xây dựng hệ thống scada hệ mẫu trong giây chuyền sản xuất bia

1 Tên đề tài: -Nghiên cứu xây dựng hệ thống scada hệ mẫu giây chuyền sản xuất bia chất lượng cao Loại hình nghiên cưu: Ứng dụng triển khai Thời gian thưc hiện: Năm năm (Từ ngày 31 tháng 12 năm 2015 đến ngày 31 tháng 12 năm 2019) Họ tên chủ nhiệm đề tài: PHẠM VIẾT HIỀN Học vị, chức danh, chức vụ: SINH VIÊN Địa chỉ: Lớp 56K1 Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Tổng quát kêt nghiên cứu sản phẩm va nước liên quan trưc tiếp đến đề tài: - Xây dựng hệ thống SCADA sử dụng PLC S7-300 WinCC Trong hệ thống nấu bia có nhiều cơng đoạn khác Do áp dụng phương pháp điều khiển phân tán Tuy nhiên, giới hạn viết nên đưa vấn đề hai nồi nấu hệ nấu để làm minh họa Từ cấu hình phần cứng có sẵn ta phân bố địa cho module cấu hình phần cứng cho PLC sau: -Trong trình sản xuất, việc đảm bảo hệ thống hoạt động trơn tru không bị ngắt qng việc vơ quan trọng sản phẩm đầu có đạt chất lượng cao hay khơng phụ thuộc lớn vào việc q trình có tn thủ chặt chẽ theo cơng nghệ hay khơng Đối với sản xuất bia phải đạt yêu cầu trên, thiết bị bị hỏng làm cho tồn q trình sản xuất bị dừng lại, điều chắn gây tổn thất khơng nhỏ Do phải xây dựng hệ thống dự phòng Và việc xây dựng hệ thống dự phịng địi hỏi phải có hiểu biết sâu hệ thống thiết bị cơng nghệ hệ thống Dự phịng bao gồm chia thành loại sau: Phân bố địa cho module cho hai nồi nấu Cấu hình phần cứng cho PLC - Dự phịng tồn diện Dự phịng tồn diện -WinCC cung cấp chức đặc biệt hiệu để thiết kế hệ thống điều khiển giám sát đạt độ tin cậy cao chức Redundancy Với chức Redundancy hệ thống tự động điều khiển cách chạy song song hai Server để điều khiển thu thập liệu, xử lý điều khiển hoạt động PLC hay RTU Như hệ thống ln có server đồng thời giám sát trình hoạt động nhau, điều làm cho server nhận biết server chạy song song với có bị lỗi hay khơng Nếu có server bị lỗi, client tự động chuyển từ server chế độ master sang server chế độ standby Kết tất client ln làm việc có giá trị suốt trình điều khiển giám sát hệ thống Sau server bị lỗi khôi phục trở lại chức standby, nội dung tất thông báo, giá trị xử lý copy từ master server đến standby server Lúc master server standby server tham gia vào trình thu thập, xử lý liệu điều khiển hoạt động hệ thống - Thiết kế giao diện Giao diện HMI giúp nhân viên vận hành điều khiển giám sát cách chặt chẽ tổng quan q trình hoạt động tồn dây chuyền Do việc thiết kế giao diện cho người dùng dễ nắm bắt vấn đề, đầy đủ thơng tin xử lý cách nhanh chóng nhất, tránh tình trạng ảnh hưởng đến chất lượng sản xuất Với giao diện điều khiển việc hiển thị đầy đủ thơng số q trình sản xuất, cịn bổ sung thêm chức cảnh báo hình ảnh Đây phương pháp sử dụng ngày rộng rãi giúp người vận hành biết vấn đề xảy đâu, thiết bị phương pháp xử lý Khi lỗi xảy hệ thống, ví dụ tín hiệu từ hệ thống yêu cầu van cấp nước CIP mở, khoảng thời gian cho phép mà hệ thống khơng thấy có tín hiệu phản hồi báo van thực yêu cầu Khi hình hiển thị báo lỗi hiển thị hình van bị lỗi Đồng thời hiển thị subcode để thị van hệ thống bị lỗi Ngoài ra, hệ thống cung cấp đầy đủ tính hệ thống: l Bảo vệ tự động: Đưa cảnh báo hoạt động, báo động có cố l Lưu trữ, báo cáo thống kê: Cập nhật liệu trạng thái lưu trữ lại giá trị sản xuất Giao diện có lỗi xảy Giao diện điều khiển hai nồi nấu -Trong nước: Công nghệ SCADA có nhiều ứng dụng sản xuất vídụ như: +Savipharm Cơng ty Dược Việt Nam đưa hệ thống Giám sát, kiểm soát thu thập liệu (SCADA - Supervisory Control and Data Acquisition) vào ứng dụng quy trình sản xuất dược -Đầu tư từ đầu Dược sĩ Trần Tựu, Chủ tịch Hội đồng Quản trị, Tổng Giám đốc Công ty Cổ phân Dược phẩm Savipharm cho biết, từ ngày đầu thành lập (2005), Ban lãnh đạo Savipharm phân tích điều lợi bất lợi việc sản xuất thủ công so với ứng dụng công nghệ, cụ thể là: - Nếu sản xuất thủ cơng việc giám sát, kiểm tra dây chuyền sản xuất thuốc khâu nguyên liệu, trộn, kiểm tra độ ẩm, chất lượng thành phẩm…sẽ khó khăn phải dùng nhiều công cụ để kiểm tra độ ẩm, độ nóng… Cơng việc làm nhiều thời gian, chậm trễ sản xuất - Nếu kiểm tra, giám sát thủ cơng, có cố quy trình sản xuất thuốc, người chịu trách nhiệm phải đến phận để kiểm tra Nhà máy có nhiều khu vực nên riêng việc lại nhiều thời gian Nếu dây chuyền ngưng hoạt động kéo theo dây chuyền khác phải ngưng -Ông Tựu cho biết, TP.HCM cung cấp 50% đến 52% tổng lượng thuốc nước đáp ứng 55% nhu cầu người dùng Nguyên liệu sản xuất dược Việt Nam chủ yếu phải nhập từ nước ngồi Do vậy, Việt Nam ln tình trạng thiếu thuốc ! -Dược phẩm ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe tính mạng người nên địi hỏi khắt khe chất lượng Khi xác định cần phải đưa công nghệ vào ứng dụng để đảm bảo quy trình hoạt động, nâng cao chất lượng số lượng dược phục vụ xã hội, Ban lãnh đạo Vinapharm định đầu tư 100.000 USD để triển khai hệ thống quản lý Scada nhằm thu thập liệu, giám sát điều khiển trình từ xa Người vận hành nhận biết điều khiển hoạt động thiết bị thơng qua máy tính mạng truyền thông +Ứng dụng công nghệ SCADA sản xuât cung cấp nươc sach doanh nghiệp chuyên nganh cấp nước -Phần mềm hệ thống -Phần mềm iFIX chạy hệ điều hành Windows NT/2000/XP Khi hệ thống SCADA hoạt động, phần mềm cho giao diện thể chức sau: -Chức điều khiển giám sát: Trên tất máy tính hình giám sát (loại 32in) thuộc hệ thống có tập trang hình cơng nghệ dạng sơ đồ MIMICS Mỗi trang hình sơ đồ tương ứng cho công đoạn (hay cho khu vực) trình sản xuất cung cấp nước: - Các sơ đồ bố trí thiết bị/máy móc (bằng hình vẽ biểu trưng) nhà máy/trạm ngã ba đường ống tương ứng với chiều diễn tiến quy trình sản xuất nước cung cấp nước - Trên sơ đồ hiển thị trạng thái thực thiết bị (chạy/không chạy ô màu), giá trị analog tín hiệu đo lường tức thời tích lũy (gồm: áp lực, lưu lượng, nồng độ Clo dư, độ lắng cặn, nồng độ PH, công suất trạm điện…) trạm bơm nước thô, trạm bơm nước sạch, cơng đoạn q trình xử lý nước… điểm (ngã ba) cần thiết hệ thống đường ống cấp nước Hình mơ trang hình giao diện cho ngã ba đường ống cấp nước hai vùng, hình lên nhấp chuột vào ô Tr Cụm van… (tên) trang hình giao diện NMN… (tên) chẳng hạn scada230507 - Trên sơ đồ hiển thị bảng thơng số để người vận hành nhập thông số điều khiển ô (được hiểu phím lệnh) lệnh để lệnh điều khiển cấu chấp hành -Chức cảnh báo báo lỗi: Trong trang hình cơng nghệ có Alarms để vào trang cảnh báo báo lỗi Trang hiển thị trạng thái lỗi thiết bị/máy móc/tín hiệu Các trạng thái lỗi hiển thị hai dạng khác nhau: - Được thể dạng biểu tượng đèn báo (ô trịn nhỏ) hình cơng nghệ, biểu tượng ứng với tên thiết bị/máy móc hay tên tín hiệu có lỗi Dạng hiển thị mang tính tức thời - Khi hệ thống phát lỗi lỗi tự động lưu vào bảng danh sách lỗi (Alarm List) Do đó, người vận hành tra cứu lại lỗi khứ theo khoảng thời gian mong muốn hay tìm lỗi thiết bị nhóm (hoặc khu vực) đó… cuối in danh sách lỗi, hay in file để lưu trữ Dạng hiển thị phục vụ cho công tác thống kê, quản lý lỗi sở giúp kỹ thuật viên có hướng xử lý lỗi -Chức lưu trữ thơng số vận hành thiết bị/máy móc vẽ đồ thị: Trong trình sản xuất cung cấp nước sạch, thông số vận hành của: bơm trạm bơm, thiết bị/máy móc thuộc công đoạn xử lý nước, van tuyến đường ống… lưu tự động file liệu hệ thống (Historical Data) Hệ thống sử dụng thông tin file để thực vẽ đồ thị Thông qua vẽ này, kỹ thuật viên biết trạng thái hoạt động thiết bị/máy móc khứ Các biểu đồ sử dụng “Historical Data” để vẽ gọi “Historical Trending” Một dạng Trending khác Online Trending (hay cịn gọi Real Time Trending) có đặc điểm: liệu dùng để vẽ đồ thị lấy trực tiếp từ giá trị thực thiết bị/máy móc Khi kỹ thuật viên mở để xem Realtime Trending mở hệ thống bắt đầu vẽ (vì mà kỹ thuật viên quan sát tức thời trạng thái thiết bị/máy móc), cịn Historical Trending liệu lưu trước nên kỹ thuật viên việc khoảng thời gian để xem -Chức tạo lập thực thi điều khiển: Trong phần mềm iFIX có trang chứa cơng thức sản xuất cho ngành nước, người vận hành chọn trước công thức thích hợp theo u cầu cơng nghệ tiêu chuẩn chất lượng Việt Nam để nhập thông số qua vận hành thiết bị/máy móc -Chức báo cáo, thống kê in ấn: Phần mềm iFIX đảm bảo thỏa mãn sử dụng liệu lưu trữ để trình bày biểu mẫu (các biểu mẫu thiết kế theo yêu cầu doanh nghiệp) in từ máy in file CDROM để tiện lưu trữ lâu dài Việc báo cáo có hai dạng: - Theo định kỳ: đến chu kỳ hay sau khoảng thời gian ấn định Lãnh đạo doanh nghiệp lúc thiết kế (chẳng hạn sau ca, ngày, tháng, quý…) hệ thống tự động xếp thống kê thông số theo yêu cầu truyền sang máy in hay file - Theo yêu cầu: thời điểm hệ thống hoạt động, người vận hành (hoặc có yêu cầu từ Lãnh đạo) cho hệ thống in báo cáo danh mục loại báo cáo thiết kế -Chức bảo mật phân quyền sử dụng hệ thống: Đây chức quan trọng hệ thống, đảm bảo bí mật thông tin doanh nghiệp điều khiển thiết bị/máy móc trường cách tập trung (điều tránh cố kỹ thuật chất lượng sản phẩm người khơng có trách nhiệm vào hệ thống) thông qua việc phân cấp sử dụng hệ thống Hệ thống quy định rõ quyền vận hành/giám sát nhóm thiết bị/máy móc tương ứng với cơng đoạn q trình sản xuất cung cấp nước cho người vận hành, tức người vận hành login vào có số quyền hạn định Các quyền phân cấp quyền thực thiết kế hệ thống theo yêu cầu cụ thể dựa cách tổ chức mạng doanh nghiệp Chức đảm bảo hệ thống vận hành cách an toàn hiệu hơn, đồng thời hệ thống lưu trữ nhật kí vận hành tương ứng với quyền định Thông thường, phân quyền hệ thống SCADA doanh nghiệp sản xuất cung cấp nước giống Cơng ty có nhà máy cơng nghiệp hệ thống phịng ban, cụ thể sau: -Cấp 1: Cấp quản lý hệ thống Ở cấp này, nguyên tắc người sử dụng sử dụng tất chức điều khiển/giám sát mà hệ thống SCADA cung cấp Thực tế với doanh nghiệp sản xuất cung cấp nước nước ta với cấu hình hệ SCADA mơ tả kỳ trước cấp quản lý hệ thống hiểu sau: Phòng điều độ xí nghiệp Phịng điều độ nhà máy trường hợp Phịng điều độ xí nghiệp nằm nhà máy thực Điều khiển/giám sát; Trung tâm điều độ cơng ty TTĐĐCTY số phịng ban chức (phòng kỹ thuật, phòng quản lý thiết bị, phòng kinh doanh) công ty thực Giám sát chính, việc điều khiển hệ thống thiết bị/máy móc phát có bất thường thực qua thông tin liên lạc (điện thoại chẳng hạn) để báo cho Phịng điều độ xí nghiệp Cấp quản lý hệ thống cịn có thêm quyền thao tác tất tham số quan trọng hệ thống, sửa đổi lại vùng giao diện hệ thống -Cấp 2: Cấp giám sát Ở cấp này, người sử dụng vào hệ thống quan sát trạng thái hoạt động thiết bị/máy móc/đường ống tồn nhà máy công đoạn (tùy thuộc vào chức vị trí người cấp này); cung cấp thông số hoạt động, cảnh báo, báo cáo thuộc phạm vi quản lý điều hành Cấp gồm: văn phịng điều độ xí nghiệp, số phịng chức cơng ty (phịng kinh doanh, phòng quản lý thiết bị…) Như vậy, cấp người sử dụng xem hầu hết trang hình cơng nghệ (gồm: hệ thống sản xuất nước nhà máy, hệ thống bơm, hệ thống cụm van, hệ thống xử lý nước…), nhiên không vào số trang liên quan đến nhập thông số điều khiển -Cấp 3: Cấp vận hành Ở cấp này, người sử dụng có chức cấp bên cạnh cịn phép vận hành thiết bị/máy móc theo cụm định nhập thông số định cho thiết bị Đo lường, điều khiển tương ứng với khu vực thuộc phạm vi người quản lý Như vậy, cấp gồm phòng điều khiển xưởng, công đoạn; trạm vận hành van; quy trình sản xuất cung cấp nước 10 -Chức chỉnh sửa online: Phần mềm iFIX đảm bảo hiệu chỉnh chương trình hệ thống chạy mà khơng làm gián đoạn trình sản xuất cung cấp nước Chức chủ yếu phân cấp cho người sử dụng nơi đặt máy chủ + Ứng dụng SCADA lưới điện -Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, ứng dụng hệ thống thông tin đo lường điều khiển xa ngày rộng Xét phạm vi nhà máy điện, hệ thống tự động hố nhà máy, trạm biến áp hệ thống tự động hoá trạm (Substation Automation System - SAS) Từ năm 1994 với việc xây dựng hệ thống tải điện 500 kV, Trung tâm Điều độ HTĐ quốc gia đời với phần trung tâm hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) Sau lưới điện phân phối công ty Điện lực bước áp dụng hệ thống SCADA/EMS (Energy Management System), mở triển vọng vận hành HTĐ an toàn, liên tục kinh tế -Ngoài nước: Ở nước ứng dụng SCADA sử dung rộng rãi mạnh mẽ Ví dụ Mỹ, Anh, Pháp… Tính cấp thiết đề tài: Hiện nay, hầu hết tất nhà máy bia sử dụng phần mềm chuyên dụng Braumat Đây phần mềm xây dựng hãng Siemens tích hợp tính điều khiển theo mẻ, đối tượng nhà máy Bia Do việc áp dụng WinCC vào việc xây dựng hệ thống SCADA thay cho phần mềm Braumat Chúng ta chuyển từ bị động phụ thuộc sang làm chủ tồn cơng nghệ Từ ta nâng cấp, sửa chữa cho theo kịp phát triển khoa học kỹ thuật, đảm bảo nhà máy ln đáp ứng yêu cầu ngày tăng số lượng khắt khe chất lượng Mục tiệu đề tài: *Dây truyền sản xuất bia đòi hỏi giải pháp phần mềm SCADA mà cho phép đội ngũ quản lý trình sản xuất điều chỉnh hệ thống để đạt yêu cầu sản xuất tương lai 11 • Cắt giảm chi phí tăng cường hiệu hoạt động thiết bị, giảm thiểu tổn thất ngun lieu, giảm chi phí sản xuất có chuỗi cung cấp tốt cho nhà phân phối • Phải đảm bảo giải pháp phần mềm SCADA có khả tích hợp cách hiệu phần cứng phần mềm có tăng cường hiệu hoạt động toàn hệ thống • Bởi việc giám sát việc cung cấp xác thành phần yếu tố quan trọng để trì chất lượng bia sản xuất ra, giải pháp phần mềm trước chưa thực • Tăng cường khả cạnh tranh quốc tế, giảm chi phí trang thiết bị cho hoạt động sản xuất ưu tiên số cho phần mềm ứng dụng Dự kiến tóm tăt nội dung đạt đề tài nội dung thực NỘI DUNG THỜI GIAN THƯC DỰ KIẾN KẾT QUẢ HIỆN ĐẠT ĐƯỢC - Xây dựng hệ thống Từ 31-12-2015 đến 31- Khoảng 90% nhà SCADA cho hệ nấu sử 12-2019 máy bia nước sử dụng S7-300 WinCC dụng giúp SCADA nâng cao tính linh hoạt sản xuất, khả giám sát, lưu trữ liệu, cảnh báo xác định lỗi để xử lý lỗi thông qua giao diện thân thiện với người vận hành PLC lập trình tuân theo quy trình cơng nghệ Quy trình cơng nghệ mơ với chương 12 phần mêm trình WinCC PLCSim -Như đa nói SCADA phần mềm ứng dụng tốt có tính thưc tế đưa lại lợi nhuận kinh tế cao Vì muốn nhiều nhà máy bia nước quốc tế sử dụng phần mềm nhiều Dự kiến sản phẩm địa ứng dụng -Hệ thống SCADA hệ mẫu hoàn thiện va đươc áp dụng tất nhà máy bia tỉnh Nghệ An vào năm 2016 10 Dự trù thưc kinh phí đề tài - Khinh phi cho nghiên cứu: 500 triệu - Kinh phí cho mua sắm thiết bị: 500 triệu Vinh,ngày 31 tháng 12 năm 2015 Chủ tịch HĐKH-DTkhoa DTVT Chủ trì đề tài Phạm Viết Hiền 13 ... Như vậy, cấp người sử dụng xem hầu hết trang hình cơng nghệ (gồm: hệ thống sản xuất nước nhà máy, hệ thống bơm, hệ thống cụm van, hệ thống xử lý nước…), nhiên không vào số trang liên quan đến... HIỆN ĐẠT ĐƯỢC - Xây dựng hệ thống Từ 31-12-2015 đến 31- Khoảng 90% nhà SCADA cho hệ nấu sử 12-2019 máy bia nước sử dụng S7-300 WinCC dụng giúp SCADA nâng cao tính linh hoạt sản xuất, khả giám... Thông thường, phân quyền hệ thống SCADA doanh nghiệp sản xuất cung cấp nước giống Cơng ty có nhà máy cơng nghiệp hệ thống phịng ban, cụ thể sau: -Cấp 1: Cấp quản lý hệ thống Ở cấp này, nguyên