Môn hệ thống scada thiết kế hệ thống Điều khiển máy sấy lúa

Trong hệ thống điều khiển giám sát thì HMI là một thành phần quan trọng không chỉ ở cấp điều khiển giám sát mà ở các cấp thấp hơn người ta cũng cần giao diện người và máy để phục vụ cho

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

MÔN HỆ THỐNG SCADA THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY SẤY LÚA

GVHD: ThS Nguyễn Tấn Đời

SVTH:

Lê Thanh Dân – 23851002 Nguyễn Hữu Giang – 23851004

Nguyễn Thọ Trường – 23851006

Bảng phân chia công việc:

1 NGUYỄN THỌ TRƯỜNG Chương 3,4

3 NGUYỄN HỮU GIANG Chương 1,2,Tia Portal 35%

Chương 1: Hệ SCADA Công Nghiệp

1.1 Giới thiệu về hệ SCADA

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống điều khiển

giám sát và thu thập dữ liệu, nói một cách khác là một hệ thống hỗ trợ con người trong việc giám sát và điều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ điều khiển tự động thông thường Để

có thể điều khiển và giám sát từ xa thì hệ SCADA phải có hệ thống truy cập, truyền tải

dữ liệu cũng như hệ giao diện người và máy (HMI - Human Machine Interface)

Trong hệ thống điều khiển giám sát thì HMI là một thành phần quan trọng không chỉ ở cấp điều khiển giám sát mà ở các cấp thấp hơn người ta cũng cần giao diện người

và máy để phục vụ cho việc quan sát và thao tác vận hành ở cấp điều khiển cục bộ Vì lý

do giá thành, đặc điểm kỹ thuật nên các màn hình vận hành (OP - Operator Panel), màn hình chạm (TP - Touch Panel), Multi Panel chuyên dụng được sử dụng nhiều và chiếm vai trò quan trọng hơn

Trong những năm gần đây sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ truyền thông công nghiệp và công nghệ phần mềm trong công nghiệp đã đem lại nhiều khả năng và giải pháp mới nên trọng tâm của công việc thiết kế xây dựng hệ thống SCADA là lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện và các giải pháp tích hợp hệ thống

1.2 Phần cứng trong hệ SCADA:

Cấu trúc chung của hệ SCADA

Trong hệ thống điều khiển giám sát, các cảm biến và cơ cấu chấp hành đóng vai trò

là giao diện giữa thiết bị điều khiển với quá trình kỹ thuật Còn hệ thống điều khiển giám sát đóng vai trò là giao diện giữa người và máy

Các thiết bị và các bộ phận của hệ thống được ghép nối với nhau theo kiểu điểm-điểm (Point to Point) hoặc qua mạng truyền thông Tín hiệu thu được từ cảm biến có thể

là tín hiệu nhị phân, tín hiệu số hoặc tương tự

Khi xử lý trong máy tính, chúng phải được chuyển đổi cho phù hợp với các chuẩn giao diện vào/ra của máy tính

Cấu trúc chung của một hệ SCADA

Các thành phần chính của hệ thống SCADA bao gồm:

 Giao diện quá trình: bao gồm các cảm biến, thiết bị đo, thiết bị chuyển đổi và các

cơ cấu chấp hành

 Thiết bị điều khiển tự động: gồm các bộ điều khiển chuyên dụng (PID), các bộ

điều khiển khả trình PLC (Programmable Logic Controller), các thiết bị điều chỉnh

số đơn lẻ CDC (Compact Digital Controller) và máy tính PC với các phần mềm điều khiển tương ứng

 Hệ thống điều khiển giám sát: gồm các phần mềm và giao diện người và máy

HMI, các trạm kỹ thuật, trạm vận hành, giám sát và 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, cơ chế thực hiện chức năng an toàn

1.3 Phần mềm trong hệ SCADA

Một hệ thống SCADA cơ bản gồm nhiều thành phần Bốn thành phần chính hệ thống SCADA nào cũng cần phải có chi tiết:

 Trạm điều khiển giám sát trung tâm: Trạm central host computer server là một hoặc nhiều máy chủ trung tâm có chức năng điều khiển, giám sát ngay từ lúc bắt đầu

 Giao diện người – máy HMI: Human – Machine Interface là các thiết bị hiển thị các quá trình xử lý dữ liệu Dữ liệu sau khi xử lý sẽ giúp người vận hành điều khiển quá trình hoạt động của toàn bộ hệ thống

 Trạm thu thập dữ liệu trung gian: Trạm RTU - Remote Terminal Units là các khối thiết bị đầu cuối từ xa hoặc PLC - Programmable Logic Controllers là các khối điều khiển logic khả trình PLC có chức năng giao tiếp với các thiết bị chấp hành như các hộp điều khiển đóng cắt, cảm biến cấp trường và các van chấp hành

 Hệ thống truyền thông: Hệ thống gồm các mạng truyền thông công nghiệp, các thiết bị chuyển đổi dồn kênh, các thiết bị viễn thông có chức năng truyền dữ liệu cấp trường đến máy chủ và  các khối điều khiển Toàn bộ các thiết bị của hệ thống được kết nối thông qua một mạng cục bộ LAN Phần mềm SCADA tại trung tâm

sẽ kết nối với các trạm RTU ở các trạm biến áp sử dụng IEC 870-5-101 master hay còn gọi là giao thức truyền tin Đồng thời, trung tâm cũng sẽ kết nối với hệ thống SCADA hoặc EMS của “Trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia” qua giao thức ICCP

 Thiết bị đầu cuối tại trạm: Thiết bị đầu cuối có thể là thiết bị RTU hoặc hệ thống

tự động hóa hoặc cũng có thể là một máy tính công nghiệp Thiết bị đầu cuối sẽ thực hiện chức năng thu thập dữ liệu, đồng thời điều khiển toàn bộ các thông số vận hành Trường hợp sử dụng thiết bị đầu cuối RTU sẽ bao gồm các thiết bị chính như sau:

o Tủ RTU thiết bị đầu cuối chứa các đầu vào/ra số, các cổng giao diện tín hiệu nối tiếp, đầu vào tín hiệu tương tự để kết nối đến các IED

o Tủ giao diện SIC giám sát

o Các modern V.24, V.28, V35 kết nối các RTU hoặc các hệ thống tự động hóa với đường truyền viễn thông

o Các thiết bị ngoại vi khác,

1.4 Ứng dụng của hệ SCADA:

 Tăng khả năng điều khiển và xử lý của hệ thống

 Hệ thống vận hành nhanh hơn, chính xác hơn

 Bảo đảm an toàn cho người vận hành

 Bảo vệ tốt các thiết bị khi xảy ra lỗi trong hệ thống

 Tăng năng suất, độ tin cậy

 Tiết kiệm năng lượng

 Tốn ít chi phí vận hành hơn

Mục đích sử dụng Scada :

 Nâng cao năng suất: nhờ quá trình phân tích các quy trình sản xuất, nhà

quản lý có thể dùng các thông tin này để gia tăng hiệu quả sản xuất và cải

tiến kỹ thuật.

 Cải thiện chất lượng sản phẩm: cũng thông qua việc phân tích các hoạt

động, nhà quản lý có thể tìm cách hạn chế, ngăn chặn các sai sót trong quá trình sản xuất

 Giảm chi phí vận hành và bảo trì: khi một hệ thống SCADA được lắp

đặt, doanh nghiệp sẽ không cần quá nhiều nhân sự cho việc quản lý giám sát các thiết bị hiện trường được đặt ở các vị trí xa Bên cạnh đó, doanh nghiệp cũng không phải chi trả cho các chuyến đi kiểm tra, bảo trì ở xa, thế nên, chi phí bảo trì cũng sẽ được giảm bớt

Chương 2: Thiết kế hệ thống máy sấy lúa sử dụng nhiệt độ

và độ ẩm.

2.1 Giới thiệu về hệ thống

Mô tả phần cứng hệ thống :

Qui trình vận hành hệ thống:

- Chế độ Auto: Quy trình hoạt động:

+ Bấm Auto hệ thống sẽ trực tiếp chạy quy trình Auto, Bấm Manual hệ thống sẽ quay về điều khiển bằng tay

+ Bấm Simulation để hệ thống tiến hành chạy mô phỏng

+ Bấm Start để hệ thống bắt đầu chạy

+ Khi chạy Auto, Van 1 mở lúa từ bồn 1 (nằm trên) đổ xuống tháp sấy khi cảm biến phát hiện bồn đầy, Van 1 đóng lại

+ Lúc này quạt ở lò lửa sẽ hoạt động để duy trì ngọn lửa, nhiệt độ ngọn lửa lúc này rơi vào khoảng 500 đến 700*C

+ Lúc này bộ gia chuyển đổi nhiệt sẽ hoạt động, điều chỉnh nhiệt độ từ lò đốt xuống còn mức 50 đến 70*C

+ Bộ truyền nhiệt hoạt động, dẫn nhiệt độ từ bộ chuyển nhiệt đưa vào tháp sấy với nhiệt độ bằng nhau (50 đến 70*C) Nhiệt độ ở tháp sẽ chạy từ 50 đến 70 và sau đó giảm lại từ 70 xuống 50 rồi lại tăng lên liên tục

+ Máy trộn trong tháp sấy sẽ bật khi cảm biến tháp sấy báo đầy

+ Độ ẩm lúa khi đưa vào rơi vào khoảng 20 đến 25% Sấy cho đến khi giảm còn 10 đến 15% (Set up bằng thời gian cho độ ẩm giảm dần do không thể xác định mối liên hệ giữa nhiệt độ và

độ ẩm, độ ẩm còn phụ thuộc vào cả lượng hơi nước trong không khí cho nên sẽ sấy đến khi cảm biến báo đạt giá trị yêu cầu là dưới 15%)

+ Khi độ ẩm đã đạt được yêu cầu, máy trộn trong tháp ngừng trộn, van xả ở đáy tháp sẽ tự động

xả 20% thể tích sản phẩm trong tháp sấy mỗi 3 giây Sản phẩm trong tháp sẽ giảm dần đến khi hết

+ Van 2 mở xả lúa từ bồn 2( bồn trộn) xuống bồn 3 (bồn dưới)

+ Sau khi xả hết, hệ thống hoàn thành 1 chu trình Lúc này băng tải 1 sẽ được tự động bật lại và tiếp tục chu trình tiếp theo

+ Bấm Stop, hệ thống tạm dừng

2.4 Sơ đồ nối dây PLC và thiết bị:

Sơ đồ mạch động lực :

Chương 3: Điều khiển và Giám sát hệ thống máy sấy lúa

3.1 Giới thiệu về WinCC

Phần mềm WinCC của Siemens là một phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) cũng như phục vụ việc xử lý và lưu trữ dữ liệu trong một hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) thuộc chuyên ngành tự động hóa

WinCC là chữ viết tắt của Windows Control Center (Trung tâm điều khiển chạy trên nền Windows), nói cách khác, nó cung cấp các công cụ phần mềm để thiết lập một giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành của Microsoft như

Windows NT hay Windows 2000, XP, Vista 32bit (Not SP1) Trong dòng các sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành và giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA (SCADA class) với những chức năng hữu hiệu cho việc điều khiển

WinCC kết hợp các bí quyết của Siemens, công ty hàng đầu trong tự động hóa quá trình, và năng lực của Microsoft, công ty hàng đầu trong việc phát trỉên phần mềm cho

PC Ngoài khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống có quy mô lớn nhỏ khác nhau, WinCC còn có thể dễ dàng tích hợp với những ứng dụng có quy mô toàn công ty như việc tích hợp với những hệ thống cấp cao như MES (Manufacturing Excution System - Hệ thống quản lý việc thực hiện sản suất) và ERP (Enterprise Resource Planning) WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ sở quy mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ giúp của Siemens có mặt khắp nơi trên thế giới Ở Việt Nam hệ thống của Siemens được tài trợ đưa vào hệ đào tạo chính thức

Thông thường hiện nay có những phiên bản WinCC như sau:

+ WinCC v5

+ WinCC v6

+ WinCC Flexible

Cấu trúc Control Center như sau:

 Control Center

 WinCC Explorer trong Control Center: giao diện đồ họa cho cấu hình dưới Windows 95 và Windows NT

 Quản Lý Dữ Liệu: cung cấp ảnh quá trình với những Tag giá trị theo các loại

 Chu kỳ.

 Chu kỳ với sự thay đổi

 Những môđun chức năng

 Hệ thống đồ họa (Graphich Designer): trình bày và nối quá trình bằng đồ họa

 Soạn thảo hoạt động (Global Scrip): làm một dự án động cho những yêu cầu đặc biệt

 Hệ thống thông báo (Alarm Logging): những thông báo đầu ra và báo đã nhận được thông tin ở đầu ra

 Soạn thảo và lưu giữ những giá trị phép đo (Tag Logging)

 Soạn thảo những giá trị phép đo và cất giữ chúng trong thời hạn lâu dài

 Soạn thảo dữ liệu hướng người dùng và cất giữ chúng lâu dài

 Hệ thống báo cáo (Report Desgner): báo cáo những trạng thái hệ thống

Control Center làm cho ta có thể định hướng xuyên qua những ứng dụng WinCC

và dữ liệu của nó với chỉ một ít thao tác Control Center thao tác tương tự giống như Explorer trong Windows Trong WinCC bao gồm 2 cơ sở dữ liệu: một dành cho việc định dạng hệ thống CS (Configuration System), một dành cho việc chạy thời gian thực

RT (Run time) khi chạy WinCC 2 cơ sở dữ liệu này luôn được tải vào và chạy song song với nhau

Hình ảnh cấu trúc của WinCC.

Phần mềm WinCC được tích hợp trên TIA PORTAL thuận tiện cho người dùng lập trình, cấu hình, tích hợp các thiết bị trong dải sản phẩm tích hợp tự động hóa toàn diện của siemens Phần mềm Simatic WinCC V13 để cấu hình các màn hình HMI và chạy Scada trên máy tính

3.2 Nêu yêu cầu điều khiển và giám sát hệ thống:

3.2.1 Mục tiêu

Mục tiêu chính của đề tài là thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho quá trình giám sát nhiệt độ sấy lúa , lập trình cho hệ thống bằng PLC Siemens S7-1200, màn hình giao diện giám sát thiết kế bằng wincc, dễ dàng theo dõi vào xử lý

3.2.2 Yêu cầu đặt ra

a Đối với cấp giám sát

Xây dựng được giao diện điều khiển giám sát hệ thống với các yêu cầu sau đây:

 Xây dựng cơ sở dữ liệu để lưu trữ thông tin các nguyên liệu, công thức, mẻ trộn, xuất báo cáo theo thời gian

 Giao diện điều khiển có đầy đủ các trang Vận hành, Cài đặt, Báo cáo, Cảnh báo Trong đó, người vận hành có quyền truy cập vào Vận hành, Báo cáo và Cảnh báo

nhưng không được Cài đặt, còn Admin thì chỉ có thể truy cập vào Cài đặt, Báo cáo nhưng không được vận hành

 Hệ thống gồm hai máy tính, một máy vận hành và một máy truy cập lấy dữ liệu báo cáo từ xa

 Giao diện đẹp mắt, dễ nhìn, phù hợp với các tiêu chuẩn của thiết kế SCADA

b Đối với cấp điều khiển

Cấp điều khiển cần chọn lựa thiết bị PLC phù hợp, có khả năng nhận dữ liệu từ phần mềm giám sát thông qua Ethernet; số lượng các I/O vào ra cũng cần phải được chọn lựa dựa trên nhu cầu nhận tín hiệu và điều khiển các thiết bị được sử dụng trong hệ thống

c Đối với cấp cảm biến, chấp hành

Tại cấp này có 2 yêu thiết yếu như sau:

 Xây dựng được phần mềm mô phỏng quá trình sấy lúa theo nhiệt độ phần mềm mô phỏng nhiệt độ sẽ mô phỏng quá trình thay đổi giá trị hiển thị trên giao diện Scada trong các trường hợp: nhấn start cho nguyên liệu chảy xuống bồn khi đầy cảm biến sẽ thì van

sẽ khoá không cho cấp lúa vào, từng mẻ này rồi đến mẻ khác, xả nguyên liệu khỏi bồn đồng thời truyền các tín hiệu về giá trị nhiệt độ liên tục về phần mềm giám sát

 Mô phỏng các tác động của các tín hiệu điều khiển vận hành đến các đầu vào PLC rồi theo dõi sự thay đổi của các tín hiệu đầu ra điều khiển sẽ tác động điều khiển lên các thiết bị chấp hành tương ứng trong hệ thống

3.3 Thiết kế hệ SCADA

Giao diện điều khiển và giám sát :

Chương 4: Kết quả và Kết luận 4.1 Kết quả đạt được khi điều khiển và giám sát hệ thống:

Sau quá trình thực hiện, nhóm em đã thiết kế hệ thống máy sấy lúa , hệ thống đã điều khiển được động cơ, băng tải, quạt gió và nhiệt độ của lò nhiệt

Đến thời điểm hiện tại, nhóm đã hoàn thành cơ bản mục tiêu Hệ thống hoạt động tương đối ổn định, nhưng chưa đáp ứng được thực tế bằng mo hình đễ có cái nhìn khái quát

Giao diện thiết kế còn khá đơn giản, thiếu các cảnh báo thiết bị khi có sự cố xảy ra

4.2 Kết luận và hướng phát triển :

Qua quá trình làm báo cáo được sự giúp đỡ của các thầy giảng dạy Đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo, cùng các bạn trong nhóm em đã hoàn thành các nội dung bài báo cáo Nội dung báo cáo chủ yếu là tìm hiểu công nghệ điều khiển hệ thống sấy lúa bằng nhiệt độ tự động thông qua các thiết bị điện và bộ lập trình điều khiển PLC Simen S7-1200 để đáp ứng những yêu cầu công nghệ doanh nghiệp đặt ra

Tuy bản thân có nhiều cố gắng nhưng do thời gian có hạn, điều kiện tài liệu khó khăn và khả năng có hạn nên không tránh khỏi sai sót, về kĩ thuật phải có kế hoạch dự phòng (dự phòng) để đối phó với các sự cố như mất kết nối hoặc thiết bị lỗi.và sự phối hợp nhịp nhàng giữa các thành viên trong nhóm.

Hướng phát triển trong tương lai sẽ chúng em sẽ tìm hiểu thêm xây dựng mô hình thực tế kèm kết nối thử nhiệm đánh giá chất lượng sản phẩm đầu ra và trong tương lai gần chúng em mong muốn được ứng dụng kết nối hệ thống SCADA hoặc IoT để giám sát và điều khiển từ xa từ máy tính hoặc điện thoại.

Em xin chân thành cảm ơn!