HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN QUY TRÌNH SẢN XUẤT CAFÉ (Có file chương trình)

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.CHÂU VĂN BẢO CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA 1.1 Giới thiệu chung hệ thống SCADA SCADA – (Supervisory Control And Data Acquisition) hệ thống giám sát điều khiển thu thập liệu, cho phép người điều hành giám sát điều khiển trình mà chúng phân bố nơi xa Các hệ thống SCADA thành phần quan trọng hầu hết sở hạ tầng tối quan quốc gia như:  Nhà máy phát điện, truyền tải phân phối điện  Nhà máy lọc ga, dầu hệ thống quản lý đường ống  Hệ thống lọc phân phối nước  Hệ thống sản xuất xử lý hóa chất  Hệ thống đường sắt vận chuyển khối lượng Mặc dù SCADA dùng phổ biến mạng tự động lớn cơng ty tiện ích cơng cộng, SCADA cịn dùng hầu hết tiến trình điều khiển tự động Các công ty sử dụng dây chuyền lắp ráp, nhà máy đóng chai…, sử dụng lợi ích từ SCADA Tồn nhà máy tự động hóa giúp cho việc sản xuất hiệu tin cậy Tại Việt Nam, với phát triển khoa học kỹ thuật, từ năm 1994 hệ thống điện kết nối thành hệ thống đường dây 500KV, trung tâm điều độ hệ thống điện quốc gia đời với phần trung tâm hệ thống giám sát, điều khiển thu thập liệu Mở triển vọng vận hành hệ thống điện an tòan, liên tục kinh tế 1.2 Lịch sử chung hệ thống SCADA Hệ thống SCADA phát triển từ đầu thập niên 1960 Sự đời hệ máy tính nhỏ (minicomputer) Digital Equipment Corporation (DEC) PDP-8 PDP-11 làm cho điều khiển trình sản xuất máy tính khả thi Tiến trình Programmable Logic Controlers (PLC) diễn song song Khi máy vi tính phát triển, chúng lập trình thu gọn nhằm cạnh tranh với chức năng, lập trình vận hành PLC 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.CHÂU VĂN BẢO Lúc đầu, hệ thống điều khiển hạn chế thiết bị cụ thể Sự kết hợp thiết bị điều khiển cục thiết bị, nhà máy không kết nối với mạng bên Hệ thống điều khiển bao gồm máy tính mini PLC trung tâm kết nối với số điều khiển giao tiếp với động cơ, máy bơm, cơng tắc, cảm biến … Hình 6.1 minh họa kiến trúc Kiến trúc thường gọi hệ thống điều khiển phân bố (DCS - Distributed Control System) Các hệ thống thường giới hạn vị trí gần nhau, thơng thường kết nối với sử dụng mạng cục (LAN – Local Area Network) Khi có yêu cầu cần thiết cho vận hành mạng này, công ty nhà cung cấp phát triển giao thức truyền thông riêng họ, nhiều số độc quyền Hình 1.1 Mơ hình hệ thống điều khiển phân bố tiêu biểu Khi tính kĩ thuật máy tính, hệ điều hành mạng cải tiến, thúc đẩy yêu cầu giám sát trạng thái, vận hành thiết bị, nhà máy từ xa theo thời gian thực Cũng như, nhiều cơng ty có thành viên chi nhánh hoạt động vùng địa lý cách biệt nhau, yêu cầu thu thập liệu từ xa, điều khiển bảo trì trở nên hấp dẫn từ lập trường quản lý chi phí Những khả biết tập hợp giám sát điều khiển tập hợp liệu (Supervisory Control And Data Acquisition - SCADA) 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 1.3 GVHD:TS.CHÂU VĂN BẢO Phân loại hệ thống SCADA Các hệ thống SCADA phân làm bốn nhóm với chức : - SCADA độc lập / SCADA nối mạng - SCADA khơng có khả đồ hoạ / SCADA có khả xử lý đồ hoạ thông tin thời gian thực Bốn nhóm hệ thống SCADA: Hệ thống SCADA mờ (Blind): Đây 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 xử lý đồ hoạ thông tin thời gian thực: Đây hệ thống SCADA có khả giám sát thu thập liệu Nhờ tập tin cấu hình máy khai báo trước mà hệ thống có khả mơ tiến trình hoạt động dây chuyền sản xuất Tập tin cấu hình ghi lại trạng thái hoạt động hệ thống Khi xảy cố hệ thống báo cho người vận hành để xử lý kịp thời Cũng hệ phát tín hiệu điều khiển dừng hoạt động tất máy móc Hệ thống SCADA độc lập: Đây hệ có khả giám sát thu thập liệu với vi xử lý Hệ điều khiển hai máy móc Vì hệ phù hợp với sản xuất nhỏ, sản xuất chi tiết Hệ thống SCADA mạng: Đây 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 thông, 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 phòng điều khiển điều khiển hoạt động thiết bị xa 1.4 Tính hệ thống SCADA Kiểm soát truy cập 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.CHÂU VĂN BẢO Người dùng định vào nhóm, nhóm điều định nghĩa quyền truy cập đọc/ghi (read/write) thơng số q trình điều khiển hệ thống MMI (Man Machine Interface) Biểu thị liệu cho người vận hành cho phép nhập lệnh điều khiển qua nhiều dạng: Hình ảnh, sơ đồ, cửa sổ, hình cảm ứng… Lập biểu đồ (Trending) Các sản phẩm SCADA điều hỗ trợ tiện ích lập biểu đồ, tính lập biểu đồ thơng thường bao gồm:  Thông số ghi biểu đồ cụ thể định nghĩa trước định nghĩa trực tiếp  Lập biểu đồ thời gian thực lưu lại cho việc tra cứu sau Điều khiển báo động (Alarm Handling) Báo động dựa kiểm tra giới hạn trạng thái thực máy server Sự báo động thực tập trung, thơng tin tồn vị trí tất người dùng thấy trạng thái, báo động với nhiều mức ưu tiên hỗ trợ Ta nhóm báo động đối xử chúng thực thể Chọn lựa báo động vào trang khác xem bảng ghi báo động (alarm log) ta xem theo độ ưu tiên, thời gian theo nhóm E-mails tự động gửi tự động thực thi đáp ứng tùy thuộc vào điều kiện báo động Ghi kiện lưu trữ (Logging/Archiving) Ghi kiện lưu trữ thường sử dụng để miêu tả tiện ích Tuy nhiên, ghi kiện nghĩ lưu trữ liệu lên đĩa cho chiến lược ngắn hạn trung bình, lưu trữ sử dụng cho chiến lược lâu dài đĩa thiết bị lưu trữ thường trực khác Ghi kiện tiêu biểu thực theo chu kỳ, dung lượng liệu khoảng thời gian đạt đến giới hạn liệu cũ ghi đè liệu Sự kiện ghi theo tần số đặt trước, khởi tạo có thay đổi, kiện định trước xảy Dữ liệu kiện 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.CHÂU VĂN BẢO chuyển qua lưu trữ bảng ghi kiện đầy Các kiện đánh dấu thời gian lọc theo thời gian xảy kiện quan sát người dùng Xuất báo cáo (Report Generation) Báo cáo xuất 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 Tự động hố (Automation) Tính quan trọng SCADA cho phép hành động kích hoạt tự động kiện Một ngôn ngữ script cung cấp hệ thống SCADA cho phép hành động định nghĩa trước Ví dụ cửa sổ cụ thể, gửi E-mail, chạy ứng dụng đoạn mã ghi vào sở liệu Điều khiển hỗ trợ, nhờ thực phức tạp kiện nhiều thiết bị Điều khiển cịn có tác động ngược lại với kiện bên 1.5 Cấu trúc hệ thống SCADA 1.5.1 Phần cứng Một mạng SCADA chất kết hợp máy chủ, máy tớ thiết bị trường kết nối mạng truyền thông Điều khiển tiến trình luận lý (logic) điều khiển máy chủ Thông tin sử dụng máy chủ thu thập điều khiển/cảm biến Các máy tớ giao tiếp sử dụng người vận hành để tương tác với hệ thống Các máy chủ thông thường đặt nhà máy chính/trạm Thơng qua mạng truyền thơng cơng nghiệp, máy chủ giao tiếp để giám sát, điều khiển cục hay thiết bị vị trí xa Kích cỡ độ phức tạp mạng SCADA biến đổi phụ thuộc vào tiến trình mà điều khiển, kích thước cơng trình tiện ích/thương mại sử dụng Một hệ thống cung cấp điện tiêu biểu lên đến vài chục ngàn điểm thu thập 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.CHÂU VĂN BẢO liệu nhà máy trộn đòi hỏi máy chủ số nhỏ PLC Hình 1.2 Cấu hình hệ thống SCADA lớn Cấu trúc hệ thống SCADA thông thường bao gồm thành phần sau: Người vận hành, giao tiếp người máy (HMI), đơn vị đầu cuối trung tâm (MTU), mạng truyền thông, đơn vị đầu cuối từ xa (RTU) 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.CHÂU VĂN BẢO Hình 1.3 Cấu trúc hệ thống SCADA tiêu biểu Người vận hành (Operator) Người vận hành người giám sát hệ thống SCADA thực chức giám sát điều khiển cho hoạt động thiết bị, nhà máy từ xa 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.CHÂU VĂN BẢO Human Machine Interface (HMI) Biểu thị liệu cho người vận hành cho phép nhập lệnh điều khiển qua nhiều dạng: Hình ảnh, sơ đồ, cửa sổ, hình cảm ứng, … HMI hình GOT (Graphic Operation Terminal) Mitsubishi, hình NT Omron, PC chạy phần mềm SoftGOT Mitsubishi,… Đơn vị đầu cuối chủ (MTU - Master Terminal Unit) Tương đương với đơn vị chủ kiến trúc Chủ/Tớ (Master/Slave), MTU thể liệu cho người vận hành thông qua HMI, thu thập liệu truyền tín hiệu điều khiển với thiết bị nhà máy từ xa Hình 1.4 Kiến trúc MTU tiêu biểu PLC sử dụng RTU Một PLC (Programmable Logic Controller) máy tính dựa máy trạng thái thống dùng cho điều khiển thiết bị cơng nghiệp q trình PLC ban đầu thiết kế để thực chức luân lý (logic) thực 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.CHÂU VĂN BẢO rơ-le (relay), công tắc định thì, đếm khí Điều khiển tương tự đa phần tiêu chuẩn hoá loại PLC Lợi PLC so với RTU có thị trường dùng cho vai trị chung dễ dàng cài đặt cho nhiều dạng chức khác PLC nhỏ gọn vật lý chiếm khơng gian so với giải pháp khác Tuy nhiên PLC khơng thích hợp cho u cầu đặc biệt ứng dụng đo lường từ xa dùng vô tuyến Các họ PLC cỡ vừa lớn thông thường có cấu trúc gồm khối (module) cắm lên đế cắm CPU (đế cắm có khối CPU) đế cắm mở rộng (đế cắm dùng cho I/O) Hình sau minh họa cấu trúc PLC tiêu biểu Hình 1.5 Cấu hình tiêu biểu PLC Với phát triển mạnh mẽ PLC, nhà cung cấp PLC sản xuất hàng loạt loại khối mở rộng (Expansion Module), bao gồm: Khối xuất/nhập (Basic I/O Unit), khối xuất/nhập đặc biệt (Special I/O Unit) khối truyền thông (Communication Unit) Sau khối chức tiêu biểu:  Khối xuất/nhập (Basic I/O Unit):  Khối nhập/xuất tương tự (Analog Input/Output Unit)  Khối nhập/xuất số (Digital Input/Output Unit) 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP           GVHD:TS.CHÂU VĂN BẢO Khối đếm vào (Input Counter Unit) Khối vào ngắt (Interrupt Input Unit) Bộ định tương tự (Analog Timer Unit) Khối xuất/nhập đặc biệt (Special I/O Unit): Khối I/O mật độ cao Khối cảm biến nhiệt độ (Temperature Sensor Unit) Khối đếm vào tốc độ cao (High-speed Counter Unit) Khối điều khiển vị trí (Position Control Unit) Khối truyền thơng (Communication Unit): Khối truyền thông nối tiếp (Serial Communication Unit) Khối truyền thông nối tiếp giúp tăng số kết nối nối tiếp (RS-232, RS-422 RS-485) dùng cho mục đích thơng thường: kết nối máy tính chủ, thiết bị lập trình, hình hiển thị, …  Ethernet Hình 1.6: Hình minh họa khối truyền thông Khối Ethernet cho phép PLC kết nối với mạng Ethernet nhà máy công ty, truyền liệu theo giao thức TCP/IP UDP/IP  Khối giao tiếp mạng DeviceNet (CompoBus/D) DeviceNet phát triển Allen Bradley mạng trường mở, đa bít, đa nhà cung cấp dùng điều khiển thông tin cho máy/dây chuyền Dữ liệu I/O trao đổi tự động thiết bị chủ tớ (khơng cần lập trình) lập trình thiết bị chủ để gửi thơng điệp đọc/ghi đến thiết bị tớ điều khiển hoạt động thiết bị tớ 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.CHÂU VĂN BẢO CBCANBCD =0; VALBNL=0; VALBR=0; VALMN=0; VALBTL=0; VALBL=0; VALBCD=0; BOMBTL = 0; BT1= 0; DOAMBR = 0; CBDOAMBR = 0; CBNHIETDOBTL = 0; CBDOAMBCD = 0; BT2 = 0; CBCOHOP = 0; CBDAYHOP =0; CAFE = 0; LONDCN =0; LON =0 ; SOHOP =0; SOLON = 0; NHIETDOBTL = 0; FULLTIME = 0; FUTIBCD= 0; FUTIBL=0; FUTIBR = 0; FUTIBTL =0; FUTIDABR = 0; FUTIMN = 0; 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.CHÂU VĂN BẢO VALSUGAR =0; VALXASG = 0; CBDAYSUGAR = 0; LUONGSUGAR = 0; MUCSUGAR = 0; SUGAR =0; VALMILK = 0; VALXAMILK=0; CBDAYMILK = 0; LUONGMILK = 0; MUCMILK = 0; MILK=0; VALCREAM = 0; VALXACREAM=0; CBDAYCREAM = 0; LUONGCREAM = 0; MUCCREAM = 0; CREAM=0; VALBUTTER = 0; VALXABUTTER=0; CBDAYBUTTER = 0; LUONGBUTTER = 0; MUCBUTTER = 0; BUTTER= 0; ENDIF; 4.11 Chương trình PLCS7300 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.CHÂU VĂN BẢO 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.CHÂU VĂN BẢO 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.CHÂU VĂN BẢO 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.CHÂU VĂN BẢO 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.CHÂU VĂN BẢO 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.CHÂU VĂN BẢO 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.CHÂU VĂN BẢO 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.CHÂU VĂN BẢO 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.CHÂU VĂN BẢO 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.CHÂU VĂN BẢO 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.CHÂU VĂN BẢO CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 5.1 Kết thu Khai thác tính phần mềm INTOUCH hãng WONDERWARE Sử dụng phần mềm INTOUCH dùng mô cho trình tự động Tìm hiểu lý thuyết SCADA nói chung, đặc biệt ứng dụng hệ thống SCADA hệ thống điện Xây dựng quy trình giám sát điều khiển trình sản xuất cafe Vì vấn đề phần mềm liên quan chưa phổ biến, đề tài tài liệu tham khảo cho bạn sinh viên, người nghiên cứu lĩnh vực tự động hóa muốn tìm hiểu hệ thống SCADA 5.2 Mặt hạn chế đề tài Vì điều kiện kinh phí khơng cho phép, nên việc điều khiển giám sát mơ hình chưa có tính thực tế Điều gây hạn chế cho việc kết nối thực tiễn mạng truyền thông Đồng thời dây chuyền sản xuất lớn, nên cần có thêm nhiều thời gian nghiên cứu xây dựng để hoàn thành đưa vào thực tế ứng dụng 5.3 Kết luận Từ trình thực đề tài “Hệ thống giám sát điều khiển quy trình sản xuất Cafe”, trình tự xây dựng hệ thống giám sát đưa sơ đồ giải thuật hướng giải làm sở cho toán thiết kế ứng dụng SCADA Trên thực tế, dự án thực dựa mục đích ứng dụng vận hành khác nhau, phần mềm sử dụng việc tạo giao diện HMI khác nhau; nhìn chung trình tiến hành tương tự phải thiết lập bước tiến hành làm sở khung cho việc thực hóa dự án Như vậy, trình thực đề tài hoàn thành yêu cầu đề Bên cạnh đó, phạm vi kiến thức thu nhận lý thuyết xác lập mô phần mềm mở rộng theo hướng hình thành sơ đồ giải thuật Điều 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.CHÂU VĂN BẢO góp phần đặt móng cho việc triển khai mở rộng nghiên cứu SCADA, tạo điều kiện cho việc vận dụng tương lai sau 12 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD:TS.CHÂU VĂN BẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Intouch-10- FundamentalEntire- Manual books [2] TS.Trần Thu Hà, Phạm Quang Hiền, Phùng Thị Nguyệt - Lập trình điều khiển mơ với S7-VISU-LOGO-ZEN-WINCC - Nhà xuất Giao Thông Vận Tải [3] TS Trần Thu Hà, KS Phạm Quang Huy - Lập trình với S7 & WINCC – Nhà xuất Giao Thông Vận Tải [4] TS Trần Thu Hà, KS Phạm Quang Huy - Giao diện người máy HMI – Nhà xuất Giao Thông Vận Tải [5] Bài giảng S7300 – CTTNHH TM&DV Kĩ thuật SIS 12 ... lý Hệ điều khiển hai máy móc Vì hệ phù hợp với sản xuất nhỏ, sản xuất chi tiết Hệ thống SCADA mạng: Đây hệ có khả giám sát thu thập liệu với nhiều vi xử lý Các máy tính giám sát nối mạng với Hệ. .. hoạt động hệ thống Khi xảy cố hệ thống báo cho người vận hành để xử lý kịp thời Cũng hệ phát tín hiệu điều khiển dừng hoạt động tất máy móc Hệ thống SCADA độc lập: Đây hệ có khả giám sát thu thập... để giám sát, điều khiển cục hay thiết bị vị trí xa Kích cỡ độ phức tạp mạng SCADA biến đổi phụ thuộc vào tiến trình mà điều khiển, kích thước cơng trình tiện ích/thương mại sử dụng Một hệ thống