Nâng cấp hệ thống scada cho khâu khuấy kem trong dây chuyền sản xuất bột giặt tại nhà máy netco

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NÂNG CẤP HỆ THỐNG SCADA CHO KHÂU KHUẤY KEM TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BỘT GIẶT TẠI NHÀ MÁY NETCO GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI SVTH: NGUYỄN HỮU TRUNG HƯNG NGUYỄN AI LEN SKL009116 TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2022 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Ngành: CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐỀ TÀI: NÂNG CẤP HỆ THỐNG SCADA CHO KHÂU KHUẤY KEM TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BỘT GIẶT TẠI NHÀ MÁY NETCO GVHD: TS Nguyễn Văn Thái SVTH: Nguyễn Hữu Trung Hƣng MSSV: 18151186 SVTH: Nguyễn Ai Len MSSV: 18151195 Tp Hồ Chí Minh – 8/2022 n Báo cáo đồ án tốt nghiệp TRƢỜNG ĐẠI HỌC SPKT TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HĨA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN o0o NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Hữu Trung Hƣng MSSV: 18151186 Nguyễn Ai Len MSSV: 18151195 Chuyên ngành: CN KT Điều Khiển Tự Động Hóa Mã ngành: 7510303D Hệ đào tạo: Đại học quy Khóa: 2018 Lớp: 181511A I TÊN ĐỀ TÀI: NÂNG CẤP HỆ THỐNG SCADA CHO KHÂU KHUẤY KEM TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BỘT GIẶT TẠI NHÀ MÁY NETCO II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Các số liệu ban đầu: - Hệ thống nhà máy bột giặt NETCO bao gồm: PLC, bồn, băng tải, động cơ, cảm biến,… - Phần mềm Simatic Wincc v7.3; SQL SERVER Management Studio; Visual Studio 2017 - Dữ liệu cũ từ công thức nhà máy bột giặt Nội dung thực hiện: - Tìm hiểu SCADA, Simatic Wincc v7.3 Visual Studio - Tìm hiểu quy trình lấy liệu từ nhà máy - Tìm hiểu trình vận hành nhà máy, cách thức sản xuất hình thành sản phẩm BỘ MƠN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN n Trang i Báo cáo đồ án tốt nghiệp - Thiết kế giao diện SCADA điều khiển giám sát khâu khuấy kem dây chuyền sản xuất bột giặt nhà máy - Gắn Tag cho item giao diện, thiết kế code VBScript dùng giao diện hệ thống - Thiết kế lƣu trữ liệu dùng SQL SERVER Management Studio cho hệ thống - Thiết kết giao diện Web trình bày liệu từ SQL cài đặt thông số trực tuyến từ Web xuống Simatic Wincc III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01/03/2022 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 31/07/2021 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS NGUYỄN VĂN THÁI CÁN BỘ HƢỚNG DẪN BM TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN n Trang ii Báo cáo đồ án tốt nghiệp TRƢỜNG ĐẠI HỌC SPKT TP.HỒ CHÍ MINH CỘNG HĨA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN o0o -Tp.HCM, ngày 01 tháng 08 năm 2022 LỊCH TRÌNH TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Hữu Trung Hƣng Lớp: 181511A MSSV: 18151186 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Ai Len Lớp: 181511A MSSV: 18151195 Tên đề tài: NÂNG CẤP HỆ THỐNG SCADA CHO KHÂU KHUẤY KEM TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BỘT GIẶT TẠI NHÀ MÁY NETCO Tuần/ngày 24/02/2022 – 01/03/2022 Nội dung Thực chọn đề tài Gặp GVHD để đƣợc phổ biến quy định xác nhận đề tài 01/03/2022 – 07/03/2022 Viết đề cƣơng chi tiết 08/03/2022– 15/03/2022 16/03/2022 – 23/03/2022 24/03/2022 – 01/04/2022 02/04/2022 –20/04/2022 Xác nhận GVHD Nghiên cứu đề tài, tìm tài liệu liên quan Thiết kế giao diện WINCC Code VB Script cho giao diện SCADA Thiết kế lƣu trữ liệu 21/04/2022 – 14/05/2022 Thiết kế giao diện Web 15/05/2022 – 31/06/2022 Chạy hệ thống thực cân chỉnh BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN n Trang iii Báo cáo đồ án tốt nghiệp 01/07/2022 – 31/07/2022 Viết báo cáo đồ án GV HƢỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) TS Nguyễn Văn Thái BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN n Trang iv Báo cáo đồ án tốt nghiệp LỜI CAM ĐOAN Nhóm xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu đổ án trung thực chƣa đƣợc sử dụng để bảo vệ học vị Mọi giúp đỡ cho việc thực đồ án đƣợc cảm ơn thơng tin trích dẫn đồ án đƣợc rõ nguồn gốc rõ ràng đƣợc phép cơng bố Tp Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 08 năm 2022 Nhóm sinh viên thực đề tài Nguyễn Hữu Trung Hƣng BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN n Nguyễn Ai Len Trang v Báo cáo đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình theo đuổi hồn thành đề tài, gặp phải nhiều khó khăn thử thách, nhƣng đƣợc giúp đỡ, hỗ trợ kịp thời từ quý Thầy Cô bạn nên Đồ án Tốt nghiệp nhóm hồn thành tiến độ Nhóm thực xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Thái tận tình theo sát hƣớng dẫn, bảo kinh nghiệm ln sẵn sàng hỗ trợ nhóm suất q trình nghiên cứu thực đề tài Nhóm xin cảm ơn thành viên 3DVisionLab có ý kiến đóng góp bổ sung khích lệ giúp nhóm hồn thành tốt đề tài Chúng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cha mẹ đấng sinh thành hậu phƣơng vững đồng hành, hỗ trợ chúng vật chất tinh thần Đã tạo điều kiện để chúng bƣớc vào giảng đƣờng đại học, đƣợc trau dồi, tìm hiểu, học hỏi cải thiện thân nhiều lĩnh vực sống Luôn bên ủng hộ nguồn động lực dồi cho chúng Mặc dù nhóm thực đề tài cố gắng hoàn thiện đƣợc đồ án, nhƣng q trình soạn thảo, kiến thức cịn hạn chế nên cịn nhiều thiếu sót Nhóm đồ án mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến quý thầy bạn sinh viên Sau nhóm thực xin chúc Thầy Cô sức khỏe, thành công tiếp tục đào tạo sinh viên giỏi đóng góp cho đất nƣớc Chúc bạn sức khỏe, học tập thật tốt để không phụ công lao Thầy Cô giảng dạy Nhóm thực xin chân thành cảm ơn Trân trọng Nhóm thực đồ án Nguyễn Hữu Trung Hƣng BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN n Nguyễn Ai Len Trang vi Báo cáo đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỊCH TRÌNH TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii LỜI CAM ĐOAN v LỜI CẢM ƠN vi MỤC LỤC vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT: x DANH MỤC HÌNH ẢNH: xii DANH MỤC BẢNG: xv TÓM TẮT xvi CHƢƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.3 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.4 CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.4.1 Cách tiếp cận 1.4.2 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.5 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.6 BỐ CỤC CUỐN BÁO CÁO CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU SCADA 2.1.1 Giới thiệu SCADA 2.1.2 Hoạt động hệ thống SCADA 2.1.3 Cấu trúc hệ thống SCADA 2.1.4 Mơ hình phân cấp hệ thống SCADA 2.2 KHÂU KHUẤY KEM TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT NHÀ MÁY 10 2.2.1 Nguyên lý tổng quát dây chuyền sản xuất 10 BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN n Trang vii Báo cáo đồ án tốt nghiệp 2.2.2 Chi tiết nguyên lý hoạt động Khâu Khuấy Kem 10 2.3 GIỚI THIỆU SIMATIC WINCC v7 11 2.3.1 Tổng quan WinCC 11 2.3.2 Simatic Wincc 12 2.4 GIỚI THIỆU SQL SERVER MANAGEMENT STUDIO 12 2.4.1 Tổng quan SQL 12 2.4.2 Chức SQL 13 2.4.3 Phân loại câu lệnh SQL 14 2.4.4 Các câu lệnh SQL phổ biến [10] 14 2.5 GIỚI THIỆU VISUAL STUDIO 18 2.5.1 Tổng quan Visual Studio 18 2.5.2 Tính Visual Studio 18 2.6 GIỚI THIỆU VỀ WEB SERVER 19 2.6.1 Tổng quan WEB SERVER 19 2.6.2 Cách thức hoạt động WEB SERVER 20 2.6.3 Các loại Web SERVER thông dụng [12] 20 2.7 NGÔN NGỮ ĐÁNH DẤU SIÊU VĂN BẢN HTML 23 2.7.1 Tổng quan ngôn ngữ đánh dấu siêu văn HTML 23 2.7.2 Cách thức hoạt động HTML 23 2.7.3 Vai trò HTML lập trình Web 24 2.7.4 Các thuật ngữ HTML phổ biến 24 2.7.5 Bố cục HTML 25 2.7.6 Các tag thông dụng HTML 26 2.7.7 Liên kết CSS HTML 26 CHƢƠNG NỘI DUNG THỰC HIỆN 28 3.1 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 28 3.1.1 Thiết kế sơ đồ khối 28 3.1.2 Thiết kế phần mềm 29 3.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 34 3.2.1 Thiết kế giao diện điều khiển giám sát hệ thống 35 3.2.2 Thiết kế lƣu trữ sở liệu cho hệ thống 44 3.2.3 Tạo địa DNS cho bảng lƣu trữ liệu 51 3.2.4 Thiết kế giao diện WEB hiển thị liệu đƣợc lƣu trữ 51 CHƢƠNG KẾT QUẢ-NHẬN XÉT-ĐÁNH GIÁ 54 4.1 KẾT QUẢ 54 4.1.1 Giao diện SCADA 54 4.1.2 Bộ lƣu trữ liệu SQL SERVER 56 4.1.3 Giao diện Web SERVER 64 BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN n Trang viii CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ-NHẬN XÉT-ĐÁNH GIÁ Hình 4.17 Dữ liệu cập nhật bảng phân quyền Kết quả: - Các liệu đƣợc đƣa xuống với tốc độ 10s/lần Dữ liệu xác so với hoạt động trực tiếp nhà máy Một số ô liệu bị code chƣa hồn thiện Một số cột liệu khơng cập nhật số thời gian ngẫu nhiên không đáng kể 4.1.3 Giao diện Web SERVER Hình 4.18 Giao diện đăng nhập Web SERVER BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN n Trang 64 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ-NHẬN XÉT-ĐÁNH GIÁ Hình 4.19 Giao diện danh mục quản lý Hình 4.20 Giao diện thơng tin ngun liệu BỘ MƠN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN n Trang 65 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ-NHẬN XÉT-ĐÁNH GIÁ Hình 4.21 Giao diện cài đặt bồn chứa nguyên liệu Hình 4.22 Giao diện cài đặt sản phẩm BỘ MƠN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN n Trang 66 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ-NHẬN XÉT-ĐÁNH GIÁ Hình 4.23 Giao diện quản lý phân quyền Hình 4.24 Giao diện quản lý nhân viên BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN n Trang 67 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ-NHẬN XÉT-ĐÁNH GIÁ Hình 4.25 Giao diện phân quyền cho nhân viên BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN n Trang 68 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ-NHẬN XÉT-ĐÁNH GIÁ Hình 4.26 Giao diện quản lý thiết bị Hình 4.27 Giao diện thơng báo lỗi cân xả BỘ MƠN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN n Trang 69 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ-NHẬN XÉT-ĐÁNH GIÁ Hình 4.28 Giao diện lịch sử đăng nhập BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN n Trang 70 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ-NHẬN XÉT-ĐÁNH GIÁ Hình 4.29 Giao diện lịch sử thao tác ngƣời vận hành BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN n Trang 71 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ-NHẬN XÉT-ĐÁNH GIÁ Hình 4.30 Giao diện lịch sử sản xuất Hình 4.30a Giao diện file excel sau xuất liệu từ WEB BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN n Trang 72 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ-NHẬN XÉT-ĐÁNH GIÁ Hình 4.31 Giao diện lịch sử thiết bị Hình 4.32 Giao diện xóa lịch sử BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN n Trang 73 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ-NHẬN XÉT-ĐÁNH GIÁ Kết quả: - Hiển thị đầy đủ liệu từ nơi lƣu trữ Tốc độ cập nhật cao, liên tục Giao diện hoạt động tƣơng đối ổn định Một số cột liệu không cập nhật vài thời điểm ngẫu nhiên, không đáng kể 4.2 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ Qua trình thực đề tài, nhóm tìm hiểu đƣợc quy trình hoạt động thực tế nhà máy sản xuất (cụ thể bột giặt), sở lý thuyết liên quan đến đề tài nhƣ tổng thể cấu trúc hệ thống SCADA; cách thiết kế giao diện điều khiển giám sát; phƣơng pháp truyền nhận liệu; lý thuyết ngơn ngữ lập trình HTML; khởi tạo trang Web lƣu trữ liệu cài đặt thông số vận hành o Đối với thiết kế giao diện WinCC, nhóm tiếp cận từ bƣớc từ việc khởi tạo, sử dụng item có sẵn thƣ viện, vẽ item theo thiết kế riêng đến việc tạo code cho item thay đổi màu sắc, chuyển động, thể thông số thực tế, thay đổi nhanh trang hình Tìm hiểu sâu màu sắc giao diện để đạt đƣợc tiêu chí giao diện đẹp, tối ƣu ngƣời giám sát - điều khiển dễ dàng, không bị ảnh hƣởng nhiều đến thị lực o Đối với việc truyền nhận liệu, qua việc tìm hiểu quy trình hoạt động dây chuyền sản xuất để nắm đƣợc tất thông số thực tế cần lƣu trữ, thao tác vận hành, cài đặt, lỗi thiết bị việc cung cấp nguyên liệu, chế biến nguyên liệu Từ đó, tạo code để đƣa tất liệu bảng lƣu trữ theo thời gian cố định o Đối với việc đƣa liệu hiển thị cài đặt thơng số thiết bị Web, nhóm tạo đƣợc giao diện web hiển thị xác, tối ƣu Việc cài đặt chuẩn, khơng lỗi Q trình chạy ổn định, khơng giật lag BỘ MƠN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN n Trang 74 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 KẾT LUẬN 5.1.1 Kết đạt đƣợc Sau tổng hợp kết đạt đƣợc đem so sánh với yêu cầu, mục tiêu đề tài cho thấy hệ thống đáp ứng tƣơng đối đầy đủ, xác với kết nhƣ sau: - - Giao diện điều khiển giám sát thu thập liệu hoạt động tƣơng đối ổn định, thông số thiết bị hiển thị rõ ràng, trạng thái cảm biến, van, cân hiển thị với hoạt động thực tế nhà máy Xây dựng đƣợc bảng lƣu trữ liệu từ hoạt động trực tiếp nhà máy trình hệ thống sản xuất bột giặt hoạt động trực tiếp Giao diện Web dễ thao tác, hoạt động tƣơng đối ổn định 5.1.2 Những mặt hạn chế - Một số cột liệu số thời gian ngẫu nhiên không cập nhật liệu (code chƣa tối ƣu) dẫn đến việc hiển thị Web bị gián đoạn - Giao diện Web cịn thơ sơ, chƣa chuyên nghiệp - Code VB Script chƣa thật tối ƣu, số thời điểm bị lỗi không đáng kể 5.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN Từ mặt hạn chế, nhóm đề hƣớng phát triển để hồn thiện đề tài: - Kiểm tra cân chỉnh code cho tối ƣu Thiết kế khâu lại vận hành tồn hệ thống máy tính giám sát điều khiển BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN n Trang 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu sách: [1] PGS.TS Phạm Văn Hòa, Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu SCADA hệ thống điện (6/2010) [2] TS Lê Văn Phùng, Cơ sở liệu quan hệ công nghệ phân tích thiết kế (2018) [3] Nhà xuất xây dựng, Giáo Trình Lập Trình Cơ Sở (2020) [4] Charles Wyke-Smith, Định Kiểu Web Với CSS - Phiên Bản Lần Thứ (2019) [5] Jon Duckett, HTML and CSS: Design and Build Websites (2011) [6] TS Lê Ngọc Bích, KS Phạm Quang Huy, Mạng truyền thông công nghiệp SCADA Lý thuyết – thực hành (2019) Tài liệu website: [7] “Tổng quan SCADA” (Supervisory Control and Data Acquisition System) 2022 Available at: https://mesidas.Com/scada/ (Accessed: 28 May 2022) [8] "Giới thiệu hệ thống điều khiển giám sát SCADA" 2022 Songnguyen.Vn Available at: https://songnguyen.vn/gioi-thieu-he-thong-dieu-khien-giam-sat-scada/ [9] “SQL Là Gì? Tổng Quan Về SQL?” 2022 Available at: http://sqladvice.Com/tong-quan-ve-sql/ [10] “Tổng quan SQL” 2022 Nguyễn Trang Available at: https://quantrimang.Com/tong-quan-ve-sql [11] “Chi tiết chuẩn giao tiếp truyền thông RS232, RS422, RS485” 2022 Available at: https://mesidas.com/chuan-rs232-rs422-rs485/ [12] “Tổng quan HTML & CSS” 2022 Available at: https://tuhoclaptrinh.edu.vn/bai-viet/tong-quan-ve-html-css-348.html (Accessed: June 2022) [13] “Quản trị nguồn liệu ODBC” 2022 Available at: https://support.microsoft.com/vi-vn/office/qu%E1%BA%A3n-tr%E1%BB%8B- BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN n Trang 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO ngu%E1%BB%93n-d%E1%BB%AF-li%E1%BB%87u-odbc-b19f856b-5b9b-48c98b93-07484bfab5a7 (Accessed: June 2022) [14] “Hệ quản trị sở liệu SQL Server gì?” 2022 Available at: https://vn.gotit.ai/blog/he-quan-tri-co-so-du-lieu-sql-server-la-gi (Accessed: June 2022) [15] Anh Nguyễn Sự khác biệt HTML CSS (2022) Available at: https://hocjavascript.net/html/su-khac-biet-giua-html-va-css/ (Accessed: 23 July 2022) BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN n Trang 77 S K L 0