Khởi thỏa nghiên cứu hệ thống điều khiển tự động và điều khiển giám sát thu thập dữ liệu scada cho quá trình sản xuất sơn nhanh ata fast

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN TUẤN ANH KHỞI THẢO, NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT, THU THẬP DỮ LIỆU SCADA CHO QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT SƠN NHANH ATA FAST LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS NGUYỄN MINH HỆ H Ni 2011 Luận văn thạc sĩ khoa học LỜI NÓI ĐẦU Đặt vấn đề Hiện nay, đất nước ta bước vào thời kỳ cơng nghiệp hố, đại hóa, để q trình phát triển nhanh cần tập trung đầu tư vào dây chuyền sản xuất tự động hóa, nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất, nâng cao suất lao động cho sản phẩm có chất lượng cao Một phương án đầu tư áp dụng tự động hoá vào dây chuyền sản xuất Trong số hệ thống tích hợp tự động hóa nói chung, hệ SCADA chiếm vị trí đặc biệt quan trọng khả thu thập, giám sát điều khiển ưu việt q trình cơng nghệ sản xuất Việc xây dựng kế thừa dựa thành tựu kỹ thuật truyền thông, kỹ thuật vi xử lý công nghệ phần mềm tạo điều kiện cho hãng tự động hóa giới đưa nhiều hệ thống mạng tối ưu đại ALLEN-BRADLEY, SIEMENS, HONEYWELL,… Trên giới hệ thống áp dụng rộng rãi hiệu ngành điện lực, dầu khí, hóa chất, cơng nghiệp thực phẩm,giám sát ô nhiễm… Hiện xu hướng xây dựng hệ SCADA diện rộng áp dụng vào nhiều lĩnh vực mở rộng phạm vi nước, chí rộng mục tiêu cho nhà tích hợp giải pháp Với nước ta, q trình cơng nghiệp hóa đại hóa, việc áp dụng hệ thống SCADA xu tất yếu ngành cơng nghiệp, điện lực, dầu khí…Các hệ thống SCADA cho thủy lợi, khí tượng thủy văn, môi trường vấn đề đặt cách cấp thiết Theo định hướng phát triển đó, đề tài tập trung vào nghiên cứu giải pháp xây dựng hệ SCADA diện rộng sở hệ thống mạng Allen-Bradley, đồng thời áp dụng cụ thể cho dây chuyền pha sơn tự động Họ tên : Nguyễn Tuấn Anh Lớp Cao học ĐK& TH Luận văn thạc sĩ khoa học Tờn ti : Nghiên cứu hệ thống điều khiển tự động điều khiển giám sát thu thập liệu SCADA từ xa cho dây chuyền sản xuất sơn nhanh ATA FAST Mục tiêu đề tài Trên sở lý thuyết hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu, điều khiển PLC sở lý thuyết mạng truyền thông công nghiệp, lý thuyết mạng Internet ứng dụng Internet để tích hợp hệ thống điều khiển tự động, giám sát thu thập liệu cho dây chuyền pha sơn Nội dung đề tài Trình bày tính cấp thiết, tính khoa học thực tiễn hệ thống điều khiển giám sát trình sản xuất Trình bày sở lý thuyết hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu, thiết bị điều khiển , thiết bị đo lường, phần mềm xây dựng hệ điều khiển giám sát Trên sở lý thuyết đưa lựa chọn thiết bị, phần mềm để xây dựng nên hệ điều khiển giám sát thu thập liệu cho luận văn Trình bày đối tượng công nghệ sản xuất, để đưa yêu cầu cơng nghệ, quy trình cơng nghệ Căn vào tốn cơng nghệ để chọn giải pháp thiết kế toán điều khiển giám sát xử lý liệu cho nhà máy Sau lựa chọn giải pháp thích hợp, đề tài sâu xây dựng thành phần hệ thống, lựa chọn giới thiệu thiết bị hệ thống Từ viết thuật tốn, chương trình, thiết lập giao diện điều khiển giám sát cho nhà máy Họ tên : Nguyễn Tuấn Anh Lớp Cao học K& TH Luận văn thạc sĩ khoa học B cc luận văn Luận văn trình bày gồm chương : Chương : Tổng quan hệ điều khiển giám sát thu thập liệu SCADA đối tượng công nghệ Chương : Thiết kế hệ thống điều khiển tự động nhà máy pha sơn ATA FAST Chương : Thiết kế hệ thống giám sát xử lý liệu cho nhà máy pha sơn ATA FAST Chương : Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát xử lý liệu qua mạng internet Họ tên : Nguyễn Tuấn Anh Lớp Cao hc K& TH Luận văn thạc sĩ khoa học CHNG I:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU VÀ ĐỒI TƯỢNG CÔNG NGHỆ 1.1 Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu Điều khiển giám sát thu thập liệu 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 thông thường Hệ SCADA đại giao diện người máy (Human-Machine – Interface, HMI), hệ thống truy nhập truyền tải liệu Một hệ SCADA truyền thống hệ thống mạng thiết bị có nhiệm vụ tuý thu thập liệu từ trạm xa truyền tải khu trung tâm để xử lý Trong hệ thống hệ thống truyền thơng trọng phần cứng quan tâm nhiều Những năm gần đây, tiến lĩnh vực truyền thông công nghiệp lĩnh vực phần mềm thực đem lại nhiều khả giải pháp Theo xu hướng đại, với khả xử lý phân tán có sẵn hệ thống truyền thơng cấp (Bus trường, Bus vi xử lý ) cấp (Ethernet), trọng tâm việc xây dựng hệ SCADA lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện tích hợp hệ thống Để đánh giá giải pháp SCADA cần ý tới vấn đề sau + Khả hỗ trợ công cụ phần mềm với việc thực hình giao diện , chất lượng thành phần đồ hoạ có sẵn + Khả truy cập cách thức kết nối liệu từ trình kỹ thuật (Trực tiếp từ cấu chấp hành, cảm biến, module vào qua PLC hay bus hệ thống) + Tính mở hệ thống, chuẩn hố giao diện q trình + Khả hỗ trợ xây dựng chức trao đổi thông tin (Messaging) xử lý kiện cố ( Event and Alarm ), lưu trữ thông tin (Archive and History) lập báo cáo (Reporting) Họ tên : Nguyễn Tuấn Anh Lớp Cao học ĐK& TĐH Luận văn thạc sĩ khoa học + Tớnh nng thi gian thực hiệu suất trao đổi thông tin + Giá thành tổng thể hệ thống 1.1.1 Kết cấu hệ điều khiển giám sát Một hệ thống SCADA thường gồm hệ thống sau: Một giao diện người - máy HMI (Human - Machine Interface) thiết bị hiển thị liệu q trình cho người vận hành thơng qua đó, người vận hành quan sát điều khiển trình Một hệ thống máy tính giám sát thu thập liệu trình gửi lệnh điều khiển tới trình Các thiết bị đầu cuối từ xa RTU (Remote Terminal Unit) kết nối tới cảm biến q trình, chuyển đổi tín hiệu cảm biến sang liệu số truyền liệu cho hệ thống giám sát Các điều khiển khả trình PLC (Programmable Logic Controller) sử dụng thiết bị trường sử dụng điều khiển kinh tế hơn, linh hoạt hơn, mềm dẻo có khả cấu hình so với RTU chuyên dụng 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 1.1.2 Mơ hình phân cấp chức Để xếp, phân loại chức tự động hoá hệ thống điều khiển giám sát mơ hình phân cấp hình chóp thường dùng Với loại mơ hình này, chức phân thành nhiều cấp khác từ lên Càng cấp chức mang tính chất đòi hỏi cao độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng Một chức cấp hoạt động dựa Họ tên : Nguyễn Tun Anh Lp Cao hc K& TH Luận văn th¹c sÜ khoa häc chức cấp thấp hơn, ngược lại lượng thông tin cần trao đổi xử lý lại lớn nhiều Quản lý công ty Mạng cơng ty Điều hành sản xuất Mạng xí nghiệp Điều khiển giám sát Bus hệ thống Điều khiển Bus trường Chấp hành Hình 1.1 Mơ hình phân cấp chức Chức cấp : - Cấp chấp hành Chức cấp đo lường, dẫn động chuyển đổi tín hiệu trường hợp cần thiết Thực tế đa số thiết bị cảm biến hay chấp hành có phần điều khiển riêng cho việc thực đo lường, truyền động xác nhanh nhạy Các thiết bị thơng minh (có vi xử lý riêng ) đảm nhận việc xử lý chuẩn bị thông tin, trước đưa lên cấp - Cấp điều khiển Nhiệm vụ cấp điều khiển nhận thơng tin từ phận cảm biến xử lý thơng tin theo thuật tốn định truyền đạt lại kết xuống phận chấp hành Họ tên : Nguyễn Tuấn Anh Lớp Cao hc K& TH Luận văn thạc sĩ khoa học - Cấp điều khiển giám sát Có chức giám sát vận hành q trình kỹ thuật, có nhiệm vụ hỗ trợ người sử dụng việc cài đặt ứng dụng, thao tác theo dõi, giám sát vận hành xử lý tình bất ngờ Ngồi số trường hợp, cấp thực toán điều khiển cao cấp điều khiển phối hợp hay điều khiển theo công thức điều khiển trình tự.Trong cấp khơng đỏi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng đặc biệt ngồi máy tính thông thường Thông thường người ta coi cấp thuộc phạm vi hệ thống SCADA Cấp mơ hình lý tưởng hố cho cấu trúc chức tổng thể Việc phân cấp chức thuận tiện thiết kế hệ thống lựa chọn thiết bị Theo nhà sản xuất đưa kiến trúc tầng mạng thích hợp với đặc thù trao đổi thơng tin cấp 1.1.3 Các ứng dụng hệ thống SCADA Ngày nay, hệ thống SCADA ứng dụng rộng rãi hầu hết lĩnh vực công nghiệp Đặc biệt số lĩnh vực sau: + Hệ thống SCADA cho trạm trộn bê tông, nhà máy sản xuất xi măng, nhà máy chế biến thực phẩm, nước giải khát + Hệ thống SCADA cho hệ thống vận chuyển hành lý hàng hoá sân bay, bến cảng + Hệ thống SCADA giám sát giàn khoan, ống dẫn dầu, ống khí + Hệ thống SCADA cho nhà máy nước, xử lý chất thải, kho xăng dầu + Hệ thống SCADA cho hệ thống phân phối lưới điện + Hệ thống SCADA giám sát điều khiển nhà máy hạt nhân… Họ tên : Nguyễn Tuấn Anh Lớp Cao hc K& TH Luận văn thạc sĩ khoa học 1.2 Khái quát đối tượng công nghệ Sơn mặt hàng sử dụng nhiều lĩnh vực xây dựng dân dụng, ngành sản xuất vật liệu gia dụng…Hiện Việt Nam có nhiều nhãn hiệu sơn khác gồm sơn ngoại nhập Các nhà máy sản xuất sơn hãng nước sản xuất dây chuyền tự động hóa, có chất lượng ổn định Trong nhà máy sơn nội địa, sử dụng phương pháp sản xuất thủ cơng, chất lượng khơng ổn định bằng, khó cạnh tranh với hãng khác Vì vậy, cơng ty sơn ATA đề mục tiêu xây dựng nên dây chuyền sản xuất sơn tự động để sản xuất sản phẩm ổn định, chất lượng cao, với hệ điều khiển giám sát thu thập liệu phụ vụ cho công việc quản lý sản xuất Để xây dựng hệ thống SCADA hoàn chỉnh cho nhà máy pha sơn, ta phải nắm rõ công nghệ nhà máy này.Sơ đồ công nghệ nhà máy sơn Sơ đồ công nghệ nhà máy sơn ATA FAST hình vẽ 1.1 Họ tên : Nguyễn Tuấn Anh Lớp Cao học ĐK& TĐH LuËn văn thạc sĩ khoa học Valve Valve Valve Valve Valve PNA Valve PPA Valve Valve Valve Valve PSCA PSA Valve Valve Valve Valve Valve PSTT Valve Valve Valve Valve 0.00 Pump Pump Pump Pump Pump Valve FIT 0.00 FIT Valve Valve Valve 0.00 FIT Valve Valve 0.00 FIT Pump Valve Valve 0.00 FIT Valve Họ tên : Nguyễn Tuấn Anh Valve Valve Lớp Cao học ĐK& TĐH LuËn văn thạc sĩ khoa học Chng trỡnh khuy trn nguyờn liệu : Họ tên : Nguyễn Tuấn Anh 102 Lp Cao hc K& TH Luận văn thạc sĩ khoa häc Họ tên : Nguyễn Tuấn Anh 103 Lớp Cao hc K& TH Luận văn thạc sĩ khoa học Họ tên : Nguyễn Tuấn Anh 104 Lớp Cao hc K& TH Luận văn thạc sĩ khoa học Chng trình pha sơn Họ tên : Nguyễn Tuấn Anh 105 Lp Cao hc K& TH Luận văn thạc sĩ khoa häc Họ tên : Nguyễn Tuấn Anh 106 Lp Cao hc K& TH Luận văn thạc sĩ khoa häc Họ tên : Nguyễn Tuấn Anh 107 Lớp Cao hc K& TH Luận văn thạc sĩ khoa học Họ tên : Nguyễn Tuấn Anh 108 Lớp Cao hc K& TH Luận văn thạc sĩ khoa học H tên : Nguyễn Tuấn Anh 109 Lớp Cao học K& TH Luận văn thạc sĩ khoa học H v tên : Nguyễn Tuấn Anh 110 Lớp Cao học ĐK& TH Luận văn thạc sĩ khoa học H v tờn : Nguyễn Tuấn Anh 111 Lớp Cao học ĐK& TĐH Luận văn thạc sĩ khoa học Chng trỡnh x lý liệu Ngôn ngữ : C# Phần mềm lập trình : VisualStudio DotNet2008, Crystalreport9.0 using System; using System.Collections.Generic; using System.ComponentModel; using System.Data; using System.Data.OleDb; using System.Data.Common; using System.Drawing; using System.Linq; using System.Text; using System.Windows.Forms; namespace QuanLySanXuat { public partial class Form1 : Form { public Form1() { InitializeComponent(); } //chương trình xử lý cơng thức sơn private void button1_Click(object sender, EventArgs e) { oleDbConnection1.Open(); string sqlstr = "SELECT * FROM BangDuLieuNhomSon "; oleDbDataAdapter1.SelectCommand.CommandText = sqlstr; DataSet ds = new DataSet(); oleDbDataAdapter1.Fill(ds, "BangDuLieuNhomSon"); DataTable table1 = ds.Tables[0]; DataRow row1 = table1.NewRow(); row1["NhomSon"] = textBox1.Text; row1["Id"] = i; i = i + 1; table1.Rows.Add(row1); row1.AcceptChanges(); table1.AcceptChanges(); ds.AcceptChanges(); oleDbDataAdapter1.Update(ds, "BangDuLieuNhomSon"); Họ tên : Nguyễn Tuấn Anh 112 Lớp Cao học ĐK& TH Luận văn thạc sĩ khoa học dataGrid1.DataSource = ds.DefaultViewManager; oleDbConnection1.Close(); } private void treeView1_NodeMouseClick(object sender, TreeNodeMouseClickEventArgs e) { string nodeClick = e.Node.Text; string sqlstr = "SELECT * FROM BangDuLieuTenSon WHERE (Nhomson = '"+ nodeClick+ "') "; oleDbDataAdapter1.SelectCommand.CommandText = sqlstr; oleDbConnection1.Open(); DataSet ds = new DataSet(" "); oleDbDataAdapter1.Fill(ds, "NhomSon"); dataGrid1.DataSource = ds.DefaultViewManager; oleDbConnection1.Close(); } private void Form1_Load(object sender, EventArgs e) { this.sanXuatTableAdapter.Fill(this.baocaoDataSet.SanXuat); TreeNode tr, ns; tr = treeView1.Nodes.Add("danh sach nhom son"); string sqlstr = "SELECT NhomSon FROM BangDuLieuNhomSon "; oleDbDataAdapter1.SelectCommand.CommandText = sqlstr; oleDbConnection1.Open(); DataSet ds = new DataSet(); oleDbDataAdapter1.Fill(ds, "NhomSon"); DataTable dt = ds.Tables[0]; for (int i = 0; i < dt.Rows.Count; i++) { ns = tr.Nodes.Add(dt.Rows[i][0].ToString()); } treeView1.ExpandAll(); oleDbConnection1.Close(); } Họ tên : Nguyễn Tuấn Anh 113 Lớp Cao hc K& TH Luận văn thạc sĩ khoa học //Chương trình xử lý liệu sản xuất //Hiển thị bảng liệu sản xuất private void bảngDữLiệuSảnXuấtToolStripMenuItem_Click(object sender, EventArgs e) { crystalReportViewer1.Visible = false; dataGridView1.Visible = true; } // Tìm kiếm liệu theo tên người vận hành, tạo file báo cáo private void toolStripMenuItem1_Click(object sender, EventArgs e) { BaoCaoTenNguoiVanHanh nvh = new BaoCaoTenNguoiVanHanh(); nvh.ShowDialog(); crystalReportViewer1.Visible = true; dataGridView1.Visible = false; string tennvh = nvh.tennguoivanhanh; string sqlstr = "SELECT Thoigian, NguoiVanHanh, NhomSon, TenSon, SanLuong FROM SanXuat WHERE (NguoiVanHanh = '" + tennvh + "')"; oleDbDataAdapter2.SelectCommand.CommandText = sqlstr; DataSet ds = new DataSet(); oleDbDataAdapter2.Fill(ds); baocao ct = new baocao(); ct.SetDataSource(ds); crystalReportViewer1.ReportSource = ct; } // Tìm liệu theo tên sản phẩm, tạo file báo cáo private void toolStripMenuItem2_Click(object sender, EventArgs e) { BaoCaoTenSanPham tsp = new BaoCaoTenSanPham(); tsp.ShowDialog(); crystalReportViewer1.Visible = true; dataGridView1.Visible = false; string tennhomson = tsp.tennhomson; string tengocson = tsp.tengocson; string sqlstr = "SELECT Thoigian, NguoiVanHanh, NhomSon, TenSon, SanLuong FROM SanXuat WHERE (NhomSon = '" + tennhomson + "')AND (TenSon= '"+tengocson+"')"; //MessageBox.Show(sqlstr); oleDbDataAdapter2.SelectCommand.CommandText = sqlstr; DataSet ds = new DataSet(); oleDbDataAdapter2.Fill(ds); dataGrid1.DataSource = ds.DefaultViewManager; Họ tên : Nguyễn Tuấn Anh 114 Lớp Cao học ĐK& TĐH Luận văn thạc sĩ khoa học baocao ct = new baocao(); ct.SetDataSource(ds); crystalReportViewer1.ReportSource = ct; } // Tìm liệu theo thời gian sản xuất, tạo file báo cáo private void toolStripMenuItem3_Click(object sender, EventArgs e) { BaoCaoThoiGianSanXuat tgsx = new BaoCaoThoiGianSanXuat(); tgsx.ShowDialog(); string thoigianbd = "#"+tgsx.thoigianbatdau+"#"; String thoigiankt = "#"+tgsx.thoigiankethuc+"#"; tgsx.Close(); string sqlstr = "SELECT Thoigian, NguoiVanHanh, NhomSon, TenSon, SanLuong FROM SanXuat WHERE (Thoigian > " + thoigianbd + ")AND (Thoigian< " + thoigiankt + ")"; oleDbDataAdapter2.SelectCommand.CommandText = sqlstr; DataSet ds = new DataSet(); oleDbDataAdapter2.Fill(ds); dataGrid1.DataSource = ds.DefaultViewManager; baocao ct = new baocao(); ct.SetDataSource(ds); crystalReportViewer1.ReportSource = ct; } // Hiển thị liệu cảm biến mức PNA của dây chuyền sản xuất,tạo file báo cáo đồ thị giá trị theo thời gian private void toolStripMenuItem8_Click(object sender, EventArgs e) { cambien cambien1 = new cambien(); string sqlstr = "SELECT DateAndTime, Val FROM FloatTable WHERE (TagIndex = 1) ORDER BY DateAndTime"; oleDbDataAdapter3.SelectCommand.CommandText = sqlstr; DataSet ds = new DataSet(); oleDbDataAdapter3.Fill(ds); cambien1.SetDataSource(ds); crystalReportViewer2.ReportSource = cambien1; } Họ tên : Nguyễn Tun Anh 115 Lp Cao hc K& TH Luận văn th¹c sÜ khoa häc // Hiển thị liệu cảm biến của dây chuyền sản xuất,tạo file báo cáo đồ thị giá trị theo thời gian private void toolStripMenuItem7_Click(object sender, EventArgs e) { string sqlstr = "SELECT DateAndTime, Val FROM FloatTable WHERE (TagIndex = 2) ORDER BY DateAndTime"; oleDbDataAdapter3.SelectCommand.CommandText = sqlstr; DataSet ds = new DataSet(); oleDbDataAdapter3.Fill(ds); cambien cambien1 = new cambien(); cambien1.SetDataSource(ds); crystalReportViewer2.ReportSource = cambien1; } private void toolStripMenuItem6_Click(object sender, EventArgs e) { string sqlstr = "SELECT DateAndTime, Val FROM FloatTable WHERE (TagIndex = 3) ORDER BY DateAndTime"; oleDbDataAdapter3.SelectCommand.CommandText = sqlstr; DataSet ds = new DataSet(); oleDbDataAdapter3.Fill(ds); cambien cambien1 = new cambien(); cambien1.SetDataSource(ds); crystalReportViewer2.ReportSource = cambien1; } private void toolStripMenuItem4_Click(object sender, EventArgs e) { string sqlstr = "SELECT DateAndTime, Val FROM FloatTable WHERE (TagIndex = 5) ORDER BY DateAndTime"; oleDbDataAdapter3.SelectCommand.CommandText = sqlstr; DataSet ds = new DataSet(); oleDbDataAdapter3.Fill(ds); cambien cambien1 = new cambien(); cambien1.SetDataSource(ds); crystalReportViewer2.ReportSource = cambien1; } } } Họ tên : Nguyễn Tuấn Anh 116 Lớp Cao học ĐK& TĐH ... : Nghiên cứu hệ thống điều khiển tự động điều khiển giám sát thu thập liệu SCADA từ xa cho dây chuyền sản xuất sơn nhanh ATA FAST Mục tiêu đề tài Trên sở lý thuyết hệ thống điều khiển giám sát. .. V H THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU VÀ ĐỒI TƯỢNG CÔNG NGHỆ 1.1 Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu Điều khiển giám sát thu thập liệu SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition... DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU CHO NHÀ MÁY PHA SƠN ATA 3.1 Giải pháp xây dựng hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu Ngoài việc xây dựng hệ thống tự động điều khiển cho