BÁO CÁO CUỐI KỲ MÔN HỌC HỆ THỐNG SCADA THIẾT KẾ GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NƯỚC ÉP TRÁI CÂY TỰ ĐỘNG

hoa Điện Lớp DHDDTCK11Z TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ************ BÁO CÁO CUỐI KỲ MÔN HỌC HỆ THỐNG SCADA THIẾT KẾ GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG N[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

************

BÁO CÁO CUỐI KỲ MÔN HỌC: HỆ THỐNG SCADA

THIẾT KẾ GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN

HỆ THỐNG NƯỚC ÉP TRÁI CÂY TỰ ĐỘNG

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG SCADA VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƯỚC ÉP TRÁI CÂY 2

1.1 Hệ thống SCADA 2

1.1.1 Chức năng nhiệm vụ cơ bản của SCADA 2

1.1.2 Cấu trúc cơ bản của 1 hệ thống SCADA 2

1.1.3 Các ứng dụng của hệ thống SCADA 3

1.1.4 Mục đích ứng dụng SCADA vào sản xuất 3

1.2 Sơ lược về hệ thống chiết rót nước hoa quả 4

1.2.2 Quy trình vận hành 4

1.2.3 Lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống chiết rót nước trái cây 5

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC S7 – 1200 7

2.1 Giới thiệu chung về PLC S7-1200 7

2.1.1 Khái niệm plc s7-1200 7

2.1.2 Đấu đây 8

2.1.3 Sơ đồ mạch động lực 10

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM WINCC 10

3.1 Tổng quan về phần mềm WINCC 10

3.2 Tạo một giao diện mô phỏng WinCC trên phần mềm Tia Portal 12

CHƯƠNG 4 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT QUY TRÌNH NƯỚC ÉP TRÁI CÂY TỰ ĐỘNG TRÊN WINCC15 4.1 Lập trình chương trình điều khiển hệ thống chiết rót nước hoa quả tự động 15

4.1.1 Khai báo các biến và đối tượng điều khiển 15

4.1.2 Chương trình điều khiển hệ thống sản xuất nước ép trái cây trên Tia Portal 15 4.2 Mô phỏng hệ thống chiết rót nước hoa quả trên WINCC 30

KẾT LUẬN 31

TÀI LIỆU THAM KHẢO 32

LỜI NÓI ĐẦU

Như chúng ta đã biết sự phái triển của khoa học kỹ thuật qua từng thời kì lịch sử,

nó đã có những ảnh hưởng không nhỏ để thúc đẩy nên kinh tế phát triển, cụ thể làtrong các ngành sản xuất công nghiệp hiện đại Có thể nói rằng sự phát triển củaCông nghệ điện tử - tin học, được coi là một cuộc cách mạng công nghệ trên toàn thếgiới Ở nước ta, ngành kĩ thuật điện tử - tin học đã được ứng dụng vào lĩnh vực điềukhiển tự động, đặc biệt là điều khiển lập trình và hệ thống scada

Trên thế giới hiện nay người ta đã sản xuất ra những thiết bị có thể lập trình được

Đó chính là thiết bị điều khiển có lập trình Programable Logic Controlle viết tắt làPLC PLC có thể coi là một ứng dụng điển hình của mạch vi xử lí So với quá trìnhđiều khiển bằng mạch điện tử thông thường thì PLC có nhiều ưu điểm hơn hẳn, ví dụnhư: Kết nối mạch điện đơn giản, rút ngắn được thời gian lắp đặt công trình, dễ dàngthay đổi công nghệ nhờ việc thay đổi nội dung chương trình điều khiển, ứng dụngđiều khiển trong phạm vi rộng, độ tin cậy cao Sự ra đời của các thiết bị điều khiểnnày đã làm thay đổi năng suất lao động và chất lượng sản phẩm rõ rệt Vì vậy việc cảitiến và phát triển các thiết bị điều khiển luôn được quan tâm, để đáp ứng yêu cầu thaythế con người trong các môi trường độc hại, các yêu cầu về công nghệ mới đòi hỏi sựchính xác tuyệt đối

Trong quá trình học tập và làm việc tại trường, tìm hiểu các bộ điều khiển, em được

giao đề tài cuối kì với nội dung: “HỆ THỐNG GIÁM SÁT QUY TRÌNH SẢN

XUẤT NƯỚC ÉP TRÁI CÂY”.

Bản báo cáo này được hoàn thành với sự hướng dẫn trực tiếp và nhiệt tình củacác thầy cô giáo giúp đỡ em nhiệt tình, cùng với sự nỗ lực của bản thân Em đã hoànthành đề tài được giao

Do hạn chế về thời gian và kinh nghiệm thực tế không nhiều, nên bản báo cáonày không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy đểcho đề tài được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Tp.Hồ Chí Minh, ngày…tháng 6 năm 2022

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG SCADA VÀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT

NƯỚC ÉP TRÁI CÂY

1.1.1 Chức năng nhiệm vụ cơ bản của SCADA

1.1.1.1 Giới thiệu về SCADA

SCADA viết tắt của Supervisory Control And Data Acquisition,nghĩa là hệthống điều khiển và giám sát số liệu sản xuất

SCADA là công cụ tư động hóa công nghiệp, dùng kỹ thuật vi tinh PLC/RTU,

để trợ giúp việc điều hành kỹ thuât ở các cấp trực ban điều hành của sản xuất côngnghiệp: từ cấp phân xưởng, xí nghiêp,đến cấp cao nhất của công ty

1.1.1.2 Chức năng của SCADA

 Thu thập từ xa:thu thập qua đường truyền số liệu các số liệu sản xuất và tổ chức việc lưu dữ trong nhiều loại cơ sở số liệu

 Dùng các cơ sở dữ liệu đó để cung cấp dịch vụ về điều khiển dám sát sản xuất:

 Hiển thị báo cáo tổng kết về quá trình sản xuất

 Điều khiển từ xa quá trình sản xuất

 Thưc hiện các dịch vụ về truyền số liệu trong hệ thống và ra ngoài

1.1.1.3 Nhiệm vụ của SCADA

 Thu thập giám sát từ xa về đối tượng

 Điều khiển đóng cắt từ xa lên đối tượng

 Điều chỉnh tự động từ xa lên đối tượng

 Thông tin từ xa với đối tượng và các cấp quản lý

1.1.2 Cấu trúc cơ bản của 1 hệ thống SCADA

 Máy tính chủ SCADA là PC với microsoft 95, 98, NT

 Bus truyền tin là Multidrop tiêu chuẩn RS485,với các protocol truyền tin công nghiệp Master/slaver được chọn dùng nhiều nhất

 Thiết bị thu thập dữ liệu với PC

+ PLC dùng các transmitter analog 0:10v

Hình 1.1 Sơ đồ một hệ thống SCADA

1.1.3 Các ứng dụng của hệ thống SCADA

 Tăng khả năng điều khiển và xử lý của hệ thống

 Hệ thống vận hành nhanh hơn, chính xác hơn

 Bảo đảm an toàn cho người vận hành

 Bảo vệ tốt các thiết bị khi xảy ra lỗi trong hệ thống

 Tăng năng suất, độ tin cậy

 Tiết kiệm năng lượng

 Tốn ít chi phí vận hành hơn

1.1.4 Mục đích ứng dụng SCADA vào sản xuất

Nâng cao năng suất: nhờ quá trình phân tích các quy trình sản xuất, nhà quản

lý có thể dùng các thông tin này để gia tăng hiệu quả sản xuất và cải tiến kỹ thuật

Cải thiện chất lượng sản phẩm: cũng thông qua việc phân tích các hoạt động,

nhà quản lý có thể tìm cách hạn chế, ngăn chặn các sai sót trong quá trình sản xuất

Giảm chi phí vận hành và bảo trì: khi một hệ thống SCADA được lắp đặt,

doanh nghiệp sẽ không cần quá nhiều nhân sự cho việc quản lý giám sát các thiết bịhiện trường được đặt ở các vị trí xa Bên cạnh đó, doanh nghiệp cũng không phải chitrả cho các chuyến đi kiểm tra, bảo trì ở xa, thế nên, chi phí bảo trì cũng sẽ đượcgiảm bớt

1.2 Sơ lược về hệ thống sản xuất nước ép trái cây

1.2.1 Khái niêm

Hệ thống chiết rót hoa quả tự động là dây chuyền được lắp đặt, thiết kế hiện đại,đạt tiêu chuẩn cao đảm bảo dây chuyền hoạt động ổn định và nâng cao hiệu quả sảnxuất Thiết bị điều khiển PLC cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiểnthông qua một ngôn ngữ lập trình sẵn tạo điều kiện trong công tác quản lý sản xuất

và tiết kiệm nhân công

Với các loại nguyên liệu khác nhau như trái cây tươi, nước trái cây cô đặc, bộttrái cây… thông qua các phương pháp pha loãng, trích ly, nghiền, đồng hóa, khử khí,chiết rót… có thể chế biến thành nhiều loại nước ép trái cây mang nhiều hương vịkhác nhau

1.2.2 Quy trình vận hành hệ thống sản xuất nước ép

Bước 1: Trước khi được chế biến trái cây sẽ được đưa đến băng chuyền của bộ phận

rửa đồng thời khi đó máy bơm bơm 1 lượng nước phù hợp vào để rửa trái cây (nước

phải đảm bảo tiêu chuẩn của Bộ Y tế với độ cứng của nước không quá 2mg/ lít, với lượng Clo còn lại trong nước tráng là 3 – 5mg/ lít ).

Bước 2: nhằm hạn chế quá trình sinh hóa nhằm đảm bảo màu sắc cho các loại trái

cây nguyên liệu nên phải băng chuyền tiếp tục đưa trái cây đã được rữa đi qua hệthống máy sấy (chần nhiệt độ)

Bước 3 : Trái cây sẽ tiếp tục được đưa vào máy ép tiến hành quy trình chế biến và

tách bã

Bước 4: Nước ép sẽ truyền tới bồn khuấy trộn đồng thời sẽ bơm them nước và chất

phụ gia vào khi đó máy khuấy sẽ hoạt động và trộn đều tất cả nguyên liệu

Bước 5: Tất cả sản phẩm được trộn sẽ đưa tới bồn tiệt trùng UHT để được trải qua

phương pháp làm lạnh và diệt khuẩn nhanh chóng

Bước 7: Sau khi tiến hành sản xuất xong, nước ép hoa quả từ trong bể chứa sẽ được

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC S7 – 1200

2.1 Giới thiệu chung về PLC S7-1200

2.1.1 Khái niệm plc s7-1200.

PLC S7-1200 ( Promamable Logic Controller) là những kết hợp I/O và các lựachọn cấp nguồn, bao gồm 9 module các bộ cấp nguồn cả VAC – hoặc VDC - các bộnguồn với sự kết hợp I/O DC hoặc Relay Các module tín hiệu để mở rộng I/O và cácmodule giao tiếp dễ dàng kết nối với các mặt của bộ điều khiển Tất cả các phần cứngSimatic S7-1200 có thể được gắn trên DIN rail tiêu chuẩn hay trực tiếp trên bảngđiều khiển, giảm được không gian và chí phí lắp đặt

Các module tín hiệu có trong các model đầu vào, đầu ra và kết hợp loại 8, 16,

và 32 điểm hỗ trợ các tín hiệu I/O DC, relay và analog Bên cạnh đó, bảng tín hiệutiên tiến có trong I/O số 4 kênh hay I/O analog 1 kênh gắn đằng trước bộ điều khiểnS7- 1200 cho phép nâng cấp I/O mà không cần thêm không gian Thiết kế có thể mởrộng này giúp điều chỉnh các ứng dụng từ 10_I/O đến tối đa 284_I/O, với khả năngtương thích chương trình người sử dụng nhằm tránh phải lập trình lại khi chuyểnđổi sang một bộ điều khiển lớn hơn Các đặc điểm khác: bộ nhớ 50 KB với giới hạngiữa dữ liệu người sử dụng và dữ liệu chương trình, một đồng hồ thời gian thực, 16vòng lặp PID với khả năng điều chỉnh tự động, cho phép bộ điều khiển xác địnhthông số vòng lặp gần tối ưu cho hầu hết các ứng dụng điều khiển quá trình thôngdụng Simatic S7-1200 cũng có một cổng giao tiếp Ethernet 10/100Mbit tích hợp với

hỗ trợ giao thức Profinet cho lập trình, kết nối HMI /SCADA hay nối mạng PLCvới PLC

2.1.2 Đấu đây

Ở đây ta chọn CPU 1215C, để trình bày đấu dây tiêu biểu: Chúng ta có thể cungcấp nguồn 24VDC hay 85÷264VAC với tần số từ 47Hz÷63Hz cho PLC và các thông

số điện áp được thể hiện ở (hinh 2.4)

Hình 2.3: Sơ đồ đấu dây S7 -1200 / CPU 1215C.

Hình 2.4: Sơ đồ đấu dây biến tần với động cơ băng tải

Hình 2.4: Sơ đồ đấu dây với xi lanh để rót nước vào chai

2.1.3 Sơ đồ mạch động lực

Hình 3.3 Sơ đồ dây nối với các động cơ 1

Hình 3.4 Sơ đồ dây nối với các động cơ 2

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM WINCC

Phần mềm WinCC của Siemens là một phần mềm chuyên dụng để xây dựnggiao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) cũng như phục vụ việc xử lý

và lưu trữ dữ liệu trong một hệ thống SCADA (Supervisory Control And DataAquisition) thuộc chuyên ngành tự động hóa

WinCC là chữ viết tắt của Windows Control Center (Trung tâm điều khiển chạytrên nền Windows), nói cách khác, nó cung cấp các công cụ phần mềm để thiết lậpmột giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành của Microsoft như

Windows NT hay Windows 2000, XP, Vista 32bit (Not SP1) Trong dòng các sản phẩmthiết kế giao diện phục vụ cho vận hành và giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA(SCADA class) với những chức năng hữu hiệu cho việc điều khiển

WinCC kết hợp các bí quyết của Siemens, công ty hàng đầu trong tự động hóaquá trình, và năng lực của Microsoft, công ty hàng đầu trong việc phát trỉên phầnmềm cho PC Ngoài khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống có quy môlớn nhỏ khác nhau, WinCC còn có thể dễ dàng tích hợp với những ứng dụng có quy

mô toàn công ty như việc tích hợp với những hệ thống cấp cao như MES(Manufacturing Excution System - Hệ thống quản lý việc thực hiện sản suất) và ERP(Enterprise Resource Planning) WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ sở quy mô toàncầu nhờ hệ thống trợ giúp của Siemens có mặt khắp nơi trên thế giới Ở Việt Nam hệthống của Siemens được tài trợ đưa vào hệ đào tạo chính thức

Thông thường hiện nay có những phiên bản WinCC như sau:

 Hệ thống đồ họa (Graphich Designer): trình bày và nối quá trình bằng đồ họa.

 Soạn thảo hoạt động (Global Scrip): làm một dự án động cho những yêu cầu đặc biệt

 Hệ thống thông báo (Alarm Logging): những thông báo đầu ra và báo đã nhậnđược thông tin ở đầu ra

 Soạn thảo và lưu giữ những giá trị phép đo (Tag Logging)

 Soạn thảo những giá trị phép đo và cất giữ chúng trong thời hạn lâu dài

 Soạn thảo dữ liệu hướng người dùng và cất giữ chúng lâu dài

 Hệ thống báo cáo (Report Desgner): báo cáo những trạng thái hệ thống

Control Center làm cho ta có thể định hướng xuyên qua những ứng dụngWinCC và dữ liệu của nó với chỉ một ít thao tác Control Center thao tác tương tựgiống như Explorer trong Windows Trong WinCC bao gồm 2 cơ sở dữ liệu: mộtdành cho việc định dạng hệ thống CS (Configuration System), một dành cho việcchạy thời gian thực RT (Run time) khi chạy WinCC 2 cơ sở dữ liệu này luôn được tảivào và chạy song song với nhau

Hình 3.1: Cấu trúc của WinCC.

Phần mềm WinCC được tích hợp trên TIA PORTAL thuận tiện cho người dùnglập trình, cấu hình, tích hợp các thiết bị trong dải sản phẩm tích hợp tự động hóa toàn

diện của siemens Phần mềm Simatic WinCC V13 để cấu hình các màn hình HMI và chạy Scada trên máy tính.

3.2 Tạo một giao diện mô phỏng WinCC trên phần mềm Tia Portal.

- Bước 1: Sau khi lập trình cho PLC-S7 1200 xong - trên cửa sổ “Project tree”

click “ Add new device”- Chọn “PC systems” – “Wincc RT Professional” – enter

Bước 2: Khi xuất hiện cửa sổ mới trong cửa sổ “Hardware catalog” - chọn

“catalog”- chọn “communication module” – click “IE general” để lấy cổng kết nối ra

- Bước 4: Chọn “PC-system_1…” – “HMI_RT_1…” – “Screens” – “Add new

screen” Để tạo giao diện mô phỏng

- Bước 5 : Giao diện mô phỏng của hệ thống chiết rót nước hoa quả tự động.

Hình 3.9.Giao diện HMI đăng nhập

Hình 3.11.Giao diện trang cảnh báo

4.1.2 Chương trình điều khiển hệ thống sản xuất nước ép trái cây trên Tia Portal







CHƯƠNG 4 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT QUY TRÌNH NƯỚC ÉP TRÁI CÂY TỰ ĐỘNG TRÊN WINCC

4.1.1 Khai báo các biến và đối tượng điều khiển

4.1.2 Chương trình điều khiển hệ thống sản xuất nước ép trái cây trên Tia Portal

 Khối chính : Tạo các khối functions

 Network 4 : tạo nút nhấn on

 Network 5: Tạo nút nhấn off

 Network 6: Tạo nút nhấn khẩn cấp

 Network 7: Tạo nút reset

 Network 8: Chế độ auto

 Network 9: Chế độ bằng tay

 Network 10: Cảm biến max

 Network 11: van bồn nước

 Network 12: cảnh báo sự cố A

 Network 13: cảnh báo sự cố B

 Ở FUNCTIONS 2 (AUTO):

 Network 1: khở chạy auto

 Network 2: Máy bơm chạy 10s đầy bồn, sẽ dừng Sau đó 30s valve xả nước

mở để xả nước ra Sau 10s van xả nước sẽ đóng, bơm hoạt động lại

 Network 3: Khi cảm biến phát hiện chai thì băng tải dừng lại

 KHỐI FUNCTIONS 3 (MANUAL):

 Network 1,2: Máy bơm và xả

 Network 3,4,5: Máy sấy ,Máy ép ,Máy khuấy

 Network 6,7,8,9: Các biến giá trị của chương trình

 Khối FUNCTIONS FC1 ( SIMULATION)

 Network 1: Dùng timer để tăng giá trị các biến đếm

 Network 2: Dùng counter làm biến đếm và so sánh

 Network 3: Gán biến và so sánh

 Network 4,5 :

4.2 Mô phỏng hệ thống giám sát quy trình sản xuất nước ép quả trên WINCC

 Hệ thống khi chưa hoạt động.

 Hệ thống hoạt động chế độ auto.

KẾT LUẬN

Qua quá trình làm báo cáo được sự giúp đỡ của các thầy giảng dạy Đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo, cùng các bạn trong nhóm em đã hoàn thành các nội dung bài báo cáo Nội dung báo cáo chủ yếu là tìm hiểu công nghệ điều khiển hệ thống chiết rót nước hoa quả tự động thông qua các thiết bị điện và bộ lập trình điều khiển PLC simen S7-1200 để đáp ứng những yêu cầu công nghệ doanh nghiệp đặt ra.

Tuy bản thân có nhiều cố gắng nhưng do thời gian có hạn, điều kiện tài liệu khó khăn và khả năng có hạn nên không tránh khỏi sai sót, rất mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn.

Em xin chân thành cảm ơn!

Tp.Hồ Chí Minh, Ngày…tháng 6 năm 2022

Sinh viên thực hiện