TỔNG LIÊN ĐỒN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

TRẦN QUỐC DUY

THI CÔNG MÔ HÌNH ĐO VÀ GIÁM
SÁT RUNG ĐỘNG CỦA MÁY
ĐỒ ÁN TỔNG HỢP
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2023


TỔNG LIÊN ĐỒN LAO ĐỘNG VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Trần Quốc Duy – 41703062

THI CƠNG MƠ HÌNH ĐO VÀ GIÁM SÁT
RUNG ĐỘNG CỦA MÁY

ĐỒ ÁN TỔNG HỢP
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
Người hướng dẫn
TS. Vũ Trí Viễn
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2023


LỜI CẢM ƠN
Dưới ngôi trường Đại học Tôn Đức Thắng thành phố Hồ Chí Minh, nơi đã rèn luyện

nên con người chúng em, bằng những kiến thức, những hướng dẫn, những dạy bảo, trong
suốt những năm qua. Để đạt được kết quả như ngày hôm nay chúng em xin chân thành cảm
ơn các thầy, cô, anh chị, bạn bè và gia đình đã, đang và ln là chỗ dựa vững chắc cho
chúng em học tập hỗ trợ em trong suốt q trình hồn thành đồ án tổng hợp này. Tuy cịn
nhiều thiếu sót nhưng em sẽ ln ghi nhận và khắc phục những hạn chế của bản thân để
ngày càng hồn thiện và đem những kiến thức có được đóng góp cho xã hội, cho đất nước.
Chân thành cảm ơn đến Thầy TS. Vũ Trí Viễn người hướng dẫn luận văn của
chúng em. Thầy là người đã luôn định hướng và hỗ trợ để chúng em có thể vượt qua
những khó khăn trong q trình hồn thành đồ án tổng hợp, không chỉ về những kiến
thức, những giải pháp mới mà còn về mặt tinh thần trong những giai đoạn áp lực của đồ
án.
Xin cảm ơn trường Đại học Tôn Đức Thắng, khoa Điện - Điện tử, Bộ môn Kỹ
thuật Điều khiển và Tự động hoá. Đã hỗ trợ và tạo điều kiện tốt nhất về trang thiết bị, cơ
sở vật chất, để em có thể hồn thiện đồ án này
Tất cả hỗ trợ trên và những năm tháng tươi đẹp ở Đại học Tôn Đức Thắng, là
những thứ vô cùng quý giá mà chúng em sẽ luôn khắc ghi bên mình. Đó sẽ ln là nguồn
động lực để chúng em tiếp tục phát triển và hoàn thiện bản thân, một lần nữa xin chân
thành cảm ơn

TP. Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 01 năm 2023
Tác giả
Trần Quốc Duy


Cơng trình được hồn thành tại Trường Đại học Tơn Đức Thắng
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS.Vũ Trí Viễn.
Đồ án tốt nghiệp được bảo vệ tại Hội đồng đánh giá Đồ án tốt nghiệp/tổng hợp
của Trường Đại học Tôn Đức Thắng vào ngày 06/01/2023
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Đồ án tốt nghiệp/tổng hợp và Trưởng
khoa quản lý chuyên ngành sau khi nhận Đồ án tốt nghiệp/tổng hợp đã được sửa

chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA

i


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH
TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự
hướng dẫn khoa học của giảng viên hướng dẫn là thầy TS. Vũ Trí Viễn. Các nội
dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa cơng bố dưới bất
kỳ hình thức nào trước đây. Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc
phân tích, nhận xét, đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau
có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo.
Ngồi ra, trong báo cáo còn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số
liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích nguồn
gốc.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tơi xin hồn tồn chịu trách
nhiệm về nội dung báo cáo của mình. Trường đại học Tơn Đức Thắng không liên
quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tơi gây ra trong q trình thực
hiện (nếu có).
TP. Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 01 năm 2023
Tác giả

Trần Quốc Duy

ii



THI CƠNG MƠ HÌNH ĐO VÀ GIÁM SÁT RUNG ĐỘNG CỦA MÁY

TÓM TẮT
Hệ thống điều khiển giám sát động cơ ba pha trong nhà máy giúp điều khiển, giám
sát động cơ trong băng tải cơng nghiệp. Bên cạnh đó nó cịn có chức năng điều
khiển từ xa qua internet. Ta có thể cài đặt thời gian dự đốn bảo trì động cơ theo
mong muốn hoặc động cơ sẽ tự động báo động dựa vào cảm biến đo nhiệt độ và độ
rung khi q ngưỡng thiết lập. Ngồi ra ta có thể giám sát hệ thống qua SCADA,
lưu trữ thông tin hoạt động của hệ thống trên Wincc Unified, qua đó có thể truy suất
dữ liệu dễ dàng để phân tích, đánh giá để đưa ra các cài đặt tối ưu nhất cho hệ thống.

iii


MỤC LỤC

MỤC LỤC....................................................................................................................... IV
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................................. VII
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................. X
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ..................................................................... 1
1.1

GIỚI THIỆU CHUNG ĐỀ TÀI .......................................................................................... 1

1.2

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ............................................................................................. 1

1.3


ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ............................................................................................ 1

1.4

PHẠM VI NGHIÊN CỨU ................................................................................................ 2

1.5

DỰ KIẾN KẾT QUẢ ...................................................................................................... 2

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................. 4
2.1

ĐỘNG CƠ BA PHA TRONG CÔNG NGHIỆP ..................................................................... 4

2.1.1

Động cơ điện ba pha trong công nghiệp ............................................................ 4

2.1.2

Một số lỗi hư hỏng thường gặp cần phải bảo trì dự đốn ................................. 4

2.2

HỆ THỐNG GIÁM SÁT VẬN HÀNH NHÀ MÁY SCADA .................................................. 5

2.2.1


Hệ thống Scada .................................................................................................. 5

2.2.2

Hệ thống phân tán .............................................................................................. 6

2.2.3

Hệ thống web Scada ........................................................................................... 6

2.3

PLC S7-1200 ............................................................................................................. 7

2.3.1

Tổng quan về PLC .............................................................................................. 7

2.3.2

Lập trình PLC .................................................................................................... 8

2.3.3

PLC S7 - 1200 .................................................................................................... 8

2.4

BIẾN TẦN ................................................................................................................... 9


2.4.1

Tổng quan về biến tần. ....................................................................................... 9

2.4.2

Nguyên lý hoạt động của biến tần ...................................................................... 9

2.4.3

Biến tần SIMATICS V20 (Siemens) .................................................................. 10

2.5

CẢM BIẾN RUNG QM42VT1 .................................................................................... 11

iv


2.5.1

Cảm biến rung là gì?........................................................................................ 11

2.5.2

Vibration Serverity ISO 10816 ......................................................................... 12

2.6

RS485 LÀ GÌ ............................................................................................................ 13


2.6.1

Khái niệm ......................................................................................................... 13

2.6.2

Cách hoạt động của RS485 .............................................................................. 13

2.7

THIẾT KẾ SCADA BẰNG WINCC UNIFIED TRONG TIA PORTAL V17 ....................... 13

2.7.1
2.8

Giới thiệu Wincc Unified .................................................................................. 13

TỔNG QUAN HỆ THỐNG SCADA CỦA LUẬN VĂN ..................................................... 16

CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ................................................................. 17
3.1

SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG ............................................................................................. 17

3.1.1

Khối nguồn ....................................................................................................... 19

3.1.2


Module AQ/AI Siemens 6AG2234-4HE32-1XB1 ............................................. 19

3.1.3

Khối giám sát & điều khiển (SCADA) .............................................................. 20

3.1.4

Khối điều khiển trung tâm ................................................................................ 21

3.1.5

Sensor Node- Vibration/Temperature .............................................................. 23

3.1.6

Cảm biến rung QM42VT1 ................................................................................ 23

3.1.7

Gateway DX80G2M2S-P ................................................................................. 25

3.1.8

Module RS485 của Hãng Siemens ................................................................... 27

3.1.9

Biến tần 3 pha .................................................................................................. 27


3.1.10

Động cơ 3 pha Siemens ................................................................................. 28

3.2

BẢN VẼ THIẾT KẾ ..................................................................................................... 29

3.3

SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY ....................................................................................................... 32

3.4

CẤU HÌNH HỆ THỐNG ................................................................................................ 33

3.4.1

Kết nối PLC S7 -1200 với Gateway. ................................................................ 34

3.4.2

Lập trình truyền thơng trao đổi dữ liệu Modbus .............................................. 34

3.4.3

Kết nối cảm biến khơng dây đến Gateway ....................................................... 40

3.5


CẤU HÌNH ĐỊA CHỈ IP CHO WEB SERVER................................................................... 43

CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU
KHIỂN

45

4.1.1

Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát SCADA ........................................... 45

4.1.2

Xây dựng các đối tượng cho trang điều khiển ................................................. 47

v


CHƯƠNG 5. THỰC NGHIỆM................................................................................... 53
5.1

HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ..................................................................................... 53

5.2

KẾT QUẢ THỰC HIỆN PHẦN CỨNG ............................................................................. 54

5.3


KẾT QUẢ THỰC HIỆN PHẦN MỀM .............................................................................. 54

5.4

KIỂM TRA HOẠT ĐỘNG CỦA CẢM BIẾN VÀ PHẦN MỀM .............................................. 57

5.5

KẾT LUẬN THỰC NGHIỆM ......................................................................................... 62

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN ............................................................................................ 63
6.1

NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC .................................................................................... 63

6.2

HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................................................................................. 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 64
PHỤ LỤC A: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TRÊN TIA PORTAL ..................... 1

vi


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2-1 Sơ đồ cầu trúc hệ thống của PLC ..............................................................7
Hình 2-2 Các loại ngơn ngữ lập trình PLC phổ biến................................................8
Hình 2-3 PLC S7-1200 1214 DC/DC/DC của hãng Siemens ..................................9
Hình 2-4 Sơ đồ nguyên lý của biến tần ..................................................................10

Hình 2-5 Biến tần V20 1,1KW của hãng Siemens .................................................10
Hình 2-6 Ý nghĩa các chân trong biến tần V20 ......................................................10
Hình 2-7 Cảm biến rung trong cơng nghiệp QM42VT1 của hãng Banner
Engineering.............................................................................................................11
Hình 2-8 Node kết nối với Sensor truyền dữ liệu khơng dây của hãng Banner
Engineering.............................................................................................................11
Hình 2-9 Ngun lý hoạt động của giao tiếp RS485 ..............................................13
Hình 2-10 Giám sát bằng Chart và phân tích dữ liệu .............................................14
Hình 2-11 Tổng quan hệ thống SIMATIC Wincc Unified ....................................16
Hình 2-12 Trang Home của đồ án ..........................................................................16
Hình 3-1 Sơ đồ khối hệ thống ................................Error! Bookmark not defined.
Hình 3-2 Nguồn DC 24V của hãng Siemens .........................................................19
Hình 3-3 Module AQ/AI Siemens 6AG2234-4HE32-1XB1 .................................20
Hình 3-4 Minh họa hệ thống SCADA ....................................................................21
Hình 3-5 Minh họa hệ thống Wincc Unified ..........................................................21
Hình 3-6 PLC S7-1200 DC/DC/DC của hãng Siemens .........................................22
Hình 3-7 Máy bơm 3 pha tốc độ quay tối đa 1500 RPM của hãng Siemens .........29
Hình 3-8 Biến tần 3 pha V20 Siemens ...................................................................28
Hình 3-9 Node DX80N2045VT .............................................................................23
Hình 3-10 Cảm biến rung QM42VT1 ....................................................................23
Hình 3-11 Gateway: DX80G2MS-P ......................................................................25
Hình 3-12 Cấu tạo gateway của hãng Banner Engineering ...................................26
Hình 3-13 Module RS485 của Hãng Siemens........................................................27
Hình 3-14 Sơ đồ kết nối các thiết bị .......................Error! Bookmark not defined.

vii


Hình 3-15 Kết nối điều khiển giữa PLC, biến tần và MotorError! Bookmark not
defined.

Hình 3-16 Kết nơi dây động cơ với biến tần ..........Error! Bookmark not defined.
Hình 3-17 Ngõ vào, ra trên biến tần ở chế độ marco Cn002Error! Bookmark not
defined.
Hình 3-18 Giải thuật lập trình PLC ........................................................................33
Hình 3-19 Truyền nhận dữ liệu bằng Modbus RS485 ...........................................34
Hình 3-20 Cấu hình cho Signal board RS485 ........................................................34
Hình 3-21 Lắp Signal board lên PLC S7-1200 ......................................................35
Hình 3-22 Thơng sơ trên RS485 .............................................................................35
Hình 3-23 Hardware identifier thơng số.................................................................35
Hình 3-24 Các function của Modbus .....................................................................36
Hình 3-25 Thiết lập các thơng số cho MB_COMM_LOAD function ...................37
Hình 3-26 Thiết lập các thơng số cho MB_MASTER function .............................38
Hình 3-27 Cài đặt địa chỉ Slave trên Gateway .......................................................38
Hình 3-28 Device và Node id .................................................................................39
Hình 3-29 DATA Độ dài của dữ liệu cần đọc ........................................................40
Hình 3-30 Kết nối cảm biến khơng dây đến gateway ............................................40
Hình 3-31Led và nút nhấn của cảm biến ................................................................41
Hình 3-32 Bề mặt của gateway ..............................................................................41
Hình 3-33 Thiết kế giao diện trang đăng nhập SCADA ........................................45
Hình 3-34 Thiết kế giao diện trang điều khiển hệ thống trên SCADA ..................46
Hình 3-35 điều khiến và hiển thị trạng thái hệ thống .............................................47
Hình 3-36 Trạng thái runtime, dừng, chạy, lỗi của động cơ ..................................47
Hình 3-37 Chọn Screen thiết kế trang, chọn Option, Elements, Chọn Gauge .......48
Hình 3-38 Viết Scrips cho đối tượng để quan sát được các ngưỡng như an tồn,
Alarm và Error ........................................................................................................49
Hình 3-39 Màn hình điều khiển và hiển thị trạng thái cho động cơ.......................49
Hình 3-40 Start cho nút nhấN .................................................................................50
Hình 3-41Overview, Monitor, Setting, Trend, Alarm ............................................50

viii



Hình 3-42 Trend Có chức năng thu thập, lưu trữ dữ liệu .......................................51
Hình 3-43 Cung cấp các cảnh báo và lỗi xảy ra trong quá trình vận hành hệ thống
................................................................................................................................51
Hình 3-44 các thao tác vận hành hệ thống từ SCADA ..........................................52
Hình 5-1 Mơ hình phần cứng .................................................................................54
Hình 5-2 Trend của trang hệ thống ........................................................................55
Hình 5-3 Trang Alarm ............................................................................................56
Hình 5-4 Trang tổng quan hệ thống .......................Error! Bookmark not defined.
Hình 5-5 Trang điều khiển của Admin ...................................................................56
Hình 5-6 Trang đăng nhập của hệ thống ................................................................57

Bảng 2-1 Vibration Serverity ISO 10816 ...............................................................12
Bảng 3-1 Danh sách thiết bị phần cứng dùng trong mơ hình đồ án .......................18
Bảng 3-2 Khai báo các tham số cơ bản của động cơError!

Bookmark

not

Bookmark

not

defined.
Bảng 3-3 Khai báo các tham số cơ bản của động cơError!
defined.
Bảng 3-4 Bảng đấu dây cho biến tần ......................Error! Bookmark not defined.
Bảng 3-5 Data_ADDR and MODE parameters .....................................................39

Bảng 3-6 Kết nối dữ liệu từ PLC lên SCADA .......................................................46

ix


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

SCADA

Supervisory Control And Data Acquisition

MSSQL

Microsoft Structured Query Language

MMC

Micro Memory Card

PLC

Programmable Logic Controller

CPU

Central Processing Unit

ODBC

Open Database Connectivity


HTTP

Hypertext Transfer Protocol

CB

Circuit Breaker

SP

Set Point

PV

Present Value

SQL

Structured Query Language

x


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP
1/99

CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI


1.1 Giới thiệu chung đề tài
Giải quyết bài toán điều khiển giám sát từ xa cho hệ thống điều khiển phân tán. Với
hệ thống điều khiển phân tán như băng tải ở nhà máy đóng gói hoặc bơm ở các nhà máy
xử lý nước thải ở khu công nghiệp hay các trạm bơm nước sạch hoặc các giàn khoan dầu
khí thì việc quản lý tập trung là rất cần thiết và giúp giảm chi phí điều khiển và giám sát
cũng như vận hành hệ thống. Cùng với xu thế phát triển chung của mạng internet và cơng
nghệ điện tốn đám mây bài tốn điều khiển giám sát hệ thống đang dần có thêm nhiều
giải pháp và lựa chọn để thực hiện thì việc phát triển một giải pháp mới và hiệu quả là
cần thiết để đi cùng với xu hướng chung phát triển của cơng nghệ hiện đại.
1.2 Mục đích nghiên cứu
Ứng dụng những khiến thức học được ở các môn PLC, điều khiển quá trình,
SCADA… và nghiên cứu thêm các hệ thống cơ sở dữ liệu vào việc tạo ra hệ thống điều
khiển giát sát động cơ trong những nhà máy công nghiệp
Đồ án này đề ra mục tiêu giải quyết bài toán điều khiển hệ thống từ xa và gồm nhiều
khu vực với khả năng mở rộng không giới hạn về thiết bị và không gian điều khiển, lưu
trữ. Phương pháp điều khiển giám sát từ xa phải đảm bảo khả năng mở rộng của hệ thống
và sự tin cậy cũng như những ứng dụng mở rộng như sử dụng các thiết bị điện thoại thông
minh vào điều khiển hệ thống giúp đơn giản và trực quan hóa cho những kỹ sư vận hành
hệ thống và cả những nhà quản lý...
Cùng với việc đánh giá mức độ nghiêm trọng của tốc độ rung đối với động cơ, máy
bơm, quạt, máy nén, hộp số, máy thổi, máy sấy, máy ép và các máy khác hoạt động trong
dải tần từ 10 đến 1000 Hz.
1.3 Đối tượng nghiên cứu
̶

PLC S7-1200,

Hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ và độ rung của máy


SVTH: Trần Quốc Duy


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP
2/99

̶

Biến tần V20
̶

Scada Wincc Unified có thể truy cập qua Internet.
̶

Module chuyển đổi điện áp.
̶

Module giao tiếp RS485
̶

Cảm biến đo độ rung, nhiệt độ
̶

Hệ thống Scada
̶

Thiết kế giao diện điều khiển giám sát Web Server bằng ngôn ngữ lập trình Tia
Portal V17

1.4 Phạm vi nghiên cứu

Xây dựng mơ hình hai động cơ hoạt đơng hỗ trợ nhau, tích hợp các chuẩn truyền
thơng cơng nghiệp như profinet, wifi công nghiệp, OPC UA để biết cách sử dụng và ứng
dụng được vào bài tốn thực tế.
Thiết kế chương trình điều khiển PLC cho hệ thống, kết nối với mô hình thật để
kiểm tra tính đúng đắn của chương trình.
Thiết kế Web SCADA giúp điều khiển và giám sát hệ thống. Deploy hệ SCADA ra
môi trường Internet.
1.5 Dự kiến kết quả
̶

Giải quyết nhu cầu điều khiển giám sát tập trung các hệ thống nằm ở nhiều khu
vực khác nhau và nằm cách xa nhau.
̶

Vấn đề điều khiển và giám sát những hệ thống phân tán và xu hướng phát triển
của các giao thức kết nối hệ thống từ xa.
̶

Từ lâu nay SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) luôn được sử
dụng để thu thập dữ liệu, điều khiển và giám sát những hệ thống trong cơng nghiệp
như một giải pháp tồn diện để hỗ trợ những người kĩ sư trong việc vận hành theo
dõi và bảo trì hệ thống. Tuy nhiên, do sự phát triển và mở rộng không ngừng của
các doanh nghiệp, những nhà máy khơng cịn nằm trong một khu vực nhất định
nữa, nó có thể nằm ở những khu vực cách xa nhau về mặt địa lí thậm chí là ở

Hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ và độ rung của máy

SVTH: Trần Quốc Duy



ĐỒ ÁN TỔNG HỢP
3/99

những quốc gia khác nhau tạo nên thách thức với những chuẩn kết nối truyền thống
trong công nghiệp như modbus hay các chuẩn kết nối I/O với khả năng kết nối
giới hạn của bản thân nó, làm cho SCADA truyền thống dần trở nên khó khăn
trong việc tiếp cận với hệ thống điều khiển tập trung này.
̶

Với sự phát triển và phủ song của mạng internet việc kết nối các nhà máy từ xa
như yêu cầu ở trên thơng qua internet là hồn tồn có thể. Với giao thức TCP/IP
chúng ta có thể public địa chỉ IP của nhà máy thành một IP WAN và có domain
name, có thể truy cập từ bất kỳ nơi nào có internet. Việc ra đời của SIMATIC
Wincc Unified, giúp chúng ta dễ dàng thực điều đó hơn, và quan trọng hơn hết là
có thể ứng dụng vào các dự án thực tế địi hỏi tính thương hiệu, ổn định và an toàn
cao.

Hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ và độ rung của máy

SVTH: Trần Quốc Duy


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP
4/99

CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Động cơ ba pha trong công nghiệp

2.1.1 Động cơ điện ba pha trong công nghiệp
Trong những lĩnh vực công nghiệp nặng. Các loại động cơ điện là một trong những
bộ phận chính của thiết bị biến tần cỡ lớn. Cơng dụng chính của máy biến tần rất đa dạng
với khả năng điều chỉnh tốc độ vận hành cho nhiều loại máy móc khác nhau trong dây
chuyền thông qua một máy chủ (máy tính) ở khu vực trung tâm điều khiển
Bên cạnh đó, các loại động cơ điện cịn có thể ứng dụng nhằm giảm thiểu mức điện năng
sử dụng của các thiết bị công nghiệp. Cũng như gia tăng mức hiệu suất làm việc nhờ vào
các công nghệ tiết kiệm điện năng tiêu thụ hiện đại.
Ở khía cạnh bảo tồn năng lượng. Động cơ điện cần được chọn công suất phù hợp
và bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên. Nhằm duy trì sản xuất liên tục, nâng cao hiệu suất
năng lượng và tuổi thọ. Ngồi ra, việc chọn lựa cơng suất phù hợp cho động cơ cịn giúp
cho chi phí ban đầu và chi phí vận hành của động cơ là tốt nhất
2.1.2 Một số lỗi hư hỏng thường gặp cần phải bảo trì dự đốn
2.1.2.1 Motor có tiếng kêu bất thường
Ngun nhân có thể xảy ra: Motor đang hoạt động quá tải, motor quấn bị lệch vòng, quạt
làm mát ma sát mạnh vào hộp bảo vệ. Rotor cọ sát vào stator, vòng bi có dấu hiệu rơ lắc,
hư hỏng, khớp lệch tâm. Gối đỡ bôi trơn không hoạt động đúng, thiếu dầu bơi trơn ở gối
đỡ,
2.1.2.2 Motor q nóng
Động cơ motor bị quá tải trong quá trình hoạt động, khớp lệch tâm, sự cọ sát của rotor
vào stator. Motor đang hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao, hệ thống sấy motor chưa
ngắt.

Hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ và độ rung của máy

SVTH: Trần Quốc Duy


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP
5/99


2.1.2.3 Motor rung động mạnh
Có thể chưa bật nguồn điện, mất nguồn điện vào tủ, nguồn điện bị mất pha. Dây nguồn
bị hư hỏng, đấu sai sơ đồ hệ thống, thiết bị điện bị hư hỏng. Thiết bị bảo vệ bị nhảy, cháy
cầu chì bảo vệ
2.1.2.4 Motor lúc chạy lúc dừng hoặc khơng quay
Có thể motor mất nguồn, mất pha, tiếp điểm của CB, công tắc tơ không tốt. Đấu nối sai
mạch điện điều khiển, đầu nối dây điện vào motor không tốt. Đấu sai nguồn điện, đấu sai
dây, motor đang quá tải, motor bị kẹt, motor bị bó vịng bi. Bị vỡ vịng bi, vỡ bạc đạn, bó
trục, bó gối đỡ, thiết bị lai bị kẹt và bó cứng
2.1.2.5 Motor có mùi khét, khói bốc lên, có lửa, tiếng nổ
Motor bị chập điện, bị cháy tiếp điểm của CB. Cơng tắc tơ khơng tốt, bó cháy vịng bi,
bó cháy gối trục, cháy cuộn xơng sấy motor …

2.2 Hệ thống giám sát vận hành nhà máy SCADA
2.2.1

Hệ thống Scada

SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) là hệ thống giám sát và vận hành
nhà máy giúp con người kiểm soát giám sát và thu thập dữ liệu từ xa. Có thể coi SCADA
là một kiến trúc hệ thống điều khiển bao gồm máy tính, truyền thơng dữ liệu được nối
mạng và giao diện người dùng đồ họa (GUI) để quản lý giám sát quá trình cấp cao, đồng
thời bao gồm các thiết bị ngoại vi khác như: bộ điều khiển logic khả lập trình (PLC) và
tỷ lệ rời rạc bộ điều khiển -dẫn xuất liên kết (PID) để giao tiếp với nhà máy hoặc máy
móc quy trình.
Hay nói một cách khác SCADA là một hệ thống các yếu tố phần mềm và phần cứng cho
phép các tổ chức công nghiệp:

Hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ và độ rung của máy


SVTH: Trần Quốc Duy


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP
6/99

• Kiểm sốt các quy trình cơng nghiệp từ xa
• Theo dõi, thu thập và xử lý dữ liệu theo thời gian thực
• Tương tác trực tiếp với các thiết bị trong hệ thống truyền thông qua phần mềm
giao diện người-máy (HMI)
• Ghi lại các sự kiện vào các file nhật kí hay cơ sở dữ liệu.
• Cảnh báo hệ thống
• Vẽ đồ thị, xuất báo cáo
2.2.2 Hệ thống phân tán
Thông tin SCADA và xử lý lệnh được phân phối trên nhiều trạm được kết nối qua
mạng LAN. Thông tin đã được chia sẻ trong thời gian gần thực. Mỗi trạm chịu trách
nhiệm cho một nhiệm vụ cụ thể, giúp giảm chi phí so với SCADA thế hệ thứ nhất. Các
giao thức mạng được sử dụng vẫn chưa được tiêu chuẩn hóa. Vì các giao thức này là độc
quyền nên rất ít người ngồi các nhà phát triển biết đủ để xác định mức độ an toàn của
cài đặt SCADA. Bảo mật của cài đặt SCADA thường bị bỏ qua.
2.2.3 Hệ thống web Scada
Sự phát triển của internet đã khiến các hệ thống SCADA triển khai các công nghệ
web cho phép người dùng xem dữ liệu, trao đổi thơng tin và kiểm sốt các quy trình từ
mọi nơi trên thế giới thông qua kết nối web SOCKET. Đầu những năm 2000 chứng kiến
sự gia tăng của các hệ thống Web SCADA. Hệ thống SCADA web sử dụng các trình
duyệt internet như Google Chrome và Mozilla Firefox làm giao diện người dùng đồ họa
(GUI) cho các nhà khai thác HMI. Điều này giúp đơn giản hóa việc cài đặt phía máy
khách và cho phép người dùng truy cập hệ thống từ nhiều nền tảng khác nhau bằng trình
duyệt web như máy chủ, máy tính cá nhân, máy tính xách tay, máy tính bảng và điện

thoại di động.

Hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ và độ rung của máy

SVTH: Trần Quốc Duy


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP
7/99

2.3 PLC S7-1200
2.3.1 Tổng quan về PLC
PLC (Programmable Logic Controller) hay bộ điều khiển logic có thể lập trình
được. Nó cho phép người dùng tạo các ứng dụng điều khiển hệ thống với việc xây dựng
chương trình bằng một ngơn ngữ lập trình nào đó. PLC được ra đời nhằm mục đích thay
thế những hệ thống điều khiển gồm relay và timer, nhờ khả năng tùy biến theo chương
trình nó trở nên linh hoạt và có thể dễ dàng nâng cấp và thêm các chức năng cho hệ
thống. Với sự phát triển của máy tính các loại PLC hiện nay có bộ nhớ lớn và có khả
năng thực hiện nhiều công việc phức tạp mà vẫn đảm bảo tốc độ xử lý của CPU.
Hiện tại các loại PLC đã và đang tích hợp sẵn những thư viện để có thể làm việc
cũng như lập trình như các loại vi điều khiển hiện có trên thị trường. Với những tiêu
chuẩn công nghiệp khắt khe PLC cho phép hệ thống vận hành liên tục trong một thời
gian dài mà vẫn đảm bảo tính ổn định. Cấu trúc của 1 PLC gồm các Input, Output, CPU
chứa chương trình, bộ nhớ RAM hoặc EPROM, và bộ cấp nguồn tất cả đều được tích
hợp trong một PLC.

Hình 2-1 Sơ đồ cầu trúc hệ thống của PLC

Hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ và độ rung của máy


SVTH: Trần Quốc Duy


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP
8/99

2.3.2 Lập trình PLC
Hiện tại có rất nhiều hãng sản xuất PLC trên thị trường như Siemens (Đức), Omron
(Nhật Bản), Mitsubishi (Nhật Bản), Delta (Đài Loan) tuy được sản xuất bởi các hãng
khác cũng như phần mềm lập trình khác nhau nhưng hầu hết các loại PLC đều sử dụng
một vài ngơn ngữ lập trình phổ biến như LAD (Ladder - Ngơn ngữ logic dạng hình thang)
FDB (Function Diagram Block - Khối chức năng) hay ST (Structure Text - Dạng ngôn
ngữ cấu trúc) và ngôn ngữ phổ biến được sử dụng nhiều nhất trên các loại PLC hiện nay
là LAD với ưu điểm dễ hiểu và dễ sửa lỗi chương trình của nó.

Hình 2-2 Các loại ngơn ngữ lập trình PLC phổ biến

2.3.3 PLC S7 - 1200
S7-1200 là một dòng PLC của hãng Siemens với nhiều phiên bản khác nhau để
phù hợp với những ứng dụng khác nhau. Nó cho phép gắn thêm những module mở rộng
I/O, module tín hiệu cũng như module truyền thơng từ đó để’ sẵn sàng tích hợp vào đa số
các ứng dụng điều khiển tự động hiện tại. S7-1200 được lập trình bằng phần mềm TIA
Portal của hãng Siemens với các ngôn ngữ gồm LAD (Ladder), STL và SCL. Ngồi ra
S7-1200 có sẵn cổng ethernet cho phép nó có khả năng giao tiếp TCP/IP với máy tính
hoặc với các thiết bị hỗ trợ chuẩn giao tiếp này đồng thời với các module tín hiệu nó hồn
tồn có thể’ kết nối thơng qua các chuẩn kết nối như RS232, RS485...

Hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ và độ rung của máy

SVTH: Trần Quốc Duy



ĐỒ ÁN TỔNG HỢP
9/99

Hình 2-3 PLC S7-1200 1214 DC/DC/DC của hãng Siemens

2.4 Biến tần
2.4.1 Tổng quan về biến tần.
Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện một chiều hoặc xoay chiều thành dịng điện xoay
chiều có tần số và điện áp có thể điều chỉnh.
2.4.2 Nguyên lý hoạt động của biến tần
Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ biến tần khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện xoay
chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng. Công đoạn
này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi
của hệ biến tần đều có giá trị khơng phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96. Điện áp
một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Công
đoạn này hiện nay được thực hiện thơng qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách
ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử
lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số
siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ

Hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ và độ rung của máy

SVTH: Trần Quốc Duy


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP
10/99


Hình 2-4 Sơ đồ nguyên lý của biến tần

2.4.3 Biến tần SIMATICS V20 (Siemens)

Hình 2-5 Biến tần V20 1,1KW của hãng Siemens

Hình 2-6 Ý nghĩa các chân trong biến tần V20

Hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ và độ rung của máy

SVTH: Trần Quốc Duy


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP
11/99

2.5 Cảm biến rung QM42VT1

Hình 2-7 Cảm biến rung trong công nghiệp QM42VT1 của hãng Banner Engineering

2.5.1 Cảm biến rung là gì?
Cảm biến rung là một loại thiết bị điện tử có khả năng đo độ rung động của một vật
thể nào đó. Độ rung của một vật sẽ được biểu thị bởi tốc độ di chuyển, gia tốc của vật.
Cấu tạo:
Cảm biến rung cũng như các dịng cảm biến khác, nó có cấu tạo chính dựa trên các
mạch điện tử:
o Cuộn dây dẫn
o Nam châm vĩnh cửu
Về cơ bản thì cảm biến được cấu tạo bởi 2 thành phần trên. Chúng sẽ được thiết kế
để đảm bảo chon am châm sẽ cố định khi khung di chuyển.

Kết nối Node với Sensor

Hình 2-8 Node kết nối với Sensor truyền dữ liệu không dây của hãng Banner Engineering

Hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ và độ rung của máy

SVTH: Trần Quốc Duy


ĐỒ ÁN TỔNG HỢP
12/99

2.5.2 Vibration Serverity ISO 10816
Độ rung cho phép ứng với các loại máy theo chuẩn ISO 10816 như sau:
Bảng 2-1 Vibration Serverity ISO 10816

Loại I: Máy nhỏ (đến 15 kW) và các cụm lắp ráp con của máy lớn hơn.
Loại II: Máy cỡ trung bình (15 kW đến 75 kW) khơng có nền đặc biệt, hoặc máy có
cơng suất đến 300 kW được lắp cứng nền móng đặc biệt.
Loại III: Máy điện quay lớn được lắp cứng trên nền cứng theo hướng đo độ rung.
Loại IV: Máy quay lớn được đặt trên nền có thể linh hoạt theo hướng đo độ rung.

Hệ thống điều khiển giám sát nhiệt độ và độ rung của máy

SVTH: Trần Quốc Duy