Xây dựng bộ điều khiển thang máy 3 tầng sử dụng PLC và giám sát qua giao diện wincc

Xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu điện tự động hóa ngày càng cao, do vậy một nhiệm vụ quan trọng hàng đầu luôn được đặt ra đối với người thiết kế phải biết vận dụng những kiến thức đã được học vào thực tế một cách sáng tạo và khoa học. Là sinh viên ngành tự động hóa nhóm em lựa chọn đề tài là “ Xây dựng bộ điều khiển thang máy 3 tầng sử dụng PLC và giám sát qua giao diện Wincc” làm đề tài báo cáo môn học. Trong thời gian làm đề tài nhóm em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo BÙI TUẤN ANH và sự chỉ bảo của các thầy cô giáo trong bộ môn tự động hóa cùng với sự giúp đỡ của bạn bè. Đến nay đề tài của nhóm em đã hoàn thành đầy đủ các nội dung yêu cầu. Với khả năng có hạn chắc sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Nhóm em rất mong có được sự chỉ bảo của các thầy cô giáo. Nội dung đề tài gồm : Chương 1 : Tổng quan về hệ thống SCADA Chương 2 : Phân tích chọn biến vào/ra, mô tả hệ thống, thiết kế hàm logic Chương 3 : Phân tích lựa chọn PLC, đặt địa chỉ và thiết kế sơ đồ nguyên lý Chương 4 : Xây dựng bộ điều khiển thang máy 3 tầng sử dụng PLC và giám sát qua giao diện Wincc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG KHOA CƠNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HĨA BÁO CÁO MƠN HỌC Hệ thống Scada ứng dụng công nghiệp Đề tài: Xây dựng điều khiển thang máy tầng sử dụng PLC giám sát qua giao diện Wincc Sinh viên thực : NGUYỄN ANH ĐỨC VŨ HOÀNG HẢI LƯƠNG VIỆT HOÀNG Lớp : CNTĐH-K15A Giáo viên hướng dẫn : Th.s BÙI TUẤN ANH Thái Nguyên, năm 2020 LỜI NÓI ĐẦU Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật, ngành tự động hóa phát triển mạnh mẽ chiều rộng chiều sâu Ngành tự động hóa ngày hồn thiện đại hóa Đồng thời khơng ngừng thâm nhập vào ngành kinh tế quốc dân như: Luyện kim, khí, hóa chất, khai thác mỏ, giao thơng vận tải… Xã hội ngày phát triển nhu cầu điện tự động hóa ngày cao, nhiệm vụ quan trọng hàng đầu đặt người thiết kế phải biết vận dụng kiến thức học vào thực tế cách sáng tạo khoa học Là sinh viên ngành tự động hóa nhóm em lựa chọn đề tài “ Xây dựng điều khiển thang máy tầng sử dụng PLC giám sát qua giao diện Wincc” làm đề tài báo cáo môn học Trong thời gian làm đề tài nhóm em nhận giúp đỡ tận tình thầy giáo BÙI TUẤN ANH bảo thầy cô giáo mơn tự động hóa với giúp đỡ bạn bè Đến đề tài nhóm em hoàn thành đầy đủ nội dung yêu cầu Với khả có hạn khơng tránh khỏi thiếu sót Nhóm em mong có bảo thầy cô giáo Nội dung đề tài gồm : Chương : Tổng quan hệ thống SCADA Chương : Phân tích chọn biến vào/ra, mô tả hệ thống, thiết kế hàm logic Chương : Phân tích lựa chọn PLC, đặt địa thiết kế sơ đồ nguyên lý Chương : Xây dựng điều khiển thang máy tầng sử dụng PLC giám sát qua giao diện Wincc MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG :TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA .5 1.1.Khái niệm hệ thống SCADA 1.2.Cấu trúc hệ thống SCADA 1.2.1.Cấu trúc phần cứng .7 1.2.2.Cấu trúc phần mềm 1.3 Mạng truyền thông 13 1.4.Phân loại hệ thống SCADA .13 1.4.1.Hệ thống SCADA mờ (blind) 14 1.4.2.Hệ thống SCADA xử lý đồ họa đáp ứng thời gian thực 14 1.4.3.Hệ thống SCADA độc lập 14 1.4.4.Hệ thống SCADA mạng 14 CHƯƠNG II : PHÂN TÍCH CHỌN BIẾN VÀO/RA, MƠ TẢ HỆ THỐNG, THIẾT KẾ HÀM LOGIC 15 2.1 Phân tích chọn biến vào .15 2.1.1 Đầu vào 15 2.1.2 Đầu .16 2.2 Mô tả hệ thống thiết kế hàm logic .17 CHƯƠNG III : PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PLC, ĐẶT ĐỊA CHỈ VÀ THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ .24 3.1 Phân tích lựa chọn PLC 24 3.1.1 Giới thiệu PLC 24 3.1.2 Phân tích PLC 24 3.1.3 Giới thiệu phần cứng PLC S7 300 25 3.1.4 Các thông số PLC SIEMENS CPU314 IFM 6ES7 314-5AE01 26 3.1.5 Module mở rộng 27 3.2 Đặt địa cho biến vào hệ 28 3.2.1 Đầu vào 28 3.2.2 Đầu 29 3.2.3 Biến trung gian biến thời gian .30 CHƯƠNG IV : XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY TẦNG SỬ DỤNG PLC VÀ GIÁM SÁT QUA GIAO DIỆN WINCC 32 4.1 Thiết kế sơ đồ nguyên lí 32 4.1.1 Nguồn điện cung cấp cho hệ 32 4.1.2 Sơ đồ nguyên lí 34 4.1.3 Bố trí thiết bị 36 4.1.4 Đấu nối cài đặt thông số cho biến tần 36 4.2 Nguyên lí làm việc 37 4.3 Lưu đồ thuật toán 39 4.3.1 Lưu đồ thuật toán điều khiển buồng thang (cabin) 39 4.3.2 Lưu đồ thuật toán điều khiển cửa buồng thang (cửa cabin) .40 4.4 Kiểm tra đánh giá hệ thống 40 4.5 Thử nghiệm mô 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Phịng điều khiển trung tâm hệ thống SCADA Hình 1.2: Phịng điều khiển hệ thống SCADA Hình 1.3: Cấu trúc phần cứng hệ thống SCADA Hình 1.4: Cấu trúc phần mềm hệ thống SCADA 11 Hình 2.1: Hệ thống động máy kéo buồng thang (cabin) .18 Hình 2.2: Hệ thống động cửa buồng thang (cửa cabin) 22 CHƯƠNG :TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA 1.1 Khái niệm hệ thống SCADA SCADA = Supervisory Control And Data Acquisition nghĩa hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu, khái niệm “mốt” giới công nghiệp Cụm từ sử dụng lần ngành điện hội nghị PICA (Power Industry Computer Applications) năm 1973 Hệ thống định nghĩa sau: SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) hệ thống thu thập liệu, giám sát điều khiển q trình từ xa Người vận hành nhận biết điều khiển hoạt động thiết bị thông qua máy tính mạng truyền thơng Nói cách khác, SCADA thường dùng để tất hệ thống máy tính thiết kế để thực chức sau: - Thu thập liệu từ thiết thiết bị công nghiệp cảm biến - Xử lý thực phép tính liệu thu thập - Hiển thị liệu thu thập kết xử lý - Nhận lệnh từ người điều hành gửi lệnh đến thiết bị nhà máy - Xử lý lệnh điều khiển tự động tay cách kịp thời, xác Trên hình 1.1 hình 1.2 mơ tả hình ảnh phịng điều khiển trung tâm hệ thống SCADA đại nhà máy có tự động hóa cao nhà máy điện, nhà máy xi măng, nhà máy sản xuất gạch men, nhà máy sản xuất bia, nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi Hình 1.1: Phịng điều khiển trung tâm hệ thống SCADA Các liệu thu thập quan sát nhiều máy tính chủ SCADA đặt trung tâm Phòng điều khiển trung tâm gồm hệ thống máy tính nối mạng LAN, có hình lớn trình bày hoạt động trình sản xuất, kết nối với điều khiển qua đường truyền vô tuyến, cáp quang, cáp đồng trục hay cáp đôi theo mạng Ethernet Dựa thông tin nhận từ trạm điều khiển, lệnh giám sát tự động người vận hành gửi tới thiết bị điều khiển gọi thiết bị trường.SCADA cung cấp giao diện đồ hoạ người vận hành trình sản xuất Các giá trị trình trình bày dạng đèn báo, chữ số, đồ thị lưu trữ Chức cảnh báo giúp thông báo cho người điều hành cố Chức tường trình tạo báo cáo cho cấp Hệ thống phân cấp quản lý theo người dùng với mật mã truy cập Phần mềm SCADA phần mềm đa nhiệm, thường cài đặt hệ điều hành NT hay Windows XP, liên kết với điều khiển q trình thơng qua driver truyền thơng Hệ thống SCADA thực theo chế độ người dùng hay nhiều người dùng Chế độ nhiều người dùng gồm nhiều máy tính client nối mạng với máy server Phần mềm SCADA thiết kế để liên kết với ứng dụng khác thông qua OCX, Active X, OLE (Object Linking And Embedding), OPC (OLE for Process Control), DDE (Dynamic Data Exchange), DCOM (Distributed Component Object Module), liên kết với sở liệu thông qua SQL (Structured Querry Language), ODBC (Open Database Connectivity) Hình 1.2: Phịng điều khiển hệ thống SCADA Các chức điều khiển giám sát tiêu biểu: + Giám sát vận hành + Điều khiển vận hành + Báo cáo báo động + Điều khiển cao cấp + Quản lý lưu trữ liệu trình 1.2 Cấu trúc hệ thống SCADA 1.2.1 Cấu trúc phần cứng Cấu trúc chung hệ SCADA mô tả hình 1.3 Hình 1.3 Cấu trúc phần cứng hệ thống SCADA Như hệ SCADA bao gồm thành phần sau: MTU, RTU thành phần truyền thông a MTU (Master Terminal Unit) MTU trung tâm hệ thống SCADA Trong thực tế thường hệ máy tính cơng nghiệp MTU giao tiếp với người điều hành RTU thông qua khối truyền thơng Ngồi MTU cịn kết nối với thiết bị ngoại vi monitor, máy in kết nối với mạng truyền thơng Nhiệm vụ MTU gồm: + Cập nhật liệu từ thiết bị RTU nhận lệnh từ người điều hành + Xuất liệu đến thiết bị điều khiển RTU + Hiển thị thông tin cần thiết 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 b 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 thơng 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 c Khối truyền thông môi trường truyền thông khối thiết bị với nhau, bao gồm phần cứng phần mềm Phần cứng: Là thiết bị kết nối modem, hộp nối, cáp truyền thiết bị thu phát vô tuyến (trong hệ thống không dây), trạm lặp (trong trường hợp truyền xa) Phần mềm: Đó giao thức truyền thơng, ngơn ngữ lập trình dùng để thiết bị giao tiếp với CPU RTU nhận liệu nhị phân theo giao thức truyền thơng Các 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 thơng liệu RTU nhận thơng tin nhờ vào nhận dạng mã liệu truyền Dữ liệu biên dịch CPU điều khiển thích hợp tác động chỗ 1.2.2 Cấu trúc phần mềm Cấu trúc phần mềm hệ thống SCADA thể sơ đồ hình 1.4 Hình 1.4 Cấu trúc phần mềm hệ thống SCADA a Cơ sở liệu trình - Chức quản lý, lưu trữ + Dữ liệu trình + Dữ liệu tình trạng hệ thống + Dữ liệu khứ + Dữ liệu cảnh báo + Dữ liệu vận hành - Về giống hệ thống sở liệu thông thường + Thường xây dựng sở thương phẩm SQL Server, Sybase, Informix, … - Các yêu cầu đặc biệt + Tần suất cập nhật cao, mang tính tuần hồn + Tính thời gian thực + Quản lý hiệu sở liệu lớn liên tục nhanh b Giao diện người máy - Sơ đồ khối (hệ thống): Hiển thị tình trạng thiết bị, máy móc - Lưu đồ cơng nghệ (phân đoạn, nhóm): hiển thị giá trị q trình, hình ảnh động minh hoạ, phím điều khiển 10 Khi thang máy xuống, khơng có chọn xuống tầng khơng có gọi thang máy xuống tầng Vì thang máy tiếp tục xuống tầng với tốc độ không đổi: Q2.7 = 55 Khi gặp cảm biến tầng 1, động bắt đầu chạy chậm lại: Q2.6 = Sau thang máy tầng 1: I1.3 = I1.4 = Động kéo cabin dừng: Q2.6 = Q2.1 = Cửa thang máy bắt đầu mở: Q3.0 = 56 Q2.7 = Sau cửa thang máy mở tới giới hạn mở cửa: I1.0 = Động đóng/mở cửa thang máy dừng: Q3.0 = Đèn báo chọn tầng tắt: Q0.7 = Để tiết kiệm thời gian chờ, người thang máy bấm nút đóng cửa: I2.4 = Cửa thang máy bắt đầu đóng lại: Q3.1 = 57 Lúc người thang máy bấm chọn tầng 2: I0.5 = Đèn báo chọn tầng sáng: Q1.0 = Đồng thời có người gọi thang máy xuống từ tầng 2: I0.2 = Đèn báo gọi tầng xuống sáng: Q0.5 = 58 Sau thang máy đóng cửa hồn tồn: I0.7 = Động đóng/mở cửa thang máy dừng: Q3.1 = Động kéo cabin lên chậm: Q2.4 = Đèn báo thang máy lên sáng: Q2.0 = 59 Sau khoảng thời gian T1 = 2s động kéo thang máy lên nhanh hơn: Q2.5 = Q2.4 = Sau gặp cảm biến sàn tầng 2: I1.5 = Động kéo cabin lên chậm lại: Q2.4 = 60 Q2.5 = Sau thang máy vị trí tầng 2: I1.5 = I2.0 = Đèn báo vị trí tầng sáng: Q0.1 = Thang máy bắt đầu mở cửa: Q3.0 = 61 Sau cửa mở tới giới hạn mở cửa: I1.0 = Động đóng/mở cửa thang máy dừng: Q3.0 = Đèn báo chọn tầng tắt: Q1.0 = Đèn báo gọi tầng xuống tắt: Q0.5 = 62 Sau thời gian T2 = 10s cửa thang máy bắt đầu đóng lại: Q3.1 = Lúc người thang máy bấm chọn xuống tầng 1: I0.4 = Đèn báo chọn tầng sáng: Q0.7 = 63 Sau cửa thang máy đóng hồn tồn: I0.7 = Q3.1 = Động kéo cabin xuống với tốc độ chậm: Q2.6= Đèn báo thang máy xuống sáng: Q2.1 = 64 Sau thời gian T1 = 2s động kéo cabin xuống quay nhanh hơn: Q2.7 =1 Q2.6 = Khi thang máy đến trần tầng động kéo cabin xuống chậm lại: Q2.6 = Q2.7 = 65 Sau thang máy đến tầng 1: I1.3 = I1.4 =1 Đèn báo vị trí tầng sáng: Q0.0 = Cabin bắt đầu mở cửa: Q3.0 = 66 Sau thang máy mở tới giới hạn mở cửa: I1.0 = Động mở cửa thang máy dừng lại: Q3.0 = Đèn báo chọn tầng tắt: Q0.7 = Sau thời gian T2 = 10s cửa bắt đầu đóng lại: Q3.1 = 67 Sau thang máy đóng cửa hồn tồn: I0.7 =1 Động đóng/mở cửa thang máy dừng lại: Q3.1 = Kết thúc q trình thử nghiệm mơ 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO Kỹ thuật điều khiển lập trình PLC SIMATIC S7 300 năm 2010 (Th.S Châu Chí Đức) [2] Tự động hóa với SIMATIC S7 300 năm 2014 (Trần Văn Hiếu) [3] Tự động hóa cơng nghiệp với Wincc năm 2011 (TS Trần Thu Hà – KS Phạm Quang Huy) [4] Hướng dẫn sử dụng biến tần OMRON năm 2015 (Công ty công nghệ tự động Tân Tiến) [5] Điều khiển thang máy năm 2012 (Nguyễn Quang Đoàn) [1] 69 ... L M0 .3 Biến nhớ xuống X M0.4 Biến nhớ gọi tầng NGT1 M0.5 Tên 3. 2 .3 Biến trung gian biến thời gian STT Tên 29 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 Biến... 3. 2 .3 Biến trung gian biến thời gian .30 CHƯƠNG IV : XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY TẦNG SỬ DỤNG PLC VÀ GIÁM SÁT QUA GIAO DIỆN WINCC 32 4.1 Thiết kế sơ đồ nguyên lí 32 ... xuống UTX M4.1 Thời gian = 2s TG1 T1 Thời gian = 10s TG2 T2 Thời gian = 5s TG3 T3 30 CHƯƠNG IV : XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THANG MÁY TẦNG SỬ DỤNG PLC VÀ GIÁM SÁT QUA GIAO DIỆN WINCC 4.1 Thiết kế sơ đồ