ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT CÀ PHÊ

Đây là hệ thống hỗ trợ con người trong việc giám sát, điều khiển các hệ thống điều khiển tự động như: Nhà máy sản xuất, trong các hệ thống thông tin viễn thông, hệ thống điện lưới và các nhà máy cung cấp nước sạch… Để làm được công việc đó thì hệ SCADA phải có các hệ thống sau:  Hệ thống truy cập dữ liệu  Hệ thống truyền tải dữ liệu  Dao diện người máy HMI (Humen Machine Interface) HMI sử dụng ở cấp điều khiển giám sát và ở các cấp dưới hơn, để thuận tiện hơn cho người vận hành hệ thống hoặc thiết bị. Các loại dao diện HMI bao gồm:  POPerator Panel: Màn hình vận hành  TPTouch Panel: Màn hình cảm ứng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG KHOA CƠNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HĨA BÁO CÁO MƠN HỌC Đề tài : ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT CÀ PHÊ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN : ThS ĐỖ THỊ MAI : NGUYỄN DUY AN LỚP ĐỖ MẠNH CƯỜNG : TỰ ĐỘNG HÓA K14A Thái Nguyên, Ngày 17 tháng 10 năm 2019 LỜI MỞ ĐẦU Cà phê loại nước uống có từ lâu đời ưa chuộng đến ngày hôm Cà phê không chiếm lĩnh thị trường nước mà cịn có mặt thị trường lớn như: Mỹ, Đức, Pháp, Ý…góp phần giải việc làm đem lại hiệu kinh tế Cà phê (café: tiếng pháp) loại thức uống màu đen có chứa caffein sản xuất từ hạt cà phê rang lên Cà phê xem loại hàng vị giác có hương vị phong phú, tạo cảm giác sảng khoái, hưng phấn cho người dùng đặc biệt dễ tạo thành thói quen (cịn gọi “nghiện”) Tuy nhiên sau q trình thu hoạch khơng bảo quản hợp lí cà phê dễ bị tổn thất khối lượng chất lượng Một giải pháp chế biến thành cà phê nhân để làm nguồn nguyên liệu cho việc chế biến tiếp theo: cà phê hòa tan, cà phê khơng hịa tan…mang hương vị đặc trưng riêng Đó lí nhóm chúng em chọn đề tài “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT CAFE HÒA TAN” Nội dung dự kiến thực hiện: Chương 1: Giới thiệu hệ thống điều khiển giám sát Chương 2: Tổng quan hệ thống điều khiển sản xuất cà phê Chương 3: Phân tích thiết kế mơ hình hệ thống Chương 4: Thiết kế hệ điều khiển Chương 5: Thiết kế mạng SCADA cho hệ thống dây chuyền phân loại sản phẩm CHƯƠNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHỂN GIÁM SÁT 1.1 Tổng quan hệ thống điều khiển giám sát 1.1.1 Định nghĩa SCADA SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu Hình 1.1 Đối tượng điều khiển hệ thống SCADA Đây hệ thống hỗ trợ người việc giám sát, điều khiển hệ thống điều khiển tự động như: Nhà máy sản xuất, hệ thống thông tin viễn thông, hệ thống điện lưới nhà máy cung cấp nước sạch… Để làm công việc hệ SCADA phải có hệ thống sau:  Hệ thống truy cập liệu  Hệ thống truyền tải liệu  Dao diện người - máy HMI (Humen Machine Interface) HMI sử dụng cấp điều khiển giám sát cấp hơn, để thuận tiện cho người vận hành hệ thống thiết bị Các loại dao diện HMI bao gồm:  PO-Perator Panel: Màn hình vận hành  TP-Touch Panel: Màn hình cảm ứng  Multy Panel… Do phát triển chuẩn truyền thông công nghiệp phần mềm công nghiệp, nên việc trọng vào thiết kế hệ SCADA lựa chọn công cụ phần mềm để thiết kế giao diện HMI giải pháp tích hợp hệ thống vấn đề cốt lõi để xây dựng hệ thu thập điều khiển giám sát 1.1.2 Các loại hệ thống SCADA Hệ thống SCADA chia thành nhóm với chức sau: Là hệ SCADA mang tính độc lập nối mạng, hệ SCADA khơng có khả đồ họa loại có khả xử lý đồ họa thông tin thời gian thực a) Hệ thống SCADA mờ (Blind) Đây hệ thống SCADA giản đơn, khơng có phận giám sát mà có nhiệm vụ thu thập xử lý liệu đồ thị Ưu điểm là: Do cơng nghệ cấu thành mạng đơn giản nên có giá thành thấp b) Hệ thống SCADA độc lập Đây hệ có khả giám sát thu thập liệu với vi xử lý Hệ điều khiển hai máy móc, nên chủ yếu sử dụng đơn vị sản xuất có quy mơ nhỏ vừa c) Hệ thống SCADA Mạng Đây hệ thống có khả giám sát thu thập liệu với nhiều vi xử lý Các máy tính giám sát nối mạng với Thường chúng sử dụng nhiều dây chuyền sản xuất nơi có nhiều máy móc cần phải điều khiển Thơng qua mạng truyền thơng, tồn hệ thống kết nối với phòng điều khiển cấp phân xưởng, phịng giám sát cấp cơng ty Hoặc có nhận tín hiệu điều khiển trực tiếp từ phịng quản lý phòng thiết kế d) Hệ thống SCADA xử lí đồ họa thơng tin thời gian thực Hệ thống có khả giám sát thu thập liệu Nhờ thông tin thu thập trước máy tính mà hệ có khả mơ trình hoạt động hệ thống sản xuất Nhờ máy tính ghi lại tồn liệu q trình hoạt động hệ thống nên xảy cố hệ thống báo cho người vận hành, tự động xử lý lỗi xảy e) Đánh giá hệ SCADA Để đánh giá hệ điều khiển giám sát SCADA cần phải phân tích đặc điểm hệ thống theo số tiêu chuẩn như:  Khả hỗ trợ công cụ phần mềm điều khiển việc thực xây dựng hình giao diện • Số lượng chất lượng thành phần đồ họa có sẵn, khả truy cập cách kết nối liệu từ q trình kỹ thuật có tốt khơng • Tính mở hệ thống, chuẩn hóa giao diện 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 thơng tin, với Windown hỗ trợ sử dụng mơ hình phần mềm ActiveX Control OPC • Xem xét giá thành tổng thể hệ thống 1.1.3 Sự phân cấp quản lí hệ thống SCADA Việc giám sát, thu thập số liệu điều khiển cần thiết hệ thống công nghiệp Đặc thù hệ tự động quy mô hệ thống sản xuất lớn, trải không gian rộng, bao gồm nhiều phần tử, thiết bị với chức năng, nguyên lý làm việc khác Do việc sử dụng hệ thống điều khiển trung tâm để đảm nhận tất chức giám sát điều khiển phức tạp Chính mà tùy theo mức độ quan trọng yêu cầu tính giám sát, điều khiển mà chức giám sát, điều khiển thu thập liệu phân phối phân cấp cho thiết bị khác Cấp thứ nhất: Là phần tử có chức năng: - Giám sát thông số vận hành hệ thống, lệnh cho phần tử chấp hành thực chức điều khiển, ghi chụp, phân tích cố xảy trình hoạt động hệ thống - Thu thập số liệu, thông số vận hành chế độ bình thường để gửi lên máy tính điều khiển mức trạm (Substation Server) thiết bị đầu cuối RTU (Remote Terminal Unit) Trong hệ thống đại, phần tử gọi chung thiết bị điện tử thông minh IED (Intelligent Electronic Devices) Cấp thứ hai Là trạm điều khiển SS (Substation Server) RTU có chức chủ yếu thu thập số liệu từ IED quản lý, lưu lại sở liệu phục vụ nhu cầu đọc liệu chỗ qua giao diện người máy HMI (Human Machine Interface) truyền liệu thu thập lên cấp quản lý cao theo chuẩn truyền thông Cấp thứ ba Cấp thứ ba trung tâm điều khiển toàn hệ thống, nơi thực việc thu thập số liệu từ Điều khiển trạm SS (Substation Server) RTU, thực chức tính tốn, đánh giá trạng thái hệ thống, thực chức điều khiển quan trọng, lên kế hoạch vận hành tồn hệ thống Do quy mơ rộng lớn hệ thống điều khiển giám sát đại, trạm điều khiển trung tâm cịn chia thành cấp điều khiển trung tâm (Central Control) trạm điều khiển vùng (Area Control Center) Luồng thơng tin hệ thống điều khiển tích hợp: Hình 1.2 Phân cấp chức hệ SCADA Level Level I Chức năng, nhiệm vụ - Thu thập liệu q trình cơng nghệ thời gian thực; - Tính tốn theo algorithm đưa tín hiệu điều khiển theo qui luật cho trước; Level II - Báo hiệu việc vượt ngưởng cho phép thông số; - Block hành động lổi Operator thiết bị điều khiển; - Ngăn ngừa xãy Alarm Thu thập thông tin từ cấp dưới, xữ lý, lưu trữ monitoring; - Đưa tín hiệu điều khiển sở phân tích thơng tin; - Chuyển thông tin việc sản xuất xưởng, xí nghiệp cho cấp cao hơn; - Tính tốn thơng số thứ cấp, đó, số chất lượng sản phẩm, số kinh tế-kỹ thuật; - Lưu trữ thơng tin; - Đưa report; - Chuẩn đốn hư hỏng phần tử hệ thống; - Xác định thơng số, cấu hình thiết bị điều khiển điều khiển cục Level 1; - Level III Thay đổi cấu trúc hệ thống điều khiển cục bộ, thay đổi trạng thái làm việc thiết bị điều khiển - Tối ưu số kinh tế sản xuất; - Điều khiển theo số kinh tế, kinh tế-kỹ thuật; - Quản lý tài nguyên công ty; - Lưu trữ thông tin; Đưa kế hoạch sản xuất Bảng 1.1 Bảng chức nhiệm vụ cấp hệ SCADA - 1.1.4 Chức hệ thống SCADA - Chức giám sát: Giám sát đảm bảo tính xác tồn thông số vận hành hệ thống - Chức điều khiển: + Điều khiển q trình xác, tin cậy + Cài đặt thông số từ xa có nhu cầu thay đổi cấu trúc, quy mơ hệ thống, yêu cầu công nghệ dẫn tới số thông số vận hành hệ thống bị thay đổi theo - Chức quản lý, lưu trữ liệu: + Giám sát cố xảy trình hoạt động hệ thống, cảnh báo cố âm thanh, màu sắc, thơng báo hình hiển thị + Ghi nhận, lưu trữ liệu, thông tin vận hành, thông tin cố hệ thống (logging/archiving) + Lập biểu đồ (Trending): sản phẩm SCADA hỗ trợ tiện ích lập biểu đồ + Điều khiển báo động (Alarm handing): thực báo động dựa kiểm tra giới hạn trạng thái thực server + Xuất báo cáo (Report Generation): xuất báo cáo dạng truy vấn SQL cho lưu trữ file, bảng ghi kiện dạng text, file kiện dạng html, báo cáo xuất, in lưu trữ tự động - Tính thời gian thực: SCADA hệ thống điều khiển, giám sát thu thập liệu thời gian thực, tính thời gian thực hệ thống cân thiết quan trọng Tính thời gian thực ảnh hưởng tới độ xác, đắn kết đầu Một hệ thống có tính thời gian thực khơng thiết phải có phản ứng thật nhanh mà quan trọng phải có phản ứng kịp thời yêu cầu tác động bên ngồi Một hệ thống có tính thời gian thực u cầu hệ thống BUS phải có tính năng: Độ nhanh nhạy, tính tiền định, độ tin cậy,kịp thời, tính bền vững - Kiểm sốt truy cập: Người dùng định vào nhóm, nhóm định nghĩa quyền truy cập đọc/ghi (read/write) thông số trình điều khiển 1.2 Cấu trúc hệ thống SCADA Trong hệ thống SCADA cảm biến cấu chấp hành đóng vai trị giao diện thiết bị điều khiển với trình sản xuất Cịn hệ thống điều khiển giám sát đóng vai trò giao diện người máy Các thiết bị phận hệ thống ghép nối với theo kiểu điểm - điểm (Point to Point), thơng qua mạng truyền thơng cơng nghiệp Tín hiệu thu từ cảm biến tín hiệu nhị phân, tín hiệu số tím hiệu tương tự Khi xử lý máy tính phải chuyển đổi cho phù hợp với chuẩn giao diện vào/ra máy tính Các thành phần chính:  Giao diện trình: Là phần tử chấp hành, cảm biến, thiết bị đo, thiết bị chuyển đổi…  Thiết bị điều khiển tự động: Bao gồm điều khiển logic khả trình PLC (Programable Logic Controller), điều khiển chuyên dụng tỷ lệ vi tích phân PID, thiết bị điều chỉnh số đơn lẻ CDC (Compact Digital Controller) máy tính điều khiển với phần mềm điều khiển chuyên dụng  Hệ thống điều khiển giám sát: Bao gồm phần mềm hỗ trợ giao diện người-máy HMI (Human Machine Interface), trạm kỹ thuật, trạm vận hành giám sát điều khiển cao cấp  Hệ thống truyền thông: gồm thiết bị ghép nối điểm - điểm (Point to Point), Bus cảm biến/chấp hành, bus trường, bus hệ thống Hình 1.3 Minh họa cấu trúc hệ SCADA Hình 1.4 Minh họa thống SCADA đại SCADA Intouch WinCC Trace Mode Vijeo Look Company Wonderware Siemens AdAstra Schneider Electric 10 Country USA Germany Russia France Hình 4.3: Mạch động lực Trong đó: + L1, L2, L3: ký hiệu pha điện nguồn điện pha + ATM: Aptomat + K1, K2, K3, K4, K5: Khởi động từ + RL1, RL2, RL3, RL4, RL5: Rơ le nhiệt bảo vệ tải c Mạch điều khiển Hình 4.4: Mạch đấu nối PLC Trong đó: 34 + ATM: Aptomat + K1, K2, K3, K4, K5: Cuộn dây Công tắc tơ + D, V1, V2, V3, : Cuộn dây Rơ-le trung gian + START, STOP: Nút ấn Start, Stop + CB1, CB2, CB3, CB4, CB5: Các cảm biến 4.4 Chương trình điều khiển 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ MƠ HÌNH SCADA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT CÀ PHÊ 5.1 Bảng thông số biến điều khiển, giám sát, cảnh báo, biến vào Công đoạn máy Thông số Cấp nguyên liệu Rang cà phê Dải tần số Khối lượng Nhiệt độ Thời gian 100-300 Kg 100-240 0C 30-60 Phút Khối lượng Số lượng 100-1000 Gram 10-20 Gói/hộp Nghiền Đóng gói 5.2 Bảng tag nội,tag ngoại 45 Dạng điều khiển Đo Điều Giám Cảnh lường + + + + + khiển + + + + + + sát + + + + + + báo + - 5.2 Thiết kế giao diện mô hệ thống 5.2.1 Thiết kế giao diện WINCC Hình 5.1 Giao diện điều khiển giám sát WINCC 5.2.2 Thiết kế giao diện nhập thông số Hình 5.2 Giao diện nhập thơng số 46 5.2.2 Mô khởi chạy - Để bắt đầu mơ ta tiến hành tải chương trình PLC 300 lập trình xong xuống PLC SIM bắt đầu online kích Run - Tiếp theo bật WinCC kết nối để mô hệ thống vừa thiết kế vừa Hình 5.3.Màn hình chạy mơ KẾT LUẬN 47 Qua q trình xây dựng hoàn thành đề tài: với việc thiết kế mô "Điều khiển giám sát dây chuyền sản xuất cà phê hòa tan" dùng PLC S7-300 em thấy đề tài hay, có tính ứng dụng lớn thực tế Trên sở đồ án giải yêu cầu đồ án là: - Xây dựng mô theo yêu cầu đặt - Vận hành theo yêu cầu công nghệ Trong thời gian thực đề tài, em số vấn đề hạn chế sau: hệ thống chưa đạt trình độ tự động hóa cao nên chưa phát huy hết chức PLC S7-300 hệ thống áp dụng phổ biến công nghiệp với quy mô từ sản xuất nhỏ đến quy mô sản xuất lớn Tuy nhiên thời gian xây dựng đồ án em tiếp thu nhiều kiến thức quý báu bổ ích có thành định rút từ đồ án sau: - Phương pháp lập trình công cụ phát triển PLC S7-300 - Cách kết nối mô với WinCC - Xây dựng hệ thống phổ biến công nghiệp - Do kinh nghiệm lượng kiến thức cịn hạn chế khơng thể tránh khỏi thiếu sót Mong đóng góp ý kiến thầy giáo, giáo bạn để em tích lũy thêm kiến thức cho đợt làm đồ án tốt nghiệp tới Một lần em xin chân thành cảm ơn ban giám hiệu nhà trường, phòng ban chức năng, thầy cô khoa công nghệ tự động hóa, bạn đặc biệt Th.S Đỗ Thị Mai người trực tiếp hướng dẫn em thực đề tài Thái Nguyên, ngày tháng năm 2019 Sinh viên thực Nguyễn Duy An Đỗ Mạnh Cường TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 ... THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ SẢN XUẤT CÀ PHÊ 2.1 Khảo sát dây chuyền sản xuất Cà phê Công ty IFOOD Việt Nam 15 2.1 Dây chuyền nhà máy IFOOD Việt Nam Trong trình thiết kế dây chuyền sản xuất cà phê hòa... tài “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT CAFE HÒA TAN” Nội dung dự kiến thực hiện: Chương 1: Giới thiệu hệ thống điều khiển giám sát Chương 2: Tổng quan hệ thống điều khiển sản xuất cà phê. .. công nghệ đầy đủ hệ thống sản xuất Cà phê: NGUYÊN LIỆU (Cà phê nhân) RANG CÀ PHÊ NHÂN XAY CÀ PHÊ NHÂN ĐÓNG GÓI CÀ PHÊ HỊA TAN THÀNH PHẨM Hình 2.3: Quy trình sản xuất cà phê hòa tan 18 2.2.2 Các