Thiết kế bồn trộn dung dịch tự động plc s7 1200

MÔ PHỎNG BỒN TRỘN DUNG DỊCH TỰ ĐỘNG PLC S7 1200( chương trình thì ib qua link facebook :https:www.facebook.comprofile.php?id=100090415471439) nha Qua quá trình tìm hiểu và nghiên cứu, mặc dù gặp nhiều khó khăn trong việc nghiên cứu, làm quen và tìm hiểu đề tài. Nhưng nhóm thấy được tính khả thi là có và có thể thực hiện được đề tài với thời gian và điều kiện cho phép. Từ đó nhóm đã tiến hành thiết kế mô hình bồn trộn hóa chất như yêu cầu ban đầu đề ra, bên cạnh đó vẫn còn một số nhược điểm cần phải hoàn thiện để tối ưu hệ thống đưa vào phục vụ đời sống thường ngày sớm nhất có thể. Với hệ thống bồn trộn hóa chất, áp dụng thuật toán cài đặt mức dung dịch trộn, số lần trộn và có chế độ giám sát giúp người điều khiển biết được số lần trộn là bao nhiêu, số lượng mỗi mẽ trộn là bao nhiêu.

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN

- -KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Giảng viên hướng dẫn: ThS TRƯƠNG TẤN

Sinh viên thực hiện: Nguyễn An Khang - 3118490029

TP HCM ngày 29 tháng 05 năm 2022

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN

- -KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Giảng viên hướng dẫn: ThS TRƯƠNG TẤN

Sinh viên thực hiện: Nguyễn An Khang - 3118490029

TP HCM ngày 29 tháng 05 năm 2022

Báo cáo Khóa Luận Tốt Nghiệp là tiền đề nhằm trang bị cho sinh viên những kĩ năngnghiên cứu, những kiến thức cơ bản và quan trọng về chuyên ngành Điện Công Nghiệpnói chung và về lĩnh vực Tự Động Hóa - PLC nói riêng trước khi ra trường và đi làmsau 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 KỸ THUẬT ĐIỆN 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 đỡ giúp

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

Nguyễn An Khang

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ KLTN

Ngày tháng năm

GIẢNG VIÊN NHẬN XÉT

(Ký và ghi rõ họ tên)

là một trong những nguyên vật liệu chủ yếu trong ngành xây dựng Chủ yếu là sơn phủ

bề mặt nhằm bảo vệ bề mặt đối tượng đồng thời cũng là hình thức trang trí thẩmmỹ.Chính vì vậy,màu sắc của sơn là một trong những yếu tố được quan tâm hàng đầu

Đa số việc pha màu hiện nay trên thị trường đều được thực hiện trên phương pháp thủcông(theo kinh nghiệm).Chính vì vậy độ chính xác không cao,sản phẩm tạo ra khôngnhư mong muốn,tỷ lệ phế phẩm nhiều,năng suất thấp,lãng phí sức lao động,thờigian

Để loại bỏ những nhược điểm trên, cũng như để tạo ra những sản phẩm theo mongmuốn,chúng ta ứng dụng,đưa bộ điểu khiển lập trình PLC vào để thực hiện cụ thể làmột dây chuyền sản xuất tự động.Vì vậy em đã nhận đề tài“Hệ thống pha,trộn sơn tựđộng dùng PLC S7- 1200 nhằm tìm hiểu kỹ hơn về đây chuyền đó

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 mô

hình và mô phỏng bồn trộn dung dịch tự động trong công nghiệp dùng PLC S7 1200” 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 bồn trộn sơn tựđộng trong công nghiệp

Mục Lục

Chương 1: Tổng quan

1.1 Đặt vấn đề: 5

1.2 Nhiệm vụ đề tài 5

1.3 Đặc điểm, yêu cầu hệ thống SCADA hệ thống bồn trộn hóa chất 5

1.4 Mục tiêu nghiên cứu 5

1.5 Đối tượng nghiên cứu 5

1.6 Nội dung nghiên cứu 6

1.7 Sáng tạo mô hình 6

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

2.1 Giới thiệu về hệ thống Scada 7

2.1.1 Khái niệm Scada 7

2.1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống Scada 7

2.2 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống SCADA 7

2.2.1 MTU ( Master Terminal Unit) 8

2.2.2 RTU (Remote Terminal Unit) 8

2.2.3 Khối truyền thông 8

2.3 Hệ thống SCADA hiện đại 9

2.3.1 Cấu trúc hệ thống 9

2.3.2 Các đặc tinh chinh của hệ thống 9

2.3.3 Đặc điểm về giao tiếp giữa người và máy (HMI) 10

2.4 Các ứng dụng của hệ thống SCADA 10

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM WINCC V16

3.1 Giới thiệu về PLC s7 1200 13

3.1.1 Cấu trúc bên trong PLC 13

3.1.2 Nguyên lý hoạt động của PLC 13

3.1.3 Ưu điểm dụng PLC vào tự động hóa 14

3.1.4 Phần cứng PLC s7-1200 14

3.1.5 Giới thiệu về Simatic Step 7 V16.0 15

3.1.6 Giới thiệu các tập lệnh 16

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG BỒN TRỘN TRONG CÔNG

NGHIỆP

4.1 Cấu tạo mô hình hệ thống bồn trộn trong công nghệp 20

4.2 Các thiết bị trên mô hình 21

4.2.1 Nguồn biến đổi 220VAC-24VDC- Meanwell LRS 350-24 21

4.2.2 Relay OMRON 24VDC 23

4.2.3 Nút nhấn 23

4.2.4 Động cơ bơm nước 12V 24

4.2.5 Động cơ trộn dung dịch DC775 25

4.3 Xây dựng chương trinh điều khiển PLC 26

4.4.1 Thao tác thiết kế giao diện 33

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

5.1 Tổng kết đề tài 37

5.2 Hướng phát triển 37

Chương 1: Tổng quan1.1 Đặt vấn đề:

Hiện nay,đất nước ta bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hóa, để quátrình này phát triển nhanh chúng ta cần tập trung đầu tư vào các dây chuyền sản xuất

tự động hóa, nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất,nâng cao năng suất lao động và cho

ra sản phẩm có chất lượng cao.Một trong những phương án đầu tư vào tự động hóa làviệc ứng dụng PLC vào các dây chuyền sản xuất.Đối với những tính năng tiện ích của

hệ thống PLC nên hiện nay bộ điều khiển này đang được sử dụng rất nhiều trong cáclĩnh vực khác nhau.Một trong những ngành đang phát triển mạnh mẽ nhất hiện nay đó

là ngành xây dựng,và việc ứng dụng PLC vào trong ngành xây dựng là một việc làm

sẽ đem lại hiệu quả cao và rất phù hợp, đặc biệt là trong công đoạn pha chế hóa chất

1.3 Đặc điểm, yêu cầu hệ thống SCADA hệ thống bồn trộn hóa chất.

Hệ thống gồm có 4 động cơ DC 12V, 1 hệ thống 4 đèn báo và 4 role điều khiển động

cơ bồn trộn cũng như động cơ bơm

Hệ thống sẽ điều khiển 4 relay cho 3 động cơ bơm và một động cơ khuấy;

Hệ thống sẽ hoạt động theo 1 trong 2 chế độ:

- Chế độ tự động (Auto)

- Chế độ bằng tay (Manual)

1.4 Mục tiêu nghiên cứu

Sơn là một trong những nguyên vật liệu chủ yếu trong ngành xây dựng,chủ yếu là sơnphủ bề mặt nhằm bảo vệ bề mặt đối tượng sử dụng,đồng thời cũng là hình thức trang

trí thẩm mỹ,chính vì vậy màu sắc của sơn là một yếu tố được quan tâm hàng đầu Đa

số việc pha màu hiện nay trên thị trường đều được thực hiện trên phương pháp thủcông(tức theo kinh nghiệm).Chính vì vậy độ chính xác không cao,sản phẩm sản xuất

ra đôi khi không theo mong muốn,tỷ lệ phế phẩm nhiều,năng suất thấp,lãng phí sức laođộng,thời gian,Để loại bỏ những nhược điểm trên.Cũng như để tạo ra những sản phẩmtheo mong muốn,chỉ bằng một thao tác đơn giản,đưa bộ điều khiển lập trinh PLC vào

để thực hiện cụ thể là một dây chuyền sản xuất tự động

1.5 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là hê thống SCADA bồn trộn hóa chất gồm 3 bễ, nguyên lý hoạtđông của PLC, phần mềm WinCC, cách truyền dữ liêu giữa chúng Từ đó xây dựngchương trình điều khiển hê thống bằng PLC Siemens và phần mềm WinCC

1.6 Nội dung nghiên cứu

Khi thực hiên đề tài em đã tiến hành nghiên cứu sơ lược các nôi dung cơ bản của PLCS7-1200 và phần mềm WinCC, cụ thể gồm các nôi dung sau:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống bồn trộn hóa chất.

Chương 2: Tổng quan về hê thống điều khiển giám sát và thu nhập dữ liệu Scada Chương 3: Giới thiêu chung về PLC S7-1200 và phần mềm WinCC.

Chương 4: Thiết kế mô hình hệ thống.

Sau một thời gian tìm hiểu, thực hiên khóa luận tốt nghiệp “Thiết kế mô hình và mô

phỏng bồn trộn dung dịch tự động trong công nghiệp dùng PLC S7 1200” đã hoàn

thành được phần nào Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Trương Tấn đã chỉ bảo,

hướng dẫn tận tình, giúp đỡ em trong suốt quá trình làm khóa luận này

1.7 Sáng tạo mô hình

Hiện nay trên thị trường hệ thống bãi đỗ xe thông minh đang được đưa vào sử dụngrộng rãi ở các khu dân cư, cụm gia đinh, chung cư, khu phức hơp và các công ty Tuynhiên rất ít hệ thống áp dụng phương pháp giám sát hệ thống để biết được số lượng xe

có trong bãi, cũng như hiễn thị số lượng xe lên hệ thống

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

THẬP DỮ LIỆU SCADA2.1 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 SCADA

Nói 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 sau

tất 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 vớimáy chủ, nên bây giờ chúng ta có thể sử dụng SCADA để điều khiển và giám sát hoạtđộng của 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 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 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 đại

Cùng 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 bằng

Mouse, 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 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 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

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 cácnhà 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.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 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:

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 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)

Các phần mềm phụ trợ:

Kết nối mạng,kết nối PLC —IPC,

Mạng kết nối:

Các hình thức có thể sử dụng:

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 riêng nhàmáy-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 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.(Làmạng công cộng)

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM

WINCC V163.1 Giới thiệu về PLC s7 1200

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…

3.1.1 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 vào CPUthông qua module đầu vào Sau khi nhận được tín hiệu đầu vào thì CPU sẽ xử lý vàđưa 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

3.1.3 Ưu điểm dụng PLC vào tự động hóa

 Ưu 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, nốimạng truyền thông 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 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 soátnhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnhlàm 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 chươngtrình điều khiển:

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

 Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mìnhS7-1200 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 hoặcRS232

Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ bangôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIAPortal 11 của Siemens

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

- 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

- 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

3.1.5 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 sựđổi mới

trong tương lai

3.1.6 Giới thiệu các tập lệnh

Bit logic