mô phỏng wincc , báo cáo mô hình sản xuất nước ép trái cây ,Hiện nay với thị trường nước giải khát càng ngày càng phát triển với nhu cầu tiêu thụ lớn, việc đa dạng hóa sản phẩm là nhu cầu thiết yếu của người tiêu dùng. Do đó, việc tìm ra một quy trình để sản xuất ra một loại nước giải khát vừa có giá trị dinh dưỡng từ nguồn trái cây nhiệt đới sẵn có ở Việt Nam nhưng rẻ tiền là thiết thực. Cam là một loại quả được trồng nhiều ở nước ta , là loại trái cây nổi tiếng với lượng vitamin C dồi dào giúp thúc đẩy quá trình giải độc của cơ thể, tăng sức đề kháng cho cơ thể. Vitamin C còn có thể giúp chống lại chứng loãng xương. Hàm lượng khoáng chất trong quả cam có thể ngăn chặn sự phát triển bệnh ung thư ruột kết. Nhiều tài liệu đã khẳng định, khi uống nước cam ép hằng ngày còn giúp phòng chống ung thư vú và ung thư phổi vì cam rất dồi dào hợp chất Citrus Limonoid .
LỜI NÓI ĐẦU Hiện với thị trường nước giải khát ngày phát triển với nhu cầu tiêu thụ lớn, việc đa dạng hóa sản phẩm nhu cầu thiết yếu người tiêu dùng Do đó, việc tìm quy trình để sản xuất loại nước giải khát vừa có giá trị dinh dưỡng từ nguồn trái nhiệt đới sẵn có Việt Nam rẻ tiền thiết thực Cam loại trồng nhiều nước ta , loại trái tiếng với lượng vitamin C dồi giúp thúc đẩy trình giải độc thể, tăng sức đề kháng cho thể Vitamin C cịn giúp chống lại chứng lỗng xương Hàm lượng khống chất cam ngăn chặn phát triển bệnh ung thư ruột kết Nhiều tài liệu khẳng định, uống nước cam ép ngày giúp phòng chống ung thư vú ung thư phổi cam dồi hợp chất Citrus Limonoid Ngoài ra, nước cam ép thức uống giải khát tuyệt vời có vị thơm, chua dễ uống, giúp bạn ln sảng khối khoẻ mạnh,đặc biệt tình hình khơng khí nhiễm, dịch bệch Nước cam ép giúp tăng cường độ đàn hồi thành mạch, hữu ích trường hợp bị xơ vữa động mạch, tăng huyết áp xem liệu pháp hữu hiệu phòng bệnh ung thư Là sinh viên theo học chuyên ngành 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 với bảo tận tình giáo Th.s Đỗ Thị Mai , nhóm em tiến hành nghiên cứu đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát dây chuyển sản xuất nước ép trái ” Đề tài nghiên cứu hoạt động dựa dây chuyền sản xuất nước ép cam , tảng phần mềm lập trình PLC mơ hệ thống phần mềm WINCC 7.4 Tuy nhiên, kiến thức hạn hẹp kinh nghiệm hạn chế nên khơng tránh khỏi sai sót Vì em mong nhận bảo thầy cô để đề tài hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên Trần Hoàng Nam Trần Đức Lương CHƯƠNG : KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG 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 1.1 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 thơng, hệ thống kết nối với phịng quản lý, phịng điều khiển, nhận định điều khiển trực tiếp từ phòng quản lý từ phòng thiết kế Từ phịng 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 : 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 ct v cỏc van chp hnh) Quản lý công ty PC Đ iều hà nh sản xuất Đ iều khiển giám sát Đ iều khiển Chấp hành Qúa trình kỹ thuật Hình 2.3: Mô hình phân cấp chức hệ thống điều khiển giám sát Hỡnh 1.2: 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 Trong trường hợp liệu hệ thống biến đổi liên tục theo thời gian, hệ SCADA thường thị trình thay đổi liệu hình giao diện đồ họa (GUI) dạng đồ thị 1.3 Phần cứng hệ thống điều khiển giám sát 1.3.1 MTU (Master Terminal Unit) MTU trung tâm hệ thống SCADA, thực tế thường hệ máy tính công nghiệp MTU giao tiếp với người điều hành RTU thơng qua khối truyền thơng Ngồi MTU cịn kết nối với thiết bị ngoại vi monitor, máy in kết nối với mạng truyền thông Nhiệm vụ MTU bao gồm: * Cập nhật liệu từ thiết bị RTU nhận lệnh từ người điều hành * Xuất liệu đến thiết bị thi hành RTU * Hiển thị thơng tin cần thiết q trình trạng thái thiết bị lên hình giúp cho người điều hành giám sát điều khiển * Lưu trữ, xử lý thông tin giao tiếp với hệ thống thông tin khác 1.3.2 RTU (Remote Terminal Unit) RTU thu nhận thông tin từ xa, thường đặt nơi làm việc để thu nhận liệu thông tin từ thiết bị trường valve, cảm biến, đồng hồ đo… gửi đến MTU để xử lý thông báo cho người điều hành biết trạng thái hoạt động thiết bị trường Mặt khác, nhận lệnh hay tín hiệu từ MTU để điều khiển hoạt động thiết bị theo yêu cầu Thông thường RTU lưu giữ thông tin thu thập nhớ đợi yêu cầu từ MTU truyền liệu Tuy nhiên, ngày RTU đại có máy tính PLC thực điều khiển trực tiếp qua địa điểm từ xa mà không cần định hướng MTU RTU thực sau: * Kết nối với thiết bị giám sát; * Đọc trạng thái thiết bị (chẳng hạn vị trí đóng / mở van rơle); * Mua lại tín hiệu đo được, chẳng hạn áp suất, lưu lượng, điện áp dòng điện; * Việc kiểm sốt thiết bị cách gửi tín hiệu lệnh, chẳng hạn đóng van rơ le đặt tốc độ máy bơm; * Đọc tín hiệu số tín hiệu tương tự gửi lệnh hai tín hiệu số tín hiệu tương tự PLC chứa vi xử lý sử dụng để tự động hóa quy trình PLC cung cấp cảm biến đầu vào / đầu rơ le PLC tốn thay đổi cho hệ thống cũ sử dụng hàng chục hàng trăm rơle hẹn PLC lập trình cách sử dụng ngơn ngữ lập trình có cấu trúc phép tốn logic sơ cấp Trạm chủ bao gồm PC hệ thống SCADA nhỏ Trong hệ thống SCADA lớn, trạm chủ bao gồm nhiều máy chủ, ứng dụng phần mềm phân tán chiến lược khắc phục thảm họa Để tăng tính tồn vẹn hệ thống, nhiều máy chủ thường cấu hình cấu trúc liên kết dự phịng kép dự phịng nóng, cung cấp khả kiểm soát giám sát trường hợp máy chủ bị lỗi 1.4 Phần mềm hệ thống điều khiển giám sát Các ứng dụng SCADA thực dựa kiến trúc phần mềm Kiến trúc phần mềm SCADA có hai thành phần: - Ứng dụng máy chủ SCADA; - Ứng dụng khách SCADA; Ứng dụng máy chủ SCADA đa tác vụ chịu trách nhiệm lưu trữ ứng dụng khách SCADA sở liệu Ứng dụng khách SCADA nhận liệu qua cổng nối tiếp giao thức RS232, MODBUS RTU… Trong nhiều trường hợp, ứng dụng SCADA giải loại bỏ người dùng kết nối Internet Trong trường hợp cần thiết thành phần phần mềm máy chủ Web Máy chủ Web sử dụng để tạo trang Web động, cung cấp cho khách hàng giảm Các khách hàng Web SCADA hưởng quyền truy cập thời gian thực (theo cách tương tự máy khách SCADA thông thường) vào danh sách tham số, danh sách kiện danh sách báo động thơng qua trình duyệt đơn giản Tuy nhiên, khách hàng Web SCADA không nhận mức độ giao diện người dùng đồ họa có tính HMI giống máy khách SCADA thông thường Các máy khách SCADA thông thường quen với việc chạy ứng dụng cụ thể trái ngược với máy khách Web SCADA, người xem trang Web cung cấp máy chủ Web SCADA Để giảm khác biệt nhiều máy khách SCADA thông thường máy khách Web SCADA, số ổ đĩa, dịch vụ công cụ ảo thực HMI Phần mềm hình ảnh sử dụng để theo dõi kiểm soát q trình cơng nghiệp gọi “phần mềm” HMI “phần mềm SCADA” HMI gọi tổng quát, có nghĩa chuyển mạch, giao diện qua bạn điều khiển thiết bị Thuật ngữ “tự động hóa” đề cập đến giao diện đồ họa triển khai thông qua tương tác với chuột / bàn phím cách chạm HMI / SCADA xuất thiết bị đầu cuối dành riêng cho người dùng từ hệ thống triển khai với đơn vị PLC Một PLC lập trình để tự động kiểm sốt trình Bởi đơn vị PLC phân phối hệ thống lớn, liệu từ PLC lưu trữ sau truyền HMI / SCADA có vai trị thu thập kết hợp liệu từ PLC giao thức cụ thể Phần mềm HMI kết nối với sở liệu theo thứ tự: để hoàn thành biểu đồ sơ đồ thời gian thực: * Để phân tích liệu PLC; * Để điều trị bảo trì theo kế hoạch; * Để khoan sơ đồ cho cảm biến máy cụ thể; * Để áp dụng phương pháp xử lý cố hệ thống 1.5 Giải pháp mạng truyền thông cho hệ thống điều khiển giám sát Mạng truyền thông để truyền thông khối thiết bị với nhau, bao gồm phần cứng phần mềm Phần cứng: thiết bị kết nối modem, hộp nối, cáp truyền thiết bị thu phát vô tuyến (trong hệ thống không dây_ wireless), trạm lặp (trong trường hợp truyền xa) Phần mềm: giao thức truyền thơng (protocol), ngơn ngữ lập trình dùng để thiết bị giao tiếp với CPU RTU nhận luồng liệu nhị phân theo giao thức truyền thông Giao thức SCADA MODBUS, thiết kế để gửi liệu đến trạm chủ chủ nhân thẩm vấn trạm RTU MODBUS dựa kiến trúc master- slave biết đến kiến trúc client-server Giao thức thiết kế để sử dụng Modicon PLC riêng Bây giờ, trở thành tiêu chuẩn truyền thông cho ngành công nghiệp sử dụng rộng rãi để kết nối tất thiết bị cơng nghiệp Trong thực tế, đề nghị để tránh an toàn kết nối Internet để giảm rủi ro cơng mạng Giao thức có tính sau: * Nó giao thức mở với tài liệu sẵn có; * Nó thực nhanh chóng (trong vài ngày, khơng phải vài tháng); * Nó hoạt động với bit byte, khơng có yêu cầu cụ thể việc thực * MODBUS cho phép quản lý thiết bị mạng, cung cấp tính cho hệ thống SCADA liên quan đến tính linh hoạt, độ tin cậy an tồn hoạt động hiệu cao Ngoài giao thức giao thức mở TCP\IP (Transmission Control Protocol and Internet Protocol) giao thức riêng Những luồng thông tin tổ chức theo mơ hình lớp ISO/OSI Mơ hình OSI sử dụng để đặt tiêu chuẩn cho cách trao đổi thông tin với giao thức Truyền thông liệu RTU nhận thơng tin nhờ vào nhận dạng mã liệu truyền Dữ liệu biên dịch CPU điều khiển thích hợp tác động chỗ 1.6 Giới thiệu PLC S7 300 1.6.1 Tổng quan PLC S7 – 300 dòng sản phẩm cao cấp, dùng cho ứng dụng lớn với yêu cầu I/O nhiều thời gian đáp ứng nhanh, yêu cầu kết nối mạng, có khả mở rộng cho sau Ngơn ngữ lập trình đa dạng cho phép người sử dụng có quyền chọn lựa Đặc điểm bật S7 - 300 ngơn ngữ lập trình cung cấp hàm tốn đa dạng cho yêu cầu riêng, sử dụng ngôn ngữ chuyên biệt để xây dựng hàm riêng cho ứng dụng mà ta cần Ngoài S7-300 xây dựng phần cứng theo cấu trúc Modul, nghĩa S7-300 có Modul tích hợp cho ứng dụng đặc biệt Modul PID, Modul Đọc xung tốc độ cao… 1.6.2 Các module PLC S7 300 Số lượng Modul sử dụng nhiều hay tuỳ theo tốn, song tối thiểu có Modul Modul CPU Các Modul cịn lại Modul nhận truyền tín hiệu với đối tượng điều khiển (I/O), Modul chức chuyên dụng PID, điều khiển động cơ… Chúng gọi chung Modul mở rộng Tất Modul gắn ray (Rack) (hình 2.1) Hình 1.3 : Hệ PLC S7-300 * Modul CPU: Modul CPU loại Modul chứa vi xử lí, hệ điều hành, nhớ, thời gian, đếm, cổng truyền thơng (RS485) … Và cịn có vài cổng vào số Các cổng vào số CPU gọi cổng vào Onboard Trong họ PLC S7 - 300 có nhiều loại CPU khác nhau: CPU 312, CPU 314, CPU 315… * Các Modul mở rộng: Hình 1.4: Các khối chức PLC S7-300 Các Modul mở rộng chia thành loại chính: - PS (Power Supply): Modul nguồn nuôi - SM (Signal Module): Modul tín hiệu vào/ra bao gồm: o DI (Digital Input) o DO (Digital Output) o DI/DO (Digital In /Output) o AI (Analog Input) o AO (Analog Output) o AI/AO (Analog In /Output) - IM (Interface Module): Modul ghép nối Đây loại Modul chuyên dụng có nhiệm vụ nối nhóm Modul mở rộng lại với thành khối quản lí chung module CPU: IM360: Truyền, IM361: Nhận - FM (Function Module): Các Modul điều khiển riêng, điều khiển Servo, điều khiển PID…… - CP (Communication Module): Module truyền thông 1.6.3 Bộ nhớ PLC : Gồm vùng : * Vùng chứa chương trình ứng dụng : Được chia thành miền + OB (Organisation block): Miền chứa chương trình tổ chức + FC (Function): Miền chứa chương trình con, tổ chức thành hàm có biến hình thức để trao đổi liệu + FB (Function block): Miền chứa chương trình con, tổ chức thành hàm có khả trao đổi liệu với khối chương trình khác Các liệu phải xây dựng thành khối liệu riêng (Data Block khối DB) * Vùng chứa tham số hệ điều hành: Chia thành miền khác + I (Process image input): Miền liệu cổng vào số + Q (Process Image Output): Miền đệm liệu cổng số + M (Miền biến cờ): Chương trình ứng dụng sử dụng biến để lưu giữ tham số cần thiết truy nhập theo Bit (M), byte (MB), từ (MW) hay từ kép (MD) 3.3 Thiết kế giao diện điều khiển giám sát wincc 3.3.1 Bẳng Tag nội Tag ngoại Bảng tag ngoại: Hình 3.24 :Bảng tag ngoại Bảng tag nội: Hình 3.25: Bảng tag nội 3.3.2 Xây dựng hình ảnh trình Hình 3.26 : Giao diện hệ thống giám sát * Tạo hình ảnh trình: Với nút ấn tự động/ tay - 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 + Chọn color/Background/Dynamic Dialog ý muốn Lưu ý: Lựa chọn tag liên kết mục target cho phù hợp với nút bấm * Tạo hình ảnh trình: Với đèn báo + Chọn hình ảnh mơ phịng 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 * Tạo hình ảnh trình: Với bồn chứa - Chọn hình ảnh mơ từ q trình…chọn “tanks” Thay đổi thuộc tính * Tạo hình ảnh q trình: Với van , ống nước, băng tải + 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 q trình + 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 3.3.3 Kết sau chạy *Hệ thống chạy chế độ Auto *Thông báo số lượng *Cảnh báo bể chứa 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, cịn 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 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 thơng Cơng 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 ... chuyền sản xuất thực tế nước ép cam 2.2.1 Hiện trạng sản xuất tiêu thụ nước ép cam Việt Nam Hiện nước ép cam loại đồ uống ưa chuộng giới sản lượng tiêu thụ ngày tăng Ở nước phát triển Đức, Mỹ... sản xuất nước ép cam loại cam có giá trị dinh dưỡng hàm lượng nước cao - Nguồn nước: Trong nhà máy nước dùng vào mục đích khác nhau: xử lý nguyên liệu, nước nấu nguyên liệu, nước rửa chai, nước. .. Đức, Mỹ lượng sản xuất tiêu thụ hàng năm lớn Công nghệ sản xuất nước ép cam sản phẩm nước thâm nhập vào thâm nhập vào thị trường nhiều nước rên giới có Việt Nam Mức tiêu thụ bình quân nước cao