chiếc rót tự động s7 1200

LỜI CẢM ƠN Báo cáo Tiểu luận là tiền đề nhằm trang bị cho sinh viên những kĩ năng nghiên cứu, những kiến thức cơ bản và quan trọng về chuyên ngành Điện Công Nghiệp nói chung và về lĩnh vực Tự Động Hóa.

Xin trân trọng cảm ơn thầy Trương Tấn, giảng viên hướng dẫn đã tận tình giúp đỡ giúp

em giả0i quyết được những khúc mắc để có thể hoàn thành dự án này

Chúng em xin chân thành cảm ơn

TP Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 05 năm 2022

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG 1:

2

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ KLTN

Ngày tháng năm

GIẢNG VIÊN NHẬN XÉT

(Ký và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1Khái quát 1

1.2Mô hình tự động hóa dây chuyền chiết rót dùng PLC s7-1200 1

1.3Nguyên Lý hoạt động 6

CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU SCADA……… 8

2.1Giới thiệu về hệ thống Scada 8

2.1.1 Khái niệm Scada 8

2.1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống Scada 8

2.2Cấu trúc cơ bản của một hệ thống SCADA 9

2.2.1 MTU ( Master Terminal Unit) 10

2.2.2 RTU (Remote Terminal Unit) 10

2.2.3 Khối truyền thông 10

2.3Hệ thống SCADA hiện đại 11

2.3.1 Cấu trúc hệ thống 11

2.3.2 Các đặc tinh chinh của hệ thống 11

2.3.3 Đặc điểm về giao tiếp giữa người và máy (HMI) 12

2.4Các ứng dụng của hệ thống SCADA 13

CHƯƠNG 3:GIỚI THIỆU VỀ PLC VÀ PHẦN MỀM WINCC V16 16

3.1Giới thiệu về PLC 16

3.2Cấu trúc bên trong PLC 16

3.4Ưu điểm dụng PLC vào tự động hóa 17

3.5Phần cứng PLC s7-1200 17

3.6Giới thiệu về Simatic Step 7 V16.0 18

3.7Giới thiệu các tập lệnh 18

CHƯƠNG 4:THIẾT KẾ MÔ HÌNH DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT TỰ ĐỘNG HÓA DÙNG PLC S7-1200 23

4.1Cấu tạo mô hình hệ thống bãi đỗ xe tự động 23

4.2Các thiết bị trên mô hình 24

4.3Thiết kế giao diện HMI 36

4.3.1 Thao tác thiết kế giao diện 36

4.3.2 Tiến hanh thiết kế WinCC 38

4.4 Nguyên lý hoạt động 40

CHƯƠNG 5:KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 43

5.1Tổng kết đề tài 43

5.2Hướng phát triển 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

MỤC LỤC HÌ

Hình 1.1 Hình ảnh dây chuyền chiết rót bình 19L của công ty LAVIE 1

Hình 1.2 Hình ảnh tủ điện cho dây chuyền chiết rót sử dụng PLC DELTA 2

Hình 1.3 Hình ảnh hệ thống chiết rót dùng mâm xoay của Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM 2

Hình 1.4 Mô hình chiết rót đóng chai dùng PLC SIEMENS S7 1200 3

Hình 1.5 Bố trí thiết bị và đi dây cho hộp điều khiển, nguồn tổ ong, role với domino 3 Hình 1.6 Mô hình đồ án chiết rót đóng nắp và dán nhãn dùng PLC SIEMENS ĐH Tôn Đức Thắng 4

Hình 1.7 Bố trí thiết bị và đi dây 4

Hình 1.8 Khâu cấp chai bằng cánh tay robot 4

Hình 1.9 Khâu chiết rót dùng bồn chứa và van 5

Hình 1.10 Khâu cấp nắp dùng cánh tay robot 5

Hình 1.11 Khâu đóng nắp 5

Hình 1.12 Khâu lưu kho 6

Hình 1.13 Mô hình dây chuyền chiết rót đóng chai dùng PLC S7-1200 được mô phỏng trên WinCC 6

YHình 2.1 Kim tử tháp tự động hóa……….8

Hình 2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Scada 9

YHình 3.1 Cấu trúc bên trong PLC ………16

Hình 3.2 PLC S7-12000 18

YHình 4.1 Thiết kế mô hình mô mô phỏng trên WinCC….………

23 Hình 4.2 Mô hình thực tế hoàn thiện 24

Hình 4.3 Cảm Biến Quang Điện E3F-DS30P1 PNP 24

Hình 4.4 Hình ảnh cảm biến quang điện FAID-BN-0A và nguyên lý hoạt động 25

Hình 4.5 Động Cơ Bơm ZQ-2203 12V 25

Hình 4.6 Nguồn tổ ong 240VAC/24VDC 26

Hình 4.7 Nguồn tổ ong 40VAC/12VDC 26

Hình 4.8 Hình ảnh Relay OMRON 24VDC 27

Hình 4.9 Hình ảnh Relay OMRON 24VDC 27

Hình 4.10 MCB – Aptomat 2P dạng tép LS 28

Hình 4.11 Động cơ DC 12V 28

Hình 4.12 Nút nhấn nhả có đèn Ø22 28

Hình 4.13 Nút nhấn khẩn cấp NP2-ES542 29

Hình 4.14 Hình ảnh băng tải sau khi lắp ráp hoàn tất 29

Hình 4.15 Bảng tagname input 30

Hình 4.16 Bảng tagname output 30

Hình 4.17 Khối lệnh lựa chọn chế độ 31

Hình 4.18 Khối lệnh điều kiện để chương trinh hoạt động 32

Hình 4.19 Khối lệnh chạy chương trinh 35

Hình 4.20 Khối lệnh chế độ Simulator 36

Hình 4.21 Thiết lập đèn báo, nút nhấn trên phần mềm 36

Hình 4.22 Tạo bãng điều khiển trên WinCC 37

Hình 4.23 Tạo hệ thống băng tải, vitme, và bồn trộn 38

Hình 4.24 Giao diện mô phỏng chương trinh trên Wincc 39

Hình 4.25 Bảng tagname thiết kế giao diện HMI 40

Hình 4.26 Hệ thống hoạt động ở chế độ auto 41

Hình 4.27 Hệ thống hoạt động ở chế độ manual khi hệ thống gặp sự cố 42

LỜI MỞ ĐẦU

Trong công cuộc Công nghiệp hoá-Hiện đại hoá đất nước,cơ khí nói chung đóng mộtvai trò rất quan trọng.Nhưng ngày nay với sự phát triển vượt bậc của công nghệ,cơ khítruyền thống không thể mang lại hiệu quả cao trong nền kinh tế thị trường.Chính vìvậy đã xuất hiện một xu hướng mới trong công nghệ,đó là sự kết hợp giữa cơ khí,côngnghệ thông tin và điện tử để hình thành một lĩnh vực mới:Lĩnh vực Cơ khí tự độnghoá.Trên thế giới,cơ khí tự động hoá đã xuất hiện từ khá lâu và phát triển rấtmạnh,nhưng tại Việt Nam đây vẫn là một lĩnh vực mới và đang trong quá trình hìnhthành và phát triển.Một trong những sản phẩm của cơ điện tử -tự động hoá là những hệthống chiết rót và đóng nắp chai tự động.Bên cạnh đó nhu cầu về nước uống cũng nhưcác sản phẩm đóng gói ngày càng tăng.Nắm được tầm quan trọng của hệ thống Nhómthực hiện nghiên cứu,thiết kế chế tạo một mô hình hệ thống chiết rót và đóng nắp chainước tự động.Mặc dù chúng em đã cố gắng hết sức mình để hoàn thiện hệ thốngnhưng do còn nhiều khó khăn về kiến thức nên không tránh khỏi những thiếu sót.Xuất phát từ nhu cầu thực tế cũng như muốn làm quen với việc điều khiển hệ thốngbằng PLC kết hợp với tạo giao diện giao tiếp dùng WinCC, đồng thời dưới sự hướng

dẫn tận tình của thầy giáo Trương Tấn, em đã chọn thực hiện đề tài ”Thiết kế đề tài

hệ thống chiết rót chai tự động” cho đề tài tốt nghiệp, nhằm tiếp thu những kiến thức

cần thiết và cơ bản về PLC và thiết kết giao tiếp trên máy tính trong việc tự động hóa

hệ thống bãi đỗ xe thông minh

CHƯƠNG 1: Tổng quan về đề tài1.1 Khái quát

Mô hình chiết rót đóng chai không phải là một mô hình quá mới mẻ trong nền côngnghiệp tự động hóa, nhưng mô hình này là mô hình được sử dụng rộng rải và mang lạinhiều hiệu quả thiết thực trong ngành tự động hóa nói chung, cũng như trong các nhàmáy sản xuất nước uống đóng nắp nói riêng

Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và sự ra đời của các thiết bị tântiến, mô hình chiết rót đóng chai cũng không ngừng đổi mới và hoàn thiện hơn từngngày

Lý do nhóm chúng em chọn đề tài : “TỰ ĐỘNG HÓA DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓTDÙNG PLC S7-1200” làm đồ án cho khóa luận tốt nghiệp là vì:

Tính khả thi: Vì mô hình này không phải mô hình quá mới mẻ, nên tài liệu thamkhảo về mô hình này sẽ tương đối nhiều và dễ tiếp cận Thêm vào đó, mô hình này đã

có nhiều nhóm sinh viên cũng như nhiều nhà máy thực hiện và đi vào hoạt động Nên

về hướng đi, nhóm có thể linh động trong việc chọn làm theo một mô hình đã có hoặcchọn kết hợp các khâu của các mô hình khác thành một mô hình phù hợp với nhóm.Tính vận dụng: Mô hình chiết rót đóng chai là mô hình mang tính vận dụng cơ bảncác môn học đã học, như trong chuyên ngành tự động hóa có: lập trình PLC, lập trìnhgiám sát và điều khiển hệ thống,…; trong chuyên ngành điện có: thiết bị và khí cụđiện, đấu nối dây và đảm bảo an toàn điện,…;trong chuyên ngành khác có: hệ thốngkhí nén

Tóm lại, nhóm chúng em chọn đề tài này là vì an toàn, ít rủi ro và đảm bảo vậndụng các kiến thức đã tích lũy trong quá trình học tập

1.2 Mô hình tự động hóa dây chuyền chiết rót dùng PLC s7-1200

Khảo sát các dây chuyền chiết rót của các nhà máy nhằm xác định nguyên lý hoạtđộng chung:

Hình 1.1 Hình ảnh dây chuyền chiết rót bình 19L của công ty LAVIE

Hình 1.2 Hình ảnh tủ điện cho dây chuyền chiết rót sử dụng PLC DELTA

Khảo sát các mô hình đồ án của các nhóm sinh viên nhằm xác định hướng đi cho nhóm:

Hình 1.3 Hình ảnh hệ thống chiết rót dùng mâm xoay của Đại học Sư phạm Kỹ thuật

TP.HCM

Hình 1.4 Mô hình chiết rót đóng chai dùng PLC SIEMENS S7 1200

Hình 1.5 Bố trí thiết bị và đi dây cho hộp điều khiển, nguồn tổ ong, role với domino

Hình 1.6 Mô hình đồ án chiết rót đóng nắp và dán nhãn dùng PLC SIEMENS ĐH

Tôn Đức Thắng

Hình 1.7 Bố trí thiết bị và đi dây

Hình 1.8 Khâu cấp chai bằng cánh tay robot

Hình 1.9 Khâu chiết rót dùng bồn chứa và van

Hình 1.10 Khâu cấp nắp dùng cánh tay robot

Hình 1.11 Khâu đóng nắp

Hình 1.12 Khâu lưu kho

Hướng đi của nhóm là xây dựng một hệ thống chiết rót hoạt động trên cùng một băngtải:

Hình 1.13 Mô hình dây chuyền chiết rót đóng chai dùng PLC S7-1200 được mô

phỏng trên WinCC

1.3 Nguyên Lý hoạt động

Khi nhấn nút START trên bảng điều khiển, hệ thống được khởi động và chuyểnsang trạng thái chờ Khi Cảm biến số 1 phát hiện có chai ở đầu băng tải, lập tức chobăng tải chuyển động Băng tải sẽ có nhiệm vụ vận chuyển chai qua cái khâu làm việccủa hệ thống Khi Cảm biến số 2 phát hiện chai, xác định chai đã đến khâu chiết rót, ở

vị trí thích hợp để chiết rót, đồng thời kích tín hiệu dừng băng tải, máy bơm bắt dầuhoạt động bơm nước vào chai Sau thời gian 5s chai đầy nước với mức dung tích cốđịnh ( muốn thay đổi dung tích của chai trong quá trình chiết rót thì thay đổi thời gianbơm) Khi khi bơm hoạt động 5s xong, lập tức kích tín hiệu dừng máy bơm, băng tảihoạt động Chai đi qua khâu lấy nắp (khâu lấy nắp là một hệ cơ khí sử dụng mángtrượt đưa nắp chai vào rảnh, khi chai đi qua sẽ tự động kéo nắp chai) đến khâu đóngnắp Khi Cảm biến số 3 phát hiện chai, xác định chai đang ở khâu đóng nắp, cảm biếtkích tính hiệu cho motor số 2 đẩy xuống cố định chai và gửi chai ở đúng vị trí đóngnắp, động cơ 3 được khởi động và tiến hành đóng nắp Quá trình đóng nắp hoạt độngtheo thời gian được cài đặt trong timer nội của PLC Khi hoạt động hết thời gian quátrình đóng nắp sẽ tự động dừng và kích tính hiệu để motor 2 kéo hệ thông đi lên, khi

chạm cảm biến trên thì motor 2 dừng, hệ thống băng tải hoạt động đưa chai sang hệthống kế tiếp.( Dán nhãn, đóng thùng.

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ THU

THẬP DỮ LIỆU SCADA

2.1 Giới thiệu về hệ thống Scada

2.1.1 Khái niệm Scada

SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) đúng như tên gọi của nó,SCADA là một phần mềm hệ thống được sử dụng để giám sát, điều khiển và thu thậpthông tin dữ liệu của hệ thống phần cứng Nó được sử dụng rộng rãi trong các nhàmáy để giám sát và điều khiển các dây chuyền và máy móc sản xuất Một cách tốt đểhiểu hệ thống SCADA là gì và nó có thể được sử dụng ở đâu? thì chúng ta có thể hiểuđiều này đơn giản hơn khi tìm hiểu về kim tự tháp tự động hóa

Hình 2.1 Kim tử tháp tự động hóa

Hệ thống SCADA được đặt ở cấp độ theo dõi và giám sát trong kim tự tháp tựđộng hóa Kim tự tháp tự động hóa là một khái niệm được xuất bản trong ISA-95 vàIEC 62264-3, nhằm cố gắng mô tả cách các hệ thống khác nhau hoạt động tương hỗcùng nhau Ở đỉnh kim tự tháp, bạn sẽ có tất cả các thông tin dữ liệu về hệ thống để xử

lý về mặt kinh doanh, lập kế hoạch và hậu cần Và ở dưới cùng, bạn có tất cả các hệthống, thiết bị hiện trường hoạt động Hệ thống SCADA được đặt ngay giữa kim tựtháp tự động hóa Là nơi IT (information technology – công nghệ thông tin) gặp OT(operational technology – công nghệ vận hành)

Bên dưới hệ thống SCADA là tất cả các thiết bị hoạt động như PLC, cảm biến,v.v Công việc của SCADA thực sự là điều khiển và giám sát tất cả các thiết bị này.Nhưng đồng thời cũng gửi và nhận thông tin từ hệ thống MES hoặc ERP phía trên

2.1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống Scada

Hình 2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Scada

Một lần nữa, hệ thống SCADA là điểm gặp gỡ và kết nối giữa IT và OT Khái niệm cơbản thực sự của SCADA là về trao đổi thông tin và khả năng kiểm soát (giám sát và điềukhiển) Đặc biệt là cách bạn thường thấy các hệ thống SCADA được sử dụng

Hệ thống SCADA về mặt vật lý sẽ giống như một màn hình Thường sẽ có nhiều mànhình trong đó người vận hành có thể vừa điều khiển vừa giám sát tất cả các thành phần liênquan trong một hệ thống, máy móc hoặc thậm chí toàn bộ nhà máy Điều này có thể dễ đượchình dung với ví dụ: một P&ID (sơ đồ đường ống và các thiết bị đo đạc) Điều quan trọngnhất là người vận hành hiểu các phần khác nhau của hệ thống SCADA và những gì họ cầnlàm là điều khiển hay giám sát

Tất cả các màn hình này về cơ bản là giao diện HMI (human-machine interfaces “giaodiện người máy”) Chúng là giao diện giữa người vận hành và máy móc Quay lại như nhữngngày sơ khai, một HMI thực sự chỉ là một loạt các nút nhấn và tín hiệu đèn điều khiển Nhưngbây giờ, với những hệ thống hiện đại, tân tiến; bạn sẽ thấy thường có màn hình cảm ứng ởmáy hoặc trong phòng điều khiển

2.2 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống SCADANói một cách đơn giản HMI là một phần của SCADA Bởi vì HMI chỉ là mànhình hoặc chính giao diện, SCADA là một ứng dụng hoặc toàn bộ hệ thống đằng sautất cả các màn hình đó Một hệ thống SCADA có thể có nhiều HMI để điều khiển vàgiám sát các bộ phận khác nhau của nhà máy

Nếu chúng ta xem xét kỹ hơn cấu trúc của SCADA thì sẽ thấy rõ rằng nó chứanhiều thứ hơn là chỉ HMI Nó là toàn bộ cơ sở hạ tầng của các thiết bị có thể giao tiếp.Ứng dụng SCADA thường chạy trên máy chủ Sau đó, những thiết bị khách như máytính để bàn và màn hình HMI kết nối với máy chủ để sử dụng giao diện và cơ sở dữliệu của hệ thống SCADA Vì các thiết bị như PLC và RTU cũng được kết nối với máychủ, nên bây giờ chúng ta có thể sử dụng SCADA để điều khiển và giám sát hoạt độngcủa nó

RTU hoặc thiết bị đầu cuối từ xa hơi giống PLC Bạn có thể kết nối các cảmbiến với RTU và nó sẽ chuyển đổi tín hiệu, dữ liệu của chúng sang dữ liệu kỹ thuật số.

Dữ liệu kỹ thuật số này sau đó sẽ được đưa vào hệ thống SCADA

Một hệ thống SCADA cơ bản có các thành phần chinh là MTU, RTU và thànhphần truyền thông,

2.2.1 MTU ( Master Terminal Unit)

MTU là trung tâm của một hệ thống SCADA, trong thực tế nó thường là một hệmáy tinh công nghiệp MTU giao tiếp với người điều hanh và RTU thông qua khốitruyền thông Ngoài ra MTU còn được kết nối với các thiết bị ngoại vi như monitor,máy in và có thể kết nối với mạng truyền thông

Nhiệm vụ của MTU bao gồm:

- Cập nhật dữ liệu từ các thiết bị RTU và nhận lệnh từ người điều hanh

- Xuất dữ liệu đến các thiết bị thi hanh RTU

- Hiển thị các thông tin cần thiết về các quá trinh cũng như trạng thai của cácthiết bị lên màn hình giúp cho người điều hanh giam sát và điều khiển

- Lưu trữ, xử lý các thông tin và giao tiếp với các hệ thống thông tin khác

2.2.2 RTU (Remote Terminal Unit)

RTU thu thập thông tin từ Xa, thường xuyên đặt tại nơi làm việc để thu nhập dữliệu và thông tin từ các thiết bị hiện trường như các valve, các cảm biến, các đồng hồđo, gửi đến MTU để xử lý và thông báo cho người điều hanh biết trạng thai hoạtđộng của các thiết bị hiện trường Mặt khác, nó nhận lệnh hay tiên hiệu từ MTU đểđiều khiển hoạt động của các thiết bị theo yêu cầu

Thông thường các RUT lưu giữ thông tin thu thập được trong bộ nhớ của nó vàđợi yêu cầu từ MTU mới truyền dữ liệu Tuy nhiên, ngày nay các RTU hiện đại có cácmáy tinh và PLC có thể thực hiện điều khiển trực toeeps qua các địa điểm từ xa màkhông cần định hướng của MTU

2.2.3 Khối truyền thông

Là môi trường truyền thông giữa các khối thiết bị với nhau, bao gồm phần cứng

và phần mềm

Phần cứng: là các thiết bị kết nối như modem, hộp nối, cáp truyền và các thiết

bị thu phát vô tuyền( trong hệ thống không dây_wireless), các trạm lặp ( trong trườnghợp truyền đi xa)

Phần mềm: đó là các giao thức truyền thông (protocol), các ngôn ngữ lập trinh đượcdùng để các thiết bị có thể giao tiếp với nhau.

CPU của RTU nhận luồng dữ liệu nhị phân theo giao thức truyền thông, Cácgiao thức có thể là giao thức mở như TCP/IP (Transmission Control Protocol andInternet Protocol hoặc các giao thức riêng Những luồng thông tin được tổ chức theo

mô hình 7 lớp ISO/OSI Mô hình OSI được sử dụng để đặt tiêu chuẩn cho cách traođổi thông tin với các giao thức Truyền thông và dữ liệu RTU nhận thông tin của nónhờ vòa sự nhận dạng mã trong dữ liệu truyền Dữ liệu này được biên dịch và đượcCPU điều khiển thích hợp tác động tại chỗ

2.3 Hệ thống SCADA hiện đạiCùng với sự phát triển vượt bậc của công nghệ viễn thông và công nghệ thông tin Các

hệ thống Scada ngày nay cho phép thu thập dữ liệu, điều khiển và giám sát trên mộtphạm vi rộng lớn, có thể lên hàng ngàn hay thậm chí là cả hàng chục ngàn kênhInput/Output với tốc độ nhanh và độ tin cậy cao nhờ vào các giao thức mở và cácmạng truyền thông như mạng Profibus, WAN, LAN, INTHENET và cả mạng Internet.Hầu hêtws các phần mềm Scada ngày nay đều có hỗ trợ kết nối Internet Mạt khác,trong hệ thống SCADA ngày nay có các PLC có khả năng đảm nhận việc giam sát vàđiều khiển tại các điểm cục bộ Tuy nhiên, MTU vẫn không thể thiếu trong hệ thốngSCADA

2.3.1 Cấu trúc hệ thống

Ngày nay, các hệ thống SCADA thế hệ mới được xây dựng theo cấu trúc phân

bố, trong đó máy chủ được phân bố trên một số các bộ xử lý được nối với nhau thôngqua mạng cục bộ( LAN) Trong đó, mỗi bộ xử lý có một nhiệm vụ riêng nhất địnhnhư: thu thập và xử lý, xây dựng hiện thị, tạo báo cáo… và một số bộ xử lý dùng để dựphòng,

Hệ thống được thiết kế theo giao thức mở và cơ chế Client-Server

Với:

- IOS: module các ngõ vào ra dữ liệu ( Dât Input/Output Modules)

- MMI: module giao tiếp giữa người và máy (Man-Machine Interface)

- HDC: module lưu trữ dữ liệu thu thập được trong quá khứ ( Historical for DâtCollection Storage)

- GW: cổng giao tiếp cho mạng LAN

- APPS: Module tính toan và xử lý ứng dụng

2.3.2 Các đặc tinh chinh của hệ thống

Các hệ thống SCADA hiện nay có các đặc tính sau:

- Đồ họa hoan toan trong quá trinh giám sát và điều khiển

- Có hệ thống lưu trữ dữ liệu và hiển thị đồ thị quá trinh, có khả năng hiển thị

đa tín hiệu

- Hệ thống cảnh báo và ghi nhận sự kiện

- Hỗ trợ các chuẩn truyền thông nối tiếp, song song và giao thức TCP/IP

- Hệ thống báo cáo, báo biểu theo chuẩn công nghiệp

- Hỗ trợ các chuẩn giao diện OPC, OLE/DB và các giao diện công nghiệpkhác

- Khả năng tích hợp tín hiệu video động

- Khả năng đồng bộ về thời gian với hệ thống cũng như giữa các Server vàClient

2.3.3 Đặc điểm về giao tiếp giữa người và máy (HMI)

Về phần giao tiếp giữa người và máy, các hệ thống SCADA ngày nay được trang bịcác khối hiển tihj hình ảnh VDU, hiển thị đầy đủ hình ảnh đồ họa của các quá trình.Ngoài ra còn có kèm theo Mouse, trackball, joystick và bàn phim, các nút điều khiểnđược thay thế bằng biển tượng (Icon) trên màn hình Chúng được tác động bằngMouse, bàn phim hay có thể chỉ tay lên biểu tượng trên màn hình đối với các màn hìnhcảm ứng

Các thiết bị đó giúp cho người điều hanh có khả năng:

- Nhanh chóng hoan đổi giữa các hiển thị,

- Nhanh chông xem được chi tiết các thông tin được cập nhật

- Tạo và sửa đổi các hiển thị trực tiếp trên màn hình hệ thống

- Có những hiệu ứng đặc biệt giúp dễ dàng phân biệt trạng thai cũng như nhậnbiết dữ liệu

Ngoài ra các VDU chạy trên môi trương Windown hay windown-X còn giúp điều hanhviên có thể: Xem trên cùng một VDU nhiều mảng thông tin, và truy cập được các dữliệu nằm rải rác theo địa lý hoặc các dữ liệu thuộc các cơ sở dữ liệu khác nhau

Về các RTU,không còn là những thiết bị thụ động nữa mà chúng làm nhiệm vụ thuthập và lưu giữ dữ liệu vùng.Nhiều mức xử lý dữ liệu và điều khiển được thực hiện tạicác RTU.

Nhiều loại thiết bị có thể được nối vào các RTU như:PLC,máy đo lưu lượng,thiết bịlấy chuẩn trong các bin hay các bồn chứa Các RTU có thể được kết nối theo kiểuphân bố hoặc kiểu phân cấp.Dữ liệu của các RTU được xử lý tại trạm chủ

Về cơ sở dữ liệu,các dữ liệu được lưu trữ không chỉ là dữ liệu đo đạc từ xa được tínhtoan mà còn là các thông số bảo vệ,các sự kiện,các mẫu tin cũng như các cảnh báo.Dotinh chất phân bố của SCADA nên cơ sở dữ liệu cũng được phân bố.Cơ sở dữ liệucũng có thể liên hệ với hệ thống quản trị thông tin(Managerment InformationSystem)và hệ thống thông tin địa lý GIS(Geographic Information System).Ngoàira,các dữ liệu có thể được bảo mật bằng các password

2.4 Các ứng dụng của hệ thống SCADANgày nay hệ thống SCADA được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực côngnghiệp Đặc biệt trong một số lĩnh vực sau:

Hệ thống SCADA cho các trạm trộn bê tông,các nhà máy sản xuất xi-măng,các nhàmáy chế biến thực phẩm,nước giải khát

Hệ thống SCADA cho hệ thống vận chuyển hành lý và hàng hoá tại các sân bay,bếncảng

Hệ thống SCADA giám sát các giàn khoan ống dẫn dầu,dẫn khí

Hệ thống SCADA cho nhà máy nước,xử lý chất thải,các kho xăng dầu

Hệ thống SCADA cho hệ thống phân phối lưới điện

Ngoài ra,hệ thống SCADA còn được ứng dụng để giám sát và điều khiển trong các nhàmáy hạt nhân và trong các ngành kỹ thuật hàng không vũ trụ và một số ngành côngnghiệp công nghệ cao khác

SCADA=Supervisory Control And Data Acquisition=Giám sát,Điều khiển và Thu thập

dữ liệu

Khái niệm được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và các nhà máy hiện đại.Đối vớimột nhà máy hiện đại,khi xây dựng và đưa vào hoạt động,để có thể tạo ra được sảnphẩm đạt yêu cầu về chất lượng,đáp ứng được các yêu cầu khắt khe của thị trường,nhàmáy cần được trang bị các máy móc hiện đại,đạt được các tiêu chuẩn về chất lượng vàmôi trường, độ an toàn,năng suất và tiết kiệm.Chính vì thế,việc tích hợp tự động hóanhà máy là một yêu cầu bức thiết được ra.Các hạng mục sản xuất được trang bị máy

móc tự động,phần mềm điều khiển hiện đại để tiết kiệm nhiên liệu,điện năng,nhâncông và đảm bảo chinh xác theo yêu cầu

Thông thường SCADA được chia ra làm 3cấp:

Cấp vận hành(Cấp trường):

Là cấp độ để các kỹ sư,công nhân vận hành,theo dõi hoạt động của thiết bị,các thông

số theo quy trình công nghệ đặt ra

Cấp điều khiển(Tại phòng điều khiển):

Là cấp độ các kỹ sư điều khiển tự động sẽ giám sát,điều khiển các thông số,tình trạngcủa các thiết bị và toàn bộ dây truyền sản xuất theo quy trình đã đặt ra bằng thao tác,theo dõi trên bảng thông số,màn hình hiển thị và điều khiển qua giao diện phần mềm(HMI Human Machine Interface) hay bàn điều khiển (Operator Panel)

Cấp giám sát,quản lý:

Có 2 hình thức tương đương nhau:

+Giám sát tại nhà máy (Tại nhà vận hành): Nhà quản lý sẽ theo dõi các thông số, tinhtrạng thiết bị và toàn bộ hoạt động của dây truyền sản xuất theo yêu cầu qua giao diệnmáy tính được kết nối trực tiếp với phòng điều khiển qua đó có thể nắm được tình hìnhsản xuất,tình trạng vật tư thiết bị, lên kế hoạch sản xuất,truyền tải,

+Giám sát từ xa (Tại trung tâm): Tại trung tâm của tổng công ty, nhà quản lý tại đây cóthể theo dõi, giám sát mọi họat động của nhà máy thông qua máy tính được kết nối từ

xa qua mạng Từ đó có kế hoạch sản xuất, điều độ, bán hàng và nhập hàng

Thiết bị của hệ thống SCADA:

Phần cứng:

Để xây dựng hệ thống SCADA cho nhà máy cần các phần cứng sau:

Máy tính công nghiệp(IPC)

Bộ tích hợp thiết bị (Kết nối và thu thập dữ liệu lên máy tính) hiết bị mạng (Switch,…)Phần mềm:

Phần mềm cho giám sát điều khiển:

Tạo ra giao diện hiển thị các thông số, điều khiển qua giao diện hiển thị, lưu trữ dữliệu vào cơ sở dữ liệu (Mỗi máy có1license và theo số điểm tích hợp điều

Đường truyền lease-line:

Là kênh thuê bao riêng của của bưu điện cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao bằng cácthiết bị đầu cuối bằng modem truyền thống, tốc độ tối đa cho phép 19.2 kb/s (của riêngnhà máy-private line)

Đường truyền cáp quang:

Dùng cáp quang để truyền dữ liệu từ nhà máy về trung tâm (có thể thuê của bưu điện hoặc

tự kéo cáp nếu khoảng cách gần) với khoảng cách xa, băng thông rộng, tin cậy, tốc độcao

Tại mỗi đầu phải có thiết bị chuyển đổi quang để kết nối với máy tính

Đường truyền ADSL:

Là đường truyền internet băng thông rộng,cho phép dữ liệu với tốc độ cao, dễ kết nối (Làmạng công cộng)

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ PLC VÀ PHẦN MỀM WINCC V163.1 Giới thiệu về PLC

PLC là từ viết tắt của Programmable Logic Controller (Tiếng Việt: Bộ điều khiểnLogic có thể lập trình được) Khác với các bộ điều khiển thông thường chỉ có mộtthuật toán điều khiển nhất định, PLC có khả năng thay đổi thuật toán điều khiển tùybiến do người sử dụng viết thông qua một ngôn ngữ lập trình Do vậy, nó chophép thực hiện linh hoạt tất cả các bài toán điều khiển

- Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất PLC như Siemens (Đức), Omron (Nhật Bản),Mitsubishi (Nhật Bản), Delta (Đài Loan)

- Ngôn ngữ lập trình phổ biến là LAD (Ladder logic - Dạng hình thang), FBD(Function Block Diagram - Khối chức năng), STL (Statement List - Liệt kê lệnh) vàLadder logic là ngôn ngữ lập trình PLC đang được ưa chuộng nhất

PLC dựa vào các tín hiệu ngõ vào và các thuật toán điều khiển bên trong do người lậptrình viết, nó sẽ xuất các tín hiệu ngõ ra để điều khiển các thiết bị khác

Ngày nay các hệ thống điều khiển hiện đại không thể thiếu PLC, nó được ứng dụngrộng rãi trong tất cả các lĩnh vực điện tự động hóa, phục vụ cho nhiều nghành, nhiềuloại máy móc như: cấp nước, xử lý nước thải, giám sát năng lượng, giám sát hệ thốngđiện, máy đóng gói, máy chế biến thực phẩm, dây chuyền băng tải…

3.2 Cấu trúc bên trong PLC

Hình 3.1 Cấu trúc bên trong PLC

Tất cả các PLC hiện nay đều gồm có thành phần chính như sau:

- Bộ nhớ chương trình RAM, ROM

- Một bộ vi xử lý trung tâm CPU, có vai trò xử lý các thuật toán

- Các modul vào /ra tín hiệu

3.3 Nguyên lý hoạt động của PLC

Các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi (như các sensor, contact, …) được đưa vào CPUthông qua module đầu vào Sau khi nhận được tín hiệu đầu vào thì CPU sẽ xử lý và

đưa các tín hiệu điều khiển qua module đầu ra xuất ra các thiết bị được điều khiển bênngoài theo 1 chương trình đã được lập trình sẵn.

Một chu kỳ bao gồm đọc tín hiệu đầu vào, thực hiện chương trình, truyền thông nội, tựkiểm tra lỗi, gửi cập nhật tín hiệu đầu ra được gọi là 1 chu kỳ quét hay 1 vòng quét(Scan Cycle)

Thường thì việc thực hiện một vòng quét xảy ra trong thời gian rất ngắn (từ 100ms) Thời gian thực hiện vòng quét này phụ thuộc vào tốc độ xử lý lệnh của PLC,

1ms-độ dài ngắn của chương trình, tốc 1ms-độ giao tiếp giữa PLC và thiết bị ngoại vi

3.4 Ưu điểm dụng PLC vào tự động hóa

- Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn

- Thực hiện được các thuật toán phức tạp và độ chính xác cao

- Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản và sửa chữa

- Cấu trúc PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu vào/ra, mởrộng chức năng khác

- Khả năng chống nhiễu tốt, hoàn toàn làm việc tin cậy trong môi trường côngnghiệp

- -Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: Máy tính, nốimạng truyền thông với các thiết bị khác

- Đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ chuyên môn cao

- Giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình

3.5 Phần cứng PLC s7-1200

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200

So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:

S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng

tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200

S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra(DI/DO)

Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển:

 Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC

 Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình

S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thong mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232.

Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình

là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal 11 của Siemens.

Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.

Hình 3.2 PLC S7-12000

- Board tín hiệu/truyền thông:1

- Module truyền thông: 3

- Bộ đếm tốc độ cao:

- Ngõ ra xuất xung tốc độ cao: 2

- Truyền thông: Ethernet

- Thời gian thực khi mất nguồn nuôi: 10 ngày

- Thực thi lệnh nhị phân: 0.1 micro giây/lệnh

3.6 Giới thiệu về Simatic Step 7 V16.0

Simatic Step 7 V11.0 basic hệ thống kỹ thuật đồng bộ đảm bảo hoạt động liên tục hoàn hảo

Một hệ thống kỹ thuật mới

Thông minh và trực quan cấu hình phần cứng kỹ thuật và cấu hình mạng, lập trình, chẩn đoán và nhiều hơn nữa

Lợi ích với người dùng:

- Trực quan: dễ dàng để tìm hiểu và dễ dàng để hoạt động

- Hiệu quả: tốc độ về kỹ thuật

- Chức năng bảo vệ: Kiến trúc phần mềm tạo thành một cơ sở ổn định cho sựđổi mới trong tương lai

3.7 Giới thiệu các tập lệnh

Bit logic

1) Tiếp điểm thường hở