Ứng dụng truyền thông công nghiệp sử dụng PLC S7-400

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC - BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG PLC S7-400 Đơn vị chủ trì: Khoa Điện –Điện Tử Chủ nhiệm đề tài: Ths Phạm Văn Lới Ths Đào Thị Mỹ Chi Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG PLC S7-400 ĐỀ TÀI ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠNG NGHỆ THỦ ĐỨC Tp HCM, ngày 20 tháng 02 năm 2017 Trưởng đơn vị chủ trì Tơn Ngọc Triều Chủ nhiệm đề tài Phạm Văn Lới i Đào Thị Mỹ Chi UBND TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG Độc lập - Tự - Hạnh phúc CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC ĐỀ CƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ NĂM HỌC 2016 - 2017 Tên đề tài: Tiếng Việt: ỨNG DỤNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP SỬ DỤNG PLC S7-400 Tiếng Anh: INDUSTRIAL COMMUNICATION APPLICATIONS USE PLC S7-400 Thời gian thực hiện: 06 tháng Bắt đầu từ tháng năm 2016 đến tháng 01 năm 2017 Đề tài có trùng với đề tài tiến hành không? Không Chủ nhiệm đề tài (Kèm theo Lý lịch khoa học theo biểu mẫu 02) - Họ tên: Phạm Văn Lới, Giới tính: Nam - Chuyên mơn đào tạo: Điện khí hóa - Cung cấp điện - Học hàm, học vị: Kỹ sư - Chức vụ: Giảng viên - Đơn vị công tác: Khoa Điện – Điện tử - Địa liên hệ: 29/1, Đường 19, P Linh Chiểu, Q Thủ Đức, Tp HCM - Số điện thoại: 0908566142; Email: loitrinhduc@gmail.com Tóm tắt hoạt động nghiên cứu chủ nhiệm đề tài (Các chương trình, đề tài nghiên cứu khoa học tham gia, công trình cơng bố liên quan tới phương hướng đề tài) Thời gian Tên đề tài/cơng trình Tư cách tham gia Cơ quan phối hợp cộng tác viên đề tài ii Cấp quản lý/nơi cơng bố (Ghi rõ đơn vị cá nhân mời nhận lời mời tham gia đề tài, cá nhân tham gia Đề tài phải có Lý lịch khoa học theo mẫu 02 ý kiến xác nhận đồng ý tham gia đồng thực đề tài) Cơ quan phối hợp Đồng chủ nhiệm TT Họ tên Khoa Điện – Điện tử Chuyên ngành Đào Thị Mỹ Chi Trường CĐ Công nghệ Thủ Thiết bị mạng nhà máy điện Đức Cơ quan/đơn vị ứng dụng kết nghiên cứu Tên quan/đơn vị ứng dụng kết Địa TT nghiên cứu Khoa Điện – Điện tử 53 Võ Văn Ngân – P Linh Chiểu – Trường CĐ Công nghệ Thủ Đức Quận Thủ Đức – Tp Hồ Chí Minh Thuyết minh cần thiết đề tai - Tổng quan cơng trình nghiên cứu ngồi nước liên quan tới vấn đề nghiên cứu đề tài Với nhu cầu lớn đội ngũ kỹ thuật đảm trách cơng việc lắp đặt, vận hành dây chuyền sản xuất đại nhà máy, khu cơng nghiệp Địi hỏi việc áp dụng cơng nghệ tự động hóa cần thiết Mục tiêu tự động hóa tăng suất lao động sản xuất vật tư, sản phẩm có giá thành thấp, sản xuất nhanh tốt Vai trị cơng nghệ tự động hóa kinh tế quốc dân phát triển xã hội to lớn Tự động hóa mang lại nhiều tiện ích mn màu mn vẻ sống văn minh đại Chính Đảng Nhà nước ta xác định tự động hóa bốn hướng công nghệ cao cần ưu tiên phát triển Để hội nhập phát triển xu tồn cầu hóa nay, lĩnh vực tự động hóa Việt Nam cần có cộng đồng rộng lớn chun gia tâm huyết, có mơi trường học tập nghiên cứu lành mạnh sách vĩ mơ hỗ trợ tri thức phát triển thích nghi với q trình “phẳng” hóa giới iii Truyền thông công nghiệp ngày phát triển mạnh mẽ nước ta nhà máy sản xuất hiệ đại công dụng lớn PLC chiếm thị trường khơng nhỏ, đặc biệt PLC S7-400, giúp điều khiển máy móc với phần mềm lập trình mãnh mẽ với nhiều ngơn ngữ khác nhau, dễ dàng lập trình tiêu chuẩn cho việc vận hành chức giám sát, bảo vệ, thân thiện với người dùng Nó có vi xử lý làm thơng minh hóa chức điều khiển, đánh dấu phát triển cơng nghệ tự động hóa Để giải vấn đề này, mặt phải khai thác sử dụng PLC S7-400 cách hiệu quả, mặt khác phải kết hợp PLC S7-400 với thiết bị khác để ứng dụng vào sản xuất nhằm đạt mục tiêu đề Do đó, cần có phương án đưa để nâng cao hiệu đáp ứng nhu cầu thực tiễn, đề tài ỨNG DỤNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP TRONG PLC S7400 đưa hướng tiếp cận cho sinh viên ngành CNKT Điện – Điện tử trường CĐCN Thủ Đức vào lĩnh vực tự động hoá sản xuất Đề tài nghiên cứu lý thuyết Sau xây dựng mơ hình lý thuyết phần mềm WIN CC tiến hành ứng dụng thiết bị - Lý chọn đề tài: + Tính thời đề tài: Ứng dụng truyền thông công nghiệp PLC S7-400 + Tính cấp thiết đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội, nâng cao chất lượng đào tạo: - Làm mơ hình lý thuyết ứng dụng giảng dạy mơn PLC - Làm mơ hình lý thuyết cho sinh viên tham khảo để nghiên cứu học tập qúa trình học tập Đơn vị, địa bàn tiến hành nghiên cứu (Phường/Xã, Quận/Huyện, Tỉnh/T.P, Vùng) - Hiểu biết thực tế tác giả đơn vị, địa bàn nghiên cứu + Nghiên cứu truyền thông công nghiệp + Các xưởng thực hành Điện công nghiệp, Điện tử công nghiệp – Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Tp HCM Mục tiêu đề tài iv - Nghiên cứu lý thuyết PLC, mạng truyền thơng cơng nghiệp; - Xây dựng mơ hình lý thuyết thí nghiệm 10 Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu lý thuyết truyền thơng cơng nghiệp; - Nghiên cứu mơ hình ứng dụng giảng dạy 11 Các phương pháp nghiên cứu sử dụng để nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu lý thuyết - Thực nghiệm mơ hình lý thuyết 12 Các chuyên đề nghiên cứu dự kiến đề tài (tên,nội dung chuyên đề) CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP CHƯƠNG 3: : MƠ HÌNH LÝ THUYẾT ỨNG DỤNG CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 13 Cấu trúc dự kiến báo cáo kết đề tài (chi tiết hoá chương mục) CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ 1.3 Phương pháp nghiên cứu 1.4 Ý nghĩa khoa học đề tài 1.5 Giới hạn đề tài 1.6 Điểm đề tài 1.7 Nội dung đề tài CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP 2.1 Truyền thông công nghiệp 2.2 Phần mềm WIN CC CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH LÝ THUYẾT ỨNG DỤNG 3.1 Giới thiệu 3.2 Mơ hình lý thuyết ứng dụng truyền thơng cơng nghiệp CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết luận v 4.2 Hướng phát triển 14 Tính đa ngành liên ngành đề tài - Đề tài liên quan đến ngành/chuyên ngành: PLC - Tính đa/liên ngành thể nội dung trình triển khai đề tài: Truyền thông công nghiệp – Tự động hóa 15 Khả sử dụng sở vật chất, trang thiết bị (tên phịng thí nghiệm sử dụng đề tài) - Phòng thực hành Máy điện – Truyền động điện - Phòng thực hành PLC 16 Khả hợp tác quốc tế - Hợp tác đã/đang có (tên tổ chức vấn đề hợp tác): chưa - Hợp tác có (tên tổ chức vấn đề hợp tác): chưa 17 Các hoạt động nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu lý thuyết  - Điều tra khảo sát - Xây dựng mơ hình thử nghiệm  - Biên soạn tài liệu - Viết báo cáo khoa học - Hội thảo khoa học  - Tập huấn  - Các hoạt động khác  18 Kết dự kiến 18.1 Kết khoa học - Dự kiến đóng góp đề tài: Mơ hình nghiên cứu giảng dạy - Số báo, sách, báo cáo khoa học dự kiến công bố: 01 18.2 Kết ứng dụng - Các sản phẩm cơng nghệ: mơ hình lý thuyết ứng dụng truyền thông công nghiệp ; vi - Khả ứng dụng thực tế kết quả: Dùng làm mơ hình lý thuyết dùng cho học tập, giảng dạy nghiên cứu cho Bộ môn/ Khoa 18.3 Kết ứng dụng khác Làm tiền đề cho nghiên cứu khác để phát triển mơ hình thơng minh khác 19 Nội dung tiến độ thực đề tài (các công việc cần triển khai, thời hạn thực sản phẩm đạt được) TT Thời gian thực Hoạt động nghiên cứu Từ tháng Đến tháng Thu thập viết tổng quan tài liệu 8/2016 9/2016 Xây dựng đề cương nghiên cứu chi tiết 8/2016 9/2016 CHƯƠNG 8/2016 9/2016 CHƯƠNG 9/2016 10/2016 Điều tra khảo sát, thí nghiệm, thu thập 10/2016 Sản phẩm khoa học 11/2016 số liệu CHƯƠNG 10/2016 12/2016 CHƯƠNG 10/2016 12/2016 Xử lý kết 12/2016 12/2016 Viết báo cáo chuyên đề 10/2016 12/2016 Số chuyên đề (như mục 2) 10/2016 12/2016 Hội thảo kỳ 10/2016 12/2016 Bổ sung số liệu/thử nghiệm/ứng dụng 10/2016 12/2016 Tổng kết số liệu 10/2016 12/2016 Viết báo cáo tổng hợp 12/2016 1/2017 Hội thảo lần cuối 11/2016 12/2016 Hoàn thiện báo cáo 11/2016 12/2016 Nộp sản phẩm 12/2016 1/2017 Nghiệm thu đề tài 12/2016 1/2017 20 Phân bổ kinh phí (Tuỳ theo đặc điểm chuyên môn đề tài, mục/tiểu mục bảng có thay đổi cho phù hợp) vii 21 Tài liệu tham khảo để viết đề cương - Tài liệu tiếng Việt: [1] Trương Đình Châu, Hồng Minh Trí, Nguyễn Đức Thành, Nguyễn Mộng Hùng “Scada: Phân tích thiết kế” NXB ĐHQG TPHCM Năm 2011 [2] PGS TS Phạm Văn Hòa, Ths Đặng Tiến Trung, Ths Lê Anh Tuấn “Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu SCADA hệ thống điện” NXB Bách Khoa Hà Nội Năm 2010 [3] Ths Nguyễn Xuân Quang “Giáo trình PLC S7-300 – Lý thuyết ứng dụng” – Đại học SPKT Tp HCM – Năm 2006 - Tài liệu tiếng Anh: [1] Bentley System, Incorporated "The Fundamentals of SCADA", 2011 [2] Michael LeMay "SCADA Protocols", IEEE Std 1397-2004 [3] John Tritek "Understanding SCADA System", Riptech, Inc 2001 TP HCM, ngày … tháng … năm … TP HCM, ngày 15 tháng năm 2016 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG XÉT DUYỆT TÁC GIẢ Phạm Văn Lới Đào Thị Mỹ Chi TP HCM, ngày … tháng … năm … TP HCM, ngày 15 tháng năm 2016 PHÒNG KHOA HỌC CƠNG NGHỆ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Tơn Ngọc Triều TP HCM, ngày … tháng … năm … HIỆU TRƯỞNG viii DANH MỤC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Mạng Profibus – Network Introduction Hình 2.2: Kết nối Master S7300 với Slave S7200 qua mạng Profibus DP Hình 2.3: Sử dụng cáp RS-485 kết nối qua chân số số Hình 2.4: Chuyển đổi liệu Master S7300-S7400 Slave S7200 qua vùng nhớ I, Q, V Hình 2.5: Kết nối Master S7300 với Slave S7300 qua mạng Profibus DP Hình 2.6: Chuyển đổi liệu Master S7300 Slave S7300 qua vùng nhớ I, Q Hình 2.7: Cấu hình phần cứng S7400 ET200 Hình 2.8: Kết nối mạng Profibus S7400 ET200 Hình 2.9: Chọn địa mạng Profibus S7400 ET200 Hình 2.10: Vùng địa I Q sử dụng chương trình S7400 ET200 Hình 2.11: Cấu hình phần cứng S7300 S7400 Hình 2.12: Kết nối mạng Profibus S7300 S7400 Hình 2.13: Cấu hình kết nối PROFIBUS S7300 S7400 10 Hình 2.14: Một Slave với địa tạo mạng PROFIBUS 10 Hình 2.15: Tạo Slave mạng PROFIBUS 11 Hình 2.16: chọn địa chỉ, kích thước, đơn vị để xác định liệu I / O 11 Hình 2.17: Kết cấu hình liệu I / O sau 12 Hình 2.18: Địa Master Slave 12 Hình 2.19: Chương trình Master Slave 13 Hình 2.20: Mạng Asi – Network Introduction 14 Hình 2.21: Mạng Asi – Master 15 Hình 2.22: AS–i Master CP242-2 16 ix Chế độ tự động: Cài đặt tính tốn thơng số tay theo thông số chuẩn khởi động hệ thống Các van bồn chứa sơn mở đề rót sơn vào cân trọng lượng Khi cân trọng lượng cân đủ thông số chọn ban đầu van đóng Các van cân trọng lượng mở để rót sơn vào bồn trộn Khi tất loại sơn từ cân trọng lượng rót hết vào bồn trộn van đóng Bồn trộn khuấy sơn với thời gian đặt trước sau ngưng Van xả bồn trộn mở rót sơn pha màu xong vào thùng chứa theo trọng lượng đặt trước Khi hệ thống lam việc xong động bơm sẻ bơm dung dịch vào hệ thống để rửa sơn Kết thúc trình làm việc 3.2.3.1 Thiết kế phần mềm PLC  Cấu hình phần cứng cho PLC  Lập bảng kí hiệu phần mềm PLC Hình 3.13(a): Bảng kí hiệu phần mềm PLC 56 Hình 3.13(b): Bảng kí hiệu phần mềm PLC Hình 3.13(c): Bảng kí hiệu phần mềm PLC 57  Sơ đồ kết nối PLC Hình 3.14: Sơ đồ kết nối phần mềm PLC  Viết chương trình phần mềm PLC 58 59 60 61 3.2.3.2 Thiết kế phần mềm WinCC  Tạo dự án Hình 3.15: Dự án phần mềm WinCC  Tạo Tag kết nối với PLC Hình 3.16 (a): Tạo Tag phần mềm WinCC 62 Hình 3.16 (b): Tạo Tag phần mềm WinCC Hình 3.16 (c): Tạo Tag phần mềm WinCC  Thiết kết giao diện HMI 63 Hình 3.17 (a): Thiết kế giao diện phần mềm WinCC Hình 3.17 (b): Thiết kế giao diện phần mềm WinCC 3.2.3.3 Hướng dẫn chạy mô chương trình PLC WinCC Thực thứ tự theo bước sau: Khởi động phần mềm PLC 64 Download phần cứng chương trình vào PLC Simulink Run chương trình PLC Simulink Khởi động phần mềm WinCC Run chương trình WinCC Chọn chế độ hoạt động Chọn màu sắc cần pha Đặt thời gian trộn Đặt trọng lượng thùng Đặt số mẽ trộn Khởi động hệ thống Hình 3.18 (a): Hệ thống hoạt động phần mềm WinCC 65 Hình 3.18 (b): Hệ thống hoạt động phần mềm WinCC Hình 3.18 (c): Hệ thống hoạt động phần mềm WinCC 66 Hình 3.18 (d): Hệ thống hoạt động phần mềm WinCC Hình 3.18 (e): Hệ thống hoạt động phần mềm WinCC 67 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết luận Đề tài nghiên cứu khoa hoc trình bày khái quát số phương pháp điều khiển giám sát hệ thống SCADA Làm bật mạng truyền thông công nghiệp ứng dụng phần mềm WinCC điều khiển giám sát hệ thống sản xuất tự động Với phương pháp đề xuất Ứng dụng truyền thông công nghiệp PLC S7400, liên kết phần mềm WinCC V7.2 với PLC S7400 để điều khiển giám sát hệ thống tự động hóa cách thuận tiện đa dạng nhiều lĩnh vực sản xuất Việc khai thác thiết bị điều khiển PLC S7400, trở nên có hiệu viết chương trình điều khiển giám sát phần mềm, nhằm đáp ứng yêu cầu công nghệ hệ thống sản xuất thực tế Đồng thời kết hợp ngõ vào, ngõ PLC đưa thiết bị điện – điện tử khác vào để ứng dụng hệ thống loại cảm biến, đếm, van điện từ, cân điện tử, rơ le, contactor, động điện,… Dựa vào yêu cầu công nghệ hệ thống sản xuất tự động thực tiễn, thiết kế giao diện HMI phần mềm WinCC V7.2 nhằm điều khiển giám sát tiện dụng, dễ dàng cho người vận hành đảm bảo yêu cầu kỹ thuật Việc phối hợp phần mềm WinCC PLC S7400 thiết kế mơ hình lý thuyết ứng dụng có tính ứng dụng thực tế cao, trực quan, dễ vận hành, mơ hình: Điều khiển giám sát hệ thống chiết rót, đống nắp, dán nhãn, đóng gói sản phẩm; Điều khiển giám sát hệ thống xử lý nước thải; Điều khiển giám sát hệ thống trộn màu sơn tự động Qua việc thực đề tài khai thác sức mạnh công nghệ thông tin việc tìm kiếm tài liệu nghiên cứu, sử dụng phần mềm SCADA thiết kế điều khiển cách hiệu Ứng dụng mơ hình lý thuyết vào giảng dạy học phần Điều khiển lập trình PLC nâng cao cho sinh viên ngành CNKT Đ-ĐT trường CĐCN Thủ Đức, nhằm nâng cao tính trực quan dạy hoc, giúp sinh viên hiểu rõ dây chuyền sản xuất thực tế 68 Khi thực thiết kế dự án, để thuận tiện ta làm theo theo trình tự: Cấu hình phần cứng cho PLC → Viết chương trình điều khiển phần mềm PLC→ Tạo kết nối PLC WinCC → Tạo biến điều khiển liên kết với PLC Win CC → Thiết kế giao diện HMI WinCC → Chạy mô → Kết nối phần cứng với thiết bị đầu cuối → Vận hành 4.2 Hướng phát triển Bên cạnh kết đạt được, đề tài hạn chế như: thực mơ hình lý thuyết ứng dụng, chưa thực mơ hình thực hành để ứng dụng vào giảng dạy phòng thực hành PLC Để tiếp tục phát triển đề tài thành mơ hình thực hành, cần trang bị thêm hệ thống mạng truyền thông công nghiệp mạng Profibus, AS-I,… phòng thực tập PLC, kết hợp với phương pháp điều khiển giám sát thu thập liệu khác, khai thác thêm tính ưu việt PLC S7400 WinCC chủ đạo./ 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt: [4] Trương Đình Châu, Hồng Minh Trí, Nguyễn Đức Thành, Nguyễn Mộng Hùng “Scada: Phân tích thiết kế” NXB ĐHQG Tp.HCM Năm 2011 [5] PGS TS Phạm Văn Hòa, Ths Đặng Tiến Trung, Ths Lê Anh Tuấn “Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu SCADA hệ thống điện” NXB Bách Khoa Hà Nội Năm 2010 [6] Ths Nguyễn Xuân Quang “Giáo trình PLC S7-300 – Lý thuyết ứng dụng” Đại học SPKT Tp HCM Năm 2006 Tài liệu tiếng Anh: [1] Bentley System, Incorporated "The Fundamentals of SCADA", 2006 [2] Michael LeMay "SCADA Protocols", IEEE Std 1397-2004 [3] John Tritek "Understanding SCADA System", Riptech, Inc 2001 70 ... cứu truyền thông công nghiệp + Các xưởng thực hành Điện công nghiệp, Điện tử công nghiệp – Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Tp HCM Mục tiêu đề tài iv - Nghiên cứu lý thuyết PLC, mạng truyền thông. .. LÝ THUYẾT TRUYỀN THƠNG CƠNG NGHIỆP 2.1 Truyền thơng cơng nghiệp 2.2 Phần mềm WIN CC CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH LÝ THUYẾT ỨNG DỤNG 3.1 Giới thiệu 3.2 Mơ hình lý thuyết ứng dụng truyền thông công nghiệp CHƯƠNG... lý thuyết truyền thông công nghiệp  Chương 3: Mơ hình lý thuyết thực nghiệm  Chương 4: Kết luận hướng phát triển CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP 2.1 Truyền thông công nghiệp SCADA