xây dựng hệ scada dùng rsview32 cho hệ thống điều khiển sử dụng controllogix

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là sử dụng các thiết bị phần cứng và phần mềm để thành lập một hệ thống tri xuất dữ liệu và giám sát, điều khiển băng tải qua mạ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỀ TÀI NCKH SINH VIÊN

XÂY DỰNG HỆ SCADA DÙNG RSVIEW32 CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM



ĐỀ TÀI NCKH CẤP SINH VIÊN

XÂY DỰNG HỆ SCADA DÙNG RSVIEW32 CHO

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG

CONTROLLOGIX

MÃ SỐ: SV2010-99

THUỘC NHÓM NGÀNH : KHOA HỌC KỸ THUẬT

NGƯỜI CHỦ TRÌ : NGUYỄN THÀNH LUÂN

NGƯỜI THAM GIA : TRẦN PHI VŨ

Trang 1

Mục lục

PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 3

I ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 3

II TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 3

III NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI 4

PHẦN 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 6

I MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI 6

II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 6

III NỘI DUNG 6

1 Phần mềm Rsview32 của hãng Rockwell Automation 6

2 Mạng ControlNet 8

3 Tổng quan bộ ControlLogix của Rockwell Automation 10

4 Cấu hình hệ thống 12

4.1 Khai báo trong RSNetworx for ControlNet 12

4.2 Khai báo phần cứng trong RSLogix5000 14

4.3 Khai báo trong RSView32 15

5 Thi công mô hình 18

5.1 Giới thiệu tổng quan về mô hình 18

5.2 Mô hình băng tải 19

6 Giao diện điều khiển và giám sát hoạt động băng tải 22

IV KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 24

1 Tính khoa học 24

2 Khả năng ứng dụng vào thực tế 24

3 Hiệu quả kinh tế-xã hội 24

PHẦN 3: KẾT LUẬN 26

I KẾT LUẬN 26

1 Tóm tắt đề tài 26

2 Hướng phát triển của đề tài 26

II ĐỀ NGHỊ 27

Tài liệu tham khảo 28

PHẦN 1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Phần 1: Đặt vấn đề Trang 3

PHẦN 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

I ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu của đề tài này là sử dụng các thiết bị phần cứng và phần mềm để thành lập một hệ thống tri xuất dữ liệu và giám sát, điều khiển băng tải qua mạng ControlNet

Các thiết bị của hãng Rockwell Automation sau:

 Bộ Controllogix 5561 controller

 Mạng ControlNet

 Phần mềm điều khiển và giám sát RSView32

 Mô hình băng tải

II TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

Trong lĩnh vực tự động hóa đặc biệt là trong lĩnh vực điều khiển và giám sát có rất nhiều hãng sản xuất các thiết bị về tự động hóa như Siemens, Panasonic, Omron… và cũng phải

kể đến hãng RockWell Automation, đây là một hãng tự động hóa nổi tiếng Nhu cầu sử dụng sản phẩm của hãng trên thế giới rất lớn và các công ty đã ứng dụng các thiết bị và phần mềm của hãng Rockwell rất nhiều trong thực tế Tại Việt Nam sản phẩm của hãng được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực dầu khí và các nhà máy có công nghệ hiện đại

Tại Viêt Nam, vì do các bộ điều khiển, phần mềm của hãng Rockwell rất mắc tiền nên sinh viên chưa có điều kiện được nghiên cứu, tiếp xúc trong thưc tế Đại học bách khoa Hà Nội

và Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh là hai trường trong cả nước được hãng Rockwell Automation đầu tư trang thiết bị cho sinh viên thực tập

Tại phòng thực tập ở trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh do được tài trợ sau nên được trang bị những thiết bị hiện đại và mới Được sự giúp đỡ và tạo điều kiện của các thầy cô trong bộ môn tự động mà nhóm là nhóm được nghiên cứu trang thiết bị này

Vì thế, nhóm nhận thấy đây là một đề tài tuy đã xuất hiện ở nhiều nước trên thế giới nhưng lại khá mới mẻ ở Việt Nam

III NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN TỒN TẠI

Vì đây là nhóm đầu tiên được nghiên cứu trang thiết bị tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh của hãng Rockwell Automation nên không thể thiếu những thiếu sót và không nghiên cứu kĩ càng được Vì thế nhóm chỉ dừng lại việc thiết lập giao tiếp cho các thiết bị trong mạng ControlNet và chương trình giám sát RSView32 Và mô hình mà nhóm

sử dụng cũng mới chỉ dừng lại ở mức độ đơn giản chưa đi sâu vào các mô hình có tính chất học thuật cao

PHẦN 2: GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

I MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI

Nhóm sinh viên thực hiện đề tài này nhằm mục đích nghiên cứu, ứng dụng mạng ControlNet kết hợp với phần mềm RSView32, để thiết kế một hệ thống có tính ứng dụng cao và hiệu quả trong công nghiệp Thông qua đó sinh viên nắm được những kiến thức về lĩnh vực tự động hoá mà sinh viên chưa được tiếp cận trong chương trình học tại trường đại học Ngoài ra, việc thực hiện đề tài này còn giúp cho những người thực hiện làm quen với cách giải quyết vấn đề, khả năng làm việc nhóm, lập kế hoạch làm việc, từ đó có thêm những kinh nghiệm thực tế trước khi ra trường Trong việc nghiên cứu, cần hoàn thành các công việc sau:

 Thiết lập các thông số trạng thái cũng như khai báo các phần cứng có liên quan

trong mạng ControlNet để điều khiển hệ thống

 Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển dùng RSView 32

 Lập trình hệ thống sử dụng phần mềm RSLogix5000

Phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong đề tài:

 Sử dụng các phần mềm của hãng RockWell Automation

 Sử dụng thiết bị điều khiển Allen Bradley của hãng RockWell Automation

 Sử dụng mạng truyền thông EtherNet, ControlNet

 Thiết lập mô hình thực tế điều khiển băng chuyền

1 Phần mềm Rsview32 của hãng Rockwell Automation

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển các quá trình từ xa Người vận hành có thể nhận biết và điều khiển hoạt động các thiết bị thông qua máy tính và mạng truyền thông Nói cách khác, SCADA thường được dùng để chỉ tất cả các hệ thống máy tính được thiết kế để thực hiện các chức năng sau:

Trang 7 Phần 2: Giải quyết vấn đề

 Thu thập dữ liệu từ các thiết thiết bị công nghiệp hoặc các cảm biến

 Xử lý và thực hiện các phép tính trên các dữ liệu thu thập được

 Hiển thị các dữ liệu thu thập được và kết quả đã xử lý

 Nhận các lệnh từ người điều hành và gửi các lệnh đó đến các thiết bị của nhà máy

 Xử lý các lệnh điều khiển tự động hoặc bằng tay một cách kịp thời và chính xác

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều phần mềm SCADA của các hãng khác nhau như:

 Phần mềm FactoryTalk, RSview32 của Rockwell Automation

 Phần mềm Intouch của Wonderfarm

 Phần mềm Wincc, Wincc Flexible của Seimens…

Trong phần báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học này, nhóm chỉ tập trung nghiên cứu về phần mềm RSView32 của hãng Rockwell Automation

RSView 32 là một phần mềm SCADA của hãng Rockwell Automation Phần mềm này được thiết kế với nhiệm vụ chính là dùng để giám sát các bộ điều khiển khả trình (PLC) của hãng Ngoài ra, nó còn cho phép minh họa khá trực quan, sinh động và sát thực một quá trình công nghệ cho hầu hết các ngành công nghiệp Đây cũng là phần mềm giúp cho người vận hành dễ dàng quan sát tình trạng làm việc của các thiết bị của hệ thống

Với phần mềm RSView 32 người dùng có thể:

 Sử dụng các chức năng của RSView32 ActiveX và OLE tạo các ứng dụng bậc cao

Ví dụ, gắn Visual Basic hoặc các thành phần ActiveX khác vào trong hiển thị đồ họa của RSView32 để tăng khả năng của RSView32

 Tạo và chỉnh sửa đồ họa bằng những công cụ sẵn có mà người dùng đang sử dụng trong Window Với các đối tượng phức tạp có thể tạo chuyển động hoạt hình cộng thêm chức năng kéo – thả, copy – paste, việc định dạng ứng dụng trở nên đơn giản

 Sử dụng VBA để chia sẽ dữ liệu với các chương trình khác của Window như Microsoft Access, Microsoft SQL Server, Microsoft Excel giúp tăng khả năng của RSView32 đáp ứng các ứng dụng của người dùng

 Sử dụng thư viện đồ họa sẵn có trong RSView32 hoặc từ các thành phần khác như Corel Draw, Adobe Photoshop

 Sử dụng chức năng cảnh báo (Alarm) cùa RSView32 để thông báo cho người giám sát quá trình những sự việc bất ngờ xảy ra với nhiều cấp độ cảnh báo Việc tạo nhiều bản tóm tắt cảnh báo (Alarm Summaries) thuận tiện hơn là việc quan sát tất

cả các cảnh báo có trong hệ thống

 Tạo các ” trends ” (đồ thị theo thời gian) biểu diễn trên đồ thị sự thay đổi các biến của quá trình theo thời gian Có khả năng hiển thị sự thay đồi tới 16 kiểu biến (tags) trong mỗi “ trends ”

 Ghi dữ liệu gần như tức thời tới nhiều files bản ghi hoặc đến các “ ODBC databases” để cung cấp nhiều kiểu ghi khác nhau cho các dữ liệu sản xuất Có thể đem các bản ghi dữ liệu trực tiếp vào một ứng dụng thứ ba khác như Microsoft Excel hay Crystal Report không cần phải chuyển đổi file

 Sử dụng chức năng kiểm tra, xác minh bằng “chữ ký điện tử” (electronic signature)

để kiểm tra chắc chắn người vận hành trước khi một hoạt động có thể xảy ra

2 Mạng ControlNet

Mạng truyền thông trong công nghiệp hay mạng công nghiệp là khái niệm chung chỉ các

hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp, được sử dụng để ghép nối các thiết bị trong công nghiệp Các hệ thống truyền thông công nghiệp hiện nay cho phép liên kết mạng ở nhiều mức khác nhau, từ cơ cấu chấp hành, cảm biến ở cấp trường cho tới đến các máy tính điều khiển, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát và các máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý công ty

Trong đề tài nghiên cứu khoa học này nhóm đề cập đến mạng ControlNet của hãng Rockwell Automation

Khi một hệ thống phức tạp có nhiều thiết bị liên kết với nhau để trao đổi dữ liệu nhưng với cách kết nối dây thông thường thì rất nhiều đường dây và khó kết nối, do đó có rất nhiều kiểu mạng được ra đời trong đó phải nói đến mạng ControlNet

ControlNet là một giao thức mạng công nghiệp mở và được ứng dụng trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp và cũng được biết như là bus trường (fieldbus) Các hệ thống bus trường được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là PROFIBUS, ControlNet, INTERBUS, CAN, WordFIP, P-NET, Modbus và gần đây phải kể tới Foundation Fielfbus, DeviceNet, AS-i, EIB và Bitbus là một vài hệ thống bus cảm biến/chấp hành tiêu biểu nhất

Những đặt tính mà ControlNet khác với những hệ thống mạng khác đó là hệ thống cáp và việc truyền thông trên mạng ControlNet được hoạch định một cách chính xác và bảo mật cao Vì lớp vật lý, lớp mạng cơ bản không sử dụng những gói dữ liệu Hãng Rockwell Automation đã cung cấp những phần mềm nhằm phân tích việc truyền thông trên mạng ControlNet

Mạng ControlNet trao đổi dữ liệu với tốc độ khá cao (phụ thuộc vào loại module sử dụng)

Vì thế, mạng ControlNet là loại kết nối tiêu biểu cho Controllogix, PLC-5, và phần cứng giao tiếp, giám sát chuyên sâu trong một mạng điều khiển phân phối

Mỗi mạng CotrolNet yêu cầu phải có ít nhất một Module để lưu trữ thông số lập trình và thiết lập cấu hình mạng Module này được gọi là keeper vì nó quản lý cấu hình mạng Phần mềm RSNetWorx cho ControlNet có nhiệm vụ thiết lập cấu hình này Để trách xảy

ra lỗi ControlNet cung cấp nhiều keeper dự phòng

Một mạng ControlNet có nhiều keeper thì bất kỳ Module keeper nào đều có thể quản lý bất kỳ nút địa chỉ nào từ 0 đến 99 Keeper nào đặt tại nút mạng có địa chỉ nhỏ nhất thì trở thành keeper chủ động

Trang 9 Phần 2: Giải quyết vấn đề

Mạng ControlNet cho phép:

 Dữ liệu truyền với tốc độ cao giữa các thiết bị điều khiển và các I/O

 Có kênh truyền thông dự phòng

 Cho phép liên kết đến 99 node

3 Tổng quan bộ ControlLogix của Rockwell Automation

Bộ ControlLogix dùng để điều khiển các quá trình và hỗ trợ truyền thông Các module I/O nhỏ gọn, hiện đại Bộ ControlLogix được thiết kế theo kiểu module, vì vậy người sử dụng

có thể thiết kế, xây dựng, sửa đổi và nâng cấp bộ điều khiển một cách dễ dàng và hiệu quả Ngoài khối nguồn cung cấp, bộ ControlLogix thường bao gồm các module: điều khiển, hỗ trợ mạng truyền thông, I/O, Analog … Tùy vào ứng dụng mà ta lựa chọn cấu hình cho phù hợp Thông thường, bộ ControlLogix có các dạng sau: một module điều khiển gắn với các module I/O trên một khung như hình 2, hay là nhiều thiết bị kết nối trên nhiều mạng truyền thông như hình 3

Hình 2 Một modul điều khiển và các module I/O

Hình 3 Nhiều thiết bị kết nối trên nhiều mạng truyền thông

Trang 11 Phần 2: Giải quyết vấn đề

Dưới đây là bộ ControlLogix hiện có trong phòng thực tập ở khoa Điện- Điện tử Đây cũng chính là PLC mà nhóm thực hiện trong đề tài

Hình 4 Bộ ControlLogix L5561 Thông số kỹ thuật của một số mô đun đi kèm với CPU L5561 ở hình 2.11:

 Module nguồn có công suất khoảng 2A, điện áp ngõ ra 24VDC

 Module truyền thông 1756-ENET cho phép giao tiếp qua cổng Ethernet Việc

có hỗ trợ IP là một lợi thế lớn

 Module truyền thông mạng ControlNet CNBR/E cho phép giao tiếp cho mạng

ControlNet, giao thiếp tới 48 thiết bị, tốc độ truyền 5Mbps

 Mô đun Scaner cho phép kết nối với thiết bị khác thông qua mạng DeviceNet Một mô đun scanner có thể ghép tối đa 63 nút địa chỉ khác nhau

 Mô đun ngõ ngõ vào, ra số có khả năng chuẩn đoán lỗi

 Mô đun ngõ vào, ra dùng điện áp xoay chiều 110VAC

4 Cấu hình hệ thống

4.1 Khai báo trong RSNetworx for ControlNet

Công dụng của phần mềm này là giúp cho người lập trình cấu hình phần cứng Người sử dụng cần thiết lập vùng nhớ của các thiết bị giao tiếp với PLC qua chuẩn ControlNet

Để khai báo trong RSNetWorx for ControlNet ta làm theo các bước sau đây:

 Chạy RSNetworx cho ControlNet bằng cách vào đường dẫn sau: Start 

RockwellSoftware  RSNetWorx  RSNetWorx for ControlNet

 Trong màn hình chính chọn từ thanh menu File  New, chọn ControlNet

Configuration

 Chọn NetWork  Online, nó sẽ liên kết đến RSlinx Who

 Chọn mạng ControlNet tương ứng với hệ thống mà ta sử dụng

 Nhấn OK

 RsNetWorx sẽ tìm kiếm tất cả những nút trên mạng và vẽ lên một sơ đồ liệt kê những module trong mạng ControlNet Ở đây ta nhìn thấy có 2 bộ điều khiển liên kết nhau qua mạng ControlNet tại nút thứ 01 và 04

 Chọn Edit Enable trong RSNetWorx bằng cách click vào hộp thoại Edits

Enabled trên góc trên bên trái của cửa sổ Hoặc chọn Network\ Edits Enable như

hình 5

 Sau đó suất hiện hộp thoại ta chọn Use offline data ( download ) chọn OK

 Sau đó chọn File\Save As để lưu cấu hình lại

 Khi hộp thoại tiếp theo xuất hiện click OK

 RSNetWorx bây giờ sẽ ngừng xây dựng mạng và download sơ đồ Điều này

có nghĩa là RSNetWorx đang đọc tất cả những kết nối trên hệ thống mạng, quyết định xem tất cả những gì chúng ta đã thiết lập cấu hình là hợp lệ hay không và quyết định các nút sẽ được kết nối Nếu tất cả các thông số, tiêu chuẩn hợp lệ thì khi đó RSNetWorx sẽ tiến hành tải sơ đồ tới các nút mạng tương ứng

Trang 13 Phần 2: Giải quyết vấn đề

Hình 5 Cho phép hệ thống hoạt động

4.2 Khai báo phần cứng trong RSLogix5000

Logix 5000 là công cụ dùng để viết chương trình cho các dòng PLC Control Logix và Compact Logix Logix 5000 còn giúp cấu hình phần cứng, cấu hình các mô đun nguồn, CPU, analog, các mô đun I/O Tuỳ theo loại mô đun và vị trí của các mô đun trên thanh rack mà có một cấu hình khác nhau

Trong phần này chúng ta chạy phần mềm RSLogix 5000 và sử dụng phần mềm này thiết lập các phần cứng có trong mạng để đáp ứng cho mạng ControlNet

 Chọn chương trình RSLogix5000 theo đường dẫn Start  Rockwell Software

 RSLogix 5000 Enterprise Series  RSLogix 5000

 Để tạo ra một dự án mới từ menu chính chọn File sau đó chọn New

 Chọn loại PLC thích hợp và đặt tên cho dự án cần thiết lập

 Bây giờ chúng ta sẽ cấu hình cho bộ điều khiển bằng cách “ Adding module” trong

“ I/O Configuration”

 Để thiết lặp giao tiếp giữa các thiết bị chúng ta phải thiết lập từng thông số cụ thể như số lượng nút, số khe cắm, lượng dữ liệu được quét và tốc độ quét

 Sau khi thiết lập ta được các module ta có hình 6

Hình 6 Khai báo các module trong RSLogix5000

 Lưu dự án RSLogix 5000 và sau đó download chương trình, click vào menu

Communication chọn Who Active và click vào Download

 Viết chương trình điều khiển