Điều khiển giám sát hệ thống sản xuất mì gói” sử dụng s7 300 và được mô phỏng trên WinCC

Nội dung cơ bản dự kiến thực hiện:Chương 1: Hệ thống điều khiển giám sátChương 2: Tổng quan về hệ thống điều khiển và sản xuất mỳ góiChương 3: Phân tích thiết kế mô hình hệ thốngChương 4: Thiết kế hệ điều khiểnChương 5: : Thiết kế mạng SCADA cho hệ thống dây chuyền phân loại sản phẩm

MỤC LỤC mục lục MỞ ĐẦU Schneider 34 Mitsubishi 34 3.5 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ: 37 A, Bộ nghịch lưu dòng ba pha: 38 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 MỞ ĐẦU Trong thời đại nay, với phát triển xã hội, q trình cơng nghiệp hóa phát triển cách mạnh mẽ khơng ngừng Những cơng trình cơng nghiệp lớn trọng điểm áp dụng mức độ tự động hóa tương đối cao Mọi thành tựu tự động hóa phải thực tảng lý thuyết điều khiển tự động Chính vậy, lý thuyết điều khiển tự động yếu tố định q trình tự Tự động hố có mặt từ khâu thiết khâu đóng gói sản phẩm dây chuyền sản xuất Tự động thiết kế CAD không cần thiết kế sản phẩm, mà dùng để mơ phỏng, tính tốn, phân tích.Ngày nay, người ta quan tâm đến dạng phát triển CAD Đó CAE (Computer Aide Engineering) CAE dùng để phân tích kĩ thuật tìm lời giải hợp lí giai đoạn thiết kế Một dạng phát triển CAD công nghệ tạo mẫu nhanh RPT (Rapid Prototyping Technology) Theo công nghệ này, thông tin sản phẩm thiết kế máy tính chuyển trực tiếp sang thiết bị RPT để tạo mẫu vật chiều.Như vậy, riêng vấn đề nhỏ kĩ thuật tự động hố, CAD làm thay đổi nhiều trình sản xuất Khi đời, CAD quan khoa học Mỹ đánh công nghệ “làm tăng suất lên gấp bội, mà chưa công nghệ đạt tới”, đồng thời dẫn ví dụ minh hoạ việc rút ngắn thời gian thiết kế máy bay từ 1,5 năm với ngàn kĩ sư, xuống vài tuần với nhóm nhỏ kỹ sư Ngày nay, CAD đà phát triển mới.Một ứng dụng kĩ thuật tự động hoá dùng máy tính trực tiếp điều khiển đến thiết bị, dây chuyền sản xuất toàn hệ thống sản xuất Từ việc điều khiển số NC (Numerical Control), điều khiển máy tính CNC (Computer Numerical Control) việc ứng dụng “máy tính nhúng” điều khiển thiết bị, bước đường dài phát triển làm tăng ổn định hiệu sử dụng lên rõ rệt.Một đặc trưng trình độ tự động hố đại mức độ xử lí thơng minh tình xẩy trình cơng nghệ Vì vậy, cần có sensor tinh xảo để nhận biết tình Ngày nay, sở thành tựu hệ thống tích hợp khoa học Micro Nano (Micro Nanoscience Integrated Systems) nhiều tổ hợp sensors tạo cụm cảm biến đa năng, cho phép nhanh chóng nhận thức mơi trường tình từ nhiều thơng tin lúc Vài nét đặc trưng ngành tự động hố đại vừa điểm qua, tơ đậm vai trò chủ đạo kinh tế kĩ thuật đại Ngày nay, nhiều người thừa nhận rằng, nói đến cơng nghiệp hố, đại hố khơng thể khơng nói đến tự động hố, mà linh hoạt hố tiêu chí quan trọng để đánh giá hệ thống tổ chức sản xuất đáp ứng yêu cầu cạnh tranh khốc liệt thị trường Những bước từ số hố đến máy tính hố hệ thống sản xuất, dịch vụ ngày thực theo đường mềm hố, linh hoạt hố để thích nghi với thị trường biến động Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing Systems) trở thành biểu tượng cho sản xuất đại Hệ thống sản xuất tự động cho phép đáp ứng nhanh với yêu cầu thay đổi mẫu mã đặc tính kĩ thuật sản phẩm thị trường cạnh tranh Hệ thống sản xuất linh hoạt thích hợp với quy mơ sản xuất vừa nhỏ Hệ thống sản xuất tích hợp với máy tính CIM (Computer Integrated Manufacturing) trở thành cốt lõi cho hệ thống quản lý công nghệ kinh tế doanh nghiệp đại Như vậy, ngày tự động hoá lên với vai trò chủ đạo, dẫn dắt nhiều ngành kinh tế kĩ thuật phát triển Bản thân tự động hoá liên ngành Nó khơng thuộc ngành kinh tế kĩ thuật riêng biệt nào, lại có mặt hầu hết ngành kinh tế kĩ thuật Nếu hình ảnh “máy tính nhúng” (embeded) thiết bị doanh nghiệp đại hình ảnh đẹp phổ biến khắp nơi, nói rằng, ngày tự động hoá “nhúng” hầu hết ngành kinh tế kĩ thuật Từ cuối kỉ 18, người châu Âu bắt đầu sản xuất sử dụng sản phẩm mì sợi.Và trở thành thực phẩm truyền thống nước châu âu, đặc biệt Ý Pháp Sau đó, sản phẩm du nhập vào châu Á Và sau đó, để tiết kiệm thời gian chế biến, người châu Á ( Nhật ) đưa cơng nghệ sản xuất mì chuẩn bị bữa ăn nhanh gọi mì ăn liền Từ đến nay, mì ăn liền khơng ngừng cải tiến phát triển sản lượng chất lượng Công nghệ sản xuất mì ăn liền ln nâng cao Em xin giới thiệu đề tài “Điều khiển giám sát hệ thống sản xuất mì gói” sử dụng S7-300 mơ WinCC Dây chuyền đóng gói dây chuyền tự động nên giảm bớt sức lao động so với việc làm thủ công đồng thời làm tăng suất sản xuất chất lượng gói mỳ tốt ổn định Trong trình làm đồ án em nhận giúp đỡ, hướng dẫn, bảo nhiệt tình thầy giáo góp ý xây dựng bạn bè đồng nghiệp Đặc biệt giúp đỡ giảng viên ThS Đỗ Thị Mai Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ Thái Nguyên, ngày tháng 09 năm 2019 SINH VIÊN THỰC HIỆN BÁO CÁO Mai Văn Trường Đinh Danh Tâm Mục tiêu đề tài: Điều khiển giám sát dây chuyền sản xuất mì ăn liền dùng S7-300 phần mềm WinCC Nội dung dự kiến thực hiện: Chương 1: Hệ thống điều khiển giám sát Chương 2: Tổng quan hệ thống điều khiển sản xuất mỳ gói Chương 3: Phân tích thiết kế mơ hình hệ thống Chương 4: Thiết kế hệ điều khiển Chương 5: : Thiết kế mạng SCADA cho hệ thống dây chuyền phân loại sản phẩm CHƯƠNG – HỆ THỐNG ĐIỀU KHỂN GIÁM SÁT 1.1 Tổng quan hệ thống điều khiển giám sát 1.1.1 Định nghĩa SCADA SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu Hình 1.1 Đối tượng điều khiển hệ thống SCADA Đây hệ thống hỗ trợ người việc giám sát, điều khiển hệ thống điều khiển tự động như: Nhà máy sản xuất, hệ thống thông tin viễn thông, hệ thống điện lưới nhà máy cung cấp nước sạch… Để làm cơng việc hệ SCADA phải có hệ thống sau:  Hệ thống truy cập liệu  Hệ thống truyền tải liệu  Dao diện người - máy HMI (Humen Machine Interface) HMI sử dụng cấp điều khiển giám sát cấp hơn, để thuận tiện cho người vận hành hệ thống thiết bị Các loại dao diện HMI bao gồm:  PO-Perator Panel: Màn hình vận hành  TP-Touch Panel: Màn hình cảm ứng  Multy Panel… Do phát triển chuẩn truyền thông công nghiệp phần mềm công nghiệp, nên việc trọng vào thiết kế hệ SCADA lựa chọn công cụ phần mềm để thiết kế giao diện HMI giải pháp tích hợp hệ thống vấn đề cốt lõi để xây dựng hệ thu thập điều khiển giám sát 1.1.2 Các loại hệ thống SCADA Hệ thống SCADA chia thành nhóm với chức sau: Là hệ SCADA mang tính độc lập nối mạng, hệ SCADA khơng có khả đồ họa loại có khả xử lý đồ họa thông tin thời gian thực a) Hệ thống SCADA mờ (Blind) Đây hệ thống SCADA giản đơn, khơng có phận giám sát mà có nhiệm vụ thu thập xử lý liệu đồ thị Ưu điểm là: Do cơng nghệ cấu thành mạng đơn giản nên có giá thành thấp b)Hệ thống SCADA độc lập Đây hệ có khả giám sát thu thập liệu với vi xử lý Hệ điều khiển hai máy móc, nên chủ yếu sử dụng đơn vị sản xuất có quy mơ nhỏ vừa c) Hệ thống SCADA Mạng Đây hệ thống có khả giám sát thu thập liệu với nhiều vi xử lý Các máy tính giám sát nối mạng với Thường chúng sử dụng nhiều dây chuyền sản xuất nơi có nhiều máy móc cần phải điều khiển Thông qua mạng truyền thông, tồn hệ thống kết nối với phòng điều khiển cấp phân xưởng, phòng giám sát cấp cơng ty Hoặc có nhận tín hiệu điều khiển trực tiếp từ phòng quản lý phòng thiết kế d)Hệ thống SCADA xử lí đồ họa thơng tin thời gian thực Hệ thống có khả giám sát thu thập liệu Nhờ thông tin thu thập trước máy tính mà hệ có khả mơ trình hoạt động hệ thống sản xuất Nhờ máy tính ghi lại tồn liệu q trình hoạt động hệ thống nên xảy cố hệ thống báo cho người vận hành, tự động xử lý lỗi xảy e) Đánh giá hệ SCADA Để đánh giá hệ điều khiển giám sát SCADA cần phải phân tích đặc điểm hệ thống theo số tiêu chuẩn như:  Khả hỗ trợ công cụ phần mềm điều khiển việc thực xây dựng hình giao diện • Số lượng chất lượng thành phần đồ họa có sẵn, khả truy cập cách kết nối liệu từ q trình kỹ thuật có tốt khơng • Tính mở hệ thống, chuẩn hóa giao diện trình, khả hỗ trợ xây dựng chức trao đổi tin tức (Messaging), xử lý kiện cố (Event and Alarm), lưu trữ thông tin (Archive and history) lập báo cáo (Reporting) • Tính thời gian thực hiệu suất trao đổi thơng tin, với Windown hỗ trợ sử dụng mơ hình phần mềm ActiveX Control OPC • Xem xét giá thành tổng thể hệ thống 1.1.3 Sự phân cấp quản lí hệ thống SCADA Việc giám sát, thu thập số liệu điều khiển cần thiết hệ thống công nghiệp Đặc thù hệ tự động quy mô hệ thống sản xuất lớn, trải không gian rộng, bao gồm nhiều phần tử, thiết bị với chức năng, nguyên lý làm việc khác Do việc sử dụng hệ thống điều khiển trung tâm để đảm nhận tất chức giám sát điều khiển phức tạp Chính mà tùy theo mức độ quan trọng yêu cầu tính giám sát, điều khiển mà chức giám sát, điều khiển thu thập liệu phân phối phân cấp cho thiết bị khác Cấp thứ nhất: Là phần tử có chức năng: - Giám sát thơng số vận hành hệ thống, lệnh cho phần tử chấp hành thực chức điều khiển, ghi chụp, phân tích cố xảy trình hoạt động hệ thống - Thu thập số liệu, thông số vận hành chế độ bình thường để gửi lên máy tính điều khiển mức trạm (Substation Server) thiết bị đầu cuối RTU (Remote Terminal Unit) Trong hệ thống đại, phần tử gọi chung thiết bị điện tử thông minh IED (Intelligent Electronic Devices) Cấp thứ hai Là trạm điều khiển SS (Substation Server) RTU có chức chủ yếu thu thập số liệu từ IED quản lý, lưu lại sở liệu phục vụ nhu cầu đọc liệu chỗ qua giao diện người máy HMI (Human Machine Interface) truyền liệu thu thập lên cấp quản lý cao theo chuẩn truyền thông Cấp thứ ba Cấp thứ ba trung tâm điều khiển toàn hệ thống, nơi thực việc thu thập số liệu từ Điều khiển trạm SS (Substation Server) RTU, thực chức tính tốn, đánh giá trạng thái hệ thống, thực chức điều khiển quan trọng, lên kế hoạch vận hành tồn hệ thống Do quy mơ rộng lớn hệ thống điều khiển giám sát đại, trạm điều khiển trung tâm chia thành cấp điều khiển trung tâm (Central Control) trạm điều khiển vùng (Area Control Center) Luồng thơng tin hệ thống điều khiển tích hợp: Hình 1.2 Phân cấp chức hệ SCADA Bảng 1.1 Bảng chức nhiệm vụ cấp hệ SCADA Level Level I - Chức năng, nhiệm vụ Thu thập liệu q trình cơng nghệ thời gian thực; - Tính tốn theo algorithm đưa tín hiệu điều khiển theo qui luật cho trước; - Báo hiệu việc vượt ngưởng cho phép thông số; - Block hành động lổi Operator thiết bị điều khiển; - Ngăn ngừa xãy Alarm Thu thập thông tin từ cấp dưới, xữ lý, lưu trữ monitoring; - Đưa tín hiệu điều khiển sở phân tích thơng tin; - Chuyển thông tin việc sản xuất xưởng, xí nghiệp - Level II cho cấp cao hơn; - Tính tốn thơng số thứ cấp, đó, số chất lượng sản phẩm, số kinh tế-kỹ thuật; - Lưu trữ thông tin; - Đưa report; - Chuẩn đoán hư hỏng phần tử hệ thống; - Xác định thông số, cấu hình thiết bị điều khiển điều khiển cục Level 1; - Level III Thay đổi cấu trúc hệ thống điều khiển cục bộ, thay đổi trạng thái làm việc thiết bị điều khiển - Tối ưu số kinh tế sản xuất; - Điều khiển theo số kinh tế, kinh tế-kỹ thuật; - Quản lý tài nguyên công ty; - Lưu trữ thông tin; - Đưa kế hoạch sản xuất 1.1.4 Chức hệ thống SCADA - Chức giám sát: Giám sát đảm bảo tính xác tồn thông số vận hành hệ thống - Chức điều khiển: + Điều khiển q trình xác, tin cậy + Cài đặt thông số từ xa có nhu cầu thay đổi cấu trúc, quy mơ hệ thống, yêu cầu công nghệ dẫn tới số thông số vận hành hệ thống bị thay đổi theo - Chức quản lý, lưu trữ liệu: + Giám sát cố xảy trình hoạt động hệ thống, cảnh báo cố âm thanh, màu sắc, thơng báo hình hiển thị + Ghi nhận, lưu trữ liệu, thông tin vận hành, thông tin cố hệ thống (logging/archiving) + Lập biểu đồ (Trending): sản phẩm SCADA hỗ trợ tiện ích lập biểu đồ + Điều khiển báo động (Alarm handing): thực báo động dựa kiểm tra giới hạn trạng thái thực server + Xuất báo cáo (Report Generation): xuất báo cáo dạng truy vấn SQL cho lưu trữ file, bảng ghi kiện dạng text, file kiện dạng html, báo cáo xuất, in lưu trữ tự động - Tính thời gian thực: SCADA hệ thống điều khiển, giám sát thu thập liệu thời gian thực, tính thời gian thực hệ thống cân thiết quan trọng Tính thời gian thực ảnh hưởng tới độ xác, đắn kết đầu Một hệ thống có tính thời gian thực khơng thiết phải có phản ứng thật nhanh mà quan trọng phải có phản ứng kịp thời yêu cầu tác động bên 10 51 52 53 54 55 56 57 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ MƠ HÌNH SCADA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT MỲ GĨI 5.1 Bảng thơng số biến điều khiển , giám sát ,cảnh báo, biến vào Thông số Hiển Điều Giám sát Cảnh báo Nhiệt độ Áp suất Thời gian Số lượng thị + + + + khiển + + + + + + + + + + + + Mức + - + - 5.2 Bảng tag nội,tag ngoại 58 5.3 Xây dựng hình ảnh trình 1,Hình ảnh tồn hệ thống 59 2,Hình ảnh bên bình chứa 3, Hình ảnh bên khâu chiên 60 4,Hình ảnh bên khu vực đóng gói 5.4 Xác định hình ảnh động, hình ảnh tĩnh ,đối tượng điều khiển lập trình C STT Hình ảnh động Hình ảnh tĩnh Nước Băng tải Nguyên liệu Máy cắt Sản phẩm Máy hấp Thùng đóng gói Máy chiên Cảm biến Động Máy làm nguội 5.5 Bảng báo cáo thơng số q trình Đối tượng điều khiển lập trình C Cảm biến Bình chứa Sản phẩm Thùng đóng gói van 1, Bảng thơng số khâu bồn chứa: -Bao gồm tín hiệu : thời gian, mức 2, Bảng thông số khâu chiên : 61 -Bao gồm tín hiệu : thời gian, nhiệt độ,áp suất 5.6 Cấu hình thơng số cảnh báo báo động hệ thống Tín hiệu Giá trị đo Thời gian Cảnh báo Nhiệt độ 20 16/10/19 Cảnh báo mức giới hạn Áp suất Tín hiệu cảnh báo Đèn đỏ sáng 30 8:47:5 16/10/19 Cảnh báo mức vượt ngưỡng Đèn nâu sáng 30 8:49:7 16/10/19 Cảnh báo mức giới hạn Đèn đỏ sáng 40 8:47:5 16/10/19 Cảnh báo mước vượt ngưỡng Đèn nâu sáng 8:49:7 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Kết trình nghiên cứu : Tiếp xúc với phần mềm lập trình Step & mơ PLCSIM Tìm hiểu công nghệ dây chuyền sản xuất hệ thống tự động 62 Mô ảnh động WinCC với nhiều hiệu ứng, giám sát điều khiển trình hoạt động dây chuyền giao diện WinCC Thuận lợi khó khăn : - Được hướng dẫn tận tình từ cán hướng dẫn có kinh nghiệm thực tế - Trao đổi hang tuần cán hướng dẫn bạn bè Tuy nhiên: - Chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế nên hạn chế việc thiết kế áp dụng cơng nghệ - Vì sinh viên nên điều kiện sở vật chất thiếu thốn, gặp khó khăn q trình mơ đồ họa chất lượng cao WinCC Hướng giải phát triển: - Khảo sát thực tế máy móc cơng nghệ nay, để cải tiến xuất dây chuyền - Đưa mô vào ứng dụng để khắc phục lỗi thực tế (tác nhân bên tác động vào) 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Lê Ngọc Bích, PGS TS Trần Thu Hà, KS Phạm Quang Huy, Điều khiển giám sát với S7-200, S7-300 PC Access & WinCC, Nxb Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2011 [2] PGS TS Trần Thu Hà, KS Phạm Quang Huy, CAD tự động hóa, Tự học S7 WinCC hình ảnh, Nxb Hồng Đức,2012 64 ... tài: Điều khiển giám sát dây chuyền sản xuất mì ăn liền dùng S7- 300 phần mềm WinCC Nội dung dự kiến thực hiện: Chương 1: Hệ thống điều khiển giám sát Chương 2: Tổng quan hệ thống điều khiển sản xuất. .. hình hệ thống Chương 4: Thiết kế hệ điều khiển Chương 5: : Thiết kế mạng SCADA cho hệ thống dây chuyền phân loại sản phẩm CHƯƠNG – HỆ THỐNG ĐIỀU KHỂN GIÁM SÁT 1.1 Tổng quan hệ thống điều khiển giám. .. chuyền sản xuất. Vậy ảnh hưởng trình điều khiển giám sát dây chuyền sản xuất mì gói cần thiết, ta sử dụng hệ SCADA vào ứng dụng quy trình -Ưu điểm: + hệ thống dễ vận hành,dễ theo dõi trình sản xuất