Giáo trình lắp đặt, vận hành hệ thống cơ điện tử (nghề cơ điện tử 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: CƠ ĐIỆN TỬ 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 ngun 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 Cơ điện tử Mô 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 Ngoài ra, mô 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 công tác giảng dạy Giáo trình thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống Mô đun ( MĐ 18) chương trình đào tạo nghề Cơ Điện Tử 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 Mô đun : Lắp đặt, vận hành hệ thống điện tử Bài 1: Tính chất ứng dụng cảm biến Mục tiêu bài: Nội dung bài: 2.1 Phát vật thể cảm biến từ tiệm cận 2.2 Phát vật thể cảm biến từ trường 2.3 Phát vật thể cảm biến quang 2.4 Phát vật thể cảm biến điện dung 2.5 Đo khoảng cách với cấu biên trở 2.6 Đo áp suất với cảm biến áp suất đầu tín hiệu tương ự 2.7 Đo lực với cảm biến lực đầu tín hiệu tương tự 2.8 Lập trình với cảm biến đầu tín hiệu tương tự 12 13 13 14 14 15 18 19 23 23 Bài 2: Lập trình sử dụng ngơn ngữ SFC 24 Mục tiêu bài: 24 Nội dung bài: 24 2.1 Trạm phân phối – Trình tự chuyển động 32 2.2 Trạm nâng phân loại - rẽ nhánh Bài 3: Lắp ráp trạm hệ thống điện tử 101 Mục tiêu bài: 102 Nội dung bài: 102 2.1 Phân tích u cầu cơng nghệ cho q trình vận chuyển 105 2.12 Đánh giá 106 2.2 Lập kế hoạch lắp đặt 108 2.3 Lắp đặt phần khí 109 2.4 Lắp đặt phần tử khí nén 111 2.5 Lắp đặt cảm biến 113 2.6 Lắp đặt nguồn cung cấp 114 2.7 Lắp đặt mạch điều khiển 115 2.8 Nạp chương trình mẫu (sẵn có) 117 2.9 Viết chương trình 118 2.10 Vận hành kiểm tra 118 2.11 Tìm sửa 63 Bài 4: Lắp ráp trạm hệ thống điện tử có sử dụng cảm biến 65 Mục tiêu bài: 65 Nội dung bài: 65 2.1 Lựa chọn cảm biến 69 2.2 Thiết kế chế tạo số phận để lắp ráp cảm biến 70 2.3 Hiệu chỉnh sơ đồ mạch (có thể dùng máy tính) 72 2.4 Hiệu chỉnh chương trình 2.5 Lắp ráp hiệu chỉnh vị trí cảm biến 2.6 Lắp đặt phần điện sử dụng cổng vào 2.7 Vận hành kiểm tra 2.8 Tìm sửa lỗi Bài 5: Lắp ráp trạm hệ thống điện tử: trạm tay máy Mục tiêu bài: Nội dung bài: 2.1 Yêu cầu công nghệ cho trạm tay máy 2.2 Các thông tin phần tử (cơ cấu chấp hành) 2.3 Thiết kế chế tạo số phận khí 2.4 Lập kế hoạch lắp ráp 2.5 Lắp ráp phần tử khí cảm biến 2.6 Hiệu chỉnh sơ đồ mạch (có thể dùng máy tính) 2.7 Lắp đặt phần điện sử dụng cổng vào/ra 2.8 Viết chương trình theo ngôn ngữ SCL 2.9 Vận hành kiểm 2.10 Tìm sửa Bài 6: Lắp ráp trạm hệ thống điện tử: trạm sản xuất Mục tiêu bài: Nội dung bài: 2.1 Yêu cầu công nghệ cho trạm tay máy 2.2 Các thông tin phần tử (cơ cấu chấp hành) 2.3 Thiết kế chế tạo số phận khí 2.4 Lập kế hoạch lắp ráp 2.5 Lắp ráp phần tử khí cảm biến 2.6 Hiệu chỉnh sơ đồ mạch (có thể dùng máy tính) 2.7 Lắp đặt phần điện sử dụng cổng vào/ra 2.8 Viết chương trình theo ngơn ngữ SCL 2.9 Vận hành kiểm 2.10 Tìm sửa Bài 7: Lắp ráp hệ thống vận chuyển: Băng tải Mục tiêu bài: Nội dung bài: 2.1 Phân tích u cầu cơng nghệ cho trình vận chuyển 2.12 Đánh giá 2.2 Lập kế hoạch lắp đặt 2.3 Lắp đặt phần khí 2.4 Lắp đặt phần tử khí nén 2.5 Lắp đặt cảm biến 2.6 Lắp đặt nguồn cung cấp 2.7 Lắp đặt mạch điều khiển 2.8 Nạp chương trình mẫu (sẵn có) 2.9 Viết chương trình 2.10 Vận hành kiểm tra 73 74 75 76 77 78 78 78 80 83 86 90 91 93 95 98 99 100 78 78 78 80 83 86 90 91 93 95 98 99 101 102 102 105 106 108 109 111 113 114 115 117 118 118 2.11 Tìm sửa 119 Bài 8: Ứng dụng Bus trường hệ thống điện tử Mục tiêu bài: Nội dung bài: 2.1 Kết hợp trạm thành hệ thống 2.2 Yêu cầu trao đổi thông tin trạm 2.3 Truyền thông I/O 2.4 Nguyên lý fieldbus 2.5 Lắp ráp ví dụ trạm fieldbus 2.6 Lập trình cho trạm ví dụ mạng fieldbus 2.7 Thiết kế xây dựng hệ thống mạng 2.8 Vận hành hệ thống mạng với chương trình có sẵn 2.9 Vận hành sửa lỗi hệ thống 120 120 120 121 121 121 122 122 123 123 123 123 Bài 9: Vận hành, giám sát điều khiển qua hình ảnh Mục tiêu bài: Nội dung bài: 2.1 Phân tích q trình hoạt động hệ thống điện tử 2.2 Vẽ biểu đồ chu trình hoạt động 2.3 Minh họa trình giám sát hình ảnh 2.4 Vận hành hệ thống có giám sát hình ảnh 2.5 Sửa lỗi hệ thống có trợ giúp giám sát hình ảnh 124 124 124 125 125 126 126 126 Tài liệu tham khảo: 127 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Mã mô đun: MĐ 18 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 , mô đun chuyên môn khác - Tính chất: Là mơn 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 công việc C2 Giữ gìn vệ sinh cơng nghiệp, đảm bảo an tồn cho người thiết bị Chương trình khung nghề Cơ điện tử Thời gian học tập (giờ) Trong Mã MH, MĐ I Tên môn họcc, mô đun Các mơn học chung/đại cương MH 01 Chính trị MH 02 Pháp luật Số tín (*) Tổng số 255 94 148 13 30 15 13 15 1 30 45 21 24 21 45 15 29 90 30 56 65 1655 460 1104 91 10 225 80 128 17 Giáo dục thể chất MH 04 Giáo dục quốc phòng - An ninh MH 05 Tin học MH 06 Ngoại ngữ (Anh văn) II Các môn học, mô đun II.1 Các môn học, mô đun sở Kiểm tra 12 MH 03 chuyên môn nghề Lý Thuyết Thực hành/ thực tập/ thí nghiệm /bài tập MH 07 An toàn lao động 1,5 30 20 MH 08 Vẽ Kỹ thuật điện 45 15 25 MH 09 AUTO CAD 90 30 54 MĐ 10 Điện 2,5 60 15 41 Các môn học mô đun chuyên ngành 55 1430 380 976 74 MĐ 11 Lập trình PLC 6,5 45 95 10 MĐ 12 Kỹ thuật cảm biến 30 24 II.2 150 60 MĐ 13 Điện tử công suất 90 30 54 MĐ 14 Bảo Trì Cơ Khí 90 30 54 45 67 30 54 60 20 38 150 45 95 10 30 54 110 45 57 75 15 56 MĐ 15 Điều khiển khí nén, điện khí nén 5,5 MĐ 16 Điều khiển thuỷ lực, điện thủy lực MĐ 17 Thiết kế mạch điện tử MĐ 18 Lắp đặt, vận hành hệ thống điện tử MPS MĐ 19 MĐ 20 MĐ 21 6,5 Rô bôt công nghiệp Lắp đặt vận hành điều khiển động điện 120 90 90 5,5 Mạng truyền thông công nghiệp MĐ 22 Nâng cao hiệu công việc 45 15 28 MĐ 23 Thực tập tốt nghiệp 300 300 554 1252 104 77 TỔNG CỘNG Chương trình chi tiết mơ đun Nội dung Tên mô đun tổng quát phân phối thời gian: 1910 Thời gian Tổng Lý Thực thuyết hành TT Tính chất ứng dụng cảm biến 10 Lập trình sử dụng ngôn ngữ SFC Kiểm tra* Lắp ráp trạm hệ thống điện tử 12 6 Lắp ráp trạm hệ thống điện tử có ứng dụng cảm biến 10 Lắp ráp trạm hệ thống điện tử: Trạm tay máy 30 20 Lắp ráp trạm hệ thống điện tử: Trạm sản xuất 30 21 Lắp ráp hệ thống vận chuyển băng tải 30 21 Ứng dụng bus trường hệ thống điện tử 10 Vận hành, giám sát điều khiển qua hình ảnh 10 Cộng 150 45 97 *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 công 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 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 9.1.1 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 234 ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ • • • 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 9.1: Vai trị, vị trí HMI hệ thống 235 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 thông, 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, 9.1.2 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 9.1.2.1 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 236 bao gồm thiết bị điều khiển hiển thị hình 1.2 Hình 9.2: 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 9.3: Thiết bị HMI sử dụng để thay bảng vận hành 237 Hình 9.4: Lợi ích việc sử dụng HMI thay cho bảng điều khiển Tuy nhiên số trường hợp nhu cầu vận hành 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 đòi hổi độ tin cậy cao nút dừng khẩn cấp giữ lại, khơng nên dùng nút nhấn HMI để thay 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 9.5: Thiết bị HMI sử dụng để giao tiếp với máy đọc mã vạch 238 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 thơng Hình 9.6: Thiết bị HMI đóng vai trị thiết bị đầu cuối mạng truyền thơng 9.1.2.4 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 mơi trường, nhiệt độ, rung lắc, 239 Hãng sản xuất (thương hiệu Đài Loan, Nhật Bản, Hàn Quốc, Châu Âu, Mỹ, ) • Giá thành thiết bị vấn đề quan trọng 9.1.2.5 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 240 9.2 Giới thiệu hệ thống điều khiển giám sát SCADA 9.2.1 Giới thiệu tổng quan SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) hệ thống thu thập liệu, giám sát điều khiển q trình từ xa Người vận hành nhận biết điều khiển hoạt động thiết bị thông 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 241 • • • 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 9.2.2 Cấu trúc tiêu chuẩn hệ thống SCADA Trong hệ thống điều khiển giám sát, cảm biến cấu chấp hành đóng vai trị 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 thơng 242 Giao diện q 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 243 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 244 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 phòng thiết kế Từ phịng điều khiển điều khiển hoạt động thiết bị xa 9.2.3 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 thơng tin từ cảm biến, xử lý thông tin theo thuật tốn 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 245 • Cấp điều khiển giám sát: Có chức giám sát vận hành 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 Ngoài số trường hợp, cấp cịn thực tốn 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 ngồi 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 công ty sản xuất công nghiệp 246 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 247 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 248