thiết kế hệ thống giám sát bằng phần mềm wicc

thiết kế hệ thống giám sát bằng phần mềm wicc

1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Đề tài của nhóm thực hiện là về một nhà kho tự động. Nhà kho sẽ gồm các thiết bị phần cứng phù hợp để giúp cho việc nhập hàng từ bên ngoài vào và xuất hàng từ bên trong ra. Trong đồ án chúng em sẽ thực hiện phân biệt độ cao của sản phẩm để đánh dấu mã hàng của sản phẩm. Hệ thống phần cứng sẽ bao gồm các cảm biến, cơ cấu chấp hành khí nén. Ngoài ra nhóm cũng trang bị thêm một hệ thống HMI hoàn chỉnh để phục vụ việc quản lý kho hàng một cách tốt nhất. Các vấn đề xuất nhập sẽ được quản lý hoàn toàn bằng HMI và dữ liệu thu thập từ nhà kho sẽ được ghi nhận, sau đó lưu trữ vào các máy tính trạm để phục vụ cho việc theo dõi, quản lý trong thời gian sau. Các giá trị cảm biến, các sự kiện của kho hàng và tổng hợp về hoạt động của kho hàng có thể được xem trực tiếp từ HMI. 2. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Nhóm chọn đề tài về việc quản lý kho bởi vì hoạt động của một kho hàng là một trong các hoạt động thiết yếu của một hệ thống sản xuất. Việc sản xuất ra các sản phẩm phải được đảm bảo về vấn đề bảo quản và bảo vệ để tránh dẫn đến việc sai sót của sản phẩm hoặc mất mát sản phẩm.Ngày nay,việc sử dụng các hệ thống SCADA trở nên rất phổ biến và cần thiết trong tất cả các hệ thống tự động.Việc giám sát và thu thập dữ liệu giúp người quản lý thực hiện công việc dễ dàng hơn và hệ thông được kiểm soát tốt hơn qua đó tránh khỏi một số sự cố khi hoạt động và ngăn chặn kịp thời các sự cố bất ngờ. Và nhóm thấy được sự thiết yếu cần phải đảm bảo được sự hoạt động ổn định cho một kho hàng để đảm bảo sự trơn chu của cả một dây chuyền sản xuất. Nếu một kho hàng hoạt động tốt thì việc sản xuất sẽ được đảm bảo hơn. 3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu mà nhóm muốn hướng tới là: • Hoạt động thực tế của một kho hàng. • Cách sử dụng các cơ cấu chấp hành khí nén. 2 • Cách sử dụng và xử lý tín hiệu từ các cảm biến được sử dụng trong hệ thống. • Hệ thống SCADA của một nhà kho. • Điểu khiển động cơ bước. • Cách cài đặt và sử dụng các phần mềm chuyên dụng cho các HMI và hệ thống SCADA và các ứng dụng Alarm, để phục vụ việc quản lý và điều hành trong thực tế. 4. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Đối với phần cứng thì đề tài không thể đáp ứng được sự hoạt động chính xác hoàn toàn như với thực tế do kinh nghiệm của nhóm còn ít và chưa được tiếp xúc nhiều với việc nhập xuất hàng của các nhà kho. Nên mô hình sẽ có hạn chế về số lượng sản phẩm có thể chứa được. Đối với hệ thống SCADA thì nhóm không thực hiện được một hệ thông SCADA đầy đủ cho nhà kho mà chỉ thực hiện hoạt động xuất nhập kho của hệ thống. Phần mềm là một rào cản khá lớn trong việc thực hiện đề tài lần này bởi vì các phần mềm công nghiệp đòi hỏi các chi phí rất cao và các phần mềm này không phục vụ cho việc nghiên cứu của sinh viên nên việc tiếp cận các phần mềm này là một thử thách lớn với nhóm. Nên trong đề tài sẽ có những hạn chế về phiên bản, độ bảo mật, sự hoàn chỉnh của HMI. 5. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Mục tiêu của đề tài này mà nhóm muốn hướng đến: • Xây dựng mô hình nhà kho tự động hoạt động tố,độ chính xác cao,có phân loại sản phẩm. • Thiết kế hệ thống giám sát bằng phần mền wicc. 6. DÀN BÀI NGHIÊN CỨU • Nghiên cứu về hoạt động thực tế của kho hàng dựa vào Internet và kết hợp với việc thực tập tại nhà máy. • Tìm hiểu các mô hình đã thực hiện trước kế thừa và thực hiện cải tiến mô hình. • Nghiên cứu PLC và viết giải thuật, viết chương trình cho PLC để điều khiển mô hình. • Nghiên cứu các phần mềm giám sát SCADA, chọn và cài đặt phần mềm. 3 • Nghiên cứu và thực hiện xây dựng, lập trình giám sát hệ thống trên phần mềm. • Thực hiện kết nối mô hình và phần mềm giám sát. • Kiểm nghiệm mô hình và phần mềm giám sát từ đó kêt luận và nhận xét. 7. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI Qua đề tài này đã giúp chúng em được trang bị nhiều kiến thức như sau: • Nguyên lý và cách sử dụng cảm biến ,động cơ và hệ thống khí nén,PLC S7-1200 và Những kiến thức về lập trình PLC bằng phần mềm TIA PORTAL • Thiết kế hệ SCADA bằng wincc 8. NỘI DUNG ĐỀ TÀI CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Nội dung: • Giới thiệu về các kho hàng thực tế sử dụng và giới thiệu mục đích và hướng đi của đồ án. Từ đó nhóm sẽ bám theo yêu cầu đó để thực hiện một cách thật sát đảm bảo đúng với nhiệm vụ cần thực hiện. • Giới thiệu về phần cứng, các nguyên lý cũng như các hoạt động của các cơ cấu chấp hành, cảm biến và PLC. Trong chương cũng có giới thiệu về khí nén cũng như các hoạt động phần cứng có liên quan. . CHƯƠNG 3: THI CÔNG PHẦN CỨNG Nội dung: • Đưa ra các mục tiêu để hoàn thành phần cứng để đạt được các nhiệm vụ của một kho hàng và hình ảnh về mô hình đã thực hiện theo các mục tiêu đã đề ra. • Lựa chọn thiết bị cho mô hình . • Sơ đồ kết nối phần cứng giúp con người vận hành hiểu rõ về cấu trúc của toàn hệ thống . CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỂU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT Nội dung: • Yêu cầu điểu khiển của hệ thống • Trình bày lưu đồ và giải thuật điểu khiển và chương trình giám sát hệ thống CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Nội dung : • Các kết quả thu được từ phần cứng và phần mền. • Quá trình chạy kiểm tra hệ thống CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4 Nội dung: • Tổng kết những kết quả đạt và chưa đạt được trong đề tài. Đưa ra hướng phát triển đề tài sau này. 5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1GIỚI THIỆU VỀ KHO HÀNG 2.1.1Mục đích quản lí kho hàng thực tế Trong những thập niên gần đây, thế giới chứng kiến sự thay đổi mạnh mẽ của các nền đại công nghiệp. Cùng với đó là một khối lượng lớn các sản phẩm, hàng hóa được tạo ra mỗi ngày, phục vụ nhu cầu con người. Nhưng các sản phẩm xuất ra không phải lúc nào cũng được đưa đến nơi tiêu thụ, điều đó đòi hỏi một nơi cất giữ hàng hóa tiện ích và đủ lớn. Đáp ứng xu thế đó, ngày nay có rất nhiều các doanh nghiệp coi việc xây dựng “quản lí kho hàng” là cốt lõi chiến lược trong sự phát triển kinh doanh của doanh nghiệp. Sự ra đời của các kho hàng không chỉ đem lại diện mạo mới cho các công ty, tổ chức, cá nhân sản xuất hàng hóa. Mà nó đem lại sự tiên lợi cho các đối tác kinh doanh, trong việc xuất nhập khẩu các sản phẩm. Mặt khác nó còn tăng năng suất laođộng, đảm bảo chất lượng sản phẩm… 2.1.2Giới thiệu một số kho hàng Dưới đây là một số kho hàng thực tiện được áp dụng trong công nghiệp: 6 Hình 2.1 Mô hình kho hàng tự động tại Việt Nam Hàng được đưa vào kho để bảo quản chờ được xuất ra. 2.1.3Các loại PLC đang dùng cho các kho hàng Các loại PLC đang dùng cho các kho hàng tự động hiện nay hầu hết là các PLC của các hãng lớn như Siemens, Mitsubishi, Omron, Rockwell, Schneider. Trong đó dường như dòng PLC của Siemens là được sử dụng nhiều nhất bởi vì tính đơn giản, khả năng hoạt động tốt ở môi trường công nghiệp và dễ bảo trì sữa chửa. Các dòng PLC S7-300, S7-400 được sử dụng nhiều hơn cả và được các nhà kho tin dùng bởi tính tương thích cao với các cảm biến và thiết bị ở nhà kho. Dòng S7-300 và S7-400 là dòng PLC hiện đang được rất thịnh hành với việc khai tử dòng S7-1200 của Siemens. Không chỉ các nhà kho mà tại các nhà máy các loại PLC này cũng chiếm ưu thế. 2.1.4 Các phần mềm giám sát tại các kho hàng Các phần mềm giám sát tại các kho hàng đa phần là các phần mềm giám sát và điều khiển của chính hãng của PLC đang sử dụng trong 7 nhà kho. Ngoài ra còn có các phần mềm giám sát của các hãng khác có hỗ trợ loại PLC đang sử dụng. Có thể các phần mềm là do công ty yêu cầu hoặc do công ty thiết kế và thi công tự lựa chọn. Việc lựa chọn các phần mềm phụ thuộc rất nhiều vào tính năng của phần mềm có phù hợp với nhà kho hay không. Điển hình các phần mềm thường dùng ở nhà kho là WinCC cho các dòng S7-300, S7-400, S7-200 hoặc Citech cho các dòng PLC của Schneider. 2.2 PHƯƠNG ÁN NHÀ KHO NHÓM THỰC HIỆN Phương án thực hiện mô hình nhà kho mà nhóm thực hiện là muốn đảm bảo một nhà kho có thể hoạt động như một nhà kho dịch vụ hoặc nhà kho tại nhà máy. Nhà kho dịch vụ là các nhà kho dành cho các công ty chỉ chuyên thực hiện việc làm kho cho các công ty khác. Các công ty này sẽ bảo đảm việc hoạt động kho cho các công ty họ hợp tác. Nhà kho tại nhà máy là nhà kho mà các nhà máy tự thành lập và họ tự sử dụng nhân lực của mình để đảm bảo việc hoạt động của kho. Và mô hình nhà kho của nhóm luôn hướng tới việc thực tiễn hóa các quá trình hoạt động của một nhà kho tự động: Sản phẩm được đưa lên băng tải. Băng tải phân biệt sản phẩm bằng độ cao nhờ 3 cảm biến quang gắn trên đầu băng tải. Hệ thống gắp bằng xi lanh,vitme di chuyển đến băng tải để gắp sản phẩm vào kho. Khi xuất kho có thể xuất tất cả hoặc xuất theo (có thể là mã sản phẩm): theo độ cao .Hệ thống gắp bằng xi lanh di chuyển đến vị trí gắp hàng ra băng tải và băng tải đưa sản phẩm ra kho. Và vấn đề giám sát và điều khiển tự động sẽ được đặt lên hàng đầu để giải quyết kho hàng này. Phương án phải đảm bảo thực hiện hoàn chỉnh về phần xuất nhập và quản lý kho hàng một cách chặt chẽ nhất. 8 Để thực hiện được những ý tưởng của mình thì nhóm cần đến sự hỗ trợ của các loại phần cứng cũng như phần mềm tự động của các công ty có uy tín. 2.2.1Vấn đề về phần cứng Phần cứng là một phần cốt lõi của nhà kho vì vậy nhóm quyết định chọn các loại phần cứng của các hãng có uy tín để đảm bảo việc hoạt động chính xác của toàn nhà kho đang thực hiện. Cảm biến: Cảm biến trong nhà kho là các cảm biến của các hãng sản xuất lớn có uy tín điển hình là Omron. Cơ cấu chấp hành: là các loại van khí nén và xi lanh của nhà sản xuất Airtac và động cơ kéo băng tải là động cơ hộp số của Nhật Bản. Hệ thống khí nén: được đảm bảo bởi bình khí nén hoạt động tự động bom khi áp suất không đảm bảo giúp mô hình nhà kho hoạt động luôn ổn định. PLC: PLC nhóm sử dụng là loại PLC S7-1200 của Siemens. Loại PLC này là PLC có thể hoạt động khá ổn định. Nó là tiền thân của PLC S7-200 mà Siemens đã khai tử. Nhóm chọn PLC S7-1200 bởi vì S7-1200 là một PLC mới mà nhóm mong muốn được tiếp cận. 2.3 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ SCADA Dưới đây là sơ đồ một hệ thống SCADA: Hình 2.2Sơ đồ hệ thống SCADA SCADA hiểu theo nghĩa truyền thống là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu. Nhằm hỗ trợ con người trong quá trình giám sát và điều khiển từ xa. 2.3.1Các thành phần của hệ thống Cấu trúc một hệ Scada có các thành phần cơ bản sau: 9 1 Trạm điều khiển giám sát trung tâm: Là một hay nhiều máy chủ trung tâm (central host computer server). 2 Trạm thu thập dữ liệu trung gian: Là các khối thiết bị vào ra đầu cuối từ xa RTU (Remota Terminal Units) hoặc là các khối điều khiển logic khả trình PLC (Programmale Logic Controllers) có chức năng giao tiếp với các thiết bị chấp hành (cảm biến cấp trường, các hộp điều khiển đóng cắt và các van chấp hành…). 3 Hệ thống truyền thông: Bao gồm các mạng truyền thông công nghiệp, các thiết bị viễn thông và các thiết bị chuyển đổi dồn kênh có chức năng truyền dữ liệu cấp trường đến các khối điều khiển và máy chủ 4 Giao diện người - máy HMI (Human - Machine Interface): Là các thiết bị hiển thị quá trình xử lí dữ liệu để người vận hành điều khiển các quá trình hoạt động của hệ thống. 2.3.2Cơ chế thu thập dữ liệu 1 Trong hệ Scada, quá trình thu thập dữ liệu được thực hiện trước tiên ở quá trình các RTU quét thông tin có được từ các thiết bị chấp hành nối với chúng. Thời gian để thực thi nhiệm vụ này được gọi là thời gian quét bên trong. Các máy chủ quét các RTU (với tốc độ chậm hơn) để thu thập dữ liệu từ các RTU này. 2 Để điều khiển, các máy chủ sẽ gửi tín hiệu yêu cầu xuống các RTU, từ đó cho phép các RTU gửi tín hiệu điều khiển trực tiếp xuống các thiết bị chấp hành thực thi nhiệm vụ. 2.3.2.1Xử lí dữ liệu Dữ liệu truyền tải trong hệ Scada có thể là dạng liên tục (anlog), dạng số (digital) hay dạng xung (pulse). Giao diện cơ sở để vận hành tại các thiết bị đầu cuối là một màn hình giao diện đồ họa GUI (Graphical User Interface) dùng để hiển thị toàn bộ hệ thống điều khiển giám sát hoặc các thiết bị trong hệ thống. Tại một thời điểm, dữ liệu được hiện thị dưới dạng hình ảnh tĩnh, khi dữ liệu thay đổi thì hình ảnh này cũng thay đổi theo. Trong trường hợp dữ liệu của hệ thống biến đổi liên tục theo thời gian, hệ Scada thường hiện thị quá trình thay đổi dữ liệu này trên màn hình giao diện đồ họa (GUI) dưới dạng đồ thị. Một ưu điểm lớn của hệ Scada là khả năng xử lí lỗi rất thành công khi hệ thống xảy ra sự cố. Nhìn chung khi có sự cố hệ SCADA có thể lựa chọn một trong các cách xử lí sau: 1 Sử dụng dữ liệu cất giữ trong các RTU: Trong các hệ Scada có các RTU có dung lượng bộ nhớ lớn, khi hệ thống hoạt động ổn định dữ 10 [...]... của RTU Do đó, khi hệ thống xảy ra lỗi thì các RTU sẽ sử dụng tạm dữ liệu này cho đến khi hệ thống hoạt động trở lại bình thường 2 Sử dụng các phần cứng dự phòng của hệ thống: Hầu hết các hệ Scada đều được thiết kế thêm các bộ phận dự phòng, ví dụ như hệ thống truyền thông hai đường truyền, các RTU đôi hoặc hai máy chủ…do vậy, các bộ phận dự phòng này sẽ được đưa vào sử dụng khi hệ Scada có sự cố hoặc... cho lĩnh vực sản xuất các thiết bị điện tử, vì điều kiện vệ sinh môi trường rất tốt và an toàn cao Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén còn được sử dụng trong các dây chuyền rửa tự động, trong các thiết bị vận chuyển, và kiểm tra các thiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói, bao bì và trong công nghiệp hóa chất Hệ thống truyền động Các dụng cụ, thiết bị máy va đập Các thiết bị máy móc trong lĩnh... truyền động bằng khí nén là phù hợp • Truyền động thẳng Vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho chuyển động thẳng trong các dụng cụ, đò gá kẹp chặt chi tiết, trong các thiết bị đóng gói, trong các loại máy gia công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh, cũng như trong hệ thống phanh hãm của ô tô • Trong các hệ thống đo và kiểm tra Dùng trong các thiết bị đo và kiểm tra chất lượng sản phẩm 2.8.2Các phần tử... Điều này đảm bảo các thiết bị I/O có thể cung cấp thông tin thời gian thực, các cảnh báo và các sự kiện quan trọng khác với thời gian hệ thống được dựa vào thời gian tiêu chuẩn đã được chuẩn hóa Bằng cách thu nhận các sự kiện tại một thời điểm so sánh, một bản mô tả và phân tích chính xác các lỗi có thể xảy ra Bởi vì không phải các thiết bị mạng nào cũng có thời gian hệ thống, một hệ thống lại có thể được... khiển dự phòng, mạng dự phòng, thiết bị dự phòng hoặc thiết bị giao tiếp dự phòng Hơn nữa, thời gian phục hồi của hệ thống giao tiếp phải đủ nhanh để tránh làm xáo trộn quá trình Tất cả các thành phần dự phòng phải có khả năng chẩn đoán để có thể chẩn đoán được các lỗi và thay thế các thành phần bị lỗi 2.5.4Khái niệm thống nhất Nhiều người dùng thể hiện mong muốn một hệ thống giao tiếp tích hợp trở thành... Alarm cũng là một phương thức cảnh báo không thể thiếu trong các hệ thống tự động hiện đại Việc trang bị Alarm cho hệ thống tự động của nhà máy sẽ giúp người vận hành và người giám sát biết được các thông tin hoạt động của toàn nhà máy gồm các cảnh báo trước về mức điện áp quá thấp hay quá cao, tải nặng hay báo động báo tải ngừng hoàn toàn hệ thống và các thông báo về việc xuất hàng và nhập hàng, v.v Hình... xạ lại một phần ánh sáng (phản xạ khuếch tán) ngược trở lại bộ thu của cảm biến, kích hoạt tín hiệu ra Ưu điểm: • • • Dễ dàng trong việc thiết kế và lắp đặt vì chỉ cần một vị trí Do có một thiết bị nên việc đấu dây cho hệ thống dễ dàng hơn Ứng dụng: Dụng phổ biến trong việc phát hiện vật thể trong các băng chuyền Nhược điểm: • • • • • Khoảng cách phát hiện ngắn (do chỉ phát hiện được một phần ánh sáng... những dụng cụ, thiết bị, phần tử khí nén mới được sáng chế và được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau, sự kết hợp khí nén và điện – điện tử là nhân tố quyết định cho sự phát triển của kĩ thuật điều khiển trong tương lai 2.8.1Khả năng ứng dụng của khí nén Trong lĩnh vực điều khiển Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng ở những lĩnh vực mà ở đó nguy hiểm, hay xảy ra các vụ nổ, như các thiết bị phun... nén Hình 2.24 mô tả một hệ thống phân phối khí nén Hệ thống ống dẫn thường được đặt dốc theo hướng cung cấp khí nén, với độ dốc từ 1-2% Đường kính của ống dẫn được lựa chọn phụ thuộc vào yêu cầu về tổn thất áp suất trên đường dẫn tính từ nguồn đến nơi tiêu thụ, theo tiêu chuẩn không vượt quá 0, 1 bar 31 Hình 2.24 Một hệ thống phân phối khí nén Cơ sở lựa chọn: • Lưu lượng cần thiết • Độ dài đường dẫn... nhiên, để thiết lập PROFINET trên diện rộng cần có những yêu cầu đặc biệt phải được thi hành Nỗ lực này tập trung vào bốn khu vực chính: Bảo tồn vốn đầu tư Để bảo tồn vốn đầu tư, việc tích hợp liên tục vào hệ thống fieldbus phải được thực hiện Nhiều nhà máy công nghiệp quá trình đã được vận hành trong vài thập kỷ và đã được lắp đặt một lượng lớn các thiết bị mạng, các bộ điều khiển và hệ thống giao . cứu và thực hiện xây dựng, lập trình giám sát hệ thống trên phần mềm. • Thực hiện kết nối mô hình và phần mềm giám sát. • Kiểm nghiệm mô hình và phần mềm giám sát từ đó kêt luận và nhận xét. 7 loại PLC này cũng chiếm ưu thế. 2.1.4 Các phần mềm giám sát tại các kho hàng Các phần mềm giám sát tại các kho hàng đa phần là các phần mềm giám sát và điều khiển của chính hãng của PLC đang. một hệ thống SCADA: Hình 2.2Sơ đồ hệ thống SCADA SCADA hiểu theo nghĩa truyền thống là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu. Nhằm hỗ trợ con người trong quá trình giám sát và