Giám sát hoạt động thực hệ thống điện động lực và điều khiển trong SCADA của sản xuất công nghiệp

Giám sát hoạt động thực hệ thống điện động lực và điều khiển trong SCADA của sản xuất công nghiệp Bài viết giới thiệu khả năng giám sát tình trạng hoạt động thực của hệ thống điện động lực, điều khiển cùng với hoạt động thực của dây chuyền sản xuất công nghiệp. Tạo nên “hình ảnh động” hoàn chỉnh của SCADA, giúp quá trình giám sát, đánh giá kỹ thuật, xác định lỗi trong sự cố của dây chuyền công nghiệp được nhanh chóng-chính xác hơn. Việc điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu của một dây chuyền sản xuất nhờ hệ thống SCADA trong công nghiệp hiện nay đã trở nên quen thuộc với một số tính chất điển hình sau: l Các thiết bị công nghệ (như: máy nghiền, máy trộn, lò, băng tải, bồn-bể các loại, bơm, van,) và trạng thái hoạt động của nó được mô phỏng bằng hình ảnh động quy ước; l Hệ thống điện động lực, điều khiển phục vụ dây chuyền công nghiệp được mô phỏng còn rất hạn chế. Chủ yếu đang thực hiện ở mức là hình ảnh các thiết bị động lực (được hiểu là có động cơ điện trong đó) hoặc ảnh các động cơ điện gắn với cơ cấu chấp hành và hiển thị trạng thái hoạt động bằng cách “nhấp nháy màu sắc” khi động cơ chạy. Trong thực tế, nảy sinh vấn đề cần phải giám sát sâu hơn, toàn diện hơn tình trạng hoạt động của các thiết bị điện, khí cụ điện, của hệ thống điện động lực – điều khiển. Điều này giúp kỹ thuật viên tại trung tâm điều khiển luôn quan sát được trạng thái hoạt động của từng khí cụ, thiết bị thuộc hệ thống điện động lực-điều khiển. Nhanh chóng đánh giá kỹ thuật, xác định lỗi gây nên sự dừng hoạt động của dây chuyền tự động hóa. Bằng cách khai thác các ứng dụng của WinCC trong mô phỏng, Lập trình giám sát hệ thống điện động lực-điều khiển đi kèm Lập trình điều khiển tự động với việc sử dụng PLC cho một hệ thống nhỏ là hệ thống bơm chất lỏng để minh họa cho vấn đề kỹ thuật nêu trên. Hệ thống kỹ thuật minh họa gồm: * Bồn chứa chất lỏng; * Bơm; * Hệ thống điện động lực có: 01 MCCB3P_AX, 01 MCB_AX, 01 Iso. Contactor, 01 Sh.Contactor, 01 AC Power, Bơm; * Hệ thống điện điều khiển gồm: PLC, các rơ le trung gian, công tắc chuyển đổi chế độ hoạt động; nút nhấn Start/Stop, các cảm biến quá dòng-quá nhiệt * Nguyên tắc hoạt động của hệ thống: + Auto và Hand; + Trong cả hai chế độ, bơm hoạt động theo tiến trình: Giai đoạn khởi động được thực hiện mềm. Hết thời gian khởi động, động cơ dẫn động bơm được cấp điện trực tiếp qua Sh. Contactor; + Hệ thống tự dừng khi: quá dòng mạch động lực, lỗi xuất hiện ở AC Power, quá nhiệt động cơ dẫn động bơm; + Nguồn điện điều khiển được duy trì ổn định liên tục nhờ nguồn UPS. Nguồn UPS cấp điện cho PLC, các mạch điều khiển rơle được cấp nguồn qua MCCB 3P và MCB 2P. * Yêu cầu giám sát: + Trạng thái hoạt động của Bơm, AC Power, Iso.Contactor, Sh.Contactor, PLC, Các relay trung gian, nút Start/Stop được hiển thị trên “Run-Timer” trong từng chế độ hoạt động; + Các lỗi gây dừng hệ thống được hiển thị bằng đèn cảnh báo trên “Run-Timer”; + Mức chất lỏng trong bồn chứa được hiển thị bằng số thập phân (từ 5%-100%) và cột chất lỏng trong cửa sổ đo lường trên “Run-Timer”. Toàn bộ các thiết bị được mô phỏng trên WinCC-Runtime ở trạng thái không hoạt động (chưa đóng điện động lực và PLC ở trạng thái “STOP”) như hình 1. Hình 2: Hệ thống bơm khi PLC ở “RUN”hoặc “RUN-P” và chưa cấp nguồn động lực Hình 3: Hệ thống khi PLC “RUN” và nguồn điện động lực không bị lỗi Hình 4: Hệ thống khi đóng MCCB 3P_AX Hình 5: Hệ thống khi đóng MCB 2P_AX, cấp nguồn cho mạch điều khiển rơle Hình 6 (a): Hệ thống khi chọn chế độ hoạt động “Auto”, giai đoạn khởi động mềm Hình 6 (b): Hệ thống khi chọn chế độ hoạt động “Auto”, giai đoạn đầu xác lập Hình 7: Hệ thống khi chọn chế độ hoạt động “Auto”, giai đoạn xác lập hiển thị mức chất lỏng trong bồn Hình 8: Hệ thống khi chọn chế độ “Hand” và đang chạy sau thời gian khởi động mềm Hình 9: Hệ thống khi chọn chế độ “Hand” và ở trạng thái sau khi ấn nút “STOP” Hình 10: Hệ thống “STOP” khi xuất hiện “Lỗi quá nhiệt” ở động cơ dẫn động bơm Cho PLC hoạt động, đèn “Run” trên ảnh PLC sáng (màu xanh) như hình 2. Khi nguồn điện động lực không bị lỗi, 3 đèn (màu đỏ, vàng, xanh) hiển thị 3 pha T_R_S nhấp nháy báo nguồn tốt. Màn hình giám sát trạng thái này như hình 3. Tiếp theo là giám sát trạng thái hệ thống điện động lực-điều khiển khi đóng MCCB, MCB, Start/Stop bơm ở chế độ Hand/Auto, hiển thị lỗi gây tự dừng hệ thống, như các hình 4,5,6,7,8, 9, 10. Trong đó: khi bơm chạy, ảnh của bơm sẽ sáng (màu xanh lá cây và màu xanh trắng) kiểu nhấp nháy; Các ISO.Contactor và Sho. Contactor sẽ thay đổi trạng thái “Đóng-Cắt” kiểu nổi-chìm của “1” và “0”; Các rơle trung gian hoạt động được hiển thị bởi đèn màu đỏ sáng nhấp nháy, tương tự cho báo lỗi. Trên nguyên tắc thiết lập hình ảnh, lập trình giám sát tình trạng hoạt động của các thiết bị động lực, phần tử điều khiển nêu trên. Hoàn toàn có thể mở rộng diện các phần tử, khí cụ cần giám sát của hệ thống điện động lực-điều khiển. Ví dụ, có thể giám sát tình trạng có dòng điện động lực, dòng điện điều khiển cho các pha và dây để sinh động hơn sự hoạt động thực của hệ thống điện-điều khiển trên “Run-Timer”.q