CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁTCHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁTCHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNGCHƯƠNG 5: XÂY DỰNG GIAO DIỆN GIÁM SÁT HỆ THỐNGBảng thông số biến điều khiển, biến giám sát, biến vào ra
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG KHOA CƠNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HĨA BÁO CÁO MƠN HỌC Tên đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho dây chuyển sản xuất bia chai GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN : Ths ĐỖ THỊ MAI : PHẠM VĂN ANH LỚP : NGUYỄN TRUNG THÀNH : TỰ ĐỘNG HÓA K14A Thái Nguyên, Ngày 13 tháng 10 năm 2019 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Thái Nguyên, ngày … tháng 10 năm 2019 Giáo viên hướng dẫn LỜI CẢM ƠN Sau tháng thực đến đồ án chúng em hoàn thành, nói đồ án bước ngoặt thời gian học tập trường DHCNTT TT Thái Nguyên Mặc dù chúng em cố gắng lỗ lực để hoàn thành đồ án cách hồn thiện nhiên thời gian trình độ có hạn nên chắn đồ án nhiều thiếu xót hạn chế Vì chúng em mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô giáo bạn Chúng em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến thầy khoa Cơng Nghệ Tự Động Hóa trường DHCNTT TT Thái Nguyên dạy bảo truyền đạt kiến thức quý báu cho chúng em suốt năm học trường Xin chân thành cám ơn người bạn TDH_K14A, người thân giúp đỡ động viên trình học tập thực đồ án Một lần chúng em xin chân thành cảm ơn! Thái nguyên, ngày 15 tháng 10 năm 2019 Nhóm sinh viên thực Phạm Văn Anh Nguyễn Trung Thành MỤC LỤC Contents NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN - LỜI CẢM ƠN - MỤC LỤC - DANH MỤC HÌNH ẢNH - LỜI NÓI ĐẦU .- CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT .- - 1.1 Tổng quan hệ thống điều khiển giám sát .- 1.1.1 Định nghĩa - 1.1.2 Phân loại hệ thống điều khiển giám sát - 1.1.3 Những chuẩn đánh giá hệ SCADA .- - 1.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển giám sát - scada - 1.3 Phần cứng hệ thống điều khiển giám sát - 11 1.4 Phần mềm hệ thống điều khiển giám sát - 12 1.5 Giải pháp mạng truyền thông cho hệ thống điều khiển giám sát - 13 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT - 15 - 2.1 Khảo sát dây chuyền sản xuất bia thực tế .- 15 2.1.1 Hiện trạng sản xuất, tiêu thụ bia giới Việt Nam .- 15 - 2.2 Xây dựng sơ đồ công nghệ .- 17 2.1.1 Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất .- 17 2.1.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ - 18 - 3.1 Sơ đồ khối hệ thống - 30 3.1.1 Đặt vấn đề - 30 3.1.2 Sơ đồ khối công nghệ .- 30 - 3.2 Phân tích hoạt động hệ thống - 30 3.2.1 Phân tích hoạt động - 30 3.2.2 Các thông số cần điều khiển, giám sát .- 31 - 3.3 Giới thiệu phần mềm wincc - 31 3.4 Xây dựng giao diện điều khiển giám sát - 33 CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG - 37 - 4.1 Tổng quan plc s7 300 - 37 4.2 Sơ đồ đấu nối plc, mạch động lực địa vào - 52 4.3 Chương trình điều khiển - 57 CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG GIAO DIỆN GIÁM SÁT HỆ THỐNG - 76 - 5.1 Bảng thông số biến điều khiển, biến giám sát, biến vào .- 76 5.2 Bảng tag nội tag ngoại .- 76 5.3 Xây dựng hình ảnh trình - 77 Kết luận hướng phát triển đề tài - 83 - DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Một hình điều khiển giám sát từ xa - Hình 2: Mơ hình phân cấp chức hệ thống SCADA .- 11 Hình 3: Sơ đồ khối công nghệ sản xuất bia - 18 Hình 4: Sơ đồ hồ hóa - 20 Hình 5: Cơng đoạn hồ hóa - 20 Hình 6: Sơ đồ đường hóa - 21 Hình 7: Lọc dịch đường - 23 Hình 8: Làm lạnh - 24 Hình 9: Lên men ủ bia - 26 Hình 10: Sơ đồ chiết đóng chai .- 27 Hình 11: Rửa chai - 27 Hình 12: Triết rót chai - 28 Hình 13: Hình ảnh dây chuyền sản xuất bia - 29 Hình 14: Giao diện giám sát dây chuyển sản xuất bia .- 34 Hình 15: Chạy chương trình giám sát sản xuất bia wincc - 34 - LỜI NÓI ĐẦU Trong bối cảnh giới thay đổi mạnh, từ đất nước tiến hành đổi bước tiếp cận với công nghệ đại giới nhiều lĩnh vực có điều khiển tự động hóa Nhưng điều kiện phát triển đất nước chậm so với nước tiên tiến nên việc tắt đón đầu cơng nghệ mũi nhọn cần thiết nhằm tạo tiền đề để đất nước ta bắt kịp tốc độ phát triển họ vào năm đầu kỷ Cũng tinh thần Đảng nhà nước ta có đủ chủ trương khuyến khích phát triển TĐH coi ngành mũi nhọn công đại hóa đất nước Tự động hóa q trình sản xuất ngày có vị trí quan trọng sản xuất đời sống Đặc biệt phát triển kỹ thuật điện tử, tin học với lớn mạnh lý thuyết điều khiển tự động tạo nhiều sản phẩm thiết bị hữu ích việc giải vấn đề điều khiển Nhưng lớn mạnh chỗ đứng vững công nghiệp phải điều khiển logic lập trình được gọi tắt PLC (Programmable logic controller) Với mạnh như: - Kích thước nhỏ gọn, giá thành hạ so với mạch điều khiển dùng rơle - Khả chống nhiễu tốt, độ tin cậy cao môi trường công nghiệp - Cấu trúc dạng modul cho phép dễ sửa chữa bảo trì, tăng khả sử dụng thêm khối modul mở rộng đầu vào khối chuyên dung - Sử dụng ngơn ngữ lập trình chun dùng nên lập trình nhanh dễ dàng thay đổi chương trình Hơn với chức truyền thông kết hợp với phần mềm WINCC (Windows control center) phần mềm ứng dụng để điều khiển, giám sát thu thập liệu hệ thống TĐH trình sản xuất Việc sử dụng điều khiển lập trình riêng khơng đáp ứng yêu cầu điều khiển hệ thống SCADA, cần phải kết hợp thêm hiển thị HMI (Human Machine Interface- Giao diện người máy ) Là sinh viên theo học chuyên ngành “Điện tự động hóa” nhu cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết công nghiệp nước nhà chúng em muốn nghiên cứu tìm hiểu thành tựu khoa học để có nhiều hội biết thêm kiến thức thực tế, củng cố kiến thức học, phục vụ tốt cho nghiệp cơng nghiệp hóa đại hóa Vì sau tham quan nhà máy bia Hà Nội nhóm chúng em giao nghiên cứu đề tài: “Thiết kế điều khiển giám sát cho hệ thống dây chuyền sản xuất bia chai sử dụng PLC s7300 Wincc sv7.4“ Trong thuyết minh chung em hoàn nội dung sau: CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BIA CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG GIAO DIỆN GIÁM SÁT HỆ THỐNG CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT 1.1 Tổng quan hệ thống điều khiển giám sát 1.1.1 Định nghĩa Hệ thống điều khiển giám sát, hay gọi hệ SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition hệ thống hỗ trợ người việc giám sát điều khiển từ xa, cấp cao hệ điều khiển tự động thơng thường Để điều khiển giám sát từ xa hệ SCADA phải có hệ thống truy cập, truyền tải liệu hệ giao diện người – máy (HMI – Human Machine Interface) Hình 1: Một hình điều khiển giám sát từ xa 1.1.2 Phân loại hệ thống điều khiển giám sát Các hệ thống SCADA phân làm bốn nhóm với chức năng: - SCADA độc lập / SCADA nối mạng - SCADA khơng có khả đồ hoạ / SCADA có khả xử lý đồ hoạ thơng tin thời gian thực Bốn nhóm hệ thống SCADA: Hệ thống SCADA mờ (Blind): Là hệ thống đơn giản, khơng có phận giám sát Nhiệm vụ chủ yếu hệ thống thu thập xử lý liệu đồ thị Do tính đơn giản nên giá thành thấp Hệ thống SCADA mạng: Là hệ có khả giám sát thu thập liệu với nhiều vi xử lý Các máy tính giám sát nối mạng với Hệ có khả điều khiển nhiều nhóm máy móc tạo nên dây chuyền sản xuất Qua mạng truyền thông, hệ thống kết nối với phòng quản lý, phòng điều khiển, nhận định điều khiển trực tiếp từ phòng quản lý từ phòng thiết kế Từ phòng điều khiển điều khiển hoạt động thiết bị xa 1.1.3 Những chuẩn đánh giá hệ SCADA Để đánh giá hệ thống điều khiển giám sát SCADA ta cần phải phân tích đặc điểm hệ thống theo số tiêu chuẩn sau: khả hỗ trợ công cụ phần mềm việc thực xây dựng hình giao diện Tính mở hệ thống, chuẩn hố giao diện q 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 thông tin, Windows: hỗ trợ sử dụng mơ hình phần mềm ActiveX - Control OPC, giá thành tổng thể hệ thống 1.2 Cấu trúc hệ thống điều khiển giám sát - scada Cấu trúc hệ SCADA có thành phần sau (hình 1.2 hình 1.3): Trạm điều khiển giám sát trung tâm: hay nhiều máy chủ trung tâm (central host computer server) Trạm thu thập liệu trung gian: Là khối thiết bị vào đầu cuối từ xa RTU (Remota Terminal Units) khối điều khiển logic khả trình PLC (Programmale Logic Controllers) có chức giao tiếp với thiết bị chấp hành (cảm biến cấp trường, hộp điều khiển đóng cắt van chấp hành…) Quản lý công ty PC Điều hành sản xuất Điều khiển giám sát Điều khiển Chấp hành Qúa trình kỹ t huật Hình 2.3: Mô hình phân cấp chức hệ thống điều khiển giám sát Hỡnh 2: Mơ hình phân cấp chức hệ thống SCADA Hệ thống truyền thông: bao gồm mạng truyền thông công nghiệp, thiết bị viễn thông thiết bị chuyển đổi dồn kênh có chức truyền liệu cấp trường đến khối điều khiển máy chủ Giao diện người - máy HMI (Human - Machine Interface): Là thiết bị hiển thị trình xử lí liệu để người vận hành điều khiển trình hoạt động hệ thống Trong hệ SCADA, trình thu thập liệu thực trước tiên q trình RTU qt thơng tin có từ thiết bị chấp hành nối với chúng Thời gian để thực thi nhiệm vụ gọi thời gian quét bên Các máy chủ quét RTU (với tốc độ chậm hơn) để thu thập liệu từ RTU Để điều khiển, máy chủ gửi tín hiệu yêu cầu xuống RTU, từ cho phép RTU gửi tín hiệu điều khiển trực tiếp xuống thiết bị chấp hành thực thi nhiệm vụ Dữ liệu truyền tải hệ SCADA dạng liên tục (analog), dạng số (digital) hay dạng xung (pulse) Giao diện sở để vận hành thiết bị đầu cuối hình giao diện đồ họa GUI (Graphical User Interface) dùng để hiển thị toàn hệ thống điều khiển giám sát thiết bị hệ thống Tại thời điểm, liệu thị dạng hình ảnh tĩnh, liệu thay đổi hình ảnh thay đổi theo 10 68 69 70 71 72 Chạy mô PLC SIM 73 CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG GIAO DIỆN GIÁM SÁT HỆ THỐNG 5.1 Bảng thông số biến điều khiển, biến giám sát, 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 Bảng tag ngoại: Bảng 1: Bảng tag nội tag ngoại 5.3 Xây dựng hình ảnh trình Tạo hình ảnh trình: 74 - Với nút ấn tự động/ tay Với nút TỰ ĐỘNG - Chọn button từ: Standard/ Window Object/Round button - Thay đổi mày qua bước: + Chuyển đổi thuộc tính mục “effect” “NO” + Chọn màu “Background” ý muốn - Tạo thuộc tính động cho nút nhấn + Chọn “event”-“button”-“Mouse” Cấu hình thuộc tính động cho nút bấm TỰ ĐỘNG + Chọn color/Background/Dynamic Dialog ý muốn 75 Lưu ý: Lựa chọn tag liên kết mục target cho phù hợp với nút bấm Tiến hành làm tương tự cho nút bấm khác giao diện - Với đèn báo tự động: + Chọn hình ảnh mơ phòng từ Standard/Standard Obect/Circle Thay đổi thuộc tính qua bước: + Chuyển đổi thuộc tính mục “effect” “NO” + Chọn color/Background/Dynamic Dialog ý muốn + Cấu hình thuộc tính động: Chọn color/Background/Dynamic Dialog 76 + Data type: Làm tương tự cho đèn báo tay Với bồn chứa: - Chọn hình ảnh mơ từ q trình …chọn “tanks” 77 Thay đổi thuộc tính Với van ống nước ← van: chọn hình ảnh từ trình: 78 + Chọn “values” mục simen HMI symbol libraly + Cấu hình thuộc tính động hình Tương tự ống dẫn nước Với băng tải - Chọn hình ảnh từ trình - Chọn cấu hình cho băng tải qua bước + Chuyển đổi thuộc tính mục “effect” “NO” + Chọn color/Background/Dynamic Dialog ý muốn Với bơm động - Chọn hình ảnh từ trình 79 + Chuyển đổi thuộc tính mục “effect” “NO” + Chọn color/Background/Dynamic Dialog ý muốn Với xilanh thùng xilanh chai + Chuyển đổi thuộc tính mục “effect” “NO” + Chọn color/Background/Dynamic Dialog ý muốn 80 Kết luận 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 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) 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ts Trần Thu Hà Ks Phạm Quang Huy “Lập trình với S7 & Wincc Giao diện Người – Máy”; NXB Hồng Đức [2] Nguyễn Kim Ánh, Nguyễn Mạnh Hà, Giáo trình Mạng truyền thông Công nghiệp, trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, 2007 [3] Các file Help phần mềm WinCC Step (Siemens - Đức) [4] Công ty TNHH TM&DV Kĩ thuật SIS – Bài giảng thiết bị Siemens S7 – 300 [5] SIEMENS A&G S7-300, Programmable Controller Integrated Functions CPU 314 IFM/314 IFM Manual, SIEMENS Đức, 1996 [6] SIEMENS A&G System Software for S7-300/400 System and Standard Functions Manual, SIEMENS Đức, 1998 [7] SIEMENS A&G S7-300, Programmable Controller Hardware and Installation Manual, SIEMENS Đức, 1998 [8]; Một số tài liệu mạng Internet www.dientuvietnam.net www.diendandientu.com www.ebook.edu.vn giaoducvn.net/cdt/content/view/20/66/ www.siemens.com 82 ... TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG GIAO DIỆN GIÁM SÁT HỆ THỐNG CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT 1.1 Tổng quan hệ thống điều khiển giám sát 1.1.1 Định nghĩa Hệ thống điều khiển giám. .. sau: CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BIA CHƯƠNG 4:... TÍCH THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BIA 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 3.1.1 Đặt vấn đề Dây chuyền sản xuất bia thực tế vô phức tạp công nghệ, lẫn thiết bị phần cứng thiết