Giáo trình lắp đặt, vận hành hệ thống cơ điện tử (nghề tự động hoá công nghiệp trung cấp)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ NGHỀ: TỰ ĐỘNG HOÁ CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐCG ngày tháng năm 2019 Hiệu trưởng trường Cao đẳng giới Quảng Ngãi, năm 2019 (Lưu hành nội bộ) TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Lắp đặt, vận hành hệ thống điện tử Mô đun sở biên soạn dựa chương trình khung, chương trình dạy nghề Bộ Lao độngThương binh Xã hôi Tổng cục dạy nghề ban hành dành cho hệTrung cấp nghề TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP Mơ đun cung cấp cho học viên kiến thức thành phần hệ thống điện tử, bao gồm cảm biến, điều khiển thiết bị tự động Học viên hướng dẫn cách lắp đặt thành phần kết nối chúng với để tạo thành hệ thống hoạt động Ngồi ra, mơ đun cung cấp kiến thức phương pháp điều khiển điều chỉnh hệ thống điện tử Học viên học cách sử dụng công cụ phần mềm điều khiển để điều chỉnh thông số hệ thống, giúp chúng hoạt động hiệu ổn định Ở Việt Nam có nhiều giáo trình, tài liệu tham khảo, sách hướng dẫn tập mô đun Lắp đặt, Vận hành hệ thống Cơ điện chương trình khung nghề tự động hóa cơng nghiệp biên soạn biên dịch nhiều tác giả, chuyên gia đầu ngành tự động hóa Tuy nhiên nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng trình đào tạo nhà trường phải bám sát chương trình khung giáo trình Lắp đặt, Vận hành hệ thống Cơ điện tử biên soạn tham gia giảng viên trường Cao đẳng Cơ giới dựa sở chương trình khung đào tạo ban hành, trường Cao đẳng Cơ giới với giáo viên có nhiều kinh nghiệm tham khảo nguồn tài liệu khác để thực biên soạn giáo trình Thiết kế chế tạo mạch in hàn chân linh kiện vụ cho cơng tác giảng dạy Giáo trình thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống Mô đun ( MĐ 26) chương trình đào tạo nghề TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP cấp trình độ trung cấp dùng làm giáo trình cho học viên khóa đào tạo, sau học tập xong mơ đun này, học viên có đủ kiến thức để học tập tiếp môn học, mô đun khác nghề Quảng Ngãi, ngày tháng năm 2019 Tham gia biên soạn Bùi Xin ………… ……… … MỤC LỤC NỘI DUNG Tuyên bố quyền Lời giới thiệu Bài 1: Tính chất ứng dụng cảm biến Bài 2: Lập trình sử dụng ngơn ngữ SFC Bài 3: Lắp ráp trạm hệ thống điện tử có sử dụng cảm biến Bài 4: Lắp ráp trạm hệ thống điện tử: trạm sản xuất Bài 5: Lắp ráp hệ thống vận chuyển: Băng tải Bài 6: Ứng dụng Bus trường hệ thống điện tử Bài 7: Vận hành, giám sát điều khiển qua hình ảnh HMI Tài liệu tham khảo: 12 24 78 101 120 124 127 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mô đun: LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Mã mơ đun: MĐ 26 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị Mơn học: - Vị trí: Mơ đun bổ trí sau học xong mơn học Điều khiển khí nén - thủy lực học song song với môn học Mạng truyền thông công nghiệp học trước môn học , mơ đun chun mơn khác - Tính chất: Là môn học Kỹ thuật sở , thuộc môn học đào tạo nghề bắt buộc + Về kiến thức: A1 Trình bày tiêu chuẩn hình thành vẽ kỹ thuật A2 Mơ tả quy trình thiết kế, nạp chương trình PLC thử nghiệm, vận hành hệ thống điện tử A3 Nhận biết cảm biến phận/phần tử hệ thống điện tử + Về kỹ năng: B1 Lắp ráp đấu nối cho PLC hệ thống điện tử theo tiêu chuẩn công nghiệp sử dụng kết nối B2 Khắc phục lỗi phần tử khí, điện phần mềm hệ thống điện tử + Năng lực tự chủ trách nhiệm: C1 Chủ động, nghiêm túc học tập cơng việc C2 Giữ gìn vệ sinh cơng nghiệp, đảm bảo an toàn cho người thiết bị Chương trình khung nghề Tự Động Hố Cơng Nghiệp Thời gian học tập (giờ) Mã MH/ Tên mô đun, mơn học MĐ I Số tín Tổng số 12 255 94 148 13 Trong Thực Lý Kiểm hành/ thực tập/thí thuyết tra nghiệm/bài tập Các mơn học chung/đại cương MH 01 Chính trị 30 15 13 MH 02 Pháp luật 15 MH 03 Giáo dục thể chất 30 24 MH 04 Giáo dục quốc phòng an ninh 45 21 21 MH 05 Tin học 45 15 29 MH 06 Ngoại ngữ (Anh văn) 90 30 56 Các môn học, mô đun chuyên môn ngành nghề 77 1668 468 1088 112 Môn học, mô đun sở 24 435 185 214 36 MH 07 Kỹ thuật an toàn lao động 30 21 MH 08 Nguyên lý máy - chi tiết máy 45 31 10 MH 09 Điện kỹ thuật 30 21 MH 10 Vẽ kỹ thuật 30 15 13 MĐ 11 Máy điện 90 35 49 MĐ 12 Điện 60 23 31 MĐ 13 Kỹ thuật điện tử 60 13 43 MĐ 14 AutoCAD 60 18 36 MĐ 15 Kỹ thuật nguội 30 19 Môn học, mô đun chuyên môn 53 1233 283 874 76 MĐ 16 Kỹ thuật số 75 20 49 MĐ 17 Kỹ thuật cảm biến 45 15 27 MĐ 18 Điện tử công suất 45 15 28 MĐ 19 PLC 90 26 56 MĐ 20 PLC nâng cao 60 10 42 MĐ 21 Trang bị điện 120 28 84 MĐ 22 Thiết bị hệ thống tự động 90 26 58 MĐ 23 Vi điều khiển 90 26 57 II II.1 II.2 Thời gian học tập (giờ) Mã MH/ Tên mô đun, môn học MĐ Số tín Tổng số Trong Thực Lý Kiểm hành/ thực tập/thí thuyết tra nghiệm/bài tập MĐ 24 Gia cơng khí máy cơng cụ 75 24 48 MĐ 25 Điều khiển khí nén - thủy lực 90 30 55 MĐ 26 Lắp đặt vận hành hệ thống điện tử 90 23 61 MĐ 27 Mạng truyền thông công nghiệp 75 25 46 MĐ 28 Thực tập tốt nghiệp 10 288 15 263 10 89 1923 562 1236 125 Tổng cộng Chương trình chi tiết mơ đun Thời gian TT Tên mô đun Tổng Lý thuyết Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập Kiểm tra Tính chất ứng dụng cảm biến 14 7 Lập trình sử dụng ngơn ngữ SFC 10 Lắp ráp trạm hệ thống điện tử có ứng dụng cảm biến 18 15 Lắp ráp trạm hệ thống điện 18 tử: Trạm tay máy 13 18 12 Lắp ráp chuyển: băng tải hệ thống vận Ứng dụng bus trường hệ thống điện tử 3 Vận hành, giám sát điều khiển qua hình ảnh 90 23 61 Cộng *Ghi chú: Thời gian kiểm tra tích hợp lý thuyết với thực hành tính vào thực hành Điều kiện thực mơn học: 3.1 Phịng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn 3.2 Trang thiết bị dạy học: máy vi tính có phần mền PLC, bảng, phấn, tranh 3.3 Học liệu, dụng cụ, mơ hình, phương tiện: Giáo trình, mơ hình thực hành, dụng cụ đồ nghề 3.4 Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế mạch điện tử cơng suất nhà máy, xí nghiệp cơng nghiệp Nội dung phương pháp đánh giá: 4.1 Nội dung: - Kiến thức: Đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất nội dung nêu mục tiêu kỹ - Năng lực tự chủ trách nhiệm: Trong trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu trước đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học + Nghiêm túc trình học tập 4.2 Phương pháp: Người học đánh giá tích lũy mơn học sau: 4.2.1 Cách đánh giá - Áp dụng quy chế đào tạo Trung cấp hệ quy ban hành kèm theo Thơng tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH, ngày 13/3/2017 Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh Xã hội - Hướng dẫn thực quy chế đào tạo áp dụng Trường Cao đẳng Cơ giới sau:Điểm đánh giá + Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) + Điểm thi kết thúc môn học 4.2.2 Phương pháp đánh giá Phương pháp Phương pháp đánh giá tổ chức Thường xuyên Định kỳ Hình thức kiểm tra Viết/ Tự luận/ Thuyết trình Trắc nghiệm/ Báo cáo Viết Tự luận/ thực hành Trắc nghiệm/ thực hành Trọng số 40% 60% Chuẩn đầu đánh giá Số cột A1, C1, C2 A2, B1, C1, C2 Thời điểm kiểm tra Sau 20 Sau 40 Kết thúc môn học Vấn đáp thực hành Vấn đáp thực hành mơ hình A1, A2, A3, B1, B2, C1, C2, Sau 90 4.2.3 Cách tính điểm - Điểm đánh giá thành phần điểm thi kết thúc môn học chấm theo thang điểm 10 (từ đến 10), làm tròn đến chữ số thập phân - Điểm môn học tổng điểm tất điểm đánh giá thành phần môn học nhân với trọng số tương ứng Điểm mơn học theo thang điểm 10 làm trịn đến chữ số thập phân, sau quy đổi sang điểm chữ điểm số Hướng dẫn thực môn học 5.1 Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Trung cấp 5.2 Phương pháp giảng dạy, học tập môn học 5.2.1 Đối với người dạy * Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: Trình chiếu, thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, tập cụ thể, câu hỏi thảo luận nhóm… * Thực hành: - Phân chia nhóm nhỏ thực tập thực hành theo nội dung đề - Khi giải tập, làm Thực hành, thí nghiệm, tập: Giáo viên hướng dẫn, thao tác mẫu sửa sai chỗ cho nguời học - Sử dụng mơ hình, học cụ mô để minh họa tập ứng dụng loại thiết bị điều khiển * Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân cơng thành viên nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo u cầu nội dung học, nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép viết báo cáo nhóm 5.2.2 Đối với người học: Người học phải thực nhiệm vụ sau: - Nghiên cứu kỹ học nhà trước đến lớp Các tài liệu tham khảo cung cấp nguồn trước người học vào học môn học (trang web, thư viện, tài liệu ) - Sinh viên trao đổi với nhau, thực thực hành báo cáo kết - Tham dự tối thiểu 70% giảng tích hợp Nếu người học vắng >30% số tích hợp phải học lại mơ đun tham dự kì thi lần sau - Tự học thảo luận nhóm: Là phương pháp học tập kết hợp làm việc theo nhóm làm việc cá nhân Một nhóm gồm 2-3 người học cung cấp chủ đề thảo luận trước học lý thuyết, thực hành Mỗi người học chịu trách nhiệm số nội dung chủ đề mà nhóm phân cơng để phát triển hồn thiện tốt tồn chủ đề thảo luận nhóm - Tham dự đủ kiểm tra thường xuyên, định kỳ - Tham dự thi kết thúc môn học - Chủ động tổ chức thực tự học Tài liệu tham khảo: TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Doãn Phước – Phan Xuân Minh – Vũ Văn Hà: Tự động hóa với Simatic s7_200 Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [2] Trung tâm Việt - Đức: Kỹ thuật điều khiển lập trình, Trung tâm Việt Đức [3] Guenter – Wellenreuther – Dieter Zastrow: Automaticsieren mit SPS Theorie und Phraxsis, Viweg [4] Siemens: LAD and FBD, fourth edition, siemens [5] Siemens: Workshop to Promote the S7-200 automation platform, Siemens [6]- Lắp đặt vận hành trạm điện tử tác giả Phạm Thanh Tùng [7]- MPS use manual - FESTO DIDACTIC [8]- Proximity sensor - PESTO DIDACTIC 10 sử dụng để điều khiển đèn giao thông, cung cấp hướng dẫn cảnh báo cho người tham gia giao thơng Quản lý tịa nhà thơng minh: Trong hệ thống quản lý tịa nhà thơng minh, hình ảnh sử dụng để giám sát điều khiển thiết bị ánh sáng, nhiệt độ, hệ thống an ninh thiết bị điện tử khác Các hệ thống sử dụng camera công 7.1.1 Kiến thức HMI : Phương pháp tiếp cận HMI kiến thức thiết bị HMI.Cách tìm tài liệu phần mềm số hãng HMI phổ thông thị trường Weintek, Delta, LS, Omron, Mitsubishi, Siemens, Scheider, ABB, Rockwell, Trong tài liệu có sử dụng số hình ảnh từ tài liệu manual, e-learning hãng Weintek, Delta, LS, Omron, Mitsubishi, Siemens, Scheider, ABB, Rockwell, ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ Một số thuật ngữ sử dụng tài liệu: HMI: Giao tiếp người – máy PLC: Bộ điều khiển logic lập trình Manual: Tài liệu hướng dẫn Products: Sản phẩm Support: Hỗ trợ Services: Dịch vụ Software: Phần mềm Windows Embedded CE: Hệ điều hành nguồn mở, sử dụng cho hệ thống nhúng 159 ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ • • • CPU: Bộ xử lý trung tâm RAM: nhớ tạm lưu trữ thông tin hành để CPU truy xuất xử lý ROM: nhớ cho phép đọc EEPROM: nhớ cho phép đọc, xóa cập nhật lại chương trình IPxx: Là cấp độ bảo vệ chống lại xâm nhập vật thể rắn lỏng (Ví dụ IP66 cấp độ bảo vệ chống bụi xâm nhập chống nước phun từ phía) Khái niệm chung Thiết bị giao diện người – máy hiểu thiết bị điện, điện tử làm nhiệm vụ giao tiếp người điều hành thiết bị máy móc Tùy vào mục đích sử dụng mà thiết bị có chức năng: điều khiển, giám sát điều khiển giám sát Thuật ngữ giao tiếp người - máy dịch từ cụm từ Human Machine Interface (viết tắt HMI) Như vậy, thiết bị làm nhiệm vụ giao tiếp người máy móc hiểu thiết bị HMI Người dùng sử dụng thiết bị thường sử dụng trang giao diện hình để thực chức điều khiển, giám sát Do đó, gọi thiết bị HMI với tên gọi thiết bị giao diện người – máy Hình 7.1: Vai trị, vị trí HMI hệ thống 160 HMI thường sử dụng để giao tiếp với PLC, vi điều khiển bo mạch chuyên dụng để thực yêu cầu công nghệ định Một số lý mà lựa chọn HMI hệ thống: ▪ Tiết kiệm tín hiệu vào, đầu ra; ▪ Hiển thị thông tin cách trực quan, dễ hiểu; ▪ Lưu trữ thông tin liệu cài đặt, cảnh báo , cố, quản lý người dùng; ▪ Hoạt động bền bỉ, tin cậy môi trường công nghiệp Hầu hết thiết bị HMI phải tích hợp hệ điều hành Windows Embedded CE, nhớ RAM, ROM EEPROM đề thực nhiệm vụ sau: • Chạy chương trình định với nhiều giao diện vận hành người lập trình thiết kế; • Thực truyền thơng, giao tiếp với PLC, vi điều khiển, bo mạch chuyên dụng, HMI khác, máy tính Về mặt kết nối vật lý HMI thường có cổng giao tiếp như: rs232, rs422/485, erthenet, usb Trong số trường hợp HMI máy tính bảng, điện thoại thơng minh kết nối mạng không dây wifi chẳng hạn Thiết bị HMI là: • Máy tính bàn kết hợp với chuột, bàn phím; laptop; • Điện thoại, máy tính bảng; • Thiết bị chun dụng sản xuất hãng Weintek, Delta, LS, Omron, Mitsubishi, Siemens, Scheider, ABB, Rockwell, Trong tài liệu quan tâm làm việc với thiết bị HMI chuyên dụng sản xuất hãng Weintek, Delta, LS, Omron, Mitsubishi, Siemens, Scheider, ABB, Rockwell, 7.1.2 Vai trò, ý nghĩa thiết bị HMI Một số vai trị thiết bị HMI là: • Được sử dụng dạng bảng điều khiển, giám sát • Sử dụng dạng thiết bị đầu cuối 7.1.2.1 Được sử dụng dạng bảng điều khiển, giám sát Trước đây, để điều khiển vận hành máy móc người ta sử dụng bảng điều khiển 161 bao gồm thiết bị điều khiển hiển thị hình 1.2 Hình 7.2: Bảng điều khiển dành cho người vận hành Thiết bị HMI sử dụng để thay bảng điều khiển cách số hóa chức bảng điều khiển bổ sung thêm chức hiển thị thông tin dạng văn bản, đồ họa, bàn phím ảo, cảm ứng,v.v… Hình 7.3: Thiết bị HMI sử dụng để thay bảng vận hành 162 Hình 7.4: Lợi ích việc sử dụng HMI thay cho bảng điều khiển Tuy nhiên số trường hợp nhu cầu vận hành q đơn giản khơng thiết dùng đến HMI phát sinh thêm chi phí Ví dụ mạch điều khiển động bơm chạy luân phiên cần nút nhấn, đèn báo, định khơng cần dùng đến PLC HMI Hoặc số nút nhấn có vai trị quan trọng địi hổi độ tin cậy cao nút dừng khẩn cấp giữ lại, khơng nên dùng nút nhấn HMI để thay 7.1.2.2 Được sử dụng dạng thiết bị đầu cuối Thiết bị HMI sử dụng để giao tiếp với thiết bị đầu cuối, ví dụ đầu đọc mã vạch hình Hình 7.5: Thiết bị HMI sử dụng để giao tiếp với máy đọc mã vạch 163 Hiện nay, mã vạch sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực nhằm mục đích quản lý truy xuất nguồn gốc Hầu hết thiết bị HMI tích hợp tính giao tiếp với máy đọc mã vạch, điều cho phép thông tin nhập vào hiển thị HMI thực cách linh hoạt, nhanh chóng Một ứng dụng khác thiết bị HMI sử dụng để trao đổi thông tin thiết bị PLC, PC, Tablet, Mobile thông qua giao thức mạng truyền thông Hình 7.6: Thiết bị HMI đóng vai trị thiết bị đầu cuối mạng truyền thông 7.1.2.4 Phân loại, lựa chọn thiết bị HMI Có nhiều hãng sản xuất thiết bị HMI, nhiệm vụ phân tích lựa chọn hãng sản xuất, mã thiết bị cho phù hợp Các tiêu chí lựa chọn kể đến là: • Khả kết nối HMI ( tức HMI kết nối với thiết bị nào); • Hệ điều hành, lõi chip, nhớ chương trình HMI; • Kích thước hình HMI, có cảm ứng hay khơng; • Điều kiện làm việc môi trường, nhiệt độ, rung lắc, 164 Hãng sản xuất (thương hiệu Đài Loan, Nhật Bản, Hàn Quốc, Châu Âu, Mỹ, ) • Giá thành thiết bị vấn đề quan trọng 7.1.2.5 Tìm kiếm tài liệu phần mềm Một kỹ quan trọng việc tìm hiểu khai thác thiết bị HMI nói riêng thiết bị tự động hóa nói chung việc tìm kiếm tài liệu Để có tài liệu đầy đủ thống nên tìm website hãng, website cho phép tải phần mềm lập trình cho HMI, thư viện chí chương trình mẫu hãng cung cấp Một số website hãng Weintek, Delta, LS, Omron, Mitsubishi, Siemens, Scheider, ABB, Rockwell liệt kê bảng đây: Hãng Website Weintek https://www.weintek.com/globalw/ Delta https://www.deltaww.com/en-US/index LS https://www.ls-electric.com/ Omron https://automation.omron.com/en/us/ Mitsubishi https://www.mitsubishielectric.com/fa/ Siemens https://www.siemens.com/global/en.html Scheider https://www.se.com/vn/en/ ABB https://global.abb/group/en Rockwell https://www.rockwellautomation.com/en-us.html Bảng 9.1: Link website hãng sản xuất thiết bị HMI • Với đường bảng 1.1 truy cập thấy hãng có nhiều sản phẩm mà họ đưa thị trường Hầu hết website đưa sản phẩm họ vào mục Products , sản phẩm PLC, HMI, Inverter, Driver, Robots, v.v Một số hãng Mitsubishi, Omron, Siemens có chuyên mục hỗ trợ đào tạo, bạn tham khảo đường link đây: Mitsubishi: https://www.mitsubishielectric.com/fa/assist/e-learning/vie.html#vt_ba Omron: https://automation.omron.com/en/us/support/training/online-learning Siemens https://new.siemens.com/us/en/products/automation/systems/sce.html 165 7.2 Giới thiệu hệ thống điều khiển giám sát SCADA 7.2.1 Giới thiệu tổng quan SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) hệ thống thu thập liệu, giám sát điều khiển trình từ xa Người vận hành nhận biết điều khiển hoạt động thiết bị thơng qua máy tính mạng truyền thơng Nói cách khác, SCADA thường dùng để tất hệ thống máy tính thiết kế để thực chức sau: • • Thu thập liệu từ thiết thiết bị công nghiệp cảm biến Xử lý thực phép tính liệu thu thập 166 • • • Hiển thị liệu thu thập kết xử lý Nhận lệnh từ người điều hành gửi lệnh đến thiết bị nhà máy Xử lý lệnh điều khiển tự động tay cách kịp thời xác Các hệ thống SCADA ngày cho phép thu thập liệu, điều khiển giám sát phạm vi rộng lớn hơn, lên đến hàng ngàn hay chí hàng chục ngàn kênh Input/Output với tốc độ nhanh độ tin cậy cao nhờ vào giao thức mở mạng truyền thông mạng Profibus, WAN, LAN, Inthernet mạng Internet Hầu hết phần mềm SCADA ngày có hỗ trợ kết nối Internet 7.2.2 Cấu trúc tiêu chuẩn hệ thống SCADA Trong hệ thống điều khiển giám sát, cảm biến cấu chấp hành đóng vai trò giao diện thiết bị điều khiển với q 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 thông 167 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, bus chấp hành, bus trường, bus hệ thống Hệ thống bảo vệ, chế thực chức an toàn 168 Để đánh giá toàn diện hệ thống SCADA ta cần phân tích tiêu chuẩn sau: • • • • • Tính thời gian thực trao đổi thông tin, hỗ trợ mở rộng phần mềm Mở rộng hệ thống, chuẩn hóa giao diện q trình, khả xử lý cố lưu giữ thông tin Khả sử dụng phần mềm hỗ trợ để xây dựng giao diện Khả kết nối liệu từ mô đun mở rộng, cảm biến, cấu chấp hành Phân loại Các hệ thống SCADA phân làm bốn nhóm với chức năng: • • • • Hệ thống SCADA mờ: 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 người 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 169 Qua mạng truyền thông, hệ thống kết nối với phòng quản lý, phòng điều khiển, nhận định điều khiển trực tiếp từ phòng quản lý từ phòng thiết kế Từ phòng điều khiển điều khiển hoạt động thiết bị xa 7.2.3 Mơ hình phân cấp 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 ấn 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 170 • 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 vận hành xử lý tình bất thường Ngồi số trường hợp, cấp thực toán điều khiển cao cấp điều khiển phối hợp, điều khiển trình tự điều khiển theo công thức Việc thực chức cấp điều khiển giám sát thường khơng địi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng đặc biệt máy tính thơng thường Thơng thường người ta coi ba cấp thuộc phạm vi hệ thống điều khiển giám sát Tuy nhiên biểu thị hai cấp (quản lý công ty điều hành sản xuất) giúp ta hiểu thêm mơ hình lý tưởng cho cấu trúc chức tổng thể cho cơng ty sản xuất cơng nghiệp 171 CÂU HỎI ƠN TẬP Bài tập 1: Lập trình PLC S7-300 để vận hành giám sát hệ thống hình ảnh Yêu cầu: Lập trình PLC S7-300 để vận hành giám sát hệ thống hình ảnh hình cảm ứng - Bước 1: Chuẩn bị linh kiện công cụ Mạch điều khiển: Sử dụng PLC S7-300 Siemens tương đương Màn hình cảm ứng: Sử dụng hình cảm ứng phù hợp với PLC, ví dụ Siemens TP700 Comfort Panel HMI Panel - Bước 2: Lập trình PLC Sử dụng phần mềm lập trình phù hợp (ví dụ: Siemens STEP 7) để lập trình PLC S7-300 Thiết lập biến địa I/O cho thiết bị hệ thống Lập trình logic điều khiển hoạt động hệ thống - Bước 3: Thiết kế giao diện HMI Sử dụng phần mềm HMI phù hợp (ví dụ: Siemens WinCC, Wonderware InTouch) để thiết kế giao diện người dùng hình cảm ứng Tạo đối tượng hình ảnh tương ứng với thiết bị trạng thái hệ thống Thiết kế nút biểu đồ cho phép người dùng điều khiển giám sát hoạt động - Bước 4: Liên kết PLC HMI Thiết lập kết nối PLC hình cảm ứng thơng qua giao thức truyền thơng phù hợp (ví dụ: Ethernet, Profibus) Cấu hình liên kết truyền liệu PLC HMI 172 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Doãn Phước – Phan Xuân Minh – Vũ Văn Hà: Tự động hóa với Simatic s7_200 Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [2] Trung tâm Việt - Đức: Kỹ thuật điều khiển lập trình, Trung tâm Việt - Đức [3] Guenter – Wellenreuther – Dieter Zastrow: Automaticsieren mit SPS Theorie und Phraxsis, Viweg [4] Siemens: LAD and FBD, fourth edition, siemens [5] Siemens: Workshop to Promote the S7-200 automation platform, Siemens [6]- Lắp đặt vận hành trạm điện tử tác giả Phạm Thanh Tùng [7]- MPS use manual - FESTO DIDACTIC [8]- Proximity sensor - PESTO DIDACTIC 173