.11 Tính công suất tiêu thụ nguồn DC trạm từ xa (W) 55 Danh mục các hình vẽ, đồ thị Trang H 1.1 Vị trí, hình dạng và kết cấu cửa van cung xả tràn 04 H 1.2 Sơ đồ hệ thống thuỷ lực chuẩn cho nâng hạ cửa van cung 06 H 1.3 Sơ đồ tổng thể hệ thống điều khiển cửa van cung 07 H 1.4 Kết cấu cơ khí cửa van phẳng cửa nhận nớc 08 H 1.5 Sơ đồ thuỷ lực cửa van phẳng cửa nhận nớc 10 H 1.6 Một số kiểu dáng của thiết bị giám sát trạng thái 12 H 1.7 Cặp tiếp điểm của thiết bị giám sát trạng thái 12 H 1.8 Thiết bị đo góc và phát xung Encoder 13 H 1.9 Sơ đồ xung ra của một bộ encoder 14 H 1.10 Hình dáng đầu đo mức dùng phơng pháp đo chênh áp 15 H 1.11 Các kiểu dáng đầu dò rađa, siêu âm, bộ điều khiển cho hệ thống đo mức nớc 16 H 2.1 Sơ đồ tổng thể hệ thống điện, thuỷ lực hệ thống nâng hạ cửa van trạm điều khiển tại chỗ - hệ thống cơ khí thuỷ công 27 H 2.2 Sơ đồ khối trạm điều khiển tại chỗ cho hệ thống điều khiển thuỷ lực nâng hạ cửa van hệ thống cơ khí thuỷ công 30 H 2.3 Sơ đồ khối trạm điều khiển từ xa cho hệ thống điều khiển thuỷ lực nâng hạ cửa van hệ thống cơ khí thuỷ công 31 H 2.4 Góc dịch chuyển và lực tác dụng của hệ van cung 33 H 2.5 Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển cửa van cung 34 H 2.6 Sơ đồ cấu trúc điều khiển tiêu chuẩn 35 H 2.7 Đặc tính thời gian- dòng điện của rơ le nhiệt và động cơ điện 39 H 2.8 Bố trí đèn cảnh báo và các công tắc vận hành trạm ĐK tại chỗ 42 H 2.9 Lực nâng, hạ của xi lanh thuỷ lực và hớng tác dụng của dầu thuỷ lực 43 H 2.10 Giao diện chọn phơng thức kết nối với PLC họ S7-200 57 H 2.11 Chọn ngôn ngữ hiển thị lập trình cho S7-200 dùng Microwin 58 H 2.12 Các phơng thức và đối tợng kết nối của STEP 7- V5.3-SP2 58 H 2.13 Thiết lập cấu hình phần cứng và lập trình STEP7-V5.3-SP2 59 H 2.14 Lựa chọn kiểu kết nối với PLC trong WinCC-V6.0-SP2 60 H 2.15 Thiết lập giao diện giám sát và điều khiển trong WinCC-V6.0 61 H 2.16 Xây dựng giao diện giám sát và điều khiển dùng WinCC 62 H 2.17 Thiết kế thu thập lu trữ dữ liệu trong WinCC-V6.0 62 H 2.18 Thiết kế trang in ấn trong WinCC-V6.0 63 H 3.1 Sơ đồ thuật toán hoạt động của trạm điều khiển tại chỗ 74 H 3.2 Sơ đồ thuật toán hoạt động của trạm điều khiển từ xa 76 H 3.3 Gọi Subroutine đếm xung và truyền dữ liệu vào bộ đếm 77 H 3.4 Gọi hàm HSC0 đếm xung từ Encoder 78 H 3.5 Nhấn F1, tìm các tham số của bộ đếm HSC 79 H 3.6 Đặc tính xả tràn 4 cấp độ 80 H 3.7 Cấu hình kết nối và điều khiển hệ thống 83 H 3.8 Cấu hình chi tiết phần cứng của thiết bị PLC trạm điều khiển từ xa 84 H 3.9 Thiết lập cấu hình phần cứng trạm điều khiển từ xa 85 H 3.10 Các khối chức năng sử dụng trong chơng trình 88 H 3.11 Đặc tính xả tràn cho lập trình điều khiển trạm từ xa 89 H 3.12 Thao tác lập trình hàm FC9-Tính đặc tính xả tràn 89 H 3.13 Tạo Project mới và tạo kết nối PLC từ WinCC 91 H 3.14 Màn hình chính giao diện giám sát và điều khiển tại đập tràn Công trình thuỷ điện A-Vơng 91 H 3.15 Thanh công cụ thoát khỏi chơng trình điều khiển 92 H 3.16 Giao diện đăng nhập hệ thống 93 H 3.17 Giao diện vào thông số tính đặc tuyến xả tràn 93 H 3.18 Giao diện điều khiển cho cửa số 1 94 H 3.19 Xây dựng các trang HTML sử dụng Microsoft FrontPage 95 [...]... đích và nhiệm vụ của luận văn - Làm chủ đợc các cơ sở lý thuyết cũng nh thực tiễn cho phép thiết kế, tích hợp và lập trình hệ thống điều khiển các thiết bị cơ khí thuỷ công cho các nhà máy thuỷ điện - Xây dựng, thiết lập đợc các thuật toán điều khiển và hệ thống điều khiển các thiết bị cơ khí thuỷ công trên cơ sở những phần cứng và phần mềm cơ sở có sẵn tại thị trờng Việt nam - Vận dụng cho xây dựng hệ. .. tổ máy Đối với hệ thống điện và điều khiển các thiết bị cơ khí thuỷ công trong các nhà máy thuỷ điện luôn đòi hỏi phải trang bị hệ thống còi báo động cảnh báo lũ cho nhân dân những vùng hạ lu nhằm đảm bảo an toàn dân sinh trong quá trình xả lũ của nhà máy 1.2 Tóm tắt về sự phát triển công nghệ và các phơng pháp điều khiển hệ thống thiết bị cơ khí thuỷ công 1.2.1 Hệ thống điều khiển thiết bị cơ khí. .. cứu xây dựng hệ thống điều khiển thiết bị cơ khí thuỷ công cho các nhà máy điện trên cơ sở tích hợp công nghệ và phơng pháp điều khiển hiện đại sẽ đáp ứng những đòi hỏi cấp bách đó trong giai đoạn hiện nay Việc phát triển nguồn lực khoa học trong nớc để tiến tới chúng ta có thể làm chủ đợc các công nghệ tích hợp và chế tạo các hệ thống thiết bị đồng bộ phục vụ cho các nhu cầu phát triển của ngành công. .. thuỷ điện nh hệ thống điều tốc, hệ thống kích từ, hệ thống hoà đồng bộ, hệ thống thiết bị cơ khí thuỷ công, hệ thống phân phối và truyền tải điện Do lợng thời gian cũng nh kinh phí trong khuôn khổ nghiên cứu của luận văn hạn chế, nên đề tài sẽ tập trung sâu vào việc nghiên cứu thiết kế, xây dựng và tích hợp hệ thống điều khiển cho các thiết bị cơ khí thuỷ công trong nhà máy thuỷ điện, đây là một hệ thống. .. phú và đa dạng nh Matlab, Labview, WinCC, Với các điều kiện khoa học và công nghệ cơ sở hiện nay, hoàn toàn cho phép chúng ta thực hiện tốt việc thiết lập, xây dựng những hệ thống điều khiển hiện đại, có quy mô lớn và đáp ứng những yêu cầu công nghệ phức tạp - Việc nghiên cứu áp dụng và chế tạo thành công các hệ thống điện, điều khiển cho điều khiển các hoạt động của nhà máy thuỷ điện đã đợc thực hiện. .. ổn định trên cơ sở đáp ứng đầy đủ các yêu cầu công nghệ đặt ra thì tỷ lệ sản xuất trong nớc đã có thể tính là trên 50% 1.3 Đặt vấn đề nghiên cứu Qua việc tóm tắt trong các mục 1.1 và 1.2, chúng ta thấy rằng việc xây dựng và tích hợp thành công hệ thống điều khiển bằng nguồn lực và thiết bị trong nớc áp dụng cho điều khiển các nhà máy thuỷ điện nói chung và hệ thống các thiết bị cơ khí thuỷ công nói... công Những phơng pháp áp dụng cho điều khiển hệ thống thiết bị cơ khí thuỷ công cũng nh áp dụng cho các hệ thống điều khiển khác, nó phải phù hợp với sự phát triển công nghệ và những yêu cầu đáp ứng của thiết bị cụ thể Khi công nghệ VXL cha phát triển thì các hệ thống thiết bị cơ khí thuỷ công chỉ áp dụng phơng pháp điều khiển trực tiếp, ngời vận hành phải trực tiếp quay (hoặc dùng tời điện) nâng hoặc... cập trong các chơng sau sẽ nêu chi tiết về các giải pháp, lựa chọn tích hợp hệ thống cũng nh toàn bộ những cơ sở lý thuyết, thực tế xây dựng hệ điều khiển thiết bị cơ khí thuỷ công cho các công trình thuỷ điện trong nớc Nội dung trong chơng 3 sẽ cụ thể hoá các vấn đề bằng việc áp dụng thiết kế, tích hợp và lập chơng trình điều khiển cho hệ thống điều khiển các cửa van cung cho công trình thuỷ điện A-Vơng... việc thiết kế chế tạo các hệ thống cơ khí thuỷ công theo cơ chế 797 Thực tế đã cho thấy rằng không nhất thiết chúng ta phải sản xuất đợc các thiết bị công nghệ cao, các thiết bị đo lờng vẫn có thể cung cấp đợc các sản phẩm thiết bị đồng bộ với tỷ lệ nội địa hoá ngày càng tăng Xét riêng về việc thiết kế tích hợp các hệ thống điều khiển thiết bị cơ khí thuỷ công trong nớc thì hầu hết các nhà máy thuỷ điện. .. vào sự an toàn, tin cậy của hệ thống điều khiển Tại hầu hết các công trình thuỷ điện hệ thống thiết bị cơ khí thuỷ công luôn bao gồm hệ thống các cửa nhận nớc và hệ thống các cửa van cung xả tràn Ngoài ra tuỳ vào đặc điểm và quy mô cụ thể của mỗi công trình có thể có thêm các hệ thống cửa xả sâu, hệ thống cửa van đập điều hoà, hệ thống van côn xả đáy Hệ thống điều khiển luôn bao gồm việc đảm bảo điều
