Điều khiển giám sát hệ thống cánh tay robot trên phòng thực hành

Điều khiển giám sát hệ thống cánh tay robot trên phòng thực hành Điều khiển giám sát hệ thống cánh tay robot trên phòng thực hành Điều khiển giám sát hệ thống cánh tay robot trên phòng thực hành Điều khiển giám sát hệ thống cánh tay robot trên phòng thực hành Điều khiển giám sát hệ thống cánh tay robot trên phòng thực hành

LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại nay, với phát triển xã hội, q trình cơng nghiệp hóa phát triển cách mạnh mẽ không 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 khơng 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 hoá, CAD làm thay đổi nhiều q 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 hố 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 q 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 thông tin lúc Vài nét đặc trưng ngành tự động hoá 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 hoá, mà linh hoạt hoá 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 hoá đến máy tính hố hệ thống sản xuất, dịch vụ ngày thực theo đường mềm hoá, 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 mô 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 hố 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 hố “nhúng” hầu hết ngành kinh tế kĩ thuật Em xin giới thiệu đề tài “Điều khiển giám sát hệ thống cánh tay robot phòng thực hành ” sử dụng S7-300 mô 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 CHƯƠNG 1:HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT 1.1 Tổng quan hệ thống điều khiển giám sát SCADA ( S upervisory Control And Data Acquisition) hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu Nhằm hỗ trợ người trình giám sát điều khiển từ xa Hệ thống SCADA thu thập liệu từ trạm giám sát điểm kiểm sốt khác Một máy tính trung tâm xử lí liệu kiểm sốt hệ thống khác Hệ thống đóng vai trò quan trọng nghành công nghiệp đại như: nhà máy sản xuất, trạm dầu mỏ khí đốt v.v… Xu hướng phát triển SCADA: Xu hướng phát triển PLC phần mềm HMI/SCADA ngày trở nên “mix and match” (tạm dịch lựa chọn kết nối khác hỗ trợ cho để tạo thành chỉnh thể thống nhất) Vào năm thập niên 90 kỉ trước, sử dụng thiết bị vào/ra (I/O) thu thập liệu cũ, nên kết nối ưu tiên sử dụng chuẩn kết nối phù hợp với khoảng cách truyền dẫn RS-485, nhiên điều lại hạn chế việc lựa chọn thiết bị yêu cầu thay đổi Do nhược điểm nêu mà đến cuối năm 90, xu hướng dịch chuyển sang sử dụng chuẩn truyền thông mở IEC870-5-101/104 DNP 3.0 ngày phổ biến việc sản xuất thiết bị nhà cung cấp giải pháp cho hệ SCADA Đến năm 2000 hầu hết nhà sản xuất thiết bị vào/ra liệu đồng loạt chuyển sang giao thức mở Modicon MODBUS dựa chuẩn TCP/IP Hiện nay, hệ SCADA xu hướng dịch chuyển sang công nghệ chuẩn truyền thông Ethernet TCP/IP chuẩn dần thay chuẩn cũ Theo nhà cung cấp giải pháp tự động hóa thơng tin phần mềm Wonderware cơng ty tự động hóa Rockwell hệ chuẩn OPC-UA, có nhiều ưu điểm từ việc hỗ trợ công nghệ thông tin sử dụng ngôn ngữ XML ( E xtensible Markup Language), dịch vụ web công nghệ web đại khác 1.2 Cấu trúc hệ điều khiển giám sát Các thành phần hệ thống điều khiển giám sát trình minh họa Hình 1.1 Các cảm biến cấu chấp hành đóng vai trò giao diện thiết bị điều khiển với trình kỹ thuật Trong đó, hệ thống điều khiển giám sát đóng vai trò giao diện người vận hành máy Các thiết bị ghép nối trực tiếp điểm-điểm, thơng qua mạng truyền thơng Hình 1.1 Các thành phần hệ thống điều khiển giám sát Một hệ thống điều khiển giám sát bao gồm thành phần chức sau đây: - Giao diện trình: Các cảm biến cấu chấp hành, ghép nối vào/ra, chuyển đổi tín hiệu - Thiết bị điều khiển tự động: Các thiết bị điều khiển điều khiển chuyên dụng, điều khiển khả trình PLC (programmable logic controller), thiết bị điều chỉnh số đơn lẻ (compact digital controller) máy tính cá nhân với phần mềm điều khiển tương ứng - Hệ thống điều khiển giám sát: Các thiết bị phần mềm giao diện người máy, trạm kỹ thuật, trạm vận hành, giám sát điều khiển cao cấp - Hệ thống truyền thông: Ghép nối điểm-điểm, bus cảm biến/chấp hành, bus trường, bus hệ thống 1.3: Cấu trúc phần cứng hệ thống điều khiển,giám sát Một mạng SCADA chất kết hợp máy chủ, máy tớ thiết bị trường kết nối với mạng truyền thông Thông tin sử dụng máy chủ thu thập bửi điều khiển/cảm biến Các máy tớ giao tiếp sử dụng người vậ hành để tương tác với hệ thống Các máy chủ thường đặt nhà máy chính/trạm Chúng truyền thơng với điều khiển cục vị trí xa 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 1.4: Phần mềm hệ thống điều khiển giám sát Cấu trúc phần mềm SCADA WinCC WinCC phần mềm SCADA thuộc hãng Siemens (Đức), phần mềm SCADA thông dụng Việt Nam Cấu trúc hệ thống WinCC thiết kế theo hướng module Hệ thống WinCC bao gồm hệ thống con: • Hệ thống đồ họa (Graphics system) • Ghi nhận cảnh báo (Alarm logging) • Hệ thống lưu trữ (Archiving System) • Hệ thống báo cáo (Report system) • Truyền thơng (Communication) • Quản trị người dùng (user administration) Hệ thống WinCC gồm có phần mềm cấu hình (Configuration Software) phần mềm thực thi (Runtime software) • Phần mềm cấu hình dùng để tạo project • Phần mềm thực thi dùng để thực thi project xử lý Hình mô tả thành phần tương tác thành phần hệ thống WinCC Theo hình 1, đầu tiên, dựa vào trình biên tập phần mềm cấu hình, ta tạo project Tất trình biên tập lưu trữ thơng tin project sở liệu cấu hình (CS database) Khi thực thi, thông tin project đọc từ CS database phần mềm thực thi project thực thi Dữ liệu project lưu tạm sở liệu thực thi (RT database) • Hệ thống đồ họa hiển thị graphic hình, đồng thời nhận thiết lập (input) từ người vận hành người vận hành nhấp nút nhấn hay nhập giá trị • Việc giao tiếp WinCC hệ thống tự động thực driver giao tiếp hay gọi kênh (channels) Các kênh có nhiệm vụ thu thập giá trị trình cần thiết cho thành phần WinCC, đọc giá trị tag từ hệ thống tự động ghi giá trị trở lại hệ thống tự động • Việc trao đổi liệu WinCC ứng dụng khác thực OPC, OLE hay ODBC • Hệ thống lưu trữ lưu giá trị trình vào nơi lưu trữ giá trị trình Các giá trị trình lưu trữ dùng để vẽ đồ thị (trend), đưa báo cáo (report), • Các gía trị q trình theo dõi tính ghi nhận cảnh báo (Alarm logging) Nếu giá trị giới hạn bị tràn, Alarm logging tạo message để cảnh báo Và hệ thống message nhận xác nhận (acknowledgements) từ người vận hành quản lý trạng thái message Alarm logging lưu trữ tất message vào nơi lưu trữ message • Quá trình báo cáo hệ thống báo cáo (Report system) theo yêu cầu theo thời điểm định trước Nơi lưu trữ giá trị trình message sử dụng cho mục đích 1.5 giải pháp mạng truyền thông cho hệ thống điều khiển giám sát Mạng máy tính cục (LAN — Local Area Networks) việc chia sẻ thông tin tài nguyên hệ thống Để cho phép tất Nút (tNođe) mạng SCADA chia sẻ thơng tin chúng cần phải kết bới số giao thức truyền dẫn Phương pháp để kết nối gọi giáo thức mạng, nút cần chỉa giao thức truyền điện cách phép tất nút truy cập mà khơng bất kỹ nút thiết lập, Mạng LAN giao thức giao tiếp may tỉnh, may chủ server, thiết bị đầu cuối, máy trạm (workstation) nhiều thiết bị ngoại vị thơng khác Các thiết bị thương gọi Device hay Host, Mạng LAN cho phép truy cập để thiết bị cụ thể chia sẻ nhiều người dùng, với khả kết nối tát cá trạm mạng với Mạng LAN thường sở hữu quản lý cá nhân hay hệ thông cục Ethernet sứ đụng rộng rãi hệ thông mạng LAN ngày giá thành rẻ dễ sữ dụng Việc kết nối hệ thống mạng SCADA qua mạng LAN cho phép cơng ty có phần mềm quyên cho phép truy cập đếu truy cập vào hệ thống Kế từ đữ liệu xáy dựng trở thành sở liệu, người dùng bị hạn chế để đọc thơng tin, Và vấn đề an tồn (security) rõ quan tắm hàng đầu hệ thống SCADA giải văn để 4.9 Giới thiệu phần mềm WinCC Phần mềm WinCC Siemens phần mềm chuyên dung để xây dựng giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) phục vụ việc xử lý lưu trữ liệu hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) thuộc chuyên ngành tự động hóa WinCC chữ viết tắt Windows Control Center (Trung tâm điều khiển chạy Windows), nói cách khác, cung cấp thông cụ phần mềm để thiết lập giao diện điều khiển chạy hệ điều hành Microsoft Windows NT hay Windows 2000, XP, Vista 32bit (Not SP1) Trong dòng sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA (SCADA class) với chức hữu hiệu cho việc điều khiển Phần mềm trao đổi trực tiếp với nhiều loại PLC hãng khác như: SIEMENS, MITSUBISHI, ALLEN BRADLEY,…, truyền thơng tốt với PLC thơng qua cổng COM1 COM2 (chuẩn RS232) máy tính Do đó, cần phải có chuyển đổi từ chuẩn RS-232 sang chuẩn RS-485 PLC WinCC có đặc điểm đặc tính mở Nó sử dụng cách dễ dàng với phần mềm chuẩn phần mềm người sử dụng, tạo nên giao diện người-máy đáp ứng nhu cầu thực tế cách xác Những nhà cung cấp hệ thống phát triển ứng dụng họ thông qua giao diện mở cửa WinCC tảng để mở rộng hệ thống Ngồi khả thích ứng cho việc xây dựng hệ thống có quy mơ lớn nhỏ khác nhau, WinCC dễ dàng tích hợp với hệ thống cấp cao MES (Manufacturing Excution System – Hệ thống quản lý việc thực sản xuất) ERP (Enterprise Resourse Planning) WinCC sử dụng quy mơ tồn cầu nhờ hệ thống trợ giúp SIEMENS có mặt khắp giới 4.9.1 Trình tự tạo project - Các bước tạo dự án Project Khởi động chương trình cách kích đúp vào biểu tượng SIMATIC WinCC Explorer hình Desktop Hình 4.1 Khởi động Simatic WinCC Chọn File→New→Single-User Project→Ok sau viết tên cần đặt ví dụ Doanto2015 chọn Create Hình 4.2 Tạo Project Sau chọn tên cho Project ta hình có giao diện sau Hình 4.3 Giao diện Project Cấu hình Driver kết nối với S7 300: Nhấp chuột phải vào Tag Management chọn Add New Driver Hình 4.4 Tạo kết nối PLC S7-300 Chọn kênh SIMATIC S7 Protocol Suite.chn hình kích vào Open Hình 4.5 Simatic S7 protocool suite.chn Ta cấu hình Driver kết nối với PLC S7 300 kết sau Hình 4.6 Cấu hình sau xong Do cáp kết nối PLC máy tính ta cáp MPI nên ta phải chọn chuột phải vào MPI→New Driver Connetion… Hình 4.7 Kết nối PLC máy tính Đặt tên nhóm Tag địa kết nối chọn Properties→OK Hình 4.8 Chọn kết nối Chuột phải vào hình No objects exist chọn New Tag… mục đích để liên kết tag từ PLC sang WinCC Hình 4.9 Liên kết tag PLC sang WinCC Chọn Tag name theo hình ta Hình 4.10 Chọn kết nối cho Dongcochay Hình 4.11 Kết nối thành cơng Lần lượt tạo kết nối tag lại, từ PLC tới WinCC Hình 4.12 Liên kết tag PLC với WinCC - Thiết kế giao diện điều khiển giám sát cho WinCC Nhấn chuột phải vào Graphic Designer→New picture tạo file ảnh hình Hình 4.13 Tạo cửa sổ để thiết kế giao diện Đây cửa sổ để thiết kế giao diện điều khiển giám sát Hình 4.14 Các giao diện thiết kế CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ MƠ HÌNH SCADA 5.1 Bảng tag nội,tag ngoại 5.2 Xây dựng hình ảnh trình 1,Hình ảnh tồn hệ thống 5.3 Xác định hình ảnh động, hình ảnh tĩnh ,đối tượng điều khiển lập trình C ST Hình ảnh động Hình ảnh Đối tượng điều khiển lập trình tĩnh C T Sản phẩm BT1 Thùng đóng BT2 Sản phẩm Thùng đóng gói gói Cảm biến Cánh tay robot Cánh tay robot Động 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) 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 ... tiếp điều khiển chúng 2.4 Tính cấp thiết xây dựng hệ thống điều khiểngiám sát cho đối tượng Việc xây dựng hệ thống điều khiển giám sát đối tượng cấp thiết hệ thống điều khuyển cho phép điều khiển. .. thành phần hệ thống điều khiển giám sát trình minh họa Hình 1.1 Các cảm biến cấu chấp hành đóng vai trò giao diện thiết bị điều khiển với q trình kỹ thuật Trong đó, hệ thống điều khiển giám sát. .. nhân với phần mềm điều khiển tương ứng - Hệ thống điều khiển giám sát: Các thiết bị phần mềm giao diện người máy, trạm kỹ thuật, trạm vận hành, giám sát điều khiển cao cấp - Hệ thống truyền thông: