XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT SCADA

Internet đang ngày càng mở rộng với những khái niệm như công nghệ số,IOT (Internet of things), cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4. Điều này đã ảnhhưởng rất nhiều đến lĩnh vực tự động hóa hiện nay, đối với việc yêu cầu giám sátvà điều khiển hệ thống từ xa qua điện thoại thông minh, máy tính bảng hay quacác trình duyệt web. Việc ứng dụng hệ thống giám sát điều khiển SCADA từ xacho dây chuyền sản xuất là một trong những công cụ hỗ trợ thiết thực cho cáccông ty trong việc điều hành hệ thống sản xuất. Bài báo này đề cập đến vấn đềxây dựng hệ thống điều khiển giám sát SCADA cho dây chuyền sản xuất quamạng Internet trên cơ sở PLC S71200

KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT SCADA CHO DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT QUA MẠNG INTERNET TRÊN CƠ SỞ PLC S7-1200 BUILDING UP A SUPERVISED AND CONTROLLED SCADA SYSTEM FOR PRODUCTION LINE THROUGH INTERNET BASED ON PLC S7-1200 Nguyễn Đức Điển*, Trần Ngọc Sơn, Nguyễn Cao Cường TÓM TẮT Internet ngày mở rộng với khái niệm công nghệ số, IOT (Internet of things), cách mạng công nghiệp lần thứ Điều ảnh hưởng nhiều đến lĩnh vực tự động hóa nay, việc yêu cầu giám sát điều khiển hệ thống từ xa qua điện thoại thơng minh, máy tính bảng hay qua trình duyệt web Việc ứng dụng hệ thống giám sát điều khiển SCADA từ xa cho dây chuyền sản xuất công cụ hỗ trợ thiết thực cho công ty việc điều hành hệ thống sản xuất Bài báo đề cập đến vấn đề xây dựng hệ thống điều khiển giám sát SCADA cho dây chuyền sản xuất qua mạng Internet sở PLC S7-1200 Từ khóa: Dây chuyền sản xuất, PLC, WinCC, Webserver, Internet ABSTRACT The Internet is expanding with concepts such as digital technology, the IOT (Internet of things), the 4th Industrial Revolution This has greatly affected the current automation field, requiring remote monitoring and control over smartphones, tablets and web browsers The application of SCADA remote control for the production line is one of the practical support tools for companies in operating the production system This paper is about building up a supervised and controlled SCADA for the production line over the Internet based on PLC S7-1200 Keywords: Production line, PLC, WinCC, Webserver, Internet Trường Đại học Kinh tế Kỹ thuật Công nghiệp * Email: nddien@uneti.edu.vn Ngày nhận bài: 10/4/2018 Ngày nhận sửa sau phản biện: 10/6/2018 Ngày chấp nhận đăng: 25/12/2018 MỞ ĐẦU Ngày nay, khoa học công nghệ phát triển với tốc độ nhanh Đồng thời Internet ngày mở rộng với khái niệm công nghệ số, IOT (Internet of things), cách mạng công nghiệp lần thứ Điều ảnh hưởng nhiều đến lĩnh vực tự động hóa việc xây dựng hệ thống giám sát điều khiển SCADA từ xa cho dây chuyền sản xuất để đem lại hiệu 66 Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ● Số 49.2018 sản phẩm tốt Tài liệu [1] thiết kế lập trình PLC S7300 xây dựng hệ thống giám sát điều khiển SCADA cho dây chuyền WinCC qua mạng MPI PLC Kết [1] cho thấy WinCC giám sát điều khiển dây chuyền sản xuất với khoảng cách giới hạn phạm vị hẹp mạng MPI Nhằm tăng khoảng cách giám sát điều khiển dây chuyền hệ thống, tài liệu [2] xây dựng hệ thống giám sát điều khiển SCADA từ xa qua internet cở sở sử dụng công cụ Web Navigator WinCC, không trực tiếp qua PLC Kết [2] cho thấy khả truy cập hệ thống giám sát điều khiển dây chuyền sản xuất phải sử dụng máy tính với hệ điều hành Window có cài đặt công cụ “SIMATIC WinCC/DataMonitor Client”, điều cho thấy [2] thực việc giám sát điều khiển điện thoại Smart Phone hay máy tính bảng Cơng trình [3] xây dựng hệ thống mạng truyền thơng Ethernet PLC S71200, biến tần hình HMI Tuy nhiên phạm vi điều khiển giám sát hệ thống mạng hẹp (mạng LAN), [3] phải trang bị thêm hình HMI Bài báo xây dựng hệ thống điều khiển giám sát hệ thống dây chuyền sản xuất qua mạng Internet cở sở truyền thông PLC S7-1200 Người dùng truy cập hệ thống điều khiển giám sát từ thông qua trình duyệt web thiết bị máy tính, máy tính bảng, điện thoại SmartPhone bắt đâu thiết bị có kết nối Internet ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Để nghiên cứu dây chuyền sản xuất tự động, báo chọn đối tượng dây chuyền sản xuất thức ăn chăn ni Quy trình công nghệ dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi minh họa hình Nguyên liệu để chế biến thức ăn cấp từ nhánh, nhánh nguyên liệu đưa vào bồn chứa riêng biệt Trên bồn chứa có cảm biến để xác định khối lượng thành phần hàm lượng chất dinh dưỡng, sau xác định xong nguyên liệu qua bồn trộn Bồn trộn làm việc theo chương trình lập trình sẵn, sau khoảng thời gian hỗn hợp xả tự động xuống bồn chứa để bổ sung thêm thành SCIENCE TECHNOLOGY phần vi lượng Sau cân đủ khối lượng, Loadcell tác động đổ hỗn hợp vào bồn nghiền Sau hỗn hợp chuyển qua lị sấy Lị sấy làm việc theo chương trình lập trình sẵn, sau sấy xong thức ăn cho xuống băng tải đóng bao tự động CẢM BIẾN NGUYÊN LIỆU A Xác định khối lượng thành phẩm dinh dưỡng NGUYÊN LIỆU B BỒN CHỨA Bổ sung thêm thành phần vi lượng BỒN TRỘN CẢM BIẾN LOADCELL Cân trọng lượng ĐÓNG GÓI BỒN SẤY Chuyển qua băng tải BỒN NGHIỀN Chuyển qua băng tải Hình Sơ đồ cơng nghệ dây chuyền sản xuất thức ăn chăn nuôi Bài báo sử dụng thiết bị điều khiển PLC S7-1200 hãng Siemen, thiết bị tích hợp khả truyền thơng mạnh mẽ Một tính bật PLC S71200 Webserver S7-1200 có tích hợp cổng truyền thơng PROFINET, có mức giá phù hợp làm cho trở lên phổ biến tính Webserver khai thác mạnh mẽ Với tính Webserver, ta điều khiển giám sát hệ thống thiết bị di động hay máy tính bảng có hỗ trợ kết nối mạng Điều cho phép bạn truy cập vào hệ thống lúc nơi Hệ thống giám sát điều khiển dây chuyền sản xuất thức ăn chăn ni qua internet có cấu trúc hình TIA PORTAL … PROFINET mềm TIA PORTAL dùng để lập trình PLC S7-1200 thiết kế giao diện điều khiển giám sát WinCC PLC S7-1200 kết nối với Router có kết nối Internet, qua ta xây dựng hệ thống điều khiển giám sát SCADA qua mạng Internet, truy cập hệ thống thiết bị máy tính, điện thoại thơng minh, máy tính bảng qua trình duyệt web XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TRÊN INTERNET TRÊN CƠ SỞ PLC S7-1200 CHO DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT THỨC ĂN CHĂN NUÔI 3.1 Xây dựng hệ thống giám sát điều khiển WinCC qua mạng LAN Dây truyền sản xuất điều khiển thiết bị điều khiển PLC S7-1200 Sau lập trình trình chương trình điều khiển PLC, tiến hành xây dựng hệ thống giám sát điều khiển WinCC Cấu hình hệ thống phần mềm TIA PORTAL hình 3, bao gồm PLC S7-1200 WinCC Hình Cấu hình hệ thống truyền thông PLC - WinCC phần mềm TIA PORTAL Để thiết lập kết nối WinCC PLC S7-1200, cần khai báo biến q trình hay cịn gọi Tags liên kết Hình mơ tả bảng biến trình Industrial Ethernet Hình Cấu trúc hệ thống giám sát điều khiển dây chuyền sản xuất qua Internet Cấu trúc hệ thống bao gồm: PLC S7-1200 dùng để điều khiển dây chuyền sản xuất, máy tính cài đặt phần Hình Thiết lập biến q trình Số 49.2018 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 67 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ Giao diện giám sát điều khiển thiết kế thành bốn giao diện: “GIAO DIEN CHINH” giao diện chương trình minh họa hình 5; “SO DO KHOI” sơ đồ khối hệ thống dây chuyền sản xuất; “SO DO TRON” giao diện công đoạn bồn chứa trộn (Hình 6), “SO DO NGHIEN” giao diện cơng đoạn nghiền, sấy vận chuyển (hình 7) 3.2 Xây dựng hệ thống giám sát điều khiển qua mạng Internet Xây dựng hệ thống giám sát điều khiển Internet thực qua bước sau: thiết kế giao diện web, kích hoạt tính Webserver PLC S7-1200, đăng ký tên miền (hay host), cấu hình NAT modem Bước 1: Xây dựng giao diện giám sát điều khiển Web Sử dụng phần mềm “Notepad++” để soạn thảo trang web, sau lưu dạng html Xây dựng hai giao diện giám sát điều khiển chính: giao diện cho q trình trộn (hình 8); giao diện cho trình nghiền, sấy vận chuyển (hình 9) Hình Giao diện chương trình Hình Chương trình giao diện web trình trộn phần mềm “Notepad++” Hình Giao diện giám sát điều khiển trình trộn Hình Giao diện giám sát điều khiển nghiền, sấy vận chuyển 68 Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ● Số 49.2018 Hình Chương trình giao diện web trình nghiền, sấy vận chuyển phần mềm “Notepad++” SCIENCE TECHNOLOGY Bước 2: Cấu hình Webserver cho PLC S7-1200 Kích hoạt chức Webserver cách chọn thuộc tính “Activate web server on this module”, đính kèm thư mục web tạo bước mục “HRML directory” hình 10 Ngồi tạo tên người dùng, cấp quyền truy cập mật để đăng nhập Sau tiến hành dowload cấu hình xuống CPU, có tên người dùng cấp quyền truy cập chức Webserver với chức định Hình 10 Chức webserver PLC S7-1200 phần mềm TIA PORTAL Bước 3: Đăng ký địa Web Hiện có nhiều địa đăng ký tên miền, báo đăng ký địa chỉ: www.noip.com Và tạo địa Web có tên là: https://dieukhien123.ddns.net Bước 4: Cấu hình NAT modem Để trạm tớ truy cập Internet, cần phải cấu hình NAT modem Đối với modem TP Link mạng FPT truy cập địa http://192.168.1.1/ Sau truy cập vào modem, chọn Advanced Setup >NAT >Virtual Server thiết lập hình 11 Hình 11 Cấu hình NAT modem 3.3 Đánh giá kết Trạm chủ thực giám sát điều khiển bình thường, trạm tớ trình duyệt Internet Explorer, nhập địa trang Web máy chủ https://dieukhien123.ddns.net Xuất hộp thoại yêu cầu user, pass minh họa hình 12 Các chức vùng thông tin cụ thể nhưu sau: “Start Page” phần hiển thị thông tin chung CPU mà người dùng nối; “Identification” hiển thị thông tin sản xuất CPU; “Module Information” cung cấp thông tin module liên kết với CPU; “Communication” hiển thị tham số CPU kết nối bao gồm: địa MAC, địa IP, địa IP cài đặt cho CPU; “Variable Status” cho phép người dùng giám sát điều khiển vùng nhớ CPU “User Pages” hiển thị giao diện giám sát điều khiển thiết kế Hình 12 Giao diện đăng nhập hệ thống trang web Truy cập “User Pages”, trang web thị giao diện điều khiển giám sát hệ thống minh họa hình 13, 14 Và lúc trang web, giám sát điều khiển hệ thống thơng qua trang web Hình 13 Giao diện giám sát điều khiển trình trộn trang web Số 49.2018 ● Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 69 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ Hình 14 Giao diện giám sát điều khiển nghiền, sấy vận chuyển trang web KẾT LUẬN Như cách khai thác sử dụng công cụ “Webserver” PLC S7-1200 thông qua phần mềm TIA PORTAL xây dựng hệ thống giám sát điều khiển hệ thống dây chuyền sản xuất Internet Kết báo cho thấy sử dụng thiết bị máy tính, điện thoại SmartPhone, hay máy tính bảng để truy cập hệ thống thơng qua trình duyệt web, điều thuận tiện cho việc giám sát điều khiển hệ thống từ xa người quản lý vận hành Và để xây dựng hệ thống giám sát điều khiển hồn chỉnh ta xây dựng thêm hệ thống thu thập liệu, thơng báo tín nhắn, lập báo cáo, chuyển liệu excel TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy, Phùng Thị Nguyệt, 2010 “Lập trình điều khiển mơ với S7 - Visu - Logo - Zen - Wincc” Nhà xuất Giao thông Vận tải [2] Nguyễn Đức Điển, 2014 “Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát SCADA cho dây chuyền sản xuất qua mạng internet với WinCC” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp, số - 2014, trang 1-6 [3] Trần Tiến Lương, Hoàng Xuân Bình, 2016 “Nghiên cứu xây dựng hệ thống mạng truyền thông PLC S7-1200 qua mạng Ethernet” Đề tài NCKH cấp sở trường Đại học Hàng Hải Việt Nam [4] Siemens AG 2016, “SIMATIC S7-1200 Programmable controller”, System Manual 70 Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ ● Số 49.2018 ... khiển WinCC qua mạng LAN Dây truyền sản xuất điều khiển thiết bị điều khiển PLC S7-1200 Sau lập trình trình chương trình điều khiển PLC, tiến hành xây dựng hệ thống giám sát điều khiển WinCC. .. Router có kết nối Internet, qua ta xây dựng hệ thống điều khiển giám sát SCADA qua mạng Internet, truy cập hệ thống thiết bị máy tính, điện thoại thơng minh, máy tính bảng qua trình duyệt web XÂY... phần mềm TIA PORTAL hình 3, bao gồm PLC S7-1200 WinCC Hình Cấu hình hệ thống truyền thơng PLC - WinCC phần mềm TIA PORTAL Để thiết lập kết nối WinCC PLC S7-1200, cần khai báo biến q trình hay