LỜI CẢM ƠN Báo cáo Khóa Luận Tốt Nghiệp 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.
Trang 1LỜI CẢM ƠN
Báo cáo Khóa Luận Tốt Nghiệp là tiền đề nhằm trang bị cho sinh viên những kĩnăng nghiên cứu, những kiến thức cơ bản và quan trọng về chuyên ngành Điện CôngNghiệp nói chung và về lĩnh vực Tự Động Hóa - PLC nói riêng trước khi ra trường và
đi làm sau này
Đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô khoa Điện tử – Viễn thôngtrường Đại Học Sài Gòn, đặc biệt các thầy cô chuyên ngành Điện Công Nghiệp đã tậntình chỉ dạy và trang bị cho chúng em những kiến thức cần thiết trong suốt thời gianngồi trên giảng đường làm nền tảng cho việc thực hiện dự án của chúng em
Xin trân trọng cảm ơn thầy Trương Tấn, giảng viên hướng dẫn đã tận tình giúp đỡgiúp em giải 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
1
Trang 2NHẬN XÉT CỦA THẦY CÔ
Ngày tháng năm
GIẢNG VIÊN NHẬN XÉT
(Ký và ghi rõ họ tên)
Trang 5kỹ thuật cũng có những bước đột phá mới,đời sống nhân dân ngày càng được nângcao Cùng với xu thế công nghiệp hóa,hiện đại hóa ở nước ta cũng như các nước trênthế giới, các hệ thống tự động đã được đưa vào quá trình lao động sản xuất.Tuy nhiêncác hệ thống lưu kho ở nước ta vẫn chưađược áp dụng tự động hóa,vẫn còn sử dụnglao động tay chân.
Đồ án tốt nghiệp này là kết quả của sự vận dụng các kiến thức đã học và thực tế đểthiết kế lập trình cho hệ thống.Cũng nhờ đây mà người thực hiện có thể hiểu rõ hơnđược những gì đã họcởlý thuyết,mà chưa có dịp để ứng dụng vào thực tiễn Đề tài“Môhình lưu kho tự động ứng dụng PLC S7-1200”là cơ sở để người thực hiện thiết kếnhững hệ thống tự động thực tế sau này
Trong quá trình thực hiện đề tài này,do thời gian có hạn và chắc chắn không tránhkhỏi những thiếu sót, rất mong được sự quan tâm và đóng góp ý kiến của các thầy côgiáo để nhóm thực hiện bổ sung vào vốn kiến thức của mình
Để hoàn thành tốt đề tài này nhóm nghiên cứu xin gửi lời cảm ơn đến Trương Tấngiáo viên hướng dẫn đã chỉ bảo và hướng dẫn tận tình về đề tài đồ án tốt nghiệp đểchúng tôi có thể hoàn thành tốt đề tài“Mô hình lưu kho tự động ứng dụng PLC S7-1200”
5
Trang 6Chương 1: Tổng quan về đề tài
và lệnh tương ứng cho ra các điểm tập kết để được chuyển đến vị trí yêu cầu.Tất cảcác công đoạn được thực hiện với mức độ tự động hóa cao,loại bỏ việc có cần nhânlực điều khiển các công đoạn này hay không”
Từ nhận thức ban đầu hệ thống kho hàng tự động chỉ là kết hợp cơ giới hóa và điềukhiển tự độngởmột số công đoạn của quy trình nhập/lưu/xuất kho, ngày nay hệ thốngkho hàng tự động là sản phẩm của cơ điện tử (mechatronics)ởmức độ tự động hóa cao,phân phối hệ thống sản xuất thông minh Sự phát triển của kho hàng tự động là nhữngbước tiến quan trọng trên con đường tiến tới hệ thống sản xuất “Just in time”đáp ứngkịp thời nhu cầu biến động nhanh của thị trường quốc tế(“Just in time”là hệ thống sảnxuất trong đó các luồng nguyên vật liệu,hàng hoá và sản phẩm truyền vận trong quátrình sản xuất và phân phối được lập kế hoạch chi tiết từng bước sao cho quy trình tiếptheo có thể thực hiện ngay khi quy trình hiện thời chấm dứt)
Để đáp ứng nhu cấu rộng rãi của nhiều dạng hệ thống tự động hóa lưu kho và xuấtkho,trên thế giới đã có các công ty nghiên cứu chế tạo các hệ thống tự động hóa lưu
6
Trang 7kho và xuất kho cho các kho hàng,kho chứa bưu phẩm như Daifuku(Nhật),DematicCorp, FKI Logistex, Diomand Phoenix Westfalia Technologies, Bastian-BMH(Mỹ),Union Rack, Manufacturing Co Najing Zhongyang Racking(Trung Quốc)
Trong báo cáo tổng quan của Roodbergen,K.J và Vis.I.F.A,hiện nay có khoảnghơn 500 bài báo cáo khoa học chuyên sâu về hệ thống tự động hóa lưu/xuất kho đượccông bố
Hệ thống kho hàng tự động được ứng dụng và qua nhiều năm ứng dụng hệthống này đã trở thành một bộ phận quan trọng trong tổ chức sản xuất với quy mô lớnnhỏ khác nhauởnhiều lĩnh vực khác nhau:
Ở các nhà máy công nghiệp cần thay đổi kho hàng cho theo kịp đồng bộ với sựđổi mới có nhiều tiến bộ kỹ thuật hiện đại,nhất là lĩnh vực lưu kho và xuất hàng tựđộng
Ở các khu vực bốc xếp hàng hóa như các kho cảng, sân bay
Ở các siêu thị lớn,bưu điện chuyển phát nhanh,ngân hàng,thư viện lớn,các bãi
đỗ xe ôtô v.v
1.2 Nôi dung nghiên cứu
Nôi dung nghiên cứu đồ án tốt nghiệp của nhóm gồm có 5 chương:
Chương 1: Tổng quan đề tài
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆUSCADA
Chương 3: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM WINCC V16
Chương 4: THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG KHO HÀNG THÔNG MINH
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Nội dung nghiên cứu đề tài này sẽ giúp chúng ta có cái nhìn tổng quan nhất về môhình lưu kho tự động trên thực tế có cấu tạo và hoạt động như thế nào, cũng như vaitrò và ứng dụng của nó trong ngành công nghiệp hiện nay
Trên cơ sở đó có thể tính toán và thiết kế được mô hình hệ thống tự động lưu và xuấtkho cho đề tài, ứng dụng vào thực tế là phục vụ cho đối tượng kho thành phẩm côngnghiệp
1.3 Phương pháp thực hiện
1.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
7
Trang 8- Tìm hiểu qua sách vở,tài liệu trên các diễn đàn.
- Tìm hiểu về các bài toán,mô hình hóa giúp cho việc tính toán và chọn các trang thiết
1.3.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
- Nghiên cứu hệ thống lưu kho tự động trên thực tế hoặc các mô hình của đề tài trước
- Sử dụng phần mềm TIA Portal(SIMATIC STEP7&WinCC) làm công cụ để môphỏng hệ thống
- Sử dụng phần mềm Solidworks để thiết kế và mô phỏng hệ thống cơ khí
1.4 Giới hạn đề tài
Đối tượng nghiên cứu:
Bộ điều khiển trung tâm:PLC Siemens S7-1200
Phần mềm TIA Portal(SIMATIC STEP7&WinCC)
Các cơ cấu chấp hành:DC Step17PM-K142,bộ truyền động vitme đai ốc, cảm
biến tiệm cận, công tắc hành trình KW7-0CG
Các module:Driver TB-6600 điều khiển động cơ bước
Nguồn cấp điện cho hệ thống 24V
Phạm vi nghiên cứu:
Thiết kế cơ khí và hệ thống điều khiển
Xây dựng giải thuật và chương trình điều khiển
Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát trên Wincc cho hệ thống
Lập trình trên PLC điều khiển mô hình lưu kho tự động
Ứng dụng phần mềm WinCC để mô phỏng hệ thống
1.5 Dự kiến kết quả đạt được
Qua quá trình thực hiện nghiên cứu về đề tài này,nhóm dự kiến những kết
quả có thể đạt được như sau:
Phân tích,lựa chọn được phương án và giải pháp phù hợp cho hệ thống lưu kho
8
Trang 9Thiết kế được hệ thống tự động hóa nhập,lưu và xuất kho phù hợp với điều kiện thựctế.
Mô phỏng 3D được hoạt động của hệ thống lưu kho
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 tự độnghóa Kim tự tháp tự động hóa là một khái niệm được xuất bản trong ISA-95 và IEC62264-3, nhằm cố gắng mô tả cách các hệ thống khác nhau hoạt động tương hỗ cùngnhau Ở đỉnh kim tự tháp, bạn sẽ có tất cả các thông tin dữ liệu về hệ thống để xử lý vềmặt kinh doanh, lập kế hoạch và hậu cần Và ở dưới cùng, bạn có tất cả các hệ thống,
9
Trang 10thiết bị hiện trường hoạt động Hệ thống SCADA được đặt ngay giữa kim tự tháp tựđộng 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 Nhưngđồng 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 ScadaMột lần nữa, hệ thống SCADA là điểm gặp gỡ và kết nối giữa IT và OT Khái niệm
cơ bản thực sự của SCADA là về trao đổi thông tin và khả năng kiểm soát (giám sát vàđiều khiển) 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 phầnliên quan trong một hệ thống, máy móc hoặc thậm chí toàn bộ nhà máy Điều này cóthể dễ được hình dung với ví dụ: một P&ID (sơ đồ đường ống và các thiết bị đo đạc).Điều quan trọng nhất là người vận hành hiểu các phần khác nhau của hệ thốngSCADA và những gì họ cần làm 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 nhưnhững ngày sơ khai, một HMI thực sự chỉ là một loạt các nút nhấn và tín hiệu đèn điều
10
Trang 11khiển Nhưng bây giờ, với những hệ thống hiện đại, tân tiến; bạn sẽ thấy thường cómàn hình cảm ứng ở máy hoặc trong phòng điều khiển.
2.2 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống SCADA
Nói một cách đơn giản HMI là một phần của SCADA Bởi vì HMI chỉ là màn hìnhhoặc chính giao diện, SCADA là một ứng dụng hoặc toàn bộ hệ thống đằng sau tất cảcác màn hình đó Một hệ thống SCADA có thể có nhiều HMI để điều khiển và giámsát 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 chứa nhiềuthứ hơn là chỉ HMI Nó là toàn bộ cơ sở hạ tầng của các thiết bị có thể giao tiếp Ứngdụng SCADA thường chạy trên máy chủ Sau đó, những thiết bị khách như máy tính
để bàn và màn hình HMI kết nối với máy chủ để sử dụng giao diện và cơ sở dữ liệucủa 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 cảm biếnvới RTU và nó sẽ chuyển đổi tín hiệu, dữ liệu của chúng sang dữ liệu kỹ thuật số Dữliệu 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 thành phầntruyền 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
11
Trang 12Hiển thị các thông tin cần thiết về các quá trinh cũng như trạng thai của các thiết bị lênmàn 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 và đợiyêu 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 phầncứng 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 đại
12
Trang 13Cùng 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 trênmột phạm 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 đatín hiệu
Hệ thống cảnh báo và ghi nhận sự kiện
13
Trang 14Hỗ 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 nghiệp khác.Khả năng tích hợp tín hiệu video động
Khả năng đồng bộ về thời gian với hệ thống cũng như giữa các Server và Client
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
bị các 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 nhận biết dữliệu
Ngoài ra các VDU chạy trên môi trương Windown hay windown-X còn giúp điềuhanh viên có thể: Xem trên cùng một VDU nhiều mảng thông tin, và truy cập được các
dữ liệu 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
bị lấy 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 liệu
14
Trang 15cũng 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.
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 trongcác nhà máy hạt nhân và trong các ngành kỹ thuật hàng không vũ trụ và một số ngànhcông nghiệp công nghệ cao khác
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) Giám sát, Điều khiển và Thuthập dữ liệu
Khái niệm được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và các nhà máy hiện đại.Đốivới một 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 máymóc 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:
Trang 16Là cấp độ các kỹ sư điều khiển tự động sẽ giám sát,điều khiển các thông số,tìnhtrạng của các thiết bị và toàn bộ dây truyền sản xuất theo quy trình đã đặt ra bằng thaotác,theo dõi trên bảng thông số,màn hình hiển thị và điều khiển qua giao diện phầnmềm(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 dữ liệuvào cơ sở dữ liệu.(Mỗi máy có1license và theo số điểm tích hợp điều khiểnI/Opoint).Phần mềm giám sát,quản lý:
Hiển thị các thông số,lưu trữ các dữ liệu vào cơ sở dữ liệu(Giao diện có thể là webnavigator)
Trang 17Là kênh thuê bao riêng của của bưu điện cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao bằngcác thiết bị đầu cuối bằng modem truyền thống,tốc độ tối đa cho phép 19.2 kb/s.(củariêng nhà 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 điệnhoặc tự kéo cáp nếu khoảng cách gần)với khoảng cách xa,băng thông rộng,tin cậy,tốc
độ cao
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.(Là mạng công cộng)
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM
WINCC V16
3.1 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 ngườilập trình viết, nó sẽ xuất các tín hiệu ngõ ra để điều khiển các thiết bị khác
17
Trang 18Ngày 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…
3.1.1 Cấu trúc bên trong PLC
Hình 3.1 cấu trúc bên trong PLCTất 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
3.1.2 Nguyên lý hoạt động của PLC
Các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi (như các sensor, contact, …) được đưa vàoCPU thông 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 khiểnbên ngoài 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
3.1.3 Ưu điểm dụng PLC vào tự động hóa
18
Trang 19Ưu điểm:
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, nối mạng truyềnthông với các thiết bị khác
Nhược điểm:
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
3.1.4 Phần cứng PLC s7-1200
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm 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 soátnhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làmcho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200S7-1200 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 vàchương trình điều khiển:
Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLCTính 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 rabạn có thể dùng các module truyền thong mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232.19
Trang 20Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ ba ngônngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal 11của 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 3.1 PLC S7-12000Kích thước: 110 x 100 x 75
Board tín hiệu/truyền thông:1
Module truyền thông: 3
Bộ đếm tốc độ cao:
1 Pha 3 x 100KHZ/3 x 30KHZ
2 Pha 3 x 80KHZ/3 x 20KHZ
20
Trang 21Ngõ 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
3.1.5 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 sự đổi mớitrong tương lai
L Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu
vào của lệnh này bằng 1 và ngược lại A
Toán hạng n : Q, M, L, D
21
Trang 22Chỉ sử dụng một lệnh out cho 1 địa chỉ
4)Lệnh OUT đảo
L Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu
vào của lệnh này bằng 0 và ngược lại A
Toán hạng n : Q, M, L, D D
Chỉ sử dụng một lệnh out not cho 1 địa chỉ
Giá trị của các bit có địa chỉ là n sẽ bằng
1 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 Khi đầu vào của lệnh bằng 0 thì bit này vẫn giữ nguyên trạng thái.
Giá trị của các bit có địa chỉ là n sẽ bằng
0 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 Khi đầu vào của lệnh bằng 0 thì các bit này vẫn giữ nguyên trạng thái.
Toán hạng n: Q, M, L, D
8)Lệnh set nhiều bit
22
Trang 23đó số bit là giá trị của n Toán hạng OUT: Q, M, L, D
đó số bit là giá trị của n Toán hạng OUT: Q, M, L, D
11) Tiếp điểm phát hiện xung cạnh lên dạng 2
Thay đổi trạng thái tín hiệu phía trước không ảnh hưởng đến “IN”
L Phát hiện sự thay đổi trạng thái của 1 tín hiệu
“IN” từ 0 lên 1 A
23