Đồ án tốt nghiệp đại học: Sử dụng PLC S7-1200 để xây dựng hệ thống đo và giám sát các thông số từ nhà máy chế biến hạt điều

Đồ án tốt nghiệp đại học Sử dụng PLC S7-1200 để xây dựng hệ thống đo và giám sát các thông số từ nhà máy chế biến hạt điều được hoàn thành với mục tiêu là thiết kế tủ điện đo các thông số của nhà máy chế biến hạt điều: nhiệt độ, độ ẩm, áp suất và tốc độ động cơ của các phân xưởng sấy và tách vỏ trong nhà máy chế biến hạt điều; Thiết kế phần mềm giám sát và quản lý giữ liệu trên Websever.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-

ĐA/ KLTN ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

TÊN ĐỀ TÀI

SỬ DỤNG PLC S7-1200 ĐỂ XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐO VÀ GIÁM SÁT CÁC THÔNG SỐ TỪ NHÀ MÁY HẠT ĐIỀU

CBHD: TS PHẠM VĂN NAM Sinh viên: NGUYỄN ĐỨC THẮNG – 2017600245 ĐẶNG HƯNG THỊNH – 2017605189

VŨ MINH CÔNG - 2017604872 KIỀU THỊ THẢO - 2017605341

ĐỖ ĐỨC THẮNG – 2017605496

Hà Nội – Năm 2021

LỜI GIỚI THIỆU

Trong quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước Tự động hóa

là yếu tố không thể thiếu trong một nền công nghiệp hiện đại Nói đến tự động hóa thì máy tính là một công cụ hỗ trợ đắc lực nhất và không thể thiếu được trong rất nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong đo lường, điều khiển và giám sát

Việc ứng dụng máy tính vào kỹ thuật đo lường, điều khiển và giám sát

đã đem lại nhiều kết quả đầy tính ưu việt Các thiết bị, hệ thống đo lường, điều khiển và giám sát ghép nối với máy tính có độ chính xác cao, thời gian thu thập

dữ liệu ngắn Nhưng điều đáng quan tâm nhất là mức độ tự động hóa trong việc thu thập và xử lý kết quả đo, kể cả việc lập bảng thống kê, đồ họa, cũng như in

ra kết quả Vì vậy, tôi chọn đề tài “Sử dụng PLC S7-1200 để xây dựng hệ thống

đo và giám sát các thông số từ nhà máy chế biến hạt điều”

Đề tài của chúng tôi nghiên cứu về Web Server để giám sát hệ thống Đồng thời sử dụng mạng LAN thực thi ứng dụng thu thập dữ liệu của hệ thống

đo qua các cảm biến và PLC trong nhà máy sản xuất hạt điều Trong đó có một máy server kết nối với PLC giám sát trên giao diện WinCC, đồng thời có thể thu thập dữ liệu qua giao diện Website trên môi trường Internet

Trong quá trình làm đồ án mặc dù được sự hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn TS Phạm Văn Nam và các thành viên trong nhóm cũng đã cố gắng tham khảo tài liệu và tìm hiểu nhưng do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót Chúng tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp và nhận xét đánh giá quí báu của các thầy cô và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình và chu đáo của các thầy

cô trong khoa đặc biệt giáo viên hướng dẫn TS Phạm Văn Nam đã giúp đỡ nhóm rất nhiều để nhóm tôi hoàn thành được đồ án này

Xin chân thành cám ơn

MỤC LỤC

MỤC LỤC 3

DANH MỤC HÌNH VẼ 4

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 6

1.1 Tổng quan về đề tài và phương án thiết kế thi công 6

1.2 Sơ lược về hệ thống chế biến hạt điều 7

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TRUYỀN DỮ LIỆU 9

2.1 Phân tích tính toán và lựa chọn thiết bị 9

2.2 Tổng quan về Webserver 19

2.3 ODBC Data Sources 22

2.4 Mạng Xí nghiệp, mạng Công ty 24

2.5 SCADA – Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu 25

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 27

3.1 Thiết kế phần cứng 27

3.2 Tạo Project với TIAPortal V16.0 28

3.3 Thiết kế và cấu hình Webserver trên máy chủ 38

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THỰC HIỆN 48

4.1 Kết quả thi công phần cứng 48

4.2 Tóm tắt các kết quả lập trình 49

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

PHỤ LỤC 55

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1-1: Sơ đồ khối hệ thống 7

Hình 1-2: Máy xát vỏ hạt điều 8

Hình 1-3: Máy sấy hạt điều tự động 8

Hình 2-1: MCB LS 1P 9

Hình 2-2: Cầu chì 3A 10

Hình 2-3: Đấu dây PT100 12

Hình 2-4: Cảm biến nhiệt độ PT100 3 dây 12

Hình 2-5: Module cảm biến độ ẩm, nhiệt độ DHT21 13

Hình 2-6: Cảm biến độ ẩm PCE P18L 14

Hình 2-7: Cảm biến áp suất Autonics PSS-1V-R1/8 15

Hình 2-8: Cấu tạo của encoder 16

Hình 2-9: Encoder RT3806-AB-100N 16

Hình 2-10: Nguồn tổ ong 17

Hình 2-11: Sơ đồ mô tả hoạt động của website 21

Hình 2-12: Mô hình phân cấp mạng truyền thông công nghiệp 24

Hình 2-13: Sơ đồ hệ thống điều khiển giám sát 26

Hình 3-1: Sơ đồ khối phần cứng 27

Hình 3-2: Cài đặt giới hạn cảnh báo 37

Hình 3-3: Thời gian hoạt động 37

Hình 3-4: Giao diện làm việc với SQL Server 40

Hình 3-5: Mô hình MVC và các thành phần bên trong của MVC 40

Hình 3-6: Khung đăng nhập 42

Hình 3-7: Trang theo dõi xưởng sấy khô 43

Hình 3-8: Trang theo dõi xưởng tách vỏ 43

Hình 3-9: Tạo chu kì lưu dữ liệu ở Scheludes task 47

Hình 4-1: Giao diện đăng nhập WinCC 49

Hình 4-2: Giao diện giám sát tủ Sấy 50

Hình 4-3: Giao diện giám sát tủ Tách vỏ 50

Hình 4-4: Giao diện theo dõi thời gian hoạt động 50

Hình 4-5: Giao diện cài đặt giới hạn cảnh báo 51

Hình 4-6: Giao diện theo dõi cảnh báo 51

Hình 4-7: Giao diện Login web 51

Hình 4-8: Giao diện trang chủ web 52

Hình 4-9: Giao diện theo dõi xưởng sấy khô 52

Hình 4-10: Giao diện theo dõi xưởng Tách vỏ 53

Hình 4-11: Dữ liệu xuất ra file Excel 53

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan về đề tài và phương án thiết kế thi công

1.1.1 Yêu cầu của đề tài

Trong cuộc sống hiện tại, khoa học và kỹ thuật phát triển công nghiệp hóa hiện đại hóa từng bước leo thang Những công cụ tiên tiến ra đời giải quyết vấn đề lao động trí óc thay cho lao động chân tay Mục tiêu của khoa học kỹ thuật là làm sao để nâng cao được chất lượng hiệu suất của công việc và tiếp theo đó là công nghệ tự động hóa ra đời đáp ứng nhu cầu đó cho nên em đã

nghiên cứu đề tài: “Sử dụng PLC S7- 1200 để xây dựng hệ thống đo và giám sát các thông số từ nhà máy chế biến hạt điều” Các bộ điều khiển PLC làm

việc độc lập theo 1 chương trình lập sẵn sẽ điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu qua các thiết bị trường và thiết bị đo chuyển dữ liệu qua các giao tiếp mạng

để người dụng có thể truy cập trực tiếp điều khiển và kiểm tra một cách dễ dàng

Mục tiêu đề tài:

- Thiết kế tủ điện đo các thông số của nhà máy chế biến hạt điều: nhiệt

độ, độ ẩm, áp suất và tốc độ động cơ của các phân xưởng sấy và tách

vỏ trong nhà máy chế biến hạt điều

- Thiết kế phần mềm giám sát và quản lý giữ liệu trên Websever

1.1.2 Hướng thực hiện đề tài

Để thực hiện được đề tài chúng em sẽ thiết kế hệ thống với các tủ điện giám sát và đo nhiệt độ, độ ẩm, áp suất và tốc độ bằng các cảm biến nhiệt độ,

áp suất, độ ẩm và enconder để đo tốc độ động cơ Các thông số thu thập được

sẽ hiện thị lên màn hình HMI và giao diện website trên môi trường mạng để người quản lý có thể dễ dàng theo dõi, giám sát được toàn bộ hoạt động của hệ thống tại bất cứ đâu chỉ với 1 kết nối Internet

Sơ đồ khối của hệ thống

Hình 1-1: Sơ đồ khối hệ thống

1.2 Sơ lược về hệ thống chế biến hạt điều

Để có hạt điều thành phẩm, hạt điều đã trải qua quy trình sản xuất, chế biến qua nhiều công đoạn:

 Tập kết hạt điều

 Phơi khô hạt điều

Sau khi đã tiếp nhận hạt điều, xưởng sản xuất hạt điều sẽ tiến hành phơi nắng hạt điều đến khi đạt được độ ẩm dưới 11%

vỏ lụa bị gãy, vỡ, dao đâm Ngày nay công việc này được hỗ trợ bởi máy móc nên năng suất và chất lượng hạt điều cũng cao hơn Hạt điều bể, vỡ cũng giảm thiểu nhờ máy móc

Hình 1-2: Máy xát vỏ hạt điều

 Sấy hạt điều

Hình 1-3: Máy sấy hạt điều tự động

Khi sấy nhân điều, lớp vỏ lụa sẽ dần tách khỏi nhân điều và diệt tối đa các vi sinh vật có trong nhân điều thông qua sự gia nhiệt Thời gian sấy hạt điều dao động

từ 9 – 13 giờ đồng hồ Hạt điều sau khi sấy có thể chuyển ngay vào các thùng hoặc

được chuyển sang khâu bóc vỏ lụa nếu sản xuất hạt điều không vỏ lụa

 Phân loại và đóng gói hạt điều

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TRUYỀN DỮ LIỆU 2.1 Phân tích tính toán và lựa chọn thiết bị

2.1.1 Thiết bị bảo vệ aptomat (MCB)

 Thiết bị được chọn

Aptomat có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch trong hệ thống điện mà ở đây chúng ta thiết kế tủ điều khiển trong đó có các nguồn và dòng không quá lớn Theo chúng em, chúng ta nên chọn loại aptomat sau:

2.1.2 Thiết bị bảo vệ cầu chì (FS)

 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Thành phần không thể thiếu trong một cầu chì là một dây chì mắc nối tiếp với hai đầu dây dẫn trong mạch điện Vị trí lắp đặt cầu chì là ở sau nguồn điện tổng và trước các bộ phận của mạch điện, mạng điện cần được bảo vệ như các thiết bị điện,

Các thành phần còn lại bao gồm: hộp giữ cầu chì, các chấu mắc, nắp cầu chì, v.v được thay đổi tùy thuộc vào loại cầu chì cũng như mục đích thẩm mỹ

 Thiết bị được chọn: Thông số cầu chì 3A

Dòng định mức: 3A Điện áp định mức: 500V Dòng ngắt mạch: 100kA

- Các bộ kết nối dây của người dùng có thể tháo ra được

- Các led trạng thái thể hiện cho các trạng thái vào/ra

- Cổng kết nối profinet

PLC S7-1200 cung cấp một lượng lớn các module tín hiệu để mở rộng dung lượng của CPU Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác

rộng

Bảng chức năng chung của dòng S7-1200

So sánh cơ bản giữa điều khiển PLC với điều khiển thông thường

kế

Mất nhiều thời gian lập trình

Lập trình và lắp đặt đơn giản

Kém- Nếu

IC được hàn

Kém- Có nhiều mạch điện tử chuyên dùng

Tốt- Các module được tiêu chuẩn hóa

Với yêu cầu hệ thống chúng em chọn bộ điều khiển PLC S7-1200 CPU 1211C DC/DC/DC của hãng Siemens để thực hiện đề tài

Độ dài cảm biến đầu

Chiều dài dây cáp

2m

2.1.5 Cảm biến độ ẩm

và chuyển đổi các phát hiện của nó thành tín hiệu điện tương ứng

Hình 2-5: Module cảm biến độ ẩm, nhiệt độ DHT21

 Phân loại theo ứng dụng phổ biến nhất:

- Cảm biến độ ẩm đất

- Cảm biến độ ẩm không khí

 Nguyên lý hoạt động và sơ đồ đấu nối:

Cảm biến độ ẩm nhiệt được sử dụng để đo độ ẩm tuyệt đối Không giống như cảm biến RH, cảm biến độ ẩm nhiệt sử dụng hai đầu dò, một để đo nitơ khô và một để đo không khí của môi trường xung quanh Khi độ ẩm được thu thập trên đầu dò tiếp xúc, sự khác biệt về độ dẫn nhiệt được cảm biến cảm nhận

và AH được tính toán

‘

Cảm biến: là bộ phận nhận tín hiệu từ áp suất và truyền tín hiệu về khối

xử lý Tùy thuộc vào loại cảm biến mà nó chuyển từ tín hiệu cơ của áp suất sang dạng tín hiệu điện trở, điện dung, điện cảm, dòng điện … về khối xử lý

Khối xử lý: có chức năng nhận các tính hiệu từ khối cảm biến thực hiện các xử lý để chuyển đổi các tín hiệu đó sang dạng tín hiệu tiêu chuẩn trong lĩnh vực đo áp suất như tín hiệu ngõ ra điện áp 4 ~ 20 mA( tín hiệu thường được sử dụng nhất) , 0 ~ 5 VDC, 0 ~ 10 VDC, 1 ~ 5 VDC

 Nguyên lý hoạt động

Cảm biến áp suất có 3 loại hoạt động với ba nguyên lý khác nhau, cấu tạo khác nhau & dùng trong các môi trường khác nhau , ở đây chúng em giới thiệu một loại cảm biến áp suất với nguyên lý màng nằm bên trong cảm biến Loại này được dùng nhiều nhất trong công nghiệp

 Thiết bị được chọn

Chất lỏng áp dụng Khí Cổng áp suất 1/8 Loại kết nối Loại cáp Loại áp suất Áp suất tiêu chuẩn Dải áp suất định

mức

0 đến 1,000kPa

Nguồn cấp 12-24 VDC Dòng tiêu thụ Max 15mA

Cấu trúc bảo vệ IP40

Hình 2-7: Cảm biến áp suất Autonics PSS-1V-R1/8

2.1.7 Enconder

 Cấu tạo của enconder

Encoder cấu tạo chính gồm:

- Đĩa quang tròn có rảnh nhỏ quay quanh trục: Trên đĩa được đục lỗ (rãnh), khi đĩa này quay và chiếu đèn led lên trên mặt đĩa thì sẽ có sự ngắt quãng xảy ra Các rãnh trên đĩa chia vòng tròn 360o thành các góc bằng nhau Và một đĩa có thể có nhiều dãy rãnh tính từ tâm tròn

- Bộ cảm biến thu (photosensor)

- Nguồn sáng (Light source)

Hình 2-8: Cấu tạo của encoder

 Nguyên lý hoạt động của enconder

Số xung Encoder được quy ước là số lần ánh sáng chiếu qua khe Ví

dụ trên đĩa chỉ có 100 khe thì cứ 1 vòng quay, encoder đếm được 100 tín hiệu

 Thiết bị được chọn

Đường kính ngoài trục

Ø6mm

Tần số đáp ứng tối đa

300kHz

Độ phân giải 100 xung/vòng

Số pha tín hiệu

2 pha A và B

Nguồn cấp 5-24VDC Loại kết nối Loại cáp trục Cấu trúc bảo

vệ

IP50

Hình 2-9: Encoder RT3806-AB-100N

2.1.8 Nguồn cấp cho bộ điều khiển và cảm biên

Ở đây chúng em đang sử dụng bộ điều khiển PLC S7-1200 và các con cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, áp suất và enconder đều sử dụng nguồn cấp 24 VDC

Nên ở đây chúng em sẽ chọn và sử dụng nguồn tổ ong 24V 5A

Hình 2-10: Nguồn tổ ong

2.1.9 Máy chủ

IPC (Industrial PC – industrial computer) được dịch sang nghĩa tiếng việt

là “máy tính công nghiệp” Máy tính công nghiệp là hệ thống máy tính chuyên dụng, được dùng trong vận hành công nghiệp đặc biệt ở những nhà máy, phân xưởng với áp suất không đồng đều Máy tính sẽ vận hành với công suất liên tục 24/7 để đảm bảo hệ thống máy móc luôn được vận hành liên tục tùy theo nhu cầu của các nhà tích hợp Máy tính công nghiệp được chế tạo để có thể chịu được những môi trường khắc nghiệt (không thân thiện với máy tính), chẳng hạn như môi trường nhiệt độ cao, các điều kiện môi trường bẩn, bụi và thậm chí là

ẩm ướt, rung động mạnh, nguồn điện không ổn định

Phần mềm WinCC của Siemens là một phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao 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 Data Aquisition) thuộc chuyên ngành tự động hóa Cấu hình khuyến nghị nghị hệ thống chạy WinCC

HARDWARE

/ SOFTWARE

REQUIREMENT

Processor Intel® Core™ i5-6440EQ (up to 3.4 GHz)

Operating

system

Windows 10 (64-bit)

2.2 Tổng quan về Webserver

2.2.1 Giới thiệu Webserver

 Web Server là máy chủ lưu trữ

Web Server (máy chủ web) là máy tính có dung lượng lớn và tốc độ rất cao để có thể lưu trữ và vận hành tốt kho dữ liệu trên internet, Mỗi máy chủ có một IP riêng và có thể đọc đa dạng ngôn ngữ như HTML, CSS, JAVASCRIPT,… được dùng để lưu trữ thông tin như một ngân hàng dữ liệu, chứa những website đã được thiết kế cùng với những thông tin liên quan khác

 WebPage là trang Web

WebPage (trang web) có một địa chỉ duy nhất là URL (viết tắt của từ Uniform Resource Locator) Khi người dùng sử dụng máy tính (máy khách) nhập URL của website vào trình duyệt web (VD: sv.dhcnhn.vn) Máy khách sẽ gửi yêu cầu truy cập đến IP của Web server sẽ nhận được yêu cầu về việc xem nội dung trang web thông qua qua giao thức HTTP – giao thức được thiết kế

để gửi các file đến trình duyệt web và các giao thức khác Web server sẽ sẽ gửi nội dung web (text, hình ảnh, video,…) đến máy khách thông qua đường truyền Internet

 Website là tập hợp các trang Web

Xét ở mức độ cơ bản nhất, toàn bộ các website cần một chương trình máy tính, phân phối các trang web khi có yêu cầu từ người dùng Chiếc máy tính chạy chương trình này là Web Server

=> Một Web Server có thể chứa nhiều Website, một Web Site có thể chứa nhiều Web Page

Máy chủ Web – Web Server phải hoạt động liên tục 24/24 giờ, 7 ngày một tuần và 365 ngày một năm, để phục vụ cho việc cung cấp thông tin trực tuyến Vị trí đặt server đóng vai trò quan trọng trong chất lượng và tốc độ lưu chuyển thông tin từ server và máy tính truy cập

2.2.2 Vai trò của Webserver trong số hóa nhà máy, xí nghiệp

Trong bối cảnh cuộc cách mạng 4.0 trên toàn cầu, đất nước ta đang chuyển mình với nhiều lĩnh vực được số hóa, thì việc ứng dụng Webserver trong điều khiển, giám sát các nhà máy, xí nghiệp, các hệ thống sản xuất qua Internet đã thể hiện được tầm quan trọng và xu hướng tất yếu của tương lai Với các ưu điểm nổi bật như:

 Truy cập từ xa thông qua Internet

 Cấp quản lý có thể quản lý dễ dàng, tường minh về hoạt động sản xuất của công ty từ việc thu thập và truy xuất dữ liệu từ xa và tập chung

2.2.3 Truy cập và kết hợp hệ quản trị cơ sở dữ liệu

Hệ quản trị cơ sở dữ liệu là một khái niệm trong lĩnh vực công nghệ

thông tin Đây là thuật ngữ được dùng để chỉ các chương trình, phần mềm có tác dụng lưu trữ dữ liệu mà vẫn đảm bảo được các tính chất của cấu trúc trong

cơ sở dữ liệu Bên cạnh đó, hệ quản trị cơ sở dữ liệu cũng cung cấp cho người

sử dụng nhiều tính năng hữu ích để hỗ trợ quá trình đọc, thêm, xóa, sửa dữ liệu trên cơ sở dữ liệu

MS SQL Server là một hệ quản trị

cơ sở dữ liệu được sử dụng rất phổ biến

Hệ quản trị này được nghiên cứu và phát

triển bởi Microsoft Inc

SQL Server được tối ưu để có thể

chạy trên môi trường cơ sở dữ liệu rất lớn

(Very Large Database Environment) lên

đến Tera-Byte (TB) và có thể phục vụ cùng

lúc cho hàng ngàn User SQL Server được

cấu tạo bởi nhiều thành phần như Database

Engine, Reporting Services, Notification

Services, Integration Services, Full Text Search Service… Các thành phần này

khi phối hợp với nhau tạo thành một giải pháp hoàn chỉnh giúp cho việc lưu trữ

và phân tích dữ liệu một cách dễ dàng

 Database Engine

– Cái lõi của SQL Server:

Ðây là một engine có khả năng chứa data ở các quy mô khác nhau dưới dạng bảng (Table) và support tất cả các kiểu kết nối (data connection) thông dụng của Microsoft như:

ActiveX Data Objects (ADO), OLE DB, and Open Database Connectivity (ODBC)

2.2.4 Website hoạt động như thế nào?

Sơ đồ dưới đây mô tả hoạt động của trang web Giám sát nhà máy hạt điều Online theo trình tự đã đánh số (xem như website được cài đặt trên một máy chủ riêng (Webserver))

Hình 2-11: Sơ đồ mô tả hoạt động của website

1) Đầu tiên người dùng nhập vào trình duyệt (vd: Google Chrome) một địa chỉ có dạng: https://hocban.vn, thực ra chỉ cần gõ “hocban.vn”

là trình duyệt sẽ tự hiểu và đổi thành đường dẫn ở trên

2) Trình duyệt gửi yêu cầu đến máy chủ DNS

3) Hệ thống DNS trả kết quả phân tích tên miền trong đường dẫn đã gửi

là hocban.vn, nó có địa chỉ máy chủ (Server) là 210.211.113.135 (cái này lúc đăng ký người ta đã gán sẵn, máy chủ DNS chỉ cần nhớ thôi)

4) Sau khi nhận được địa chỉ IP Server, trình duyệt sẽ tìm đến địa chỉ IP đã nhận – tức máy chủ chứa nội dung website

5) Máy chủ web nhận được yêu cầu truy xuất nội dung các giá trị cảm biến nhiệt độ, áp suất, độ ẩm và nó gửi một tập hợp các file bao gồm data truy vấn từ database, Html, css , các tập tin đa phương tiện khác như âm thanh, hình ảnh (nếu có) cho trình duyệt

6) Trình duyệt render các file mà máy chủ đã gửi thành các bảng biểu chứa

dữ liệu mà chúng ta nhìn thấy trên màn hình (Web Page)

2.3 ODBC Data Sources

ODBC (viết tắt của Open Database Connectivity - kết nối cơ sở dữ liệu mở) cung cấp một phương pháp API phần mềm chuẩn cho việc sử dụng các hệ quản trị cơ sở dữ liệu (DBMS) Mục đích của các nhà thiết kế ODBC là làm cho công việc trên độc lập với các ngôn ngữ lập trình, các hệ cơ sở dữ liệu,

và hệ điều hành

Mở ở đây là ám chỉ khả năng kết nối được mọi cơ sở dữ liệu Mục đích

của ODBC là cung cấp cho các trình ứng dụng khả năng truy xuất dữ liệu bất

kì mà không phải quan tâm đến việc hiện tại dữ liệu đang được quản lý bởi hệ quản trị cơ sở dữ liệu nào ODBC làm được việc này bằng cách chèn một lớp trung gian vào giữa trình ứng dụng và hệ quản trị cơ sở dữ liệu Lớp trung gian

đó được gọi là một database driver (trình điều vận cơ sở dữ liệu) Mục đích của lớp trung gian này là chuyển đổi những câu truy vấn của trình ứng dụng thành những lệnh mà hệ quản trị cơ sở dữ liệu hiểu Để làm được việc này thì cả hai trình ứng dụng và hệ quản trị cơ sở dữ liệu phải hiểu biết ODBC, tức là trình ứng dụng phải có khả năng tạo ra những lệnh ODBC và hệ quản trị cơ sở dữ liệu phải có khả năng đáp lại những lệnh đó

Nguồn dữ liệu là nguồn dữ liệu kết hợp với thông tin kết nối cần để truy nhập vào dữ liệu đó

Ví dụ về nguồn dữ liệu là SQL Server, bảng tính và tệp văn bản

Ví dụ về thông tin kết nối bao gồm vị trí máy chủ, tên cơ sở dữ liệu, ID đăng nhập, mật khẩu và nhiều tùy chọn trình điều khiển ODBC khác nhau mô

tả cách thức kết nối với nguồn dữ liệu Có thể có được thông tin này từ người quản trị cơ sở dữ liệu SQL Management Studio

Trong kiến trúc ODBC, một ứng dụng như WinCC Runtime kết nối với

Bộ quản lý Trình điều khiển ODBC, lần lượt sử dụng trình điều khiển ODBC

cụ thể (ví dụ: trình điều khiển Microsoft SQL ODBC) để kết nối với nguồn dữ liệu Trong Wincc Runtime, bạn sử dụng nguồn dữ liệu ODBC để kết nối với nguồn dữ liệu bên ngoài Wincc Runtime không có trình điều khiển tích hợp sẵn

Để kết nối WinCC với hệ quản trị CSDL SQL Server, ta cần tạo kết nối ODBC là lớp trung gian giữa 2 bên để WinCC có thể truyền, nhận dữ liệu, các giá trị của cảm biến vào hệ quản trị cơ sở dữ liệu SQL Server

Xác định tên nguồn dữ liệu (DSN) bằng ODBC Data Sources để lưu trữ thông tin kết nối trong sổ đăng ký Microsoft Windows hay tệp DSN hoặc chuỗi kết nối trong mã Visual Basic (VBScrip) để truyền thông tin kết nối trực tiếp đến Bộ quản lý Trình điều khiển ODBC

2.4 Mạng Xí nghiệp, mạng Công ty

* Mạng Xí nghiệp:

Mạng xí nghiệp thực ra là một mạng LAN bình thường, có chức năng kết nối các máy tính văn phòng thuộc cấp điều hành sản xuất với cấp điều khiến giám sát

Thông tin được đưa lên trên bao gồm trạng thái làm việc của các quá trình kỹ thuật, hệ thống điều khiển tự động, số liệu tính toán Thông tin theo chiều ngược lại là các thông số thiết kế, công thức điều khiển và mệnh lệnh điều hành

Hình 2-12: Mô hình phân cấp mạng truyền thông công nghiệp

Thông tin cũng được trao đối mạnh theo chiều ngang giữa các máy tính thuộc cấp điều hành sản xuất, vi dụ hố trợ kiểu làm việc theo nhóm, cộng tác trong dự án, sử dụng chung các tài nguyên nổi mạng (máy in, máy chủ )

+ Mạng xí nghiệp không yêu cầu nghiêm ngặt về tính năng thời gian thực

+ Việc trao đổi dữ liệu thường diễn ra không định kỳ, nhưng có khi với

số lượng lớn tới hàng Mbyte

+Hai loại mạng được dùng phổ biến cho mục đích này là Ethernet và Token-Ring, trên cơ sở các glao thức chuẩn như TCP/AP và IPX/SPX

Chức năng của mạng công ty là kết nối các máy tính văn phòng của các

xí nghiệp, cung cấp các dịch vụ trao đổi thông tin nội bộ và với các khách hàng như thư viện điện tử, thư điện tử, hình ảnh, cung cấp dịch vụ truy cập Internet

Hình thức tố chức ghép nối mạng, cũng như các công nghệ được áp dụng rất đa dạng, tùy thuộc vào đầu tư của công ty

Trong nhiều trường hợp, mạng công ty và mạng xí nghiệp được thực hiện bằng một hệ thống mạng duy nhất về mặt vật lý, nhưng chia thành nhiều phạm

vi và nhóm mạng làm việc riêng biệt

2.5 SCADA – Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ điều

khiển giám sát và thu thập dữ liệu Là hệ thống hỗ trợ con người trong việc giám sát điều khiển từ xa ở cấp cao hơn hệ điều khiển tự động thông thường

Là một hệ thống phần mềm và phần cứng cho phép các tổ chức công nghiệp:

 Kiểm soát các quy tình công nghiệp tại chỗ hoặc từ xa

 Theo dõi, thu thập và xử lý dữ liệu thời gian thực

 Tương tác trực tiếp với các thiết bị như cảm biến, van, máy bơm, động

cơ và hơn thế nữa thông qua các phần mềm giao diện người – máy (HMI)

 Ghi lại sự kiện vào tệp nhật ký (log file)

Trạm chủ có vai trò rất quan trọng trong hệ thống SCADA, nó có thể được mô

bị thu phát Radio

Trạm chủ có các chức năng :

+ Thu thập dữ liệu từ các RTU và các trạm con.

+ Điều khiển các thiết bị trường thông qua các trạm vận hành

Hình 2-13: Sơ đồ hệ thống điều khiển giám sát

Các máy tính điều khiển cục bộ thường được đặt rải rác tại các phòng điều khiển của từng phân đoạn trong phần lớn các trường hợp, các máy tính điều khiển được nối mạng với nhau và với một hoặc nhiều máy tính giám sát thông qua bus hệ thống giải pháp này dẫn đến các hệ thống có cấu trúc điều khiển phân tán

- Các cảm biến và cơ cấu chấp hành được ghép nối với máy tính điều khiển bằng cách sử dụng bus trường để thực hiện cấu trúc vào ra phân tán Khi

đó máy tính điều khiển có thể đặt tại phòng điều khiển trung tâm hoặc phòng điều khiển cục bộ

- Cấu trúc điều khiển phân tán với vào ra phân tán tạo độ tin cậy cao, tính năng mở và độ linh hoạt cao, tiết kiệm kinh phí hơn

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Thiết kế phần cứng

3.1.1 Bản thiết kế tủ điện

 Xem ở phần phụ lục ở phần cuối đồ án

 Yêu cầu công nghệ: Sử dụng 2 PLC để thu thập các thông số từ 2

xưởng Sấy và Tách vỏ, chuyển về máy chủ WinCC đặt tại phòng

điều khiển

PLC 1 – Giám sát máy sấy:

- Đo nhiệt độ và độ ẩm bằng các cảm biến đã chọn ở chương 2

- Tính thời gian sấy : Timer 1 (giờ) - tính thời gian máy sấy chạy Timer 2 (giờ) – tính thời gian máy sấy chạy và

nhiệt độ buồng sấy lớn hơn 55 độ C

PLC 2 – Giám sát máy tách vỏ:

- Đo áp suất, tốc độ động cơ bằng các thiết đã chọn ở chương 2

- Tính thời gian máy tách vỏ chạy (Timer (giờ))

WinCC : hiển thị các giá trị đo được, hiển thị cảnh báo khi các thông số lớn hơn giá trị “giới hạn cảnh báo”, có thể cài đặt “giới hạn cảnh báo” ở màn hình giám sát

Sơ đồ khối:

Hình 3-1: Sơ đồ khối phần cứng

Bảng tín hiệu vào/ra:

STT Tên thiết bị Số lượng Địa chỉ Ghi chú

2.3 Tín hiệu ON/OFF 1 I0.0 Từ máy Tách vỏ

3.2 Tạo Project với TIAPortal V16.0

3.2.1 Lập trình S7-1200

a) Tủ Sấy ( Đo nhiệt độ, độ ẩm ) – PLC 1

Đo nhiệt độ : cảm biến PT100 có đầu vào 0-10V

Thiết lập phần cứng PLC như sau:

Bật chế độ hoạt động 2 kênh analog trên PLC: địa chỉ vùng nhớ kênh 0

là IW64 và kênh 1 là IW66

Sau khi bật xong Để đo được nhiệt độ ta sử dụng hàm NORM_X & SCALE_X

Tương tự như vậy ta cũng có khối đo áp suất và độ ẩm:

Sau bước này, ta đã chuyển đổi thành công các giá trị điện áp của cảm biến đưa về thành các giá trị Nhiệt độ, độ ẩm, áp suất là số thực được lưu trong các biến trong PLC

Thời gian hoạt động được tính từ lúc khỏi động đến khi dừng (Time1)

Sử dụng 1 timer on-delay để tính thời gian

Thời gian Timer2 tính từ khi máy sấy hoạt động và nhiệt độ sấy lớn hơn

55 độ C Sử dụng Timer On-delay

b) Tủ Tách vỏ (Encoder, áp suất) – PLC 2

Đo tốc độ máy tách vỏ ta dùng Encoder RT3806-AB-100N

PLC S7 1200 CPU 1211C hỗ trợ tới 6 kênh HSC Bật tính năng HSC của PLC

 Chọn kiểu đếm (Type of counting): Tần số (Frequency)

 Số pha đếm (Operating phase): 2 pha (A/B counter)

 Chu kì lấy mẫu (T): 1 giây

 Đầu vào (input) : I0.4 cho phase A, I0.5 cho phase B

 Địa chỉ vùng nhớ bộ đếm: ID1008

Chọn hàm đếm xung tốc độ cao: CTRL_HSC

Trong đó:

EN: cho phép khối chạy

HSC: nhận diện HSC

DIR: Đảo hướng

CV: yêu cầu giá trị truy cập mới

Địa chỉ giá trị lưu biến đến

Vì ta chọn đếm tần số nên cần chuyển đổi từ số xung/giây sang số vòng/phút theo công thức:

V = 𝐴 ×60

𝑇 × 𝑛 = 𝐼𝐷1008 ×60

1 ×100 (v/p) Trong đó: A là số xung đếm được trong 1 chu kỳ

T (s) là chu kỳ lấy mẫu xung

n (xung/vòng) là độ phân giải của encoder

Sử dụng lệnh MUL và DIV để thực hiện phép toán

Thời gian hoạt động: tính khoảng thời gian máy chạy Sử dụng Timer On-delay tương tự như ở tủ Sấy

Sounce Code đính kèm phụ lục

3.2.2 Kết nối PLC S7-1200 Siemens với WinCC Profressional

 Khởi tạo WinCC Profressional

Kết nối 2 PLC với WinCC bằng kết nối Profinet

Kết nối các tag từ 2 PLC đến HMI tags để sử dụng trong thiết kế giao diện WinCC

3.2.3 Thiết kế giao diện WinCC Professional

Tạo các màn hình làm việc (Screen) bao gồm:

 “Trang chủ”: Đăng nhập và điều hướng

 “Tủ Sấy”: Theo dõi tủ Sấy

 “Tủ Tách vỏ”: Theo dõi tủ Tách vỏ

 “Time”: Theo dõi thời gian hoạt động với các chế độ hoạt động

 “Cài đặt”: Cài đặt các thông số về giới hạn cảnh báo nhiệt độ, độ

ẩm, áp suất, tốc độ

 “Alarms”: Theo dõi các cảnh báo thời gian thực

a) Screen Home

Đây là màn hình đăng nhập vào hệ thống

Phân quyền cho người dùng: Thiết lập quyền truy cập vào hệ thống Thiết lập tài khoản đăng nhập & mật khẩu

Với quyền “admin” sẽ toàn quyền truy cập và điêu khiển hệ thống: Với quyền “operater” sẽ chỉ truy cập vào được thao tác

Bảng điều hướng các trang gồm các nút nhấn để chuyển hướng đến các trang “Trang chủ’, “Tủ Sấy”, “Tủ Tách vỏ”, “Time”, “Cài đặt”, “Alarms”

Để chuyển được màn hình sang Trang “Tủ Tách Vỏ” ta gán sự kiện kích hoạt màn hình (Screen) “tu_tach” cho button “Tủ Tách Vỏ” theo đường dẫn: properties/events/click/activatescreen/tu_tach

Tương tự với các button còn lại

 Để hiển thị được nhiệt độ, độ ẩm

Chọn elements/ kéo I/O field

 Button “>>”: chuyển sang màn hình screen 1 theo dõi sự biến đổi thông số theo thời gian.

 Screen1: Hiển thị số liệu nhiệt độ và độ ẩm theo thời gian cài đặt Control/table view

Cấu hình cho tableview

Thay đổi hàng ngang của bảng: properties/value colums/add news

 Gắn tag logging( lưu trữ):

c) Screen Tủ Tách vỏ

 Bảng điều khiển: Tương tự như màn hình “Tủ Sấy”, ta thực hiện: Dùng nút “Đồ thị” - kích hoạt đồ thị theo dõi áp suất và tốc độ động

cơ theo thời gian thực

Dùng các I/O field để hiện các giá trị áp suất, tốc độ động cơ đo được, thời gian hoạt động của máy tách vỏ realtime

Các tag được gán:

 Đồ thị: Hiển thị thay đổi tốc độ áp suất

 Gắn tên cho đồ thị hiện áp suất và tốc độ

 Screen 2 hiển thị tốc độ và áp suất:

d) Screen Alarm

 Tạo các tags cảnh báo

 Tạo tags analog alarm

 Gắn trigger tag vào hmi alarm

e) Screen Cài đặt

Hình 3-2: Cài đặt giới hạn cảnh báo

Cài đặt thông số để cảnh báo analog

Nhiệt độ quá cao, Áp suât cao, Độ ẩm cao, Tốc độ cao

Hình 3-3: Thời gian hoạt động

 Hiển thị thời gian hoạt động của 2 tủ

Gồm: Ngày, giờ, phút, giây

3.3 Thiết kế và cấu hình Webserver trên máy chủ

3.3.1 Tạo hệ quản trị cơ sở dữ liệu với SQL Server

Mở chương trình SQL Server Management Studio 2014 trên máy tính Chọn Server name – chính là tên máy chủ

Đăng nhập bằng tài khoản và mật khẩu của SQL Server Authentication

Mở 1 Query mới và tạo database tên là OLAM

Trong DB OLAM, tạo 3 Table USERLOGIN, PEELING và CUTTING_DRYING để lưu dữ liệu về thông tin tài khoản đăng nhập, các dữ liệu về xưởng Tách vỏ và xưởng Sấy khô Các Table trên gồm các trường và kiểu dữ liệu sau:

 Table USERLOGIN:

username nvarchar(200) Tên đăng nhập