Hệ thống SCADA cấp liệu bồn trộn MODULE

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ  HỆ THỐNG CẤP LIỆU CHO BỒN TRỘN Giảng viên hướng dẫn: GV. Nguyễn Quang Nhã Họ và tên sinh viên: Môn học: Mã sinh viên: Email: Ngành học: Vũ Mạnh Cường SCADA 19021582 19021582vnu.edu.vn Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa HÀ NỘI 2022 Phụ lục LỜI CẢM ƠN 2 Chương I Tổng quan về hệ thống cấp liệu cho bồn trộn 4 Chương II Phân tích công nghệ của hệ thống 6 I. Cấu tạo của hệ thống 6 II. Quy trình thực hiện của hệ thống 9 Chương III Thiết kế, lập trình hệ thống điều khiển 11 I. Sơ đồ khối hệ thống 11 III. Sơ đồ mạch điều khiển và mạch động lực 14 IV. Lập trình 19 Chương IV Thiết kế giao diện điều khiển giám sát WinCC Runtime Advanced 36 Chương V Kết luận và kiến nghị 40 I. Kết luận 40 II. Kiến nghị 40 Tài liệu tham khảo 41   Chương I Tổng quan về hệ thống cấp liệu cho bồn trộn Hệ thống cấp liệu cho bồn trồn đóng vai trò quan trọng trong quá trình tự động hóa nói chung và quá trình sản xuất công nghiệp nói riêng. Trong quá trình sản xuất, nguyên liệu cấu thành nên sản phẩm thường là sự kết hợp của nhiều nguyên liệu, thành phần khác nhau. Sản phẩm kết hợp đó có thể là sản phẩm cuối cùng hoặc là nguyên liệu cho khâu vận hành tiếp theo trong hệ thống sản xuất. Hệ thống cấp liệu cho bồn trộn được tạo ra để đáp ứng yêu cầu trên. Trong thực tế sản xuất, phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ mà hệ thống có bồn trộn bao gồm nhiều số lượng thiết bị điều khiển, vận hành hơn. Tuy nhiên, một thiết bị cơ bản bắt buộc mà bất kỳ hệ thống cấp liệu cho bồn trộn đều phải được lắp đặt như van điều khiển, hệ thống ống dẫn, bể chứa, bồn trộn, động cơ khuấy,... Đối với quá trình giám sát sẽ cần màn hình điều khiển HMI tại khu vực làm việcphòng điều khiển, hệ thống giám sát SCADA trên máy tính khu vực giám sát.

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

HỆ THỐNG CẤP LIỆU CHO BỒN TRỘN

Giảng viên hướng dẫn: GV Nguyễn Quang Nhã

Họ và tên sinh viên:

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập bộ môn SCADA nói chung và quá trình thực hiện báo cáo

thu hoạch học phần “Hệ thống cấp liệu cho bồn trộn” nói riêng, em đã nhận được rất

nhiều kiến thức hữu ích, cần thiết của thầy Nguyễn Quang Nhã – giảng viên bộ mônSCADA truyền đạt đến lớp và cá nhân em mà bản thân em chưa từng tham gia trực tiếptìm hiểu, suy nghĩ về ý tưởng, kỹ năng thiết kế hệ thống SCADA Thông qua bộ môn, bàigiảng trên giảng đường, thầy đã giúp chúng em - sinh viên lớp K64-AT nói chung và từngthành viên trong tập thể lớp nhận biết tầm quan trọng và các kỹ năng cần chuẩn bị, tìmhiểu chắc chắn trước khi bắt đầu nghiên cứu và thực hiện dự án thiết kế hệ thống SCADAquy mô lớn hay nhỏ Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành về sự giúp đỡ, hỗ trợ đó tớithầy – thầy giáo trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo tận tình để chúng em biết cách vận dụng

và hoàn thành báo cáo chương trình học này

Em xin chân thành cảm ơn thầy nhiều ạ!

Phụ lục

LỜI CẢM ƠN 2

Chương I Tổng quan về hệ thống cấp liệu cho bồn trộn 4

Chương II Phân tích công nghệ của hệ thống 6

I Cấu tạo của hệ thống 6

II Quy trình thực hiện của hệ thống 9

Chương III Thiết kế, lập trình hệ thống điều khiển 11

I Sơ đồ khối hệ thống 11

III Sơ đồ mạch điều khiển và mạch động lực 14

IV Lập trình 19

Chương IV Thiết kế giao diện điều khiển giám sát WinCC Runtime Advanced 36

Chương V Kết luận và kiến nghị 40

I Kết luận 40

II Kiến nghị 40

Tài liệu tham khảo 41

Chương I Tổng quan về hệ thống cấp liệu cho bồn trộn

Hệ thống cấp liệu cho bồn trồn đóng vai trò quan trọng trong quá trình tự động hóanói chung và quá trình sản xuất công nghiệp nói riêng

Trong quá trình sản xuất, nguyên liệu cấu thành nên sản phẩm thường là sự kết hợpcủa nhiều nguyên liệu, thành phần khác nhau Sản phẩm kết hợp đó có thể là sản phẩmcuối cùng hoặc là nguyên liệu cho khâu vận hành tiếp theo trong hệ thống sản xuất Hệthống cấp liệu cho bồn trộn được tạo ra để đáp ứng yêu cầu trên

Trong thực tế sản xuất, phụ thuộc vào yêu cầu công nghệ mà hệ thống có bồn trộnbao gồm nhiều số lượng thiết bị điều khiển, vận hành hơn Tuy nhiên, một thiết bị cơ bảnbắt buộc mà bất kỳ hệ thống cấp liệu cho bồn trộn đều phải được lắp đặt như van điềukhiển, hệ thống ống dẫn, bể chứa, bồn trộn, động cơ khuấy, Đối với quá trình giám sátsẽ cần màn hình điều khiển HMI tại khu vực làm việc/phòng điều khiển, hệ thống giám

- Van điều khiển Đóng/mở van đê cấp/xả nguyên liệu trong bể chứa.

- Hệ thống ống dẫn để vận chuyển nguyên liệukhi mở van điều khiển

- Bể chứa để chứa nguyên liệu được cung cấp từ kho chứa

- Bồn trộn và động cơ để trộn nguyên liệu được cung cấp

- Cảm biến đo lường nguyên liệu trong các bể chứa và bồn trộn

- Bảng điều khiển và các chức năng của hệ thống

Chương II Phân tích công nghệ của hệ thống

I Cấu tạo của hệ thống

Hệ thống cấp liệu cho bồn trộn vận hành theo 2 công nghệ trộn khác nhau bao gồm

hệ thống van cấp nguyên liệu từ bãi chứa vào các bể và van xả nguyên liệu từ bể chứa vàobồn trộn Động cơ trộn sẽ khuấy đều các nguyên liệu với nhau

Ngoài ra, hệ thống sẽ gồm các đầu vào cơ bản như nút nhấn khởi động và dừngchương trình, cảm biến mức nguyên liệu trong mỗi bể chứa để điều khiển các van cấp/xảliệu phù hợp theo yêu cầu công nghệ

Bảng đầu vào Input vật lý của hệ thống

1 M_Start M10.0 Chạy chương trình

Bảng đầu vào Input trung gian của hệ thống

TT Name Address Comment

13 M_Done_MIX M41.7 biến báo đã mix xong mix1 hoặc mix2 5 lần

14 M_Done_Fill_Tank1 M42.0 Biến báo đã nạp đầy tank 1

15 M_Done_Empty_Tank1 M42.1 Biến báo đã xả xong tank 1

16 M_Done_Fill_Tank2 M42.2 Biến báo đã nạp đầy tank 2

17 M_Done_Empty_Tank2 M42.3 Biến báo đã xả xong tank 2

18 M_Done_Fill_Tank3 M42.4 Biến báo đã nạp đầy tank 3

19 M_Done_Empty_Tank3 M42.5 Biến báo đã xả xong tank 3

II Quy trình thực hiện của hệ thống

Hệ thống được tổ chức hoạt động theo 2 chế độ vận hành: AUTO (chế độ tự động)

và MANUAL (chế độ thủ công).

 Chế độ thủ công

Ở chế độ thủ công (Manual) hệ thống sẽ vận hành theo sự điều chỉnh, tác động củangười điều khiển/giám sát trực tiếp Mỗi thành phần đầu vào trong hệ thống sẽ có 1 côngtắc riêng để người dùng có thể đóng/mở các thành phần bao gồm các van điều khiển cungcấp nguyên liệu, xả nguyên liệu vào bồn trộn, bật/tắt động cơ khuấy nguyên liệu

 Chế độ tự động

 Ở chế độ tự động, hệ thống sẽ vận hành mà không cần tác động điều khiển bằngtay từ người giám sát

 Trước khi vận hành hệ thống, người giám sát cần đảm bảo đáp ứng đủ các điềukiện an toàn, điều kiện cài đặt thông số, chế độ thì sau khi nhấn nút Start hệ thống mớiđược cấp điện để hoạt động

 Nhấn nút Start, van 1 và van 4 sẽ được mở để cung cấp nguyên liệu vào bể chứa 1

 Sau 5s thì bể 1 được cung cấp đủ nguyên liệu Van 1 và van 4 sẽ đóng, van 5 sẽ mởđể xả nguyên liệu từ bể chứa 1 vào bồn trộn Thời gian xả nguyên liệu từ bể 1 vào bồntrộn là 5s

 Sau khi xả nguyên liệu 1 xong Hệ thống sẽ tiếp tục cung cấp nguyên liệu thứ 2

 Nguyên liệu thứ 2 sẽ được quyết định dựa vào chế độ người điều khiển lựa chọn

 Nếu người điều khiển lựa chọn chế độ Mix1 thì nguyên liệu thứ 2 là ING2

Van 2 và van 6 sẽ được mở để cung cấp nguyên liệu vào bế chứa 2 Sau 5s, đóngvan 2 và van 6, sau đó mở van 7 để xả nguyên liệu ING2 vào bồn trộn trong 5s

 Ngược lại nếu chọn chế độ Mix2 thì nguyên liệu thứ 2 là ING3

Van 3 và van 8 sẽ được mở để cung cấp nguyên liệu vào bế chứa 3 Sau 5s, đóngvan 2 và van 6, sau đó mở van 9 để xả nguyên liệu ING3 vào bồn trộn trong 5s.

 Khi bồn trộn đã đủ 2 loại nguyên liệu (nguyên liệu 2 được xả xong), động cơ trộnsẽ được bật và khuấy trộn trong vòng 10s

 Sản phẩm của quá trình trộn sẽ được lấy ra

 Để bắt đầu mẻ trộn mới, người điều khiển có thể nhấn lại nút Start (chế độ lặp lại

tự động hoàn toàn có thể lập trình trong phần mềm điều khiển - tuy nhiên để linh hoạt tôilựa chọn chế độ nhấn nút)

 Người điều khiển và giám sát sẽ theo dõi được lượng nguyên liệu được sử dụng và

sự cố xảy ra (nếu có) từ chức năng Đồ thị và Cảnh báo Dữ liệu trong các mục này cũng

có thể xuất ra file Excel để lưu lại, đánh giá và kiểm soát phục vụ bảo trì và nâng cấp hệthống

 Khi nhấn nút Stop, hệ thống sẽ dừng hoạt động

Chương III Thiết kế, lập trình hệ thống điều khiển

I Sơ đồ khối hệ thống

Hệ thống được vận hành theo các khâu để đảm bảo quá trình sản xuất đáp ứng theođúng tiêu chuẩn đặt ra Trước khi vận hành, hệ thống sẽ kiểm tra các điều kiện vận hành(nếu đáp ứng tốt thì hệ thống mới được cấp điện để hoạt động và ngược lại sẽ không thểkhởi động được) Sau đó, hệ thống sẽ thực hiện khâu cung cấp nguyên liệu vào bể chứa.Khi cấp đủ nguyên liệu, khâu xả nguyên liệu từ bể chứa vào bồn trộn sẽ bắt đầu Cuốicùng, sau khi các nguyên liệu đã được xả đủ vào bồn trộn thì động cơ trộn sẽ hoạt động đểtrộn sản phẩm Chu trình sẽ đươc lặp lại theo theo sự điều khiển của người vận hành/giámsát

Sơ đồ khối hệ thống

II Sơ đồ thuật toán

Sơ đồ tổng quát

Sơ đồ khối chức năng chế độ Auto

Sơ đồ khối chức năng chế độ Manual

Sơ đồ mạch động lực

Sơ đồ đấu nối sao – tam giác động cơ khuấy trộn

Sơ đồ điều khiển động cơ khuấy trộn

IV Lập trình

Để lập trình cho hệ thống cấp liệu cho bồn trộn, ta sử dụng ngôn ngữ lập trình ladder

(LD) lập trình trên phần mềm TIA portal V15.1.

Phần lập trình gồm có 4 blocks chính là Main để chạy chương trình điều khiển của

điều khiển từ HMI FC_AUTO để vận hành chế độ tự động, FC_MANU vận hành chế độ thủ công bằng tay OUTPUT để thống nhất tín hiệu đầu ra ở cả hai chế độ.

Trong hàm Main, hệ thống sẽ chạy theo chế độ Auto khi tín hiệu Mode được set lên

mức 1 và chạy ở chế độ Manual nếu Mode được set ở mức 0.

Đồng bộ các biến đầu vào và đầu ra giữa các chế độ

Dữ liệu sẽ được đặt lại sau khi nhấn nút Stop

Trong hàm CV_INPUT, các biến đầu vật lý được đồng bộ với biến đầu vào trung

gian điều khiển giám sát HMI

Trong hàm FC_AUTO, vận hành chế độ tự động của hệ thống.

Tank1 được cấp liệu và xả liệu vào bồn trộn sau khi được cấp đủ nguyên liệu cài đặt

Tank2/Tank3 được cấp liệu và xả liệu vào bồn trộn sau khi được cấp đủ nguyên liệu cài đặt.

đủ nguyên liệu theo yêu cầu công nghệ vào bồn trộn.

Đèn báo khi có tín hiệu cấp/xả nguyên liệu (đóng/mở van điều khiển)

Đèn cảnh báo hiển thị nếu số lượng nguyên liệu sử dụng vượt quá mức cài đặt.

Trong hàm FC_MANU, vận hành chế độ thủ công bằng tay

Đóng/mở van điều khiển theo công tắc thủ công Đếm số lượng nguyên liệu được sửdụng.

Bật động cơ khuấy và hiển thị đèn báo tình trạng hoạt động của hệ thống.

Hàm OUTPUT để đồng bộ biến đầu ra giữa các chế độ vận hành

Khối DataBlock kết nối điều khiển qua Internet WWW (Comunication)

Chương IV Thiết kế giao diện điều khiển giám sát

WinCC Runtime Professional

Giao diện hệ thống điều khiển gồm có bảng điều khiển, bảng cài đặt chế độ vậnhành, bảng hiển thị trạng thái làm việc Ngoài ra, giao diện còn có Trend view để hiển thịđồ thị về sự thay đổi của khối lượng, máy hấp và máy sấy trong quá trình sản xuất

Trước tiên cần chọn chế độ hoạt động cho hệ thống Sau khi chọn chế độ xong thì ấnnút Start hệ thống sẽ hoạt động Ở chế độ Auto, hệ thống sẽ hoạt động theo cáo giá trị đãđặt từ trước Ở chế độ Manual, chúng ta cần sử dụng các công tắc để bật/ tắt các thiết bịtrong hệ thống.

Đèn báo S1, S2 sẽ được báo sáng khi hệ thống đang cấp hoặc

xả liệu

Ở chế độ Manual, các nút switch on/ off được sử dụng để bật tắt cácthiết bị van điều khiển, động cơ trộn

Trên đồ thị Trendview, các đường biểu diễn số lượng nguyên liệu được sử dụng khi

thay đổi sẽ được hiển thị lên đồ thị Giá trị các bộ đếm cũng được cập nhật trên cửa sổ

Chức năng AlarmView - Cảnh báo sẽ hoạt động khi nhận thấy sự cố vi phạm, các

thiết bị hoạt động không chính xác, hư hỏng, nhiệt độ, áp suất không đáp ứng yêu cầu thìsẽ hiển thị thông báo để người điều khiển/giám sát nhận ra và tìm phương án khắc phục,sửa chữa, và đặc biệt là có thể đưa ra quyết định dừng hệ thống để bảo trì tránh xảy ra sựviệc đáng tiếc gây thiệt hại nghiêm trọng

Chương V Kết luận và kiến nghị

I Kết luận

Hệ thống hoạt động tương đối ổn định về mặt logic điều khiển Tuy nhiên, để đưavào hoạt động cần thực hiện nghiên cứu, kiểm thử và ứng dụng từng khu vực điều kiệnmôi trường vận hành khác nhau

Chức năng cảnh báo mới chỉ dừng lại ở mức độ mô phỏng do còn hạn chế sự cố đầuvào và thiết bị đo lường thực tế

Về yêu cầu công nghệ đặt ra, hệ thống đã đáp ứng tốt yêu cầu vận hành cho một hệ

thống Cấp liệu cho bồn trộn.

II Kiến nghị

Đề tài có thể tiếp tục phát triển và ứng dụng trong thực tế Dựa theo yêu cầu côngnghệ cài đặt khác nhau để điều chỉnh tổ chức, bố trí thiết kế hệ thống đáp ứng theo yêucầu

Đây là một trong những hệ thống tiêu biểu trong hệ thống tự động hóa và quá trìnhsản xuất cần được phổ biến vấn đề nghiên cứu và thực hành nhiều hơn, cụ thể hơn quamôn học

Tài liệu tham khảo

1 Tài liệu SIMATIC STEP 7 và WIN CC Engineering V15.1 của Siemens phát hành tháng 10/2018

2 Mạng máy tính tác giả Phạm Thế Quế

3 Sơ đồ PLC S7-1200 Modules PLC1214C AC/DC/Rly 6ES7214-1BG40-0XB0

https://support.industry.siemens.com/cs/my/cax?lc=en-US

4 Kiến thức mạch điện, mạch lực hệ thống

ban/

https://www.thietbidiencongnghiep.com.vn/bai-viet/tong-hop-12-mach-dieu-khien-co-5 Đề tài hệ thống cấp liệu bồn trộn

https://www.youtube.com/watch?v=h9wRxV1c_Sg&t=794s

6 Handbook hướng dẫn thiết kế mạch điện, tài liệu của nhà phát hành

https://dl.kooshanic.com/Document/EPLAN/eplan%20HandBook.pdf