ĐỒ án CUỐI kì điều KHIỂN GIÁM sát và THU THẬP dữ LIỆU CT381 đề tài điều KHIỂN và GIÁM sát THU THẬP dữ LIỆU CHO hệ THỐNG sản XUẤT nước UỐNG ĐÓNG CHAI

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA ĐỒ ÁN CUỐI KÌ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU CT381 ĐỀ TÀI 8 “ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THU THẬP DỮ LIỆU CHO HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG ĐÓNG CHAI” GVHD Ths Trần Lê Trung Chánh Sinh viên thực hiện Nguyễn Đức Mạnh B1811962 Mai Hồng Phúc B1811975 Khóa 44 Ngành Kĩ thuật điều khiển và tự động hóa 2 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập Tự do Hạnh phúc PHIẾU CHẤM ĐIỂM Tên.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA CÔNG NGHỆ

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA

_

ĐỒ ÁN CUỐI KÌ

ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU CT381

ĐỀ TÀI 8: “ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THU THẬP DỮ LIỆU CHO HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG ĐÓNG CHAI”

GVHD: Ths.Trần Lê Trung Chánh Sinh viên thực hiện :

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

PHIẾU CHẤM ĐIỂM

Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THU THẬP DỮ LIỆU CHO HỆ THỐNG

SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG ĐÓNG CHAI.

Họ và tên sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Mạnh MSSV: B111962

Giới thiệu: Có trình bày 2

Ý nghĩa/lý do thực hiện đề tài 0.5

Các nghiên cứu liên quan 0.5

Có tham chiếu tài liệu tham khảo 0.5

Kết quả mong muốn/các bước thực

Phương pháp thực hiện 3

Trình bày tổng quan về hệ thống 0.5

Có tham chiếu hình vẽ, biểu bảng 0.5

Thiết kế chi tiết: Trình bày đầy đủ,

LỜI CẢM TẠ

Trong quá trình thực hiện đề tài, dù đã gặp nhiều khó khăn, do còn thiếu kiến thức,kinh nghiệm và kỹ năng còn hạn chế Những khó khăn đó chúng em đã vượt qua khôngchỉ nhờ vào sự nỗ lực của bản thân mà còn bằng sự động viên khích lệ và giúp đỡ từ bạn

bè và thầy

Chúng em xin chân thành cảm ơn đến quý Thầy trong bộ môn Tự động hoá thuộcKhoa Công nghệ trường Đại học Cần Thơ đã tận tình chỉ bảo, truyền đạt những kiến thứcquý báo để chúng tôi có thể hoàn thành đề tài này

Chúng em xin chân thành cảm ơn đến thầy Trần Lê Trung Chánh đã tận tình hướngdẫn và hỗ trợ chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án

TÓM TẮT

Hệ thống tự động hóa trong công nghiệp theo sự phát triển của xã hội ngày càngđược ứng dụng phục vụ vào hoạt động sản xuất và đời sống sinh hoạt của con người bởitính ưu việt, nhiều tiện ích mang lại hiệu quả trong đó hệ thống giám sát điều khiển vàthu thập dữ liệu (SCADA) được áp dụng rộng rãi trong các nhà máy, xí nghiệp trên toànthế giới.Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu cho hệ thống SCADA sản xuất nước uốngđóng chai Bài nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu bằng phần mềm TIA Portal và WinCCAdvanced Để thực hiện được các mục tiêu đề ra chúng em đã tiến hành tìm hiểu về PLCS7-1200, phần thiết kế giao diện WinCC Advanced Trong đó, hệ thống được mô phỏng

và lập trình trên PLC S7-1200 được giám sát và thu nhập dữ liệu trên phần mềm TIAPortal và WinCC Advanced Tất cả quá trình vận hành của hệ thống sản xuất nước uốngđóng chai được mô phỏng và giám sát trên phần mềm TIA Portal và WinCC Advanced.Xây dựng một cơ sở dữ liệu với các thông số để có thể quản lý trực tiếp dễ dàng trên máytính.Bài nghiên cứu bao hàm kiến thức cơ bản nhưng tổng quát đủ để sinh viên có thể tựthiết kế một hệ SCADA đơn giản, tất cả các thiết bị dùng để thiết kế chủ yếu có sẵn tạiphòng thí nghiệm nên rất dễ dàng cho các bạn có thể tự minh họa thực hiện lại

1 GIỚI THIỆU

1.1 Lý do thực hiện đề tài:

Nhằm phục vụ nhiệm vụ hiện đại hoá quy trình sản xuất, hệ thống sản xuất nướcuống đóng chai ra đời là một công cụ hiệu quả giúp thay thế con người trong công việcsản xuất nước uống đóng chai, nó đã góp phần nâng cao hiệu quả trong công việc Một hệ

thống hoàn chỉnh có thể phân loại các sản phẩm với độ tin cậy cao, hoạt động liên tục vàgiảm tối đa thời gian trì hoãn hệ thống Hơn thế nữa, đối với những công việc đòi hỏi sựtập trung cao và có tính tuần hoàn, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xáctrong công việc Điều đó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và uy tín của nhàsản xuất Vì vậy, hệ thống sản xuất nước uống đóng chai ra đời nhằm đáp ứng nhu cầucấp bách này.

1.2 Các nghiên cứu liên quan:

Nhờ tính năng ưu việt, SCADA ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong cácngành công nghiệp hiện đại như: năng lượng, dầu khí, vận tải, thực phẩm, xử lý nước vàrác thải… Song song đó, các ứng dụng kèm theo như TIA Portal, WinCC, Node-red,…giúp việc thiết kế giao diện và kiểm soát hệ thống trở nên dễ dàng hơn Chính vì sự đadạng và đòi hỏi cao trong công nghiệp cũng như đáp ứng nhu cầu trong đời sống nên córất nhiều nghiên cứu được thực hiện như “Quy trình sản xuất nước ép trái cây”, “Quytrình sản xuất sữa ngô”, “Quy trình sản xuất nước mắm”…

1.3 Các bước thực hiện:

+ Phân tích bài toán thực tế

+ Cài đặt phần mềm

+ Thiết kế giao diện và lập trình

+ Chạy mô phỏng và sửa lỗi nếu có

+ Đưa vào ứng dụng và hiệu chỉnh cho phù hợp

- Phần mềm: Viết được chương trình điều khiển hệ thống, truyền nhận dữ liệu và lưu lại

2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG SCADA DÙNG WINCC RT ADVANCED VÀ PLC S7-1200

2.1 Quy trình sản xuất nước uống đóng chai

Quy trình được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất cụ thể như: nhà máy sản xuất nước giải khát, bia, rượu, hàng tiêu dùng… Mỗi hệ thống yêu cầu đáp ứng sản xuất khác nhau thì sẽ có thêm các giai đoạn khác nhau nhưng cơ bản quy trình được thiết kế với các bước

Hình 1 Quy trình sản xuất nước uống đóng chai

2.2 Lập trình trên PLC S7-1200

Chương trình được lập trình trên PLC S7-1200 được trình bày qua lưu đồ

Hình 2 Lưu đồ thuật toán của hệ thống

+ Bắt đầu

+ Bước 1: Xét điều kiện vận hành

+ Bước 2: Chạy băng tải thùng

+ Bước 3: Nếu cảm biến phát hiện thùng thì dừng băng tải thùng và đếm số thùng hiệntại bằng số thùng cộng 1 đồng thời cho chạy băng tải chai

+ Bước 4: Nếu cảm biến phát hiện chai nước thì dừng băng tải chai và đếm số chaihiện tại bằng số chai cộng 1 Sau đó mở rót nước vào chai

+ Bước 5: Nếu chai nước đã đầy thì đóng van nước và cho chạy băng tải chai

+ Bước 6: Nếu cảm biến phát hiện chai ở vị trí cần đóng nắp thì dừng băng tải chai, 2

xi lanh tiến hành đóng nắp chai Sau khi đóng nắp xong thì tiếp tục cho chạy băng tảichai, đồng thời đếm số nắp cộng 1

+ Bước 7:Cảm biến phát hiện chai ở vị trí dán nhãn thì dừng băng tải chai, cho tiếnhành chạy máy dán nhãn,sau khi dán nhãn xong thì tiếp tục cho chạy băng tải chai + Bước 8: Cảm biến phát hiện chai đã hoàn thành đếm số chai đã hoàn thành cộng 1 ,nếu số chai hoàn thành bằng với số chai cho phép trong 1 thùng thì tiến hành đóng góisản phẩm và đếm số thùng hoàn thiện lên 1

+ Bước 9 :Quay lại bước 2

2.3 Thiết kế giao diện trên WinCC RT Advance

Giao diện điều khiển và giám sát được thiết kế trên WinCC tương đối đầy đủ các tínhnăng như auto , manual, show, Nhận được các tham số đầu vào, hiển thị được cácthông tin, số liệu cần thiết.Hệ thống cảnh báo lỗi và xuất dữ liệu cho hệ thống,giúp ngườidùng theo dõi và điều khiển được các giai đoạn của quy trình cũng như quản lí được sốliệu quan trọng như số lượng chai, thùng

Hình 3 Màn hình giới thiệu hệ thống

Hình 4 Giao diện điều khiển và giám sát trên WinCC

Chi tiết về từng thành phần trên giao diện điều khiển chính :

Hình 5 Chú thích cho giao diện điều khiển chính

1 Bảng điều khiển (Dashboard): gồm các nút điều khiển START, STOP, AUTO,MANU, Simulation và đèn hiển thị.

2 Bảng thống kê (Statistical):gồm bộ đếm số lượng sản phẩm chai và thùng đã đónggói, nút Reset để cài lại bộ đếm

3 Bảng cài đặt tham số (Parameter Setting): cài đặt lượng nước trong một chai và sốlượng sản phẩm cho phép trong một thùng

4 Bảng điều khiển ở các chế độ :gồm nút điều khiển bằng tay(Man Control), đồthị(Trend), xuất dữ liệu(Export), cảnh báo(Alarm)

5 Công đoạn chiết rót: gồm có cảm biến phát hiện vị trí chai cần chiết rót, bồn chứanước, van nước, bộ đếm lượng nước đã chiết rót, bộ đếm số lượng chai đã chiết rót

6 Công đoạn đóng nắp:gồm cảm biến vị trí chai cần đóng nắp, xilanh 1 đóng nắp,xilanh 2 đẩy nắp đến chai để xilanh 1 đóng nắp, bộ đếm nắp

7 Công đoạn dán nhãn: gồm máy dán nhãn chai, cảm biến, bộ đếm chai đã dán nhãn

8 Công đoạn kiểm tra sản phẩm:gồm cảm biến chai hoàn thiện và xilanh đẩy chai lỗi

9 Công đoạn đóng gói: gồm cảm biến phát hiện vị trí sản phẩm chai và cảm biến pháthiện vị trí thùng, bộ đếm sản phẩm trong thùng và bộ đếm thùng

2.4 Tính năng Alarm và Historical

2.4.2 Thiết lập HMI Alarm và Historical

Historical : Tạo Alarm log để lưu trữ lịch sử cảnh báo và có thể xuất cảnh báo

Hình 7 Thiết lập Historical

HMI Alarm : Tạo Alarm class và các cảnh báo dạng Analog và Digital

Hình 8 Tạo classes cho Alarm

Hình 9 Discrete alarms

Hình 10 Analog alarms

Ở bảng hiển thị cảnh báo để hiển thị

được lịch sử cảnh báo chọn Properties →

General → Display → Alarm log →

Chọn alarm log vừa tạo ở Historical

Hình 11 Cài đặt bảng cảnh báo

2.5 Tính năng Trend và Historical

2.5.1 Thiết kế màn hình Trend

Tương tự như Màn hình Alarm, Màn hình Trend được thiết kế với 2 bảng trend dùng

để hiển thị trend hiện tại và hiển thị trend lịch sử :

Hình 12 Giao diện màn hình Trend

2.5.2 Thiết lập thuộc tính và Historical

Historical : Tạo data logs để lưu trữ lịch sử cho đồ thị trend.

Hình 13 Data logs Historical

Thiết lập thuộc tính : Chọn Properties → Trend để cài đặt cho 2 bảng trend

Hình 14 Trend view 1 Hình 15 Trend view 2

2.6 Tính năng Report

2.6.1 Tạo file Excel :

Tạo 1 file Excel có đầy đủ các thông tin quan trọng của hệ thống để có thể xuất dữliệu chính xác và dễ quản lý

Hình 16 File Excel đã tạo

Viết code để cập nhật dữ liệu của hệ thống :

Hình 18 Code VB Scripts để cập nhật dữ liệu

Dùng tính năng Scheduled Scripts để tạo thời gian cập nhật dữ liệu theo ý muốn :

Khi cảm biến phát hiện thùng đếm số thùng lên 1, băng tải thùng dừng đồng thờicho Motor 1 hoạt động đưa chai đến khâu chiết rót, cảm biến phát hiện vị trí chai đã đếnvòi chiết rót, băng tải dừng và van mở tiến hành chiết rót, đồng thời đếm số chai lên 1

Hình 22 Tiến hành chiết rót

Khi đã bơm đủ lượng nước thì băng tải hoạt động đưa chai đã chiết rót đến khâuđóng nắp, cảm biến phát hiện chai đã đến vị trí đóng nắp băng tải dừng lại, xilanh 2 đẩynắp đến chai và xilanh 1 tiến hành đóng nắp đồng thời đếm số nắp lên 1:

Hình 23 Tiến hành đóng nắp

Khi đóng nắp xong băng tải tiếp tục đưa chai đến khâu dán nhãn, cảm biến 3 pháthiện vị trí chai đã đến máy dán nhãn thì băng tải dừng và tiến hành dán nhãn.

Hình 24 Tiến hành dán nhãn

Cảm biến phát hiện chai hoàn thiện sẽ đếm số lượng chai hoàn thiện lên 1, khi sốlượng chai trong thùng bằng với số lượng cho phép đã cài đặt thì cho băng tải thùng chạytiến hành đóng gói đồng thời đếm số lượng thùng hoàn thiện lên 1:

Hình 25 Tiến hành đóng gói

3.3 Tính năng Alarm và Historical cho hệ thống

Hiển thị được cảnh báo cho hệ thống cũng như lịch sử của cảnh báo:

Hình 26 Tính năng Alarm của hệ thống

3.4 Tính năng Trend và Historical cho hệ thống

Hiển thị được đồ thị Trend cho hệ thống và lịch sử của đồ thị, dễ dàng tra cứu được

dữ liệu của đồ thị:

Hình 27 Tính năng Trend của hệ thống

3.5 Tính năng Report

Xuất được dữ liệu cần thiết của hệ thống, các file được xuất theo thời gian được càiđặt trên Scheduled Scripts hoặc bằng các nút ấn trên giao diện, giúp dễ dàng giám sát vàquản lý hệ thống

Hình 28 Tính năng Report của hệ thống

3.6 Cải tiến đồ án

Trong quá trình thiết kế nhóm có tham khảo hệ thống tương tự đã làm trước đó của

2 sinh viên Nguyễn Gia Hân, Võ Văn Phi và trên kênh Ngọc Automation Về cơ bản hệthống hoạt động tự nhau nhưng nhóm có 1 số bổ sung như:

- Thêm khâu dán nhãn

- Thêm chế độ hoạt động :Auto,Manual

- Có thể cài đặt được tham số trên giao diện Runtime

- Phát hiện và xử lí được chai lỗi trong quá trình sản xuất

- Bổ sung các tính năng : Alarm, Trend,Historical,Report,

-Độ ổn định chưa tối ưu

-Độ thẩm mĩ chưa được cao

4.2 Kiến nghị

-Thiết kế, lắp đặt mô hình có thể áp dụng cho những trường hợp khác nhau và đápứng được những nhu cầu thiết yếu của thực tiễn

- Xây dựng hệ thống giám sát có giao diện đẹp hơn, tỉ mỉ hơn, chính xác hơn

- Bổ sung thêm các tính năng cho giao diện điều khiển và giám sát trên máy tính

- Khắc phục nhược điểm đề tài được hoàn thiện hơn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tạo các Tag cho chương trình

Các Tag của hệ thống được mô tả bằng các hình sau:

Hình 30 Tag đầu vào

Hình 31 Tag đầu vào

Hình 32 Tag đầu vào

Hình 33 Tag ngõ ra

Hình 34 Tag phát lệnh xung

Hình 35 Tag phát lệnh xung

Hình 36 Tag miền nhớ

Hình 37 Tag mô phỏng cho hệ thống

Hình 38 Tag cảnh báo Alarm

Hình 39 Tag reset hệ thống

Tạo code block cho hệ thống

Khởi động hệ thống

Dừng hệ thống

Chế độ tự động

Chế độ bằng tay

Mô phỏng hệ thống

Tính toán lượng nước chiết rót

Cảnh báo Alarm

Reset hệ thống