ĐỒ án môn học thiết kế hệ thống SCADA quản lí hệ thống phối trộn nguyên liệu TAG phú thái

ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thiết kế hệ thống SCADA quản lí hệ thống phối trộn nguyên liệu TAG Phú Thái Họ tên Trần Văn Dương Đoàn Trọng Đức Vũ Văn Long Vi Duy Linh MSSV 20181442 20181401 20181633 20181582 Ngành Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa Chuyên ngành Tự động hóa cơng nghiệp Giảng viên hướng dẫn: TS Đào Quý Thịnh Chữ ký GVHD Khoa: Trường: Tự động hóa Điện – Điện tử HÀ NỘI, 1/2022 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT Định nghĩa hệ thống SCADA 2 Phân loại hệ thống SCADA Những chuẩn để đánh giá hệ thống SCADA Cấu trúc chung hệ SCADA Mơ hình phân cấp chức 5.1 Mơ hình phân cấp 5.2 Chức năng, nhiệm vụ cấp CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRỘN THỨC ĂN GIA SÚC Tổng quan hệ thống 7 1.1 Giới thiệu công nghệ 1.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển giám sát phối trộn nguyên liệu Mục tiêu, yêu cầu đề tài 10 2.1 Mục tiêu 10 2.2 Yêu cầu đặt 10 CHƯƠNG GIẢI PHÁP THỰC HIỆN 12 Lựa chọn thiết bị phần cứng 12 1.1 Cấp nguồn cho hệ thống 12 1.2 Module điều khiển PLC S7 1215FC DC/DC/DC 13 1.3 Động trộn 15 1.4 Động bơm 16 1.5 Van cánh bướm 17 1.6 Cân điện tử PT650D 17 1.7 Cảm biến mức 18 Lựa chọn phần mềm 19 2.1 Phần mềm Tia Portal V16 19 2.2 Phần mềm WinCC Advanced 20 2.3 Hệ quản trị sở liệu Microsoft SQL Server 20 Thiết kế hệ thống 21 3.1 Chương trình PLC 21 3.2 Xây dựng quản lý CSDL 26 Thiết kế giao diện vận hành hệ thống 27 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG TRIỂN KHAI SẮP TỚI 32 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 33 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Cấu trúc chung hệ SCADA Hình Mơ hình phân cấp hệ thống SCADA Hình Cơng nghệ dây chuyền tự động chế biến thức ăn chăn ni Hình Cấu trúc phân cấp hệ thống Hình Hệ thống phối trộn nguyên liệu Hình EDR-120-24 Hình Thơng số kĩ thuật nguồn EDR-120-24 Hình Cấu trúc phần cứng PLC Hình Module PLC S7 1215FC DC/DC/DC Hình 10 Module mở rộng ngõ 16x24VDC Hình 11 Động trộn YE2-160-4 11Kw4P Hình 12 Động bơm PentaxCM 50-125A Hình 13 Van cánh bướm Hình 14 Cân điện tử PT650D Hình 15 Cảm biến mức dạng xoay Hình 16 Quy trình vận hành hệ thống phối trộn Hình 17 Netwwork lựa chọn chế độ vận hành Hình 18 Khối FC chế độ Manu Auto Hình 19 Khối FC Output Simulation Hình 20 Tạo xung 100ms dùng cho mơ 11 11 12 13 13 14 15 16 17 18 21 23 24 24 25 Hình 21 Tạo sở liệu Hình 22 Tạo liệu cho bảng nguyên liệu, công thức Hình 23 Giao diện đăng nhập Hình 24 Giao diện điều khiển giám sát chế độ Auto Hình 25 Giao diện điều khiển giám sát chế độ Manu Hình 26 Bảng cài đặt thơng số Hình 27 Giao diện lựa chọn cơng thức Hình 28 Giao diện cảnh báo 25 26 26 27 27 28 29 29 LỜI NÓI ĐẦU Em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy Đào Quý Thịnh cung cấp cho chúng em kiến thức đầy đủ môn học DCS, SCADA, đồng thời hướng dẫn, giải đáp thắc mắc để em thực hoàn thành đồ án Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến bạn sinh viên nhóm thực hồn thiện đề tài Trong trình thực đề tài, khả kiến thức hạn chế, kinh nghiệm thực tế chưa nhiều, đề tài khơng tránh thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy bạn để đề tài hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! A G E CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT Định nghĩa hệ thống SCADA SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu, nói cách khác hệ thống hỗ trợ người việc giám sát điều khiển từ xa, cấp cao hệ điều khiển tự động thơng thường Để điều khiển giám sát từ xa hệ SCADA phải có hệ thống truy cập, truyền tải liệu hệ giao diện người máy (HMI - Human Machine Interface) Trong hệ thống điều khiển giám sát HMI thành phần quan trọng khơng cấp điều khiển giám sát mà cấp thấp người ta cần giao diện người máy để phục vụ cho việc quan sát thao tác vận hành cấp điều khiển cục Vì lý giá thành, đặc điểm kỹ thuật nên hình vận hành (OP - Operator Panel), hình chạm (TP - Touch Panel), Multi Panel chuyên dụng sử dụng nhiều chiếm vai trò quan trọng Trong năm gần tiến vượt bậc công nghệ truyền thông công nghiệp công nghệ phần mềm công nghiệp đem lại nhiều khả giải pháp nên trọng tâm công việc thiết kế xây dựng hệ thống SCADA lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện giải pháp tích hợp hệ thống Phân loại hệ thống SCADA Các hệ thống SCADA phân làm bốn nhóm với chức năng: - SCADA độc lập/SCADA nối mạng - SCADA khơng có khả đồ hoạ/SCADA có khả xử lý đồ hoạ thơng tin thời gian thực Bốn nhóm hệ thống SCADA: Hệ thống SCADA mù (Blind): Đây hệ thống đơn giản, khơng có phận giám sát Nhiệm vụ chủ yếu hệ thống thu thập xử lý liệu đồ thị Do tính đơn giản nên giá thành thấp Hệ thống SCADA xử lý đồ hoạ thông tin thời gian thực: Đây hệ thống SCADA có khả giám sát thu thập liệu Nhờ tập tin cấu hình máy khai báo trước mà hệ có khả mơ tiến trình hoạt động hệ thống sản xuất Tập tin cấu hình ghi lại trạng thái hoạt động hệ thống Khi xảy cố hệ thống báo cho ng- A G E ười vận hành để xử lý kịp thời Cũng hệ phát tín hiệu điều khiển dừng hoạt động tất máy móc Hệ thống SCADA độc lập: Đây hệ có khả giám sát thu thập liệu với vi xử lý Hệ điều khiển hai máy móc Vì hệ phù hợp với sản xuất nhỏ, sản xuất chi tiết Hệ thống SCADA mạng: Đây hệ có khả giám sát thu thập liệu với nhiều vi xử lý Các máy tính giám sát nối mạng với Hệ có khả điều khiển nhiều nhóm máy móc, tạo nên dây chuyền sản xuất Qua mạng truyền thơng, hệ thống kết nối với phịng quản lý, phịng điều khiển, nhận định điều khiển trực tiếp từ phòng quản lý từ phịng thiết kế Từ phịng điều khiển điều khiển hoạt động thiết bị xa Những chuẩn để đánh giá hệ thống SCADA Để đánh giá hệ thống điều khiển giám sát SCADA ta cần phải phân tích đặc điểm hệ thống theo số tiêu chuẩn sau: - - - Khả hỗ trợ công cụ phần mềm việc thực xây dựng hình giao diện Số lượng chất lượng thành phần đồ hoạ có sẵn, khả truy cập cách kết nối liệu từ trình kỹ thuật (trực tiếp từ cấu chấp hành, sensor, module vào/ra qua PLC hay hệ thống bus trường) Tính mở hệ thống, chuẩn hố giao diện trình, khả hỗ trợ xây dựng chức trao đổi tin tức (Messaging), xử lý kiện cố (Event and Alarm), lưu trữ thông tin (Archive and History) lập báo cáo (Reporting) Tính thời gian thực hiệu suất trao đổi thông tin, Windows: hỗ trợ sử dụng mơ hình phần mềm WINCC Cấu trúc chung hệ SCADA Trong hệ thống điều khiển giám sát, cảm biến cấu chấp hành đóng vai trị giao diện thiết bị điều khiển với trình kỹ thuật Cịn hệ thống điều khiển giám sát đóng vai trị giao diện người máy Các thiết bị phận hệ thống ghép nối với theo kiểu điểm-điểm (Point to Point) qua mạng truyền thơng Tín hiệu thu từ cảm biến tín hiệu nhị phân, tín hiệu số tương tự Khi xử lý máy tính, chúng phải chuyển đổi cho phù hợp với chuẩn giao diện vào/ra máy tính A G E Hình Cấu trúc chung hệ SCADA Các thành phần hệ thống SCADA bao gồm: - Giao diện trình: bao gồm cảm biến, thiết bị đo, thiết bị chuyển đổi cấu chấp hành - Thiết bị điều khiển tự động: gồm điều khiển chuyên dụng (PID), điều khiển khả trình PLC (Programmable Logic Controller), thiết bị điều chỉnh số đơn lẻ CDC (Compact Digital Controller) máy tính PC với phần mềm điều khiển tương ứng - Hệ thống điều khiển giám sát: gồm phần mềm giao diện người máy HMI, trạm kỹ thuật, trạm vận hành, giám sát điều khiển cao cấp - Hệ thống truyền thông: ghép nối điểm-điểm, bus cảm biến/chấp hành, bus trường, bus hệ thống Hệ thống bảo vệ, chế thực chức an tồn Mơ hình phân cấp chức 5.1 Mơ hình phân cấp Toàn hệ thống điều khiển giám sát phân chia thành cấp chức hình vẽ minh hoạ đây: A G E Hình Mơ hình phân cấp hệ thống SCADA Để xếp, phân loại chức tự động hoá hệ thống điều khiển giám sát người ta thường sử dụng mơ Với loại mơ hình chức phân thành nhiều cấp khác nhau, từ lên Càng cấp chức mang tính chất hơn, đòi hỏi yêu cầu cao độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng Một chức cấp thực dựa chức cấp ngược lại lượng thông tin cần trao đổi xử lý lại lớn nhiều Việc phân cấp chức tiện lợi cho việc thiết kế hệ thống lựa chọn thiết bị Tuỳ thuộc vào mức độ tự động hoá cấu trúc hệ thống cụ thể mà ta có mơ hình phân cấp chức Cấp chấp hành: Các chức cấp chấp hành đo lường, dẫn động chuyển đổi tín hiệu trường hợp cần thiết Thực tế, đa số thiết bị cảm biến hay chấp hành có phần điều khiển riêng cho việc thực đo lường - truyền động xác nhanh nhạy Các thiết bị thơng minh (có vi xử lý riêng) đảm nhận việc xử lý chuẩn bị thông tin trước đưa lên cấp điều khiển Cấp điều khiển: Nhiệm vụ cấp điều khiển nhận thông tin từ cảm biến, xử lý thơng tin theo thuật toán định truyền đạt lại kết xuống chấp hành Máy tính đảm nhận việc theo dõi công cụ đo lường, tự thực thao tác nhấn nút mở, đóng van, điều chỉnh cần gạt, núm xoay…Đặc tính bật cấp điều khiển xử lý thông tin Cấp điều khiển cấp chấp hành hay gọi chung cấp trường (Field level) điều khiển, cảm biến chấp hành cài đặt trực tiếp trường gần kề với hệ thống kỹ thuật Cấp điều khiển giám sát: có chức giám sát vận hành q trình kỹ thuật, có nhiệm vụ hỗ trợ người sử dụng việc cài đặt ứng dụng, thao tác theo dõi, giám sát A G E 46 Có chế độ hoạt động: Chế độ điều khiển sản xuất tay chế độ điều khiển tự động 47 Chế độ chạy tay: động van khí nén điều khiển độc lập, không ảnh hưởng đến 48 Chế độ sản xuất tự động: Nếu giá trị nguyên liệu cài đặt sẵn theo công thức, ấn start hệ thống hoạt động sau: 49 Hình 16 Quy trình vận hành hệ thống phối trộn a Cảm biến mức báo khơng có ngun liệu thùng trộn, van khí nén thùng silo mở có nguyên liệu cần cân theo thứ tự đánh số silo b Khi đó, cân cân cộng dồn cho khối lượng nguyên liệu cài đặt đạt giá trị yêu cầu Khi nguyên liệu đạt giá trị yêu cầu van khí nén silo đóng bắt đầu mở van silo khác c Khi cân xong van silo đóng, ta bắt đầu mở van cân bật động bơm nguyên liệu thùng cân vào thùng trộn nguyên liệu Động trộn A G E d bắt đầu hoạt động Máy trộn bắt đầu tính thời gian trộn người vận hành cài đặt e Sau trộn đủ thời gian cho phép cửa xả hỗn hợp mở nguyên liệu hệ thống máng tải vận chuyển đến máy đóng bao quay lại bước đầu f Chu trình lặp lặp lại đủ số mẻ yêu cầu dừng g Lưu lại giá trị thực tế nguyên liệu cấp: giá trị cân thực tế nguyên liệu lưu lại nguyên liệu cấp đủ thùng cân h Lưu ý: Trên thực tế, sau lần sản xuất, nguyên liệu tồn đọng thùng cân quán tính vận chuyển nguyên liệu tới thùng cân 50 Liệt kê biến vào 51 - Danh sách biến đầu vào 52 53 55 54 STT 56 Tên biến vào 63 64 65 I_Mode 70 71 I_Start 75 76 I_Stop 80 81 I_SW_TR 85 86 I_ReSume 90 91 I_Sw_VX ON 101 96 I_Sw_VX 95 102 100 105 101 I_Sw_ VX103 106 I_Sw_ VX104 57 Ki ể u d ữ 58 liệ u 59 60 Địa 61 62 Chú thích 66 B 67 %I o ol 72 B o ol 77 B o ol 82 B o ol 87 B o ol 92 B o ol 97 B o ol 0.0 73 %I 68 Nút bấm chọn chế độ vận 69 hành 74 Nút bấm start 0.1 78 %I 79 Nút bấm Stop 0.2 83 %I 0.3 88 %I 84 Công tắc động trộn 89 Nút bấm tiếp tục 0.5 93 %I 1.0 98 %I 1.1 102 103 Bool %I1.2 107 108 Bool %I1.3 94 Công tắc Van mở silo 99 Công tắc Van mở silo 104 Công tắc Van mở silo 109 Công tắc Van mở silo A G E 110 10 115 11 120 12 125 13 130 14 135 15 140 16 145 17 150 18 155 19 111 I_Sw_ VX105 116 I_Sw_ VX106 121 I_Sw_ VX107 126 I_Sw_ VX108 131 I_Sw_ VX109 136 I_Sw_ VX110 141 I_Sw_ VX111 146 I_Sw_ VX112 151 I_Sw_ VXCân20 156 I_Sw_ VXBồn_3 01 112 113 Bool %I1.4 117 118 Bool %I1.5 122 123 Bool %I1.6 127 128 Bool %I1.7 132 133 Bool %I2.0 137 138 Bool %I2.1 142 143 Bool %I2.2 147 148 Bool %I2.3 152 153 Bool %I2.4 Công tắc Van mở silo 119 Công tắc Van mở silo 124 Công tắc Van mở silo 129 Công tắc Van mở silo 134 Công tắc Van mở silo 139 Công tắc Van mở silo 10 144 Công tắc Van mở silo 11 149 Công tắc Van mở silo 12 154 Công tắc Van xả thùng cân 157 158 %I2.5 159 Bool 114 Công tắc Van xả bồn trộn A G E 160 Danh sách biến đầu ra: 161 162 163 164 165 166 167 STT 168 Tên 169 biến vào 172 1 170 Kiểu liệu Địa Q_l amp_Aut o 178 Q_l amp_Ma nu 183 Q_L amp_Fau lt 188 Q_ X1 174 175 Bool %Q0 179 180 Bool %Q0 184 185 Bool %Q0 189 190 Bool %Q0 194 195 Bool %Q0 199 200 Bool %Q0 204 205 Bool %Q0 209 210 Bool %Q0 214 215 Bool %Q1 219 220 Bool %Q1 224 225 Bool %Q1 229 230 Bool %Q1 173 177 182 187 192 193 197 198 202 203 207 208 212 213 217 10 218 222 11 223 227 12 228 Q_ X2 Q_ X3 Q_ X4 Q_ X5 Q_ X6 Q_ X7 Q_ X8 X9 Q_ 171 Chú thích 176 Đèn báo chế độ auto 181 Đèn báo chế độ Manu 186 Đèn báo lỗi 191 Đầu van xả xilo 196 Đầu van xả xilo 201 Đầu van xả xilo 206 Đầu van xả xilo 211 Đầu van xả xilo 216 Đầu van xả xilo 221 Đầu van xả xilo 226 Đầu van xả xilo 231 Đầu van xả xilo A G E 232 13 233 237 14 238 242 15 243 247 16 248 252 17 253 257 18 258 262 263 264 Q_ X10 Q_ X11 Q_ X12 Q_T RON Q_ VX Q_ XA_CA N 234 235 Bool %Q1 239 240 Bool %Q1 244 245 Bool %Q1 249 250 Bool %Q1 254 255 Bool %Q2 259 260 Bool %Q2 236 Đầu van xả xilo 10 241 Đầu van xả xilo 11 246 Đầu van xả xilo 12 251 Đầu động trộn 256 Đầu van xả bồn trộn 261 Đầu van xả thùng cân Và biến trung gian khác 265 Chương trình PLC 266 Khối chương trình Main: 267 Bao gồm dòng lệnh chọn chế độ vận hành, dịng lệnh chạy chương trình khối FC mô phỏng, khối FC Auto, khối FC Manu, khối FC output, khối FC loadcell, lệnh tạo xung 100ms để mô loadcell… A G E 268 269 Hình 17 Netwwork lựa chọn chế độ vận hành 270 Hình 18 Khối FC chế độ Manu Auto A G E 271 272 Hình 19 Khối FC Output Simulation 273 274 Hình 20 Tạo xung 100ms dùng cho mơ 275 Các khối chương trình gắn phần phụ lục báo cáo A G E Xây dựng quản lý CSDL a b c Hình 21 Tạo sở liệu d Tạo CSDL có tên PLC_DATA với bảng cần thiết bangSP để lưu trữ liệu e bangSP để ghi tên tất sản phẩm mà tạo dự án, với sản phẩm có bảng riêng ghi cơng thức f g Hình 22 Tạo liệu cho bảng nguyên liệu, công thức h Kết nối CSDL với PLC: i Sử dụng ODBC Data Sources 64 bits để kết nối SSMS với Tia Portal j Thiết kế giao diện vận hành hệ thống k Khi bắt đầu chạy chương trình, phải đăng nhập User name Password A G E l Hình 23 Giao diện đăng nhập m Khi “đăng nhập” với tài khoản admin mật “123456” ta vào giao diện điều khiển n - Giao diện vận hành hình HOME o Hình 24 Giao diện điều khiển giám sát chế độ Auto A G E p q Hình 25 Giao diện điều khiển giám sát chế độ Manu r Trong đó: s t Bảng điều khiển hiển thị công tắc chọn chế độ vận hành, đèn báo chế độ hoạt động, đèn báo điều kiện an toàn, đèn báo lỗi Các nút bấm chọn chế làm việc hệ thống: Chạy, Dừng, Tiếp tục u Bảng cài đặt thông số bao gồm nút bấm lựa chọn công thức, nguyên liệu, hiển thị mã công thức, cài đặt thời gian trộn, xả bồn số mẻ trộn A G E v Hình 26 Bảng cài đặt thơng số w Thông tin hiển thị liệu số mẻ trộn thời giân trộn thực tế, Khỗi lượng mẻ x Click vào nút bấm công thức bảng cài đặt thông số mở giao diện công thức, ta lựa chọn công thức phù hợp bấm nút quay y Hình 27 Giao diện lựa chọn công thức z Ta cài đặt số mẻ cần thực để tiến hành trộn Sau bấm start để tiến hành trộn A G E aa Khi click vào nút bấm cảnh báo, giao diện cảnh báo mở bb Hình 28 Giao diện cảnh báo cc Giao diện Cảnh báo hiển thị thông báo: dd − Hệ thống chạy ee − Hệ thống dừng ff − Hồn thành cơng việc gg Cảnh báo: hh ii − Tràn bình trộn jj − Lỗi động trộn, động bơm cân 3, động bơm rửa A G E kk CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG TRIỂN KHAI SẮP TỚI A G E ll Phụ lục mm nn oo.Sơ đồ đấu dây pp qq rr ss tt uu Hình 29 Sơ đồ đấu dây đầu vào PLC vv ww xx Hình 30 Sơ đồ đấu dây đầu PLC A G E yy DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO zz Ngành Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa Chun ngành Tự động hóa cơng nghiệp aaa.DANH MỤC HÌNH VẼ bbb LỜI NĨI ĐẦU ccc.CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT ddd Định nghĩa hệ thống SCADA eee.Phân loại hệ thống SCADA fff Những chuẩn để đánh giá hệ thống SCADA ggg Cấu trúc chung hệ SCADA hhh Mô hình phân cấp chức iii Mơ hình phân cấp jjj Chức năng, nhiệm vụ cấp kkk CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRỘN THỨC ĂN GIA SÚC lll Giới thiệu công nghệ mmm Cấu trúc hệ thống điều khiển giám sát phối trộn nguyên liệu nnn Mục tiêu, yêu cầu đề tài ooo Yêu cầu đặt ppp CHƯƠNG GIẢI PHÁP THỰC HIỆN qqq Cấp nguồn cho hệ thống rrr Ưu điểm: sss Module điều khiển PLC S7 1215FC DC/DC/DC ttt Động trộn uuu *) ƯU ĐIỂM: vvv Động bơm www Ứng dụng máy bơm nước Pentax CM 50-125A xxx Giới hạn hoạt động máy bơm nước Pentax CM 50-125A yyy Van cánh bướm zzz.Cân điện tử PT650D aaaa Cảm biến mức bbbb Lựa chọn phần mềm cccc Phần mềm WinCC Advanced dddd Hệ quản trị sở liệu Microsoft SQL Server eeee Thiết kế hệ thống ffff Xây dựng quản lý CSDL gggg Thiết kế giao diện vận hành hệ thống hhhh CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG TRIỂN KHAI SẮP TỚI iiii Sơ đồ đấu dây jjjj DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO kkkk llll ... nghiền liệu, kích cỡ đủ nhỏ đưa thẳng sang hệ thống phối trộn nguyên liệu Hệ thống Nghiền nguyên liệu: Nguyên liệu nghiền nhỏ sau chuyển đến hệ thống phối trộn nguyên liệu Hệ thống Phối trộn nguyên. .. Server Management Studio nhằm tạo liệu công thức nguyên liệu phối trộn, thu thập liệu trình cân phối trộn, lưu sở liệu hệ thống để khôi phục cần thiết 44 Thiết kế hệ thống A G E Chương trình PLC 45... nhóm hệ thống SCADA: Hệ thống SCADA mù (Blind): Đây hệ thống đơn giản, khơng có phận giám sát Nhiệm vụ chủ yếu hệ thống thu thập xử lý liệu đồ thị Do tính đơn giản nên giá thành thấp Hệ thống SCADA