TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁTCHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁTQUAN CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁTCHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG
MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH .3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT 1.1 Tổng quan hệ thông điều khiển giám sát 1.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển, giám sát .6 1.3 Phần cứng hệ thông điều khiển, giám sát 1.3.1 Trạm chủ/trạm trung tâm (MTU) .8 1.3.2 Thiết bị đầu cuối (RTU) 10 1.3.3 Thiết bị điều khiển trung tâm PLC 17 1.3.4 Giao diện người máy HMI 18 1.3.5 Người vận hành .19 1.3.6 Các thiết bị trường 19 1.4 phần mềm hệ thống điều khiển, giám sát 20 1.5 Giải pháp mạng truyền thông cho hệ thống diều khiển giám sát 22 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT 24 2.1 Khảo sát dây chuyền thực tế 24 2.2 Xây dựng sơ đồ công nghệ hệ thống 25 2.3 Lĩnh vực ứng dụng, ưu, nhước điêm .25 2.4 Tính cấp thiết xây dựng hệ thống điều khiển giám sát cho dây chuyền sản xuất nước khoáng 26 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG 28 3.1 Sơ đồ khối hệ thống .28 3.2 Phân tích hoạt động hệ thống 28 3.3 Các thông số cần điều khiển giám sát 29 3.4 Lựa chọn thiết bị phần cứng mơ hình 29 CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 36 4.1 Ngõ vào/ đấu nối PLC 36 4.2 Lưu đồ thuật toán 37 4.3 Sơ đồ mạch lực mạch điều khiển 38 4.4 Sơ đồ đấu nối PLC 39 4.5 Cấu trúc chương trình điều khiển 39 CHƯƠNG 5: XẤY DỰNG GIAO DIỆN GIÁM SÁT HỆ THÔNG 43 5.1 Bảng thông số điều khiển biến giám sát, biến cảnh báo biến đầu vào/ra 43 5.3 Xây dựng hình ảnh trình 44 5.3.1 Hình ảnh trình hệ thống 44 5.3.2 Hình ảnh số chai đầu vào 45 5.3.3 Hình ảnh máy rửa chai, bồn chứa nước bẩn .45 5.3.4 Hình ảnh chiết rót nước 46 5.3.5 Hình ảnh dán nhãn số chai sản xuất .46 5.4 Xác định hình ảnh động, hình ảnh tĩnh, đối tượng điều khiển lập trình C 47 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Minh họa cấu trúc hệ SCADA Hình 1.2 Minh họa thống SCADA đại Hình 1.3 Cấu trúc trạm MTU Hình 1.4 Cấu trúc trạm SUB-MTU 10 Hình 1.5 Cấu trúc RTU .11 Hình 1.7 Hình ảnh số chọn kênh 13 Hình 1.8 Lấy mẫu tín hiệu 13 Hình 1.9 Mô tả chức DAC 14 Hình 1.10 Sơ đồ mạch module đầu vào số 15 Hình 1.11 Chuyển mạch dạng TTL 16 Hình 1.12 Hình ảnh số thiết bị điều khiển trung tâm 18 Hình 1.13 Cấu trúc chung PLC 18 Hình 1.14 Giao diện người máy 19 Hình 1.15 Biểu thị chức IDE 19 Hình 1.16 Kiểu hệ thống SCADA điển hình 21 Hình 1.17 Hệ thống SCADA trao đổi liệu qua mạng Ethernet 23 Hình 2.1 Dây chuyền sản xuất nước khống thực tế 24 Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ dây chuyền sản xuất 25 Hình 3.1 Cảm biến tiệm cận 32 Hình 3.2 Tín hiệu cảm biến từ loại dây dây 33 Hình 3.3 Biểu vật liệu khoảng cách phát vật 34 Hình 3.4 Biểu vật liệu khoảng cách phát vật 34 Hình 3.5 Khoảng cách phát 35 Hình 4.1 Bảng tag ngõ đầu vào/ PLC S7 300 36 Hình 5.1 Bảng tag nội 43 Hình 5.2 Bảng tag ngoại 44 Hinh 5.3 Giao diện hệ thông 44 Hình 5.4 Số chai đầu vào 45 Hình 5.5 Máy rửa chai bồn chứa 45 Hình 5.6 Máy triết rót nước .46 Hình 5.7 Máy dãn nhãn dập nắp 46 LỜI NÓI ĐẦU Ngày với phát triển nhanh chóng cách mạng khoa học kỹ thuật nói chung lĩnh vực điện -điện tử - tin học nói riêng làm cho mặt xã hội thay đổi ngày Trong hồn cảnh đó, để đáp ứng điều kiện thực tiễn sản xuất đòi hỏi người kĩ sư Tự Động Hóa tương lai phải trang bị kiến thứ chuyên ngành cách sâu rộng Trong trình học em nhận đề tài: Điều khiển giám sát dây chuyền sản xuất nước khống Vai trò tầm quan trọng nước với thể người không Đây nguồn bổ xung chất khống vơ q giá cho thể Nước uống đóng chai có mặt hầu hết nơi từ công sở trường học, gia đình Đât nước phát triển, nước uống đóng chai mang lại nhiều tiện ích, cần phát triển dây chuyền sản xuất nước đóng chai đảm bảo sức khỏe Trong trình làm đồ án em nhận giúp đỡ, hướng dẫn, bảo thầy, cô giáo đóng góp xây dựng bạn bè Đặc biệt thầy giáo Th.S Đỗ Thị Mai thầy cô công tác khoa Tự Động Hóa Em xin chân thành cảm ơn! Thái nguyên, tháng năm 2019 Sinh viên CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT 1.1 Tổng quan hệ thông điều khiển giám sát SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) hệ thống điều khiển, giám sát thu thập liệu thời gian thực từ đối tượng nhằm hỗ trợ người trình giám sát điều khiển từ xa Trong thực tế có số hệ thống gọi hệ thống SCADA chúng thực chức thu thập liệu Hệ thống SCADA đà phát triển có khuynh hướng phát triển lĩnh vực công nghiệp Sự phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin làm tăng mức độ tự động hóa phân bố lại chức người thiết bị, sinh vấn đề tương tác người – quan sát viên vớ hệ thống điều khiển SCADA đặt lên hàng đầu nước phương tây năm 80-x kỷ XX, Việt Nam vào năm 90-x 1.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển, giám sát Thành phần cấu trúc hệ thống SCADA Hình 1.1 Minh họa cấu trúc hệ SCADA SCADA= hardware + software + brainware + telecommunication Chức người - Dự kiến thao tác cần thực - Lập trình phầ n mềm - Theo dõi kết thực tự động bán tự động hệ thống - Can thiệp vào trình điều khiển trường hợp có việc trầm trọng xảy ra, hệ thống tự động không trả lời, cần thiết phải thay đổi thơng số q trình - Tích lũy kinh nghiệm từ trình làm việc Cấu trúc hệ thống SCADA đại Hình 1.2 Minh họa thống SCADA đại Các lĩnh vực ứng dụng hệ thống SCADA - Hệ thống SCADA ứng dụng hiệu vấn đề tự động hoá điều khiển q trình liên tục phân bố - Cơng nghệ dầu khí - Điều khiển sản xuất, chuyển tải phân phối lượng điện - Cung cấp nước, làm nước phân phối nước - Điều khiển đối tượng vũ trụ; - Điều khiển giao thông (tất dạng giao thông: hàng không, đường sắt, đường bộ, đường thuỷ, tàu điện ngầm) - Viễn thông - Quân Bảng 1.1 Một số hệ thống SCADA tiêu biểu SCADA Intouch WinCC Trace Mode Vijeo Look LabView Company Wonderware Siemens AdAstra Schneider Electric National Instrument Country USA Germany Russia France USA Citect Ci Technologies Australia 1.3 Phần cứng hệ thông điều khiển, giám sát Cơ cấu hệ thống SCADA sau: Cơ cấu hệ thống SCADA sau: - Trạm thu thập liệu trung gian: khối thiết bị vào/a đầu cuối từ xa RTU khối (bộ) vi điều khiển logic lập trình PLC có chức giao tiếp với thiết bị chấp hành (cảm biến cấp trường, cấu chấp hành ) - Trạm điều khiển giám sát trung tâm: hay nhiều máy chủ trung tâm (Center host computer server) - Giao diện người – máy (Human – Machine Interface): hiển thị trình hoạt động hệ thống - Hệ thống truyền thông: bao gồm mạng truyền thông công nghiệp, thiết bị viễn thông thiết bị chuyển đổi dòng kênh có chức truyền liệu cấp trường đến khối điều khiển máy chủ Một hệ thống SCADA (điều khiển, giám sát thu thập liệu) hệ thống bao gồm thiết bị đầu cuối (hay RTU) thu thập liệu hệ thống sau liên kết trở trạm chủ thông qua hệ thống giao tiếp Trạm chủ hiển thị liệu thu thập cho phép người vận hành thực tác vụ điều khiển từ xa Đối với hệ thống SCADA phức tạp cần thiết phải có cấp: - Các thiết bị cấp trường cấp điều khiển - Các thiết bị đầu cuối RTU - Hệ thống giao tiếp - Các trạm chủ (MTU) - Bộ phận xử lý liệu 1.3.1 Trạm chủ/trạm trung tâm (MTU) Là tổ hợp hay số trạm vận hành kết nối với thông qua mạng nội kết nối với hệ thống giao tiếp thông tin gồm moderm giao tiếp thu phát tín hiệu radio MTU tương đương với đơn vị chủ cấu trúc chủ/tớ (Master/Slave) MTU hiển thị liệu cho người vận hành thông qua giao diện HMI, thu thập liệu truyền tín hiệu với thiết bị điều khiển nhà máy từ xa Kết nối qua mạng điện thoại lựa chọn thay cho giao tiếp khơng dây Khi moderm kết nối trực tiếp vào mạng lưới điện thoại Thơng thường khơng có module kết nối trực tiếp với trung tâm điều khiển mà thường phải qua RTU đặt điểm gần so với trung tâm Chỉ có trường hợp vài RTU lắp đặt cạnh phòng điều khiển Cấu trúc trạm MTU thể hình dươi: Hình 1.3 Cấu trúc trạm MTU Đặc điểm trạm chính: - Hiển thị trạng thái RTU chức điều khiển dùng phép không cho phép RTU hoạt động - Truy xuất ghi nhận liệu từ RTU - Báo hiệu liệu từ RTU Như MTU có chức chính: - Thiết lập truyền thơng, bao gồm thiết lập RTU, khởi tạo RTU với thơng số vào/ra, tải chương trình điều khiển thu thập liệu xuống RTU - Vận hành kết nối truyền thơng, bao gồm hỏi vòng RTU liệu chuyển liệu xuống RTU theo vòng chủ/tớ, ghi báo động kiện vào ổ cứng, liên kết ngõ vào/ra RTU khác cách tự động - Chuẩn đốn xác thơng tin lỗi RTU vấn đề có thể, chuẩn đoán vấn đề tiềm tàng tràn liệu Trạm cấp (trạm chủ phụ Sub-Master Station) thiết lập với mục đích điều khiển phần xác định hệ thống Chúng có chức sau: - Thu thập liệu từ RTU phận quản lý - Ghi nhận hiển thị liệu nhận trạm vận hành địa phương - Chuyển liệu trạm MTU - Chuyển lệnh điều khiển từ trạm MTU đến RTU phạm vi quản lý Hình 1.4 Cấu trúc trạm SUB-MTU 1.3.2 Thiết bị đầu cuối (RTU) RTU thiết bị thu thập thông tin từ IEDs quản lý, lưu vào sở liệu gửi thông tin tới trạm chủ cấp quản lý cao qua đường truyền tin Thông thường RTU thiết bị xử lý thơng minh giám sát điều khiển thiết bị đặt xa trung tâm điều khiển truyền tín hiệu thu thập đến trung tâm điều khiển Một RTU phân chia: - RTU loại nhỏ: có 20 tín hiệu số tương tự - RTU loại trung bình: có 100 tín hiệu số 30 – 40 tín hiệu tương tự - RTU loại lớn: có số lượng đầu vào/ra số tương tự nhiều Cấu trúc RTU: - Bộ xử lý trung tâm CPU (Central Processing Unit); - Các đầu vào tương tự AI/AO (Analog Input/ Analog Output); - Các đầu vào/ra số DI/DO (Digital Input/ Digital Output); - Các đầu vào đếm; - Giao diện truyền thơng; - Nguồn cấp 10 Hình 3.5 Khoảng cách phát Độ trễ cảm biến mô tả chênh lệch khoảng cách mà cảm biến hoạt động khoảng cách mà cảm biến trở lại trạng thái ban đầu Độ trễ nhỏ cho phép định vị xác vật Giá trị độ trễ thường nằm khoảng 5-10% 35 CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 4.1 Ngõ vào/ đấu nối PLC Hình 4.1 Bảng tag ngõ đầu vào/ PLC S7 300 Yêu cầu công nghệ: nhấn START, chai đưa vào nhờ băng tải qua cảm biến đếm số lượng chai vào Chai đưa xuống băng tải vào máy rửa chai, sau di chuyển qua cảm biến van, van nước mở triết rót nước vào chai 2s đóng lại Chai có nước qua cảm biến nắp đưa vào máy đóng nắp dán nhãn chai đưa qua cảm biến đếm số chai đầu đưa vào thúng chứa 36 4.2 Lưu đồ thuật toán 37 4.3 Sơ đồ mạch lực mạch điều khiển 38 4.4 Sơ đồ đấu nối PLC 4.5 Cấu trúc chương trình điều khiển 39 40 41 42 CHƯƠNG 5: XẤY DỰNG GIAO DIỆN GIÁM SÁT HỆ THÔNG 5.1 Bảng thông số điều khiển biến giám sát, biến cảnh báo biến đầu vào/ra Công đoạn Rửa chai Thơng số Dải tín hiệu Dạng điều khiển Đo Điều Giám Cảnh lường Lượng nước: khiển sát báo 200ml Triết rót nước Thời gian rót 3s, lượng Đóng nắp nước 500ml Pitong dập nắp thời gian 2s Số nắp = số Dãn nhãn chai sản xuất Động quay với tốc độ 500v/p 5.2 Bảng tag nội tag ngoại Hình 5.1 Bảng tag nội 43 Tag ngoại Hình 5.2 Bảng tag ngoại 5.3 Xây dựng hình ảnh trình 5.3.1 Hình ảnh trình hệ thống Hinh 5.3 Giao diện hệ thơng 44 5.3.2 Hình ảnh số chai đầu vào Hình 5.4 Số chai đầu vào 5.3.3 Hình ảnh máy rửa chai, bồn chứa nước bẩn Hình 5.5 Máy rửa chai bồn chứa 45 5.3.4 Hình ảnh chiết rót nước Hình 5.6 Máy triết rót nước 5.3.5 Hình ảnh dán nhãn số chai sản xuất Hình 5.7 Máy dãn nhãn dập nắp 46 5.4 Xác định hình ảnh động, hình ảnh tĩnh, đối tượng điều khiển lập trình C STT Hình ảnh động Nước Chai Hình ảnh tĩnh Đối tượng điều khiển lập trình C Băng tải Chai Động motor Nước Thùng Máy rửa chai Máy bơm nước vào chai Máy dãn nhãn Bồn chứa nước thải 47 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Kết trình nghiên cứu : Tiếp xúc với phần mềm lập trình Step & mơ PLCSIM Tìm hiểu cơng nghệ dây chuyền sản xuất hệ thống tự động 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) 48 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 49 ... thống điều độ trung tâm hệ thống điện quốc gia 2.4 Tính cấp thiết xây dựng hệ thống điều khiển giám sát cho dây chuyền sản xuất nước khoáng Để phát triển mạnh mẽ dây chuyền sản xuất nước khoáng, ... PLC điều khiển giám sát qua máy tính winCC 28 3.3 Các thông số cần điều khiển giám sát Công đoạn Rửa chai Thơng số Dải tín hiệu Dạng điều khiển Đo Điều Giám Cảnh lường Lượng nước: khiển sát. .. đưa nước vào tồn nước khống phục vụ cho người, cần áp dụng công nghệ dây chuyền sản xuất nước khống Vì xây dựng hệ thống thông minh cần thiết Từ hệ thống điều khiển giám sát sản xuất nước khoáng