Xây dựng bộ điều khiển mờ trong phần mềm PCS7

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HOÀNG ĐÌNH LONG XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ TRONG PHẦN MỀM PCS7 Chuyên ngành : Tự Động Hóa Mã ngành : 02.05.01 LUẬN VĂN THẠC SỸ TP Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 06 năm 2008 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS HOÀNG MINH TRÍ Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xeùt : Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ, TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2008 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM, ngày tháng năm 2008 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SYÕ Họ tên học viên: Hoàng Đình Long Ngày, tháng, năm sinh: 07-09-1979 Phái : Nam Nơi sinh:Huế Chun ngành: Tự Động Hóa I- TÊN ĐỀ TÀI: MSHV: 01505351 Xây dựng Bộ Điều Khiển Mờ phần mềm PCS7 II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: ………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày bắt đầu thực LV ghi Quyết định giao đề tài): IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHI ỆM VỤ: V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thơng qua Ngày TRƯỞNG PHỊNG ĐT – SĐH tháng năm TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH LỜI CÁM ƠN Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy Hoàng Minh Trí trực tiếp hướng dẫn em thực đề tài Cám ơn thầy tận tình bảo, giúp đỡ tạo điề u kiện thuận lợi để em hoàn thành tốt Luận Văn Em xin biết ơn nhiều thầy, cô trường đặt biệt thầy, cô môn Điều Khiển Tự Động trực tiếp giảng dạy, truyền đạt cho em kiến thức q báu suốt thời gian theo học trường Cuối cùng, em xin gởi lòng biết ơn chân thành đến cha mẹ, gia đình bạn bè tận tình giúp đỡ, động viên em vào thời điểm khó khăn thờ i gian thực luận văn Học viên Hoàng Đình Long TP Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 06 năm 2008 MỤC LỤC Lời cảm ơn i Muïc luïc ii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 1.1.1 Tình hình chung 1.1.2 PCS 1.1.3 Ý tưởng thực đề tài 1.2 Nhiệm vụ luận văn 1.3 Hướng thực đề tài CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VEÀ SIMATIC PCS7 2.1 Giới thiệu chung 2.1.1 Những điểm bật hệ thống điều khiển 2.1.2 Hệ thống điều khiển cho tất lónh vực ngành công nghiệp 2.1.3 Mở rộng cấp bậc từ 100 ñeán 100.000 I/O 2.1.4 Tự động hóa tích hợp toàn diện (Totally Integrated Automation) 2.1.5 Cấu hình phần cứng HW Config (Hardware Configuration) 2.2 SIMATIC Batch .8 2.2.1 Các điểm bậc SIMATIC Batch 2.2.2 Caùc cấu trúc chuyển đổi cấp bậc dự phòng 2.2.3 Bám sát theo mô hình ISA -88.01 10 2.2.4 Các công cụ biên tập công thức theo dạng đồ họa 10 2.2.5 Công cụ thiết kế đơn vị độc lập 11 2.2.6 Sự phân công tối ưu hóa unit trang thiết bị 11 2.2.7 Lập kế hoạch Batch 12 2.2.8 Công cụ lập kế hoạch Batch Control Center 13 2.2.9 Thư viện công thức vận hành 13 2.2.10 Sự tách biệt công thức thủ tục 14 2.2.11 Vận hành trực tuyến 15 CHƯƠNG 3: CFC (CONTINUOUS FUNCTION CHART) 16 3.1 Các yếu tố cần thiết CFC 16 3.1.1 Giới thiệu 16 3.1.2 CFC môi trường STEP 16 3.1.3 CFC chart 17 3.1.4 Các khối Block CFC 18 3.1.5 Danh muïc 21 3.1.6 Điều khiển giaùm saùt 21 3.1.7 Các bước thực cấu hình 22 3.2 Làm việc với với thư vi ện 23 3.2.1 Các sơ đồ CFC Master Data Library (thư viện liệu chủ) 23 3.2.2 Lưu đối tượng Master Data Library 24 3.2.3 Làm việc với Master Data Library 24 3.3 Tìm hiểu khối FB (Function Block) FC (Function) 25 3.3.1 Các khối FB (Function Block) 25 3.3.2 Các khối FC (Function) 37 CHƯƠNG 4: SFC (SEQUENTIAL FUNCTION CHART) 43 4.1 Cơ veà SFC 43 4.1.1 Giới thiệu 43 4.1.2 Getting started 46 4.1.3 SFC môi trường STEP 48 4.1.4 SFC Chart, SFC Type, SFC Instance vaø Ext ernal View 49 4.1.5 Các yếu tố SFC 51 4.2 Làm việc với SFC Editor 54 4.2.1 Cấu hình SFC chart 54 4.2.2 SFC Type 55 4.2.3 SFC Instance 57 4.2.4 Thuộc tính Chart Type 57 4.2.5 Cấu hình Messages SFC 59 4.2.6 Các thuộc tính Runtime 60 4.2.7 Cấu hình hệ thống điều khiển liên tục 60 4.2.8 Tạo yếu toá SFC 60 4.2.9 Edit yếu tố SFC 61 4.2.10 Biên dịch Download 61 4.2.11 Sự vận hành điều khiển thông số 62 4.3 Hệ thống điều khiển liên tục CPU 62 4.3.1 Tổng quát 62 4.3.2 Thực thi SFC 62 4.3.3 Xử lý hệ thống điều khiển liên tục 62 4.4 Test khởi động 70 4.4.1 Kích hoạt Test Mode 70 4.4.2 Hiển thị Test Mode 70 4.5 Documentation 72 4.5.1 In moät SFC 72 4.5.2 Chart Reference Data 72 4.5.3 Logs 72 CHƯƠNG 5: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM SCADA WINCC 73 5.1 Toång quan veà WinCC 73 5.1.1 Giới thiệu 73 5.1.2 Các module chức 73 5.1.3 Soạn thảo 73 5.1.4 Các thành phần project Control Center 74 5.2 Caùc thành phần soạn thảo 79 5.2.1 Alarm Logging 79 5.2.2 Tag Logging 79 5.2.3 Graphics Designer 85 5.2.4 Global Scripts 89 5.2.5 Report Designer 91 CHƯƠNG 6: BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ .94 6.1 Khái niệm …94 6.1.1 Định nghóa tập mờ 94 6.1.2 Các thuật ngữ Logic mờ 95 6.1.3 Bieán ngôn ngữ 96 6.1.4 Các phép toán tập mờ 97 6.1.5 Luật hợp thành 98 6.1.6 Giải mờ 99 6.1.7 Mô hình mờ Tagaki- Sugeno 102 6.2 Bộ điều khiển mờ .1 03 6.2.1 Cấu trúc điều khiển mờ 103 6.2.2 Nguyên lý điều khiển mờ 104 6.2.3 Thiết kế điều khiển mờ 107 CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 108 7.1 Giới thiệu mô hình 108 7.1.1 Giai đoạn (Raw materials - Chuẩn bị nguyên liệu thô) 108 7.1.2 Giai đoạn (Production Sản xuất) 109 7.1.3 Giai đoạn (Holding Lưu giữ sản phẩm) 112 7.1.4 Giai đoạn (Fillling Đóng thùng) 113 7.1.5 Giai đoạn (Cleaning Vệ sinh) 114 7.2 Mô tả quy trình 114 7.2.1 Chuẩn bị 114 7.2.2 Quy trình sản xuất 114 7.2.3 Các lưu đồ giải thuật cho giai đoạn 117 7.3 Kết thực hieän 124 7.3.1 Màn hình Welcome 124 7.3.2 Màn hình quản lý ˘ 125 7.3.3 RMT1 vaø RMT2 126 7.3.4 WEIGHT 127 7.3.5 REAC1 (Heating vaø Drain) 128 7.3.6 REAC2 (Heating vaø Drain) 129 7.3.7 HOLD (Heating vaø Drain) 130 7.3.8 FILL 131 7.3.9 CIP 132 CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN 136 8.1 Đánh giá kết 136 8.1.1 Những kết đạt 136 8.1.2 Những vấn đề tồn 136 8.2 Hướng phát triển đề tài 136 Tài liệu tham khaûo 138 Phuï luïc vi GVHD: TS Hoàng Minh Trí HVTH: Hoàng Đình Long 7.2.3.4 FILL Luận Văn Thạc Sỹ - 121 - GVHD: TS Hoàng Minh Trí HVTH: Hoàng Đình Long 7.2.3.5 CIP Luận Văn Thạc Sỹ - 122 - GVHD: TS Hoàng Minh Trí Luận Văn Thạc Sỹ HVTH: Hoàng Đình Long - 123 - GVHD: TS Hoàng Minh Trí HVTH: Hoàng Đình Long 7.3 Kết thực 7.3.1 Màn hình Welcome 7.3.2 Màn hình quản lý 7.3.3 RMT1 vaø RMT2 7.3.4 WEIGHT 7.3.5 REAC1 (Heating vaø Drain) 7.3.6 REAC2 (Heating vaø Drain) 7.3.7 HOLD (Heating vaø Drain) 7.3.8 FILL 7.3.9 CIP Luận Văn Thạc Sỹ - 124 - GVHD: TS Hoàng Minh Trí HVTH: Hoàng Đình Long CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN 8.1 Đánh giá kết 8.1.1 Những kết đạt - Đã nghiên cứu vận hành phần mềm SIMATIC PCS sử dụng công cụ hỗ trợ cho việc kết nối, lập trình, giám sát SIMATIC PCS nhö: Hardware Configuration, Continuous Function Chart, Sequential Function Chart, Window Control Center, - Ứng dụng PCS vào xây dựng mô hình hệ thống điều khiển tự động Xây dựng hoàn thiện mô hình sản xuất sơn c ấp nhà máy ứng dụng hệ thống CIP nhà máy kem KIDO vào mô hình thực Việc thiết kế, xây dựng phát triển thực đầy đủ làm cho nhà máy có độ phức tạp tương đương với thực tế - Hệ thống chạy với ý tưởng thiết kế Dây chuyền pha trộn sơn thực công đoạn pha trộn sơn tốt Việc giám sát, ghi lại lỗi thực xác, hợp lý Giao diện để điều khiển vận hành nhà máy đơn giản, đầy đủ thân thiện với người dùng, dễ sử dụng 8.1.2 Những vấn đề tồn - Chưa ứng dụng điều khiển mẻ Batch Control vào hệ thống Do mô hình chưa thực phù hợp với trình điều khiển mẻ nên việc áp dụng Batch Control vào gặp khó khăn - Thiết kế dừng lại phần mô phỏng, kết nối với thiết bị thực Do PLC CPU 417 -4 thiết kế mô phỏng, nên việc kết nối với mô hình thực tế bên với pha àn tử chấp hành, điều khiển nhiệt độ, cảm biến, hệ thống bồn trộn Chương trình chạy chương trình mô PCLSim nên chưa đánh giá thông số thực tế như: sai số, tính ổn định, khả linh hoạt - Chưa đánh giá hết tính ưu việt hệ thống điều khiển 8.2 Hướng phát triển đề tài - Hoàn thiện phát triển hệ thống với điều khiển theo mẻ với Batch Control Dùng BatchCC để quản lý khâu hoạt động nhà máy theo mẻ: RMT1, RMT2, WEIGHT, REAC1, REAC2, HOLD, FILL Một mẻ bao gồm khâu đó, tiến hành sản xuất theo mẻ riêng lúc Đây xu hướng tương lai nhà máy công nghiệp Kh i áp dụng phần Batch Control vào nhà máy quản lý nhà máy thay đổi rõ rệt, khả tự động hóa mức cao nhiều - Kết nối với thiết bị thực Kết nối với PLC CPU 417 -4, thiết kế kết nối mô hình thực tế để chạy chương trình thiết bị thực Các phần tử chấp hành kết nối với PLC thông qua module I/O Luận Văn Thạc Sỹ GVHD: TS Hoàng Minh Trí HVTH: Hoàng Đình Long HW Config Chính điều làm cho việc đánh giá ưu nhược điểm mô hình xác - Ngoài ra, áp dụng SIMATIC PCS để xây dựng mô hình nhà máy khác để hiểu rõ thấy đầy đủ khả áp dụng rộng rãi PCS công nghiệp là: nhà máy xi măng, nhà máy đường, nhà máy nước giải khát, Em hy vọng nghiên cứu Luận Văn phát triển xa hay góp phần vào việc tiếp thu công cụ làm việc hơn, đại hơn, tiên tiến tươ ng lai Luận Văn Thạc Syõ ... Minh Trí HVTH: Hoàng Đình Long Tìm hiểu phần mềm SIMATIC PCS SIEMENS Tìm hiểu điều khiển mờ, xây dựng điều khiển mờ để đ iều khiển số công đoạn nhà máy Xây dựng mô hình nhà máy thực tế Áp dụng PCS... Long PCS hệ thống điều khiển trình đại dùng hay kết hợp chung với chương trình điều khiển khác hệ thống điều khiển tự động PCS phần mềm gồm nhiều phần mềm hỗ trợ cho việc điều khiển, giám sát,... dùng phần mềm WinCC lập giao diện điều khiển, giám sát thực kết nối logic đơn giản quản lý hoạt động điều khiển lưu lượng nhiều bồn chứa Nếu dùng phần mềm SIMATIC PCS tạo hệ thống điều khiển