Thiết kế hệ thống thu thập số liệu và điều khiển giám sát cho mô hình dây chuyền phân loại sản phẩm

ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CƠNG TRÌNH BỘ MƠN KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên đề tài:Thiết kế hệ thống thu thập số liệu điều khiển giám sát cho mơ hình dây chuyền phân loại sản phẩm Giảng viên hƣớng dẫn : TS Hoàng Sơn Sinh viên thực : Nguyễn Hữu Minh Lớp : K58_CĐT Khóa : 2013 -2017 Hà Nội - năm 2017 LỜI MỞ ĐẦU Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu (Supervisory Control And Data Acquisition - SCADA) phần thiếu hệ thống tự động hóa đại Việc giám sát dây chuyền sản xuất nhà máy công nghiệp, nông nghiệp vv giúp tối giản nhân cơng thời gian lao động góp phần mang lại hiệu kinh tế cao sản xuất Ngày nay, dây chuyền phân loại sản phẩm nhà máy đòi hỏi thêm nhiều cải tiến tự động hóa nhằm phục vụ cho mục đích quản lí điều khiển dễ dàng cho người sử dụng Tiêu biểu việc ứng dụng hệ thống SCADA vào dây chuyền sản xuất công nghiệp, động tác điều khiển giám sát thu thập số liệu người quản lí thực thao tác máy tính(PC) Chỉ cần tác động chuột máy tính hay gõ bàn phím đơn giản thay điều khiển tay cơng đoạn khâu xử lý Việc góp phần nâng cao hiệu quả, tiết kiệm thời gian cho người sử dụng Từ thực tế em định chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống thu thập số liệu điều khiển giám sát cho mơ hình dây chuyền phân loại sản phẩm” Với mục tiêu đặt thiết kế thành công hệ thống thu thập liệu điều khiển giám sát cho mơ hình phân loại sản phẩm, đề tài sử dụng phương pháp nghiên cứu phương pháp phân tích, tổng hợp lý thuyết phương pháp thực nghiệm khoa học Bố cục đề tài gồm chương: Chƣơng 1: Tổng quan Chƣơng 2: Lập trình PLC cho mơ hình dây chuyền phân loại sản phẩm Chƣơng 3: Thiết kế hệ thống thu thập số liệu điều khiển giám sát cho mơ hình dây chuyền dây chuyền phân loai sản phẩm Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp quan tâm Thầy, Cô khoa, đặc biệt giáo viên hướng dẫn TS.Hoàng Sơn giúp đỡ em tận tình trình tìm hiểu thực đồ án Để đồ án em hoàn thành thời gian Tuy nhiên thực đề tài thời gian, nguồn tài liệu trình độ cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi sai sót Kính mong nhận dẫn đóng góp ý kiến Thầy, Cô bạn Em xin trân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm Sinh viên thực đề tài Nguyễn Hữu Minh NHẬN XÉT (Của giảng viên hƣớng dẫn) …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hệ thống SCADA 1.2 Hệ thống SCADA công nghiệp 1.2.1 Các nước công nghiệp phát triển 1.2.2 Trong nước 1.3 Tổng quan PLC S7-200 phần mềm Autobase 1.3.1 PLC S7-200 1.3.2 Phần mềm Autobase 1.4 Tổng quan đề tài 1.4.1 Yêu cầu đề tài 1.4.2 Kếtquả thực đề tài CHƢƠNG LẬP TRÌNH PLC CHO MƠ HÌNH DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 2.1 Mơ hình dây chuyền phân loại sản phẩm 2.1.1 Các module mơ hình phân loại sản phẩm 2.1.2 Vai trò, nhiệm vụ module mơ hình dây chuyền phân loại sản phẩm 2.2 Xây dựng chƣơng trình phân loại sản phẩm theo kích thƣớc chiều cao cho PLC 10 2.2.1 Gán địa 10 2.2.2 Xây dựng lưu đồ thuật toán 11 2.2.3 Chương trình điều khiển 15 CHƢƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG THU THẬP SỐ LIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CHO MƠ HÌNH DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 17 3.1 Xây dựng cấu trúc truyền thơng máy tính PLC 17 3.1.1 Khởi động chương trình truyền thơng 17 3.2.2 Thiết lập truyền thông 18 3.2 Thiết kế, xây dựng giao diện thu thập liệu điều khiển giám sát.21 3.2.1 Xây dựng đối tượng liệu cho giao diện 21 3.2.2 Xây dựng giao diện thu thập số liệu điều khiển, giám sát 31 KẾT LUẬN 43 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 GVHD: TS.HỒNG SƠN SVTH: NGUYỄN HỮU MINH DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Cơ cấu hệ thống SCADA Hình 1.2: CPU 224 Hình 1.3: Mơ hình dây chuyền phân loại sản phẩm Hình 1.4: Giao diện module - GIAODIENCHINH Hình 1.5: Giao diện module - DIEUKHIENGIAMSAT Hình 1.6: Giao diện module - THUTHAPSOLIEU Hình 1.7: Bảng số liệu Excel Hình 2.1: Mơ hình phân loại sản phẩm Hình 2.2: Lưu đồ tổng quan hoạt động giám sát hệ thống 11 Hình 2.3: Lưu đồ điều khiển SCADA khởi động hệ thống 12 Hình 2.4: Lưu đồ hoạt động giám sát khâu phân loại sản phẩm 13 Hình 2.5: Lưu đồ hoạt động cánh tay bốc xếp sản phẩm 14 Hình 3.1: Kết nối truyền thông PC PLC qua USB RS232 17 Hình 3.2: Giao diện thiết lập truyền thông 18 Hình 3.3: Thiết lập Port truyền thơng 18 Hình 3.4: Thiết lập thiết bị giao thức truyền thông 19 Hình 3.5: Kết sau thiết lập cấu trúc vùng nhớ 20 Hình 3.6: Cấu trúc vùng nhớ máy tính 21 Hình 3.7: Khởi tạo Tag 22 Hình 3.8: Làm Tag cho hệ thống 22 Hình 3.9: Cách thiết lập Tag 24 Hình 3.10: Cách thiết lập thuộc tính cho Tag ON 25 Hình 3.11: Thuộc tính cho Tag OFF .25 Hình 3.12: Thuộc tính cho RS .26 Hình 3.13: Thuộc tính cho Tag Sensor1 26 Hình 3.14: Thuộc tính cho Tag Sensor2 27 Hình 3.15: Thuộc tính cho Tag Sensor3 27 Hình 3.16: Thuộc tính cho Tag Piston1 .28 Hình 3.17: Thuộc tính Tag Piston2 .28 SVTH: NGUYỄN HỮU MINH GVHD: TS.HỒNG SƠN Hình 3.18: Thuộc tính cho Tag Piston3 .28 Hình 3.19: Thuộc tính cho Tag DC1 .28 Hình 3.20: Thuộc tính cho Tag DC2 .29 Hình 3.21: Cách thiết lập thuộc tính cho Tag Low product 29 Hình 3.22: Thuộc tính cho Tag Average product 30 Hình 3.23: Thuộc tính cho Tag High product 30 Hình 3.24: Thuộc tính cho Type product 30 Hình 3.25: Hệ thống Tag thiết lập 31 Hình 3.26: Kết thiết lập Module .32 Hình 3.27: Kết thiết kế giao diện module - GIAODIENCHINH 32 Hình 3.28: Xây dựng nút ấn “ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT” 33 Hình 3.29: Kết xây dựng nút ấn “THU THẬP SỐ LIỆU” .33 Hình 3.30: Giao diện hiển thị Modul - GIAODIENCHINH 34 Hình 3.31: Xây dưng nút ấn “START” 35 Hình 3.32: Các nút ấn bảng điều khiển module - DIEUKHIENGIAMSAT.35 Hình 3.33: Xây dựng hoạt ảnh cho băng tải 36 Hình 3.34: Giao diện giám sát hồn chỉnh Modul - DIEUKHIENGIAMSAT .36 Hình 3.35: Ơ hiển thị số lượng sản phẩm thấp 37 Hình 3.36: Các hiển thị số lượng loại sản phẩm 38 Hình 3.37: Xây dựng nút ấn “REPORT_EXCEL” .38 Hình 3.38: Xây dựng nút ấn module - THUTHAPSOLIEU 39 Hình 3.39: Kết hiển thị số lượng loại sản phẩm .39 Hình 3.40: Địa yêu cần lưu file Report_Excel tạo Exel 40 Hình 3.41: Chèn bảng liệu Module – THUTHAPSOLIEU 41 Hình 3.42: Định dạng tinh chất cho bảng liệu 41 Hình 3.43: Chương trình truy xuất liệu 42 GVHD: TS.HOÀNG SƠN SVTH: NGUYỄN HỮU MINH DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Port đầu .10 Bảng 2.2: Port đầu .11 Bảng 3.1: Các Tag cần thiết lập 23 Bảng 3.2: Các Module thiết lập cho nghiên cứu 31 Hình 3.22: Thuộc tính cho Tag Average product Hình 3.23: Thuộc tính cho Tag High product Hình 3.24: Thuộc tính cho Type product 3.2.1.3 Kết thiết lập đối tượng liệu Hệ thống Tag thiết lập bao gồm Tag dùng cho hiển thị tín hiệu đầu vào/ra tín hiệu điều khiển cho PLC S7-200 (ON, OFF, RS vv), Tag hiển thị giá trị đếm PLC S7-200 (Low product, Average product, High product vv) Kết Tag xây dựng AutoBase thể hình 3.25 30 Hình 3.25: Hệ thống Tag thiết lập 3.2.2 Xây dựng giao diện thu thập số liệu điều khiển, giám sát Để xây dựng hệ thống thu thập số liệu điều khiển giám sát cần thiết lập Module bao gồm: - Module cho giao diện hiển thị giao diện “GIAODIENCHINH.modx” - Module cho giao diện điều khiển giám sát “DIEUKHIENGIAMSAT.modx” - Module cho việc thu thập số liệu “THUTHAPSOLIEU.modx” 3.2.2.1 Thiết lập Module đề tài Các module thiết lập với tính chất theo đặc điểm Window kích thước mô tả bảng 3.2 Bảng 3.2: Các Module thiết lập cho nghiên cứu Tên File Module Đặc điểm Window Kích thước Module GIAODIENCHINH.modx MDI 3000x3000 DIEUKHIENGIAMSAT.modx MDI 3000x3000 THUTHAPSOLIEU.modx 3000x3000 MDI Kết thiết lập module thiết lập cho toàn hệ thống thu thập số liệu điều khiển giám sát thể hình 3.26 31 Hình 3.26: Kết thiết lập Module Khi kích chuột trái vào modul “GIAODIENCHINH.modx” chương trình chuyển sang hình giao diện Kích chuột trái vào modul “DIEUKHIENGIAMSAT.modx” chương trình chuyển sang giao diện điều khiển giám sát nhấn vào “THUTHAPSOLIEU.modx” chương trình chuyển sang hình thu thập số lượng loại sản phẩm 3.2.2.2 Thiết kế giao diện cho Module - GIAODIENCHINH Giao diện gồm bảng điều khiển bảng hiển thị Kết sau thiết kế thể hình 3.27 Hình 3.27: Kết thiết kế giao diện module - GIAODIENCHINH 32 a) Thiết kế bảng điều khiển cho Modul - GIAODIENCHINH Các bước xây dựng nút ấn di chuyển đến modul DIEUKHIENGIAMSAT thực hình 3.28 Đầu tiên vào chức Object/Button/Module Selection Button để chọn dạng nút nhấn, kích đúp chuột để đặt tên chọn modul muốn chuyển đến nhấn nút Hình 3.28: Xây dựng nút ấn “ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT” Tương tự vậy, tiến hành xây dựng nút ấn “THU THẬP SỐ LIỆU”, kết việc xây dựng thể hình 3.29 Hình 3.29: Kết xây dựng nút ấn “THU THẬP SỐ LIỆU” b) Thiết kếbảng điều hiển thị cho Modul – GIAODIENCHINH Bảng hiển thịđược thiết kế bao gồm thành phần hiển thị dạng text hình ảnh giới thiệu đồ án Kết sau thiết kế thể hình 3.30 33 Hình 3.30: Giao diện hiển thị Modul - GIAODIENCHINH 3.2.2.3 Thiết kế giao diện cho Module – DIEUKHIENGIAMSAT Trong mục thiết kế xây dựng giao diện điều khiển giám sát module mơ hình phân loại sản phẩm Giao diện gồm nút nhấn điều khiển hoạt ảnh phục vụ cho việc giám sát Sau xây dựng cho giao diện Modul – DIEUKHIENGIAMSAT a) Xây dựng nút nhấn điều khiển Các bước xây dựng nút ấn di chuyển đến modul thực hình 3.31 Đầu tiên vào chức Object/Button/Digital Output Button để chọn dạng nút nhấn, kích đúp chuột để đặt tên, chọn màu sắc thiết lập đặc tính cho nút nhấn 34 Hình 3.31: Xây dưng nút ấn “START” Tương tự vậy, tiến hành xây dựng nút ấn “STOP”, “RESET”, “EXIT”, “OFF/ON DC1”, “OFF/ON DC2” Kết xây dựng nút ấn thể hình 3.22 Hình 3.32: Các nút ấn bảng điều khiển module - DIEUKHIENGIAMSAT b) Xây dựng hoạt ảnh giám sát cho Modul - DIEUKHIENGIAMSAT.MODX Giao diện giám sát gồm hoạt ảnh giám sát tất module mơ hình phân loại sản phẩm Các bước thiết lập hoạt ảnh giám sát băng tải thể hình 3.33 35 Hình 3.33: Xây dựng hoạt ảnh cho băng tải Tương tự, thực bước để xây dựng hoạt ảnh khác phục vụ cho việc giám sát Kết thể hình hình 3.34 Hình 3.34: Giao diện giám sát hoàn chỉnh Modul - DIEUKHIENGIAMSAT 3.2.2.4 Thiết kế, xây dựng giao diện cho Module - THUTHAPSOLIEU.MODX Giao diện THUTHAPSOLIEU bao gồm: Bảng điều khiển, Bảng hiển thị số lượng loại sản phẩm mơ hình phân loại Việc xây dựng giao diện THUTHAPSOLIEU sau: 36 a) Xây dựng giao diện hiển thị cho Modul - THUTHAPSOLIEU Sử dụng ứng dụng AutoBase để xây dựng hình cho ô hiển thị Thiết kế ô hiển thị số lượng sản phẩm thấp trình bày hình 3.35 Đầu tiên vào chức Object/Analog/Analog String để chọn Tag hiển thị, chọn Tag “Low product” Hình 3.35: Ô hiển thị số lượng sản phẩm thấp Tương tự vậy, thiết lập ô liệu hiển thị số lượng sản phẩm trung bình (Average product), số lượng sản phẩm cao (High product), số lượng sản phẩm loại (Type of product) Kết thiết lập trình bày hình 3.36 37 Hình 36: Các ô hiển thị số lượng loại sản phẩm b) Nút ấn Module - THUTHAPSOLIEU Từ giao diện thu thập số lượng sản phẩm, kích chuột trái vào nút nhấn “EXEL_REPORT” chương trình xuất file exel Khi kích chuột trái vào nút nhấn “RESET” chương trình đếm sản phẩm reset giá trị kích vào nút nhấn vào nút “EXIT” chương trình chuyển hình Các bước xây dựng nút xuất “REPORT_EXEL” thực trình tự hình 3.37 Hình 3.37: Xây dựng nút ấn “REPORT_EXCEL” Tương tự trên, xây dựng nút ấn: “DELETE_EXCEL” ,”RESET”, “EXIT” ta kết hình 3.38 38 Hình 3.38: Xây dựng nút ấn module - THUTHAPSOLIEU c) Xây dựng giao diện cho báo cáo in bảng Exel Trong mục thiết kế xây dựng báo cáo số liệu số lượng loại sản phẩm, báo cáo thiết kế file Excel có tên Report_Excel.xls hình 3.39 Bảng Report_Excel gồm cột như: THỜI GIAN,SẢN PHẨM THẤP, SẢN PHẨM TRUNG BÌNH, SẢN PHẨM CAO, SẢN PHẨM LOẠI, TỔNG SẢN PHẨM VÀO, TỔNG SẢN PHẨM RA Các kết số liệu cập nhập liên tục theo thời gian tùy theo yêu cầu người sử dụng Hình 3.39:Kết hiển thị số lượng loại sản phẩm Đầu tiên, ứng dụng Microsoft Office Window thiết lập bảng Exel có tên REPORT_EXCEL.xls hình 3.40 Sau lưu bảng vào thư mục chương trình AutoBase 39 Hình 3.40: Địa yêu cần lưu file Report_Excel tạo Exel Tiếp theo, cập nhập liệu cho REPORT_EXCEL.xls vừa xây dựng Các bước tiến hành sau: Đầu tiên mở Module - THUTHAPSOLIEU thiết lập AutoBase, mở mục Object/Database để chèn bảng liệu sau chỉnh sửa kích thước bảng liệu theo yêu cầu thiết kế Các bước chèn bảng liệu thực hình 3.41 40 Hình 41: Chèn bảng liệu Module - THUTHAPSOLIEU Tiếp theo nhấn đúp chuột vào bảng liệu để định dạng tính chất cho bảng liệu Theo cách cài đặt bảng liệu tự động cập nhật số liệu sau thời gian 10 giây Kết định dạng thể hình 3.42 Hình 3.42: Định dạng tinh chất cho bảng liệu Cuối sử dụng ứng dụng AutoBase Scrip để viết đoạn chương trình theo ngơn ngữ PLC truy xuất số liệu cho bảng liệu Các bước biết chương trình thực hình 3.43 41 Hình 43: Chương trình truy xuất liệu 42 KẾT LUẬN Hệ thống thu thập số liệu điều khiển giám sát cho mơ hình phân loại sản phẩm thiết kế gồm module GIAODIENCHINH.modx, DIEUKHIENGIAMSAT modx THUTHAPSOLIEU.modx Qua module người vận hành điều khiển, giám sát tồn mơ hình dây chuyền trình hoạt động thu thập số lượng loại sản phẩm suốt trình phân loại Hệ thống xuất bảng liệu qua file excel Bảng excel chứa kết số lượng loại sản phẩm khác hệ thống lưu sau trình hoạt động định Hệ thống thiết kế chạy thử nghiệm mơ hình dây chuyền phân loại sản phẩm phịng thí nghiệm khoa CƠ ĐIỆN VÀ CƠNG TRÌNH, kết cho thấy hệ thống hoạt động ổn định, dễ dàng điều khiển giám sát thu thập số liệu cho người sử dụng Tuy nhiên hệ thống chưa thu thập liệu từ mơ hình dây chuyềnvề tốc độ băng tải gửi tin nhắn SMS báo mơ hình dây chuyền có cố điện thoại người quản lý Hướng nghiên cứu khóa luận nâng cấp hệ thống thu thập số liệu điều khiểm giám sát thêm số tính thu thập tốc độ băng tải hệ thống báo động, gửi tin nhắn SMS có cố cho người quản lý 43 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Bài giảng truyền động khí , Lê Cung, Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng 2008 Giáo trình tập lệnh PLC Simens S7-200, Nguyễn Bá Hội, trường Đại Học Bách Khoa - ĐH Đà Nẵng Kỹ thuật ghép nối máy tính, Ngơ Diên Tập Mạng truyền thơng cơng nghiệp, Hồng Minh Sơn 5.Tự động hóa với Simatic S7-200, Phan Xuân Minh & Nguyễn Doãn Phước, NXB NN Địa website: www.diendandientu.com www.dientuvietnam.net www.tailieu.vn 44 ... phần mềm điều khiển giám sát thu thập số liệu cho mơ hình dây chuyền phân loại sản phẩm Để có thu thập số lượng sản phẩm điều khiển giám sát cấu mơ hình phân loại sản phẩm, liệu sản phẩm tín... liệu điều khiển giám sát cho mô hình dây chuyền phân loại sản phẩm? ?? Với mục tiêu đặt thiết kế thành công hệ thống thu thập liệu điều khiển giám sát cho mô hình phân loại sản phẩm, đề tài sử dụng... CHƢƠNG LẬP TRÌNH PLC CHO MƠ HÌNH DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 2.1 Mơ hình dây chuyền phân loại sản phẩm 2.1.1 Các module mơ hình phân loại sản phẩm Mơ hình dây chuyền phân loại sản phẩm bao gồm module: