Khởi thỏa, nghiên cứu hệ thống điều khiển tự động và điều khiển giám sát thu thập dữ liệu scada cho quá trình sản xuất sơn nhanh ata fast

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --- NGUYỄN TUẤN ANH KHỞI THẢO, NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT, THU THẬP DỮ LIỆU SCADA CHO QUÁ TR

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN TUẤN ANH

KHỞI THẢO, NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

TỰ ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT, THU THẬP

DỮ LIỆU SCADA CHO QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT

SƠN NHANH ATA FAST

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

TS NGUYỄN MINH HỆ

Hà Nội 2011

Trang 2

Họ và tên : Nguyễn Tuấn Anh 1 Lớp Cao học ĐK& TĐH

LỜI NÓI ĐẦU Đặt vấn đề

Hiện nay, đất nước ta bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hóa, để quá trình 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 là đầu tư

áp dụng tự động hoá vào các dây chuyền sản xuất

Trong số các hệ thống tích hợp tự động hóa nói chung, hệ SCADA chiếm vị trí đặc biệt quan trọng bởi khả năng thu thập, giám sát và điều khiển ưu việt các quá trình công nghệ sản xuất Việc xây dựng và kế thừa dựa trên các thành tựu kỹ thuật truyền thông, kỹ thuật vi xử lý và công nghệ phần mềm đã tạo điều kiện cho các hãng tự động hóa trên thế giới đưa ra nhiều hệ thống mạng tối ưu và hiện đại như của ALLEN-BRADLEY, SIEMENS, HONEYWELL,… Trên thế giới các hệ thống này đã được áp dụng rộng rãi và hiệu quả và các ngành điện lực, dầu khí, hóa chất, công nghiệp thực phẩm,giám sát ô nhiễm… Hiện nay xu hướng xây dựng một hệ SCADA diện rộng có thể áp dụng vào nhiều lĩnh vực và mở rộng trên phạm vi cả nước, thậm chí có thể rộng hơn đang là mục tiêu chính cho các nhà tích hợp giải pháp

Với nước ta, đang trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa, việc áp dụng

hệ thống SCADA là xu thế tất yếu của các ngành công nghiệp, điện lực, dầu khí…Các hệ thống SCADA cho thủy lợi, khí tượng thủy văn, môi trường hiện nay

là vấn đề đang được đặt ra một cách cấp thiết

Theo định hướng phát triển đó, đề tài tập trung vào nghiên cứu giải pháp xây dựng một hệ SCADA diện rộng trên cơ sở hệ thống mạng của Allen-Bradley, đồng thời áp dụng cụ thể cho dây chuyền pha sơn tự động

Trang 3

Tên đề tài :

Nghiên cứu hệ thống điều khiển tự động và điều khiển giám sát thu thập dữ liệu SCADA từ xa cho dây chuyền sản xuất sơn nhanh ATA FAST

Mục tiêu của đề tài

Trên cơ sở lý thuyết của hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu, bộ điều khiển PLC và cơ sở lý thuyết mạng truyền thông công nghiệp, lý thuyết về mạng Internet và các ứng dụng của Internet để tích hợp hệ thống điều khiển tự động, giám sát và thu thập dữ liệu cho dây chuyền pha sơn

Nội dung của đề tài

Trình bày về tính cấp thiết, tính khoa học và thực tiễn của hệ thống điều khiển giám sát trong quá trình sản xuất

Trình bày cơ sở lý thuyết hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu, thiết

bị điều khiển , thiết bị đo lường, phần mềm xây dựng hệ điều khiển giám sát Trên

cơ sở lý thuyết sẽ đưa ra các lựa chọn về thiết bị, phần mềm để xây dựng nên hệ điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu cho luận văn

Trình bày về đối tượng công nghệ sản xuất, để đưa ra các yêu cầu công nghệ, quy trình công nghệ Căn cứ vào các bài toán công nghệ đó để chọn các giải pháp thiết kế bài toán điều khiển giám sát và xử lý dữ liệu cho nhà máy

Sau khi đã lựa chọn được các giải pháp thích hợp, đề tài sẽ đi sâu xây dựng các thành phần hệ thống, lựa chọn và giới thiệu các thiết bị trong hệ thống Từ đó viết thuật toán, chương trình, thiết lập giao diện điều khiển giám sát cho các nhà máy

Trang 4

Bố cục luận văn

Luận văn được trình bày gồm 4 chương :

Chương 1 : Tổng quan về hệ điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA và đối tượng công nghệ

Chương 2 : Thiết kế hệ thống điều khiển tự động nhà máy pha sơn ATA FAST Chương 3 : Thiết kế hệ thống giám sát và xử lý dữ liệu cho nhà máy pha sơn ATA FAST

Chương 4 : Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát và xử lý dữ liệu qua mạng internet

Trang 5

CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT

VÀ THU THẬP DỮ LIỆU VÀ ĐỒI TƯỢNG CÔNG NGHỆ

1.1 Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu

Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition ) là một hệ thống hỗ trợ con người trong việc giám sát và điều khiển từ

xa cấp cao hơn hệ điều khiển tự động thông thường Hệ SCADA hiện đại luôn đi cùng giao diện người máy (Human-Machine – Interface, HMI), các hệ thống truy nhập và truyền tải dữ liệu

Một hệ SCADA truyền thống là một hệ thống mạng và thiết bị có nhiệm vụ thuần tuý là thu thập dữ liệu từ các trạm ở xa và truyền tải về khu trung tâm để xử

lý Trong các hệ thống như vậy thì hệ thống truyền thông được chú trọng và phần cứng được quan tâm nhiều hơn Những năm gần đây, tiến bộ trong lĩnh vực truyền thông công nghiệp và lĩnh vực phần mềm thực sự đem lại nhiều khả năng và giải pháp mới Theo xu hướng hiện đại, với khả năng xử lý phân tán có sẵn trong hệ thống truyền thông cấp dưới (Bus trường, Bus vi xử lý ) và ở cấp trên (Ethernet), thì trọng tâm của việc xây dựng hệ SCADA là lựa chọn công cụ phần mềm và thiết kế giao diện và tích hợp hệ thống

Để đánh giá một giải pháp SCADA cần chú ý tới các vấn đề sau

+ Khả năng hỗ trợ của công cụ phần mềm với việc thực hiện các màn hình giao diện , chất lượng của các thành phần đồ hoạ có sẵn

+ Khả năng truy cập và cách thức kết nối dữ liệu từ các quá trình kỹ thuật (Trực tiếp từ các cơ cấu chấp hành, cảm biến, các module vào ra qua các PLC hay các bus hệ thống)

+ Tính năng mở của hệ thống, chuẩn hoá các giao diện quá trình

+ Khả năng hỗ trợ xây dựng các chức năng trao đổi thông tin

(Messaging) xử lý sự kiện và sự cố ( Event and Alarm ), lưu trữ thông tin (Archive and History) và lập báo cáo (Reporting)

Trang 6

+ Tính năng thời gian thực và hiệu suất trao đổi thông tin

+ Giá thành tổng thể của hệ thống

1.1.1 Kết cấu cơ bản của một hệ điều khiển giám sát

Một hệ thống SCADA thường gồm những hệ thống con sau:

Một giao diện người - máy HMI (Human - Machine Interface) là các thiết bị hiển thị dữ liệu quá trình cho người vận hành và thông qua đó, người vận hành quan sát và điều khiển quá trình

Một hệ thống máy tính giám sát thu thập dữ liệu quá trình và gửi lệnh điều khiển tới quá trình

Các thiết bị đầu cuối từ xa RTU (Remote Terminal Unit) kết nối tới các cảm biến trong quá trình, chuyển đổi tín hiệu cảm biến sang dữ liệu số và truyền dữ liệu này về cho hệ thống giám sát

Các bộ điều khiển khả trình PLC (Programmable Logic Controller) được sử dụng như các thiết bị trường bởi sử dụng các bộ điều khiển này kinh tế hơn, linh hoạt hơn, mềm dẻo hơn và có khả năng cấu hình so với những bộ RTU chuyên dụng

Hệ thống truyền thông bao gồm các mạng truyền thông công nghiệp, các thiết

bị viễn thông và các thiết bị chuyển đổi dồn kênh có chức năng truyền dữ liệu cấp trường đến các khối điều khiển và máy chủ

1.1.2 Mô hình phân cấp chức năng

Để sắp xếp, phân loại các chức năng tự động hoá của một hệ thống điều khiển

và giám sát các mô hình phân cấp hình chóp thường được dùng Với loại mô hình này, các chức năng được phân thành nhiều cấp khác nhau từ dưới lên trên Càng ở cấp dưới thì chức năng càng mang tính chất cơ bản hơn đòi hỏi cao hơn về độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng Một chức năng ở cấp trên hoạt động dựa trên các

Trang 7

chức năng ở cấp thấp hơn, nhưng ngược lại lượng thông tin cần trao đổi và xử lý lại lớn hơn nhiều

có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện đo lường, truyền động được chính xác

và nhanh nhạy Các thiết bị thông minh (có bộ vi xử lý riêng ) cũng có thể đảm nhận việc xử lý và chuẩn bị thông tin, trước khi đưa lên cấp trên

- Cấp điều khiển

Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ các bộ phận cảm biến

xử lý các thông tin đó theo một thuật toán nhất định và truyền đạt lại kết quả xuống

bộ phận chấp hành

Trang 8

- Cấp điều khiển giám sát

Có chức năng giám sát và vận hành một quá trình kỹ thuật, có nhiệm vụ hỗ trợ người sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác theo dõi, giám sát vận hành và

xử lý những tình huống bất ngờ Ngoài ra trong một số trường hợp, cấp này còn thực hiện những bài toán điều khiển cao cấp như điều khiển phối hợp hay điều khiển theo công thức hoặc điều khiển trình tự.Trong cấp này không đỏi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng đặc biệt ngoài máy tính thông thường

Thông thường người ta chỉ coi 3 cấp dưới thuộc phạm vi của một hệ thống SCADA Cấp trên cùng là mô hình lý tưởng hoá cho một cấu trúc chức năng tổng thể

Việc phân cấp chức năng như trên sẽ rất thuận tiện khi thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị Theo đó các nhà sản xuất cũng đưa ra kiến trúc các tầng mạng thích hợp với đặc thù trao đổi thông tin của từng cấp

+ Hệ thống SCADA cho hệ thống phân phối lưới điện

+ Hệ thống SCADA giám sát và điều khiển trong các nhà máy hạt

nhân…

Trang 9

1.2 Khái quát về đối tượng công nghệ

Sơn là mặt hàng được sử dụng nhiều trong lĩnh vực xây dựng dân dụng, trong các ngành sản xuất vật liệu gia dụng…Hiện nay trong Việt Nam có rất nhiều nhãn hiệu sơn khác nhau gồm cả sơn ngoại nhập Các nhà máy sản xuất sơn của hãng nước ngoài đều sản xuất trên những dây chuyền tự động hóa, do đó có chất lượng

ổn định Trong khi các nhà máy sơn nội địa, sử dụng phương pháp sản xuất thủ công, do đó chất lượng không ổn định bằng, khó cạnh tranh với các hãng khác Vì vậy, công ty sơn ATA đã đề ra mục tiêu xây dựng nên 1 dây chuyền sản xuất sơn tự động để sản xuất ra sản phẩm ổn định, chất lượng cao, cùng với đó là hệ điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu phụ vụ cho công việc quản lý sản xuất

Để xây dựng được một hệ thống SCADA hoàn chỉnh cho nhà máy pha sơn, ta phải nắm rõ công nghệ của nhà máy này.Sơ đồ công nghệ nhà máy sơn

Sơ đồ công nghệ nhà máy sơn ATA FAST trên hình vẽ 1.1

Trang 10

Valve Valve Valve ValveValve Valve Valve

Valve Valve

Trang 11

1.2.1 Các thiết bị quá trình công nghệ sản xuất sơn

Các thiết bị của quá trình công nghệ

+ Thùng chứa trung gian : dùng để chứa nguyên liệu sơn gốc dùng cho quá trình pha sơn, thùng chứa trung gian có 5 thùng chứa, thể tích 2m3, chứa 5 loại sơn là PSTT, PSCA, PPA, PSA, PNA Các thùng chứa được làm kín để tránh tiếp xúc với không khí có thể gây ra khô sơn + Thùng chứa sản phẩm : gồm có 2 thùng, chứa hỗn hợp sơn sản phẩm sau khi được hòa trộn

+ Hệ thống đường ống

+ Các thiết bị chấp hành gồm : valve, bơm và động cơ được sử dụng để dẫn hướng cho sơn di chuyển trong đường ống

1.2.2 Quá trình công nghệ sản xuất sơn

Giai đoạn đầu tiên, bơm nguyên liệu cấp sơn nguyên liệu vào các thùng chứa trung gian của loại sơn đó Các loại sơn khác nhau được bơm vào thùng chứa trung gian tương ứng nhờ việc di chuyển đầu hút của bơm nguyên liệu Bơm sẽ tự động ngừng khi tank chứa nguyên liệu đầy

Sơn chứa trong thùng chứa trung gian trong thời gian dài nếu không được sử dụng đến, có thể sơn bị khô tạo tạo thành cặn rắn trong dung dịch, làm chất lượng sơn giảm sút Vì vậy để tăng chất lượng sơn nguyên liệu, các thùng chứa trung gian

sẽ được bơm tuần hoàn nhờ bơm của từng thùng trung gian tương ứng Bơm hút sơn

ở đáy thùng chứa trung gian sau đó trả về đầu thùng trung gian tương ứng

Có 5 loại sơn nguyên liệu khác nhau gồm PSCA, PSTT, PSA, PNA, PPA trong

5 thùng chứa trung gian Tuy nhiêu mỗi công thức sơn chỉ gồm 3 thành phần nguyên liệu khác nhau, các nguyên liệu này được bơm lần lượt vào thùng chứa sản phẩm nhờ bơm của thùng chứa nguyên liệu tương ứng đó Sau khi đầy đủ các nguyên liệu cho công thức sơn, động cơ trong thùng chứa sản phẩm sẽ khuấy đều

Trang 12

hỗn hợp sơn Để tăng năng suất pha sơn, hệ thống có 2 thùng chứa sản phẩm, trong quá trình khuấy đều hỗn hợp sơn trong thùng chứa sản phẩm, hệ thống có thể tiến hành pha sơn cho thùng chứa chứa sản phẩm khác

Sau khi quá trình khuấy đề sơn kết thúc , bơm sản phẩm sẽ hút sơn trong thùng chứa sản phẩm đưa vào các tank chứa sản phẩm để đóng thùng

1.2.3 Các bài toán tự động hóa cho nhà máy pha sơn

Cấp nguyên liệu cho thùng chứa trung gian : nguyên liệu được đưa vào từng thùng tương ứng nhờ hệ thống valve, khi thùng đầy bơm phải tự động ngắt khi đầy

- Bài toán pha sơn :

Sơn được pha theo tỷ lệ chính xác từ 3 loại nguyên liệu sơn khác nhau

- Bài toán khuấy trộn :

Nguyên liệu được tuần hoàn liên tục trong các thùng chứa trung gian

- Bài toán giám sát :

Giám sát thùng chứa trung gian , đưa ra các cảnh bảo thùng chứa đầy hay không

đủ để pha sơn, và các thông số khác của hệ thống

- Bài toán giám sát qua mạng internet

Trang 13

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG NHÀ MÁY

PHA SƠN 2.1 Các bài toán điều khiển và giải pháp trong dây chuyền pha sơn

Như phân tích trên dây chuyền pha sơn gồm có các bài toán công nghệ sau :

- Cung cấp nguyên liệu

- Sơ đồ công nghệ bài toán cấp nguyên liệu

Trang 14

Hình 2.1 - Sơ đồ công nghệ bài toán cấp nguyên liệu

- Giải pháp :

Để đưa sơn vào các thùng chứa trung gian tương ứng ta sử hệ thống các valve đặt trên các của vào của thùng chứa trung gian Các valve tương ứng sẽ đóng mở để dẫn sơn vào các thùng chứa

Sơn tồn đọng trên đường ống sau khi cấp nguyên liệu sẽ bị trộn lẫn với loại sơn nguyên liệu khác trong lần cung cấp nguyên liệu sau, việc đó sẽ làm chất lượng sơn giảm sút hoặc cho ra sản phẩm pha trộn sai Do đó để tránh việc này chúng ta lắp đặt thêm các valve V.PSA1, V.PPA1, V.PNA1, V.PSCA1 , các valve này sẽ giúp cho sơn không chảy ra đường ống sau thùng chứa, do đó sẽ không tồn đọng trên đường ống sau quá trình cấp nguyên liệu

Các tank chứa trung gian luôn luôn trong trạng thái kín, không tiếp xúc với không khí, để giúp cho sơn không bị khô, đóng cục, sẽ làm giảm chất lượng sơn, do

đó tất cả các valve trên đường ống là valve thường đóng

Trong quá trình cấp nguyên liệu, khi thùng chứa trung gian đầy, chương trình điều khiển sẽ phải ngắt bơm, dừng cung cấp sơn nguyên liệu Ở đây chúng ta dùng giải pháp sử dụng cảm biến siêu âm, đo mức sơn trong thùng chứa để đưa ra cảnh báo ngắt động cơ bơm Trong quá trình bơm nguyên liệu, chất lỏng trong thùng chứa sẽ bị sóng sánh mặc dù rất nhỏ do sơn có độ dính cao và đường ống nằm gần dưới đáy Tuy nhiên nó vẫn sẽ gây ra nhiễu đo cho cảm biến siêu âm Vì vậy ở đây chúng ta dùng giải pháp tính độ cao mức sơn trong thùng trong 1 khoảng thời gian Khi sơn đầy 90% thùng sơn, vavle nguyên liệu V.NL sẽ đóng để dừng cung cấp nguyên liệu, bơm vẫn hoạt động 1 thời gian để đẩy hết sơn trong đường ống vào tank chứa trung gian

Trang 15

2.1.2 Bài toán khuấy trộn nguyên liệu

- Vấn đề bài toán :

Khi sơn để trong tank khuấy trộn trong 1 thời gian dài không sử dụng đến có thể gây ra hiện tượng khô, gây đóng cục ngay trong tank chứa, làm ảnh hưởng đến

chất lượng sơn, vì thế sơn nên được luân chuyển liên tục sau 1 khoảng thời gian

- Sơn đồ công nghệ bài toán khuấy trộn nguyên liệu

Hình 2.2 - Sơ đồ công nghệ bài toán khuấy trộng nguyên liệu

Trang 16

2.1.3 Bài toán pha sơn

- Bài toán :

Trong dây chuyền pha sơn thì giai đoạn pha sơn là quan trọng nhất, quyết định đến chất lượng sản phẩm Mỗi mẻ sơn có thể tích1-2m3, gồm 3 thành phần sơn nguyên liệu từ 5 loại sơn trên, sai số của cả mẻ sơn dưới 0,5%

- Sơ đồ công nghệ bài toán pha sơn

Do yêu cầu cao về chất lượng và chính xác, ta sử dụng cho mỗi tank chứa nguyên liệu trung 1 gian 1 cảm biến và 1 bơm để tránh việc lẫn sơn sau mỗi lần hút nguyên liệu pha sơn

Trang 17

- Sơ đồ P&ID cho từng thùng chứa nguyên liệu trung gian

LT

FT

Valve Valve

PIC

Hình 2.4 - Sơ đồ P&ID cho bài toán pha sơn Giá trị mức sơn nguyên liệu trong thùng chứa được đưa về bộ điều khiển, bộ điều khiển sẽ tính ra được thể tích còn lại trong tank chứa :

Trang 18

Giá trị thể tích đi qua cảm biến được đưa về bộ điều khiển, khi đạt lương thể tích cần pha sơn, bộ điều khiển sẽ ngừng bơm và đóng valve Sau đó sẽ chuyển sang hút loại sơn nguyên liệu tiếp theo

2.1.4 Các yêu cầu chung về hệ thống điều khiển tự động dây chuyền pha sơn

- Các yêu cầu chung :

Hệ thống tự động dây chuyền pha sơn thực hiện nhiệm giám sát, thực hiện quá trình pha sơn Thiết kết tự động hóa bao gồm toàn bộ các Transmistters, valve, sensor, PLC, máy tính, máy in, dây tín hiệu và dây điều khiển nhằm tăng độ an toàn, tin cậy trong vận hành quá trình sản xuất sơn

Đưa các công nghệ hiện đại được áp dụng trên thế giới đồng thời phải thích ứng với điều kiện thích ứng với Việt Nam

Đáp ứng được chỉ tiêu kinh tế đầu tư cho dây chuyền

Dễ dàng bảo trì, sửa chữa, thay thế, mở rộng, nâng cấp và kết nối với các hệ thống khác

- Yêu cầu về hệ thống đo lường

Quá trình sản xuất sai sót có thể gây thiệt hại về kinh tế lớn, vì thế việc giám sát phải được thực hiện hết sức chặt chẽ Các thông số giám sát bao gồm mức sơn trong tank, khố lượng sơn, lưu lượng sơn, và thể tích sơn, áp suất khí nén thông qua các thiết bị đo tương ứng Các thiết bị đo phải đảm bảo mọi tiêu chuẩn về an toàn, và sai

số cho phép

Các thông số này được theo dõi và cập nhật liên tục trên màn hình vi tính tại phòng điều khiển trung tâm Thông số về khối lượng và lưu lượng sơn phải được hiển thị tại chỗ Ngoài ra thông số quá khứ được lưu lại dưới dạng bản đồ và đồ thị Các tín hiệu cảnh báo trên màn hình để thông báo sự cố, mức sơn trong tank vượt giá trị an toàn phải được cảnh báo thêm bằng còi lớn và tự động xử lý

Trang 19

- Yêu cầu về hệ thống chấp hành

Các thiết bị chấp hành gồm valve điều khiển, bơm, và động cơ khuấy.Các cơ chấp hành tác động trực tiếp vào đối tượng công nghệ thông qua thao tác đóng cắt các thiết bị chấp hành.Việc đóng cắt thiết bị được thực hiện thủ công qua bàn điều khiển hoặc giao diện giám sát Do sơn là đối tượng đặc thù ,vì vậy ta phải chọn cơ cấu chấp hành phù hợp với đối tượng sơn có độ nhớt cao, và yêu cầu không được tồn đọng trong các thiết bị trong quá trình sản xuất sơn

- Yêu cầu về bộ điều khiển :

Bộ điều khiển làm việc với độ chính xác cao, có khả năng làm việc trong môi trường khắc nghiệt

Dễ dàng cho việc bảo trì sửa chữa, lắp đặt, thay mới

Có khả năng mở rộng

2.2 Lựa chọn các thiết bị điều khiển dây chuyền pha sơn

2.2.1 Phân tích lựa chọn các thiết bị điều khiển

Thiết bị điều khiển khả trình (PLC, programmable logic controller) là một loại

máy tính điều khiển chuyên dụng, có khả năng lập trình để thực hiện các thuật toán điều khiển số Với cấu trúc ghép nối vào/ra linh hoạt, nguyên tắc làm việc đơn giản theo chu kì, khả năng lập trình và lưu trữ chương trình trong bộ nhớ không cần can thiệp trực tiếp tới phần cứng

Về mặt cấu hình, PLC thường được chia làm 2 loại: cấu hình cứng và cấu hình module Đối với PLC có cấu hình cứng, số cổng vào – ra được thiết kế cố định, gần như không có khả năng mở rộng Một số cũng được tích hợp giao diện truyền thông cho một loại bus trường Tuy nhiên, một số ít loại có cấu trúc gọn vẫn cho phép tăng số lượng cổng vào/ra hoặc bổ sung giao diện mạng bằng các module mở rộng đặc biệt PLC có cấu trúc gọn thích hợp với các bài toán đơn giản

Trang 20

Hình 2.5 – Hệ điều khiển tự động SLC500 dùng cho dây chuyền sản xuất sơn

Để thực hiện được các phương án điều khiển như và các yêu cầu hệ thống điều khiển như đã trình bầy, ta lựa chọn sử dụng bộ điều khiển PLC vì các lý do sau đây: + Bộ điều khiển PLC có thể đáp ứng được các yêu cầu điều khiển mong muốn của dây chuyền pha sơn

+ PLC có kết cấu tin cậy, thích hợp với môi trường làm việc công nghiệp + PLC có tính linh hoạt, dễ dàng thay đổi chương trình khi cần thay đổi công nghệ Khả năng mở rộng số đầu vào – ra đơn giản

+ Xây dựng thuật toán điều khiển nhanh chóng, đơn giản

+ Kết nối dễ dàng với các hệ thống truyền thông, khả năng giám sát và thu thập

dữ liệu hoạt động của dây chuyền sản xuất

+ Tính năng thời gian thực

Hiện nay trên thế giới có nhiều chủng loại PLC của các hãng như Siemens, Allen-Bradley, Omron,… Mỗi hãng sẽ cung cấp giải pháp phần cứng, phầm mềm

đi kèm với thiết bị PLC Đề tài xây dựng trên giải pháp tự động hóa tích hợp của Allen-Bradley Giải pháp này phần nào đáp ứng được các yêu cầu đặt ra về mặt kỹ thuật cũng như kinh tế bởi vì :

Trang 21

+ Các thiết bị điều khiển của Allen-Bradley hiện nay phổ biến trên thị thường Việt Nam, giá cả vừa phải, rất dễ thay thế, ứng dụng trong nhiều ngành sản xuất

+ Thiết bị hoạt động đáng tin cậy, ngay cả trong môi trường làm việc khắc nghiệt

+ Có cấu trúc mở, dễ dàng tích hợp với các thiết bị và hệ thống của hãng khác nhau

+ Đáp ứng được các tiêu chuẩn về an toàn công nghệ

+ Các phần mềm đi kèm với thiết bị điều khiển như : phần mềm giám sát Rsview32, phần mềm lập trình Rslogix rất thông dụng và dễ dàng lập trình

Vì vậy có thể xây dựng được chương trình thân thiện với người dùng và rất

dễ bảo hành, sửa chữa, khắc phục sự cố

- Phân tích sự lựa chọn giải pháp và thiết bị hãng Allen-Bradley

+ Chỉ tiêu kỹ thuật :

Bộ điều khiển SLC của Allen-Bradley đã có thể đáp ứng mọi yêu cầu công nghệ Chúng hoạt động tin cậy, tốc độ xử lý cao, rất mạnh trong quá trình điều khiển rời rạc, điều khiển trình tự và cả điều khiển quá trình

Khả năng mở rộng rất lớn, mỗi bộ điều khiển cỡ trung tank có thể mở rộng hàng đến 13 module mở rộng, hàng trăm điểm vào ra Vì vậy mỗi bộ điều khiển trung tâm có thể đảm nhận điều khiển cả 1 hệ thống cỡ lớn

Chúng hoạt động rất linh hoạt, có thể đóng vai trò master hoặc slaver tùy theo yêu cầu công nghệ và thiết kế, có giao diện mạng truyền thông có thể kết nối với các thiết bị thuộc cấp trên và các thiết bị cấp dưới

Trạm vận hành có thể xây dựng đầy đủ tất cả các tính năng, giám sát thông số, cập nhật và lưu trữ dữ liệu 1 cách liên tục, thực hiện các chức năng cảnh báo, biểu diễn dạng đồ thị bẳng biểu và xuất ra các báo cáo Phần mềm giao diện SCADA có thể kết nối với cơ sở dữ liệu SQL Server, Micro Access, xuất báo cáo bằng Excel,

Trang 22

được lập trình 1 cách linh hoạt bằng gói phần mềm VBA tích hợp cùng phần mềm SCADA

+ Chỉ tiêu về kinh tế

Các thiết bị điều khiển của Allen-Bradley rất đa dạng về chủng loại, phong phú trên thị trường, ứng dụng trong hầu hết các ngành sản xuất quan trọng như dầu khí, điện, hóa chất…Thiết bị dễ thay thế vì vậy thuận tiện trong quá trình thay thế bảo trì

và sửa chữa

Thiết bị được sản xuất hàng loạt, nhiều chủng loại khác nhau, giá cả hợp lý vì vậy rất dễ lựa chọn cho bài toán công nghệ yêu cầu, giúp tối ưu về bài toán kinh tế

2.2.2 Hệ thống điều khiển SLC-500của Allen-Bradley

Trên cơ sở phân tích trên về thiết bị điều khiển, tác giả đã chọn bộ điều khiển SLC-500 của Allen-Bradley cho đề tài

Bộ điều khiển SLC-500 đóng vai trò là bộ điều khiển trung tâm vừa thực hiện chức năng vận hành điều khiển các thiết bị chấp hành, thu thập thông số cảm biến, ngoài ra còn thực hiện chức năng truyền thông đưa các tín hiệu trường về trạm vận hành để thực hiện quá trình giám sát Cấu trúc hệ điều khiển tự động gồm có :

2.2.2.1 CPU SLC-5/03-L532-OS302

Có khả năng mở rộng quản lý đến 4096 cổng vào số và 4096 cổng ra số, và kênh tương tự tối đa là 480

Bộ nhớ chương trình lớn 12K

Thời gian thực hiện 1 vòng quét: 1ms/K

Được gắn 2 cổng truyền thông gồm DH-485 và RS-232.Các dạng truyền thông cho phép: DH485, RS-232 (DF1 Full-duplex, DF1 Half-duplex master/slave, DF1Radio Modem, DH-485, hoặc ASCII), Data Highway Plus (DH+), Ethernet TCP/IP (thông qua module giao tiếp 1761-NET-ENI), ControlNet (thông qua

Trang 23

module giao tiếp 1747-KFC15), DeviceNet (thông qua module giao tiếp DNI)

1761-NET-2.2.2.2 Module digital input IB-16

Đây là module mở rộng gắn cùng với CPU, Đây là các module đọc tín hiệu vào dạng số của PLC, thường được dùng để đọc các cảm biến trạng thái kiểu logic hoặc

là các nút ấn Đề tài này chọn sử dụng module 1746-IB16 gồm 16 cổng digital input, có các thông số được tham khảo từ nhà sản xuất như sau:

+ Nguồn điện: 24VDC

+ Trạng thái OFF: 0 -5VDC, trạng thái ON: 10 – 30VDC

+ Độ trễ tín hiệu (max): 8ms

2.2.2.3 Module digital Output 1746-OW16

Đây là các module chứa các cổng ra tín hiệu số, giúp PLC điều khiển được thiết

bị ngoài Chọn sử dụng module 1746 OW16 gồm16 cổng ra dạng relays, có các thông số:

+ Nguồn cấp: 24VDC

+ Trạng thái ON: 10 – 50 VDC (phụ thuộc nguồn cấp)

+ Độ trễ tín hiệu (max): 1ms

2.2.2.4 Module Analog Input 1746-NI4

Đây là các module dùng để đọc tín hiệu vào dạng tương tự, thường dùng để đọc tín hiệu các cảm biến như đo mức, đo nhiệt độ…Đề tài này chọn sử dụng module

1746 NI4 có 4 cổng vào analog hỗ trợ cả 2 dạng tín hiệu 4 – 20 mA và 0 – 10V,

Trang 24

2.2.2.5 Module High Speed Counter 1746-HSCE

Đây là các module dùng để đọc tín hiệu vào dạng xung tốc độ cao Đê tài này chọn sử dụng module 1746 NI8 có 3 cổng vào , hộ trợ các dải điện áp từ 0VDC - 24VDC

2.2.2.7 Truyền thông kết nối máy tính cho PLC

Sử dụng cổng truyền thông DF1 – RS232 cho việc kết nối máy tính và PLC

Trang 25

2.3 Thiết bị đo lường

Từ các bài toán công nghệ của dây chuyền sản xuất sơn, đề tài đặt ra yêu cầu theo dõi 3 thông số :

+ Mức sơn trong tank chứa trung gian

+ Thể tích sơn đi qua đường ống pha sơn

Trên cơ sở các yêu cầu về công nghệ tác giả đưa ra các giải pháp chọn lựa thiết

bị trường phù hợp yêu cầu kỹ thuật và kinh tế của bài toán

2.3.1 Cảm biến siêu âm

Theo phân tích về các bài toán điều khiển, dây chuyền công nghệ cần theo dõi mức sơn trong tank để tránh tràn thùng chứa sơn khi cấp nguyên liệu và tránh trường hợp thiếu sơn trong quá trình pha sơn Do đó việc đo mức sơn trong tank chứa không cần độ chính xác cao Ngoài ra do trong công nghệ sản xuất sơn, các tank chứa phải được làm sạch thường xuyên, vì vậy trong trường hợp dây chuyền công nghệ sản xuất sơn, em đề xuất phương pháp đo mức sơn bằng cảm biến đo mức sử dụng sóng siêu âm

Tổng quan cảm biến đo mức bằng phương pháp siêu âm :

Trên thị trường có tới trên nhiều loại cảm biến đo mức khác nhau, tìm được một loại cảm biến phù hợp với điều kiện và yêu cầu là một điều không dễ dàng Một trong những loại thông thường được sử dụng nhiều nhất hiện nay là cảm biến đo mức dựa trên công nghệ sóng siêu âm

Cảm biến mức dùng sóng âm đã có mặt trên thị trường nhiều năm nay và được coi như một công nghệ đáng tin cậy dùng để đo mức thông qua những thử thách khắc nghiệt trong công nghiệp Cảm biến siêu âm đo mức là dạng đầu đo không tiếp xúc và giá cả phải chăng dùng cho phần lớn các loại tank chứa chất lỏng dạng thẳng đứng

Trang 26

Bộ truyền siêu âm hoạt động dựa trên việc gửi một sóng âm, được phát ra từ bộ biến năng áp điện, đến bề mặt của một vật liệu cần đo Bộ truyền âm đo thời gian

từ lúc gửi tín hiệu cho tới khi nhận được tín hiệu phản hồi Thành công của phép đo phụ thuộc vào sóng, độ phản xạ từ vật cần đo Những yếu tố như bụi, hơi nước (chất lỏng) dày đặc; độ cản trở tank chứa, nhiễu loạn gây bởi bề mặt; những chất tạo bọt

và thậm chí là độ gồ ghề hoặc góc tạo bởi chùm sóng với bề mặt cần đo đều góp phần tạo những thông tin không mong muốn ở tín hiệu phản hồi Điều cần thiết là người sử dụng cần phải cân nhắc điều kiện hoạt động sẽ ảnh hưởng thế nào tới sóng

âm khi phát ra

Những yếu tố quan trọng khác cần chú ý khi dùng bộ truyền âm gồm:

+ Sóng âm điều kiện tiên quyết của phép đo là sóng âm phải đi môi trường có vật cần đo Thông thường là không khí, nếu môi trường là chân không lại không phù hợp do trong chân không, không có đủ số phân tử khí làm giảm khả năng truyền sóng

+ Điều kiện bề mặt bọt và những hạt bụi bẩn bám trên bề mặt của chất lỏng có thể hấp thụ sóng âm và làm cản trở sóng phản hồi về đầu phát

+ Góc tới và góc phản xạ-sóng âm cần được phát và nhận theo đường thẳng, mặt phản xạ cần là mặt phẳng

+ Nhiệt độ hoạt động những thành phần cảm siêu âm thường làm bằng nhựa với nhiệt độ cao nhất cỡ 60°C Dĩ nhiên, việc thay đổi nhiệt độ sẽ làm phép

đo mức kém chính xác

+ Áp suất làm việc-các thiết bị siêu âm thường không tiếp xúc với áp suất quá cao; giá trị lớn nhất loại cảm biến này có thể chịu được là 30 psi (~2 bar) + Điều kiện môi trường-hơi nước (chất lỏng), môi trường đọng nước, và tạp chất có thể làm thay đổi tốc độ của sóng âm qua môi trường không khí và ảnh hưởng rất lớn đến độ chính xác của tín hiệu hồi đáp Để tránh sai số do môi trường gây ra cần gắn cảm biến vào những vị trí và môi trường có thể

dự đoán trước

Trang 27

Môi trường trong tank chứa sơn được duy trì áp suất giá trị 1bar, với nhiệt độ là nhiệt độ môi trường xung quanh khí được cấp bởi tank nén khí có bộ lọc không khí, do đó môi trường chất lỏng cũng như không khí bên trong tank chứa luôn luôn sạch không bẩn bám trên bề mặt chất lỏng.Ngoài ra do sơn là chất lỏng có độ nhớt cao, bền mặt chất lỏng sẽ ít bị sóng sánh trong quá trình bơm hút sơn, mặt phản xạ

sẽ khá thẳng, do đó độ chính xác của cảm biến được tăng cao

Qua đó ta thấy cảm biến đo mức bằng công nghệ siêu âm hoàn toàn phù hợp với yêu cầu kỹ thuật cũng như kinh tế của công nghệ sản xuất sơn

Cảm biến siêu âm XZY-ES compact ultrasonic level transmitters của hãng Shanghai Cixi Intrument

Hình 2.6 - Cảm biến siêu âm Cixi Intrument

Các thông số kỹ thuật của thiết bị cảm biến:

+ Nguồn cấp : 24VDC

+ Khoảng cách đo 100mm-5000mm

+ Tín hiệu ra tuyến tính 4-20mmA

+ Gốc của tia siêu âm : 12-15°

Trang 28

2.3.2 Cảm biến đo lưu lượng dòng chảy

Hiện nay, trên thị trường có nhiều loại cảm biến lưu lương đo bằng các phương pháp như : chênh áp, siêu âm, điện từ, của nhiều hãng khác nhau,giúp cho việc chọn lựa cảm biến lưu lượng phù hợp với công nghệ sản xuất dễ dàng hơn Trong

đề tài này em đề xuất sử dụng cảm biến đo lưu lượng điện từ áp dụng cho dây chuyền sản xuất sơn

- Tổng quan cảm biến lưu lượng điện từ :

Hình 2.7- Cảm biến lưu lượng điện từ AXF-Yokogawa

Nguyên lý của lưu lượng kế điện từ dựa trên định luật cảm ứng điện từ: khi có một dây dẫn chuyển động trong từ trường, cắt các đường sức của từ trường thì trong dây dẫn xuất hiện một suất điện động cảm ứng tỉ lệ với tốc độ chuyển động của dây dẫn

Lưu lượng kế gồm ống kim loại không từ tính bên trong có phủ lớp vật liệucách điện (sơn êmay, thuỷ tinh hữu cơ) đặt giữa hai cực của một nam châm sao cho trục ống vuông góc với đường sức của từ trường Trong mặt phẳng vuông góc với đường sức, có hai điện cực được nối với milivôn kế Khi chất lưucó tính dẫn điện chảy qua ống, trong chất lưu xuất hiện một suất điện động cảm ứng

Trang 29

- Ưu điểm của cảm biến lưu lượng điện từ

Đo lưu lượng không cần phải đo tỉ trọng chất lỏng, các phần tử hạt, bọt khí vì tác động của môi trường (như nhiệt độ, áp suất, ) nếu chúng không làm thay đổi

độ dẫn điện của chất lưu sẽ không ảnh hưởng đến kết quả đo

Máy đo lưu lượng kiểu từ trường không có bộ phận chuyển động, việc tẩy rửa đường ống thiết bị , bảo trì thay thế dễ dàng hơn

Chúng có thể sử dụng được với các vật liệu nhớt

Tuy nhiên cảm biến lưu lượng điện từ cũng có nhược điểm như : lưu lượng kế điện từ được dùng để đo lưu lượng của chất lỏng có độ dẫn điệnkhông nhỏ hơn

Thiết bị cảm biến lưu lượng AXF của Yokogawa

- Các thông số chính của cảm biến :

+ Nguồn nuôi : 100-220VAC

+ Dải đo :

- Các dạng tín hiệu ra gồm :

+ 1 tín hiệu analog 4-20mmA

+ tín hiệu xung với dải từ 0.001 đến 10000 pps

+ 1 tín hiệu cảnh báo On/Off

+ 2 tín hiệu trạng thái On/Off

+ Sai số thiết bị đo 0.2%

Cảm biến được cài đặt chức năng tính thể tích đi qua, với tín hiệu ra là tín hiệu xung, thuận tiện cho bài toán pha sơn trong dây chuyền sản xuất

Trang 30

Trong quá trình sử dụng cảm biến cần chú ý quá trình lắp đặt cảm biến Một

vấn đề thường xuyên gặp phải trong quá trình lắp đặt thiết bị đo, đặc biệt đồng hồ

đo lưu lượng là khoảng cách dòng chảy thẳng trước (upstream) và sau (downstream) thiết bị Vấn đề gặp phải như đường ống không thẳng trước và sau cảm biến có thể do lắp đặt thiết bị có khả năng cản trở dòng chảy như valve, bơm, hoặc đường ống không được đi thẳng sẽ làm ảnh hưởng đến dòng chảy của vật chất, dòng chảy có thể bị chảy rối Quá trình này làm cho phương pháp đó kém chính xác hơn, làm giảm hiệu suất thiết bị bơm Do đó việc lắp đặt valve hoặc bơm Vì vậy ta phải lắp đặt hạn chế tốt dòng chảy rối là khoảng các dòng chảy trước ít nhấn bằng 3 lần đường kính đường ống, khoảng cách dòng chảy sau là ít nhất bằng đường kính đường ống

Hình 2.8 - Mô hình lắp đặt cảm biến lưu lượng

Trang 31

Do đó trong đề tài này, em lựa chọn sử dụng bơm màng

Bơm màng hoạt động bằng khí nén có nguyên lý hoạt động đơn giản

Hình 2.9 - Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bơm màng

Đối với bơm màng làm việc theo nguyên lý hút đẩy, sự thay đổi thể tích làm

việc của bơm sinh ra do chuyển động tiến lùi của màng.Khi đó thể tích thay đổi làm thanh đổi áp suất trong bơm Khi áp suất giảm của valve hút mở, valve xả đóng,

Trang 32

chất lỏng được hút vào trong bơm, khi áp suất tăng, làm valve của đẩy mở,valve cửa hút đóng chất lỏng được đẩy đi

Bơm màng đôi hoạt động bằng khí nén được ứng dụng rộng dãi trong tất cả các ngành công nghiệp, nông nghiệp, khai thác hầm mỏ, nuôi trồng thủy sản,

Bơm màng đôi hoạt động bằng khí nén có một số tính năng ưu việt như sau: + Bơm các chất ăn mòn và mài mòn cao

+ Bơm hoạt động nhẹ nhàng không làm biến dạng các vật liệu bơm

+ Bơm chất lỏng có độ nhớt cao

+ Vận chuyển chất lỏng nặng một cách hiệu quả

+ Không cần phớt cơ khí hoặc các bộ phận làm kín khác để chống rò rỉ

+ Chạy khô mà không sinh nhiệt hoặc gây hỏng hóc

+ Áp suất đầu xả cân bằng hoặc lớn hơn áp xuất khí cấp vào bơm dừng hoạt động mà không làm hỏng bơm

+ Phòng chống cháy nổ

Trong ngành sơn một trong những yếu tố cơ bản và quan trọng khi bơm là phải hạn chế tối đa việc lưu dính lại sơn trên đường ống và trong bơm Do đó với kết cấu đơn giản có áp suất hút và đẩy cao nên đảm bảo được không lưu sơn trong bơm

Trang 33

Hình 2.10 - Bơm màng Sandpiper

2.4.2 Valve khí nén

Cùng với kết cấu đơn giản đảm bảo sự trơn nhẵn không có góc cạnh để sơn bám dính, van bướm điều khiển bằng khí nén cũng được dùng chủ yếu trong ngành sơn Việc điều khiển bơm và van khí nén cũng dễ dàng, đơn giản đáp ứng được yêu cầu của bài toán điều khiển và công nghệ

Đề quá trình sử dụng an toàn và theo yêu cầu công nghệ thì tất cả các valve được sử dụng trong dây chuyền là loại valve thường đóng

Trang 34

2.5 Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển dây chuyền pha sơn

2.5.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển dây chuyền pha sơn

Từ các phân tích trên về dây chuyền sản xuất sơn và phương pháp lựa chọn thiết bị, em xin đề xuất sơ đồ cấu trúc điều khiển dây chuyền sản xuất sơn :

`

HMI Station

SCADA RSVIEW32

1747-A13

CPU1747-L532

IB16

OW16

NI8

1746-IR4USB

1762-FE LE

1746-Hình 2.11 - Sơ đồ tổng qua hệ thống điều khiển

Trang 35

Hệ thống điều khiển gồm :

- Cấp điều khiển giám sát :

Gồm 1 máy tính giám sát PC đặt tại phòng điều khiển trung tâm Cấp điều khiển giám sát có chức năng giám sát và vận hành một quá trình kỹ thuật, ngoài ra còn hỗ trợ người sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sát vận hành và xử lý những tình huống bất thường

- Cấp điều khiển :

Cấp điều khiển gồm các thiết bị điều khiển, từ các bài toán điều khiển ta có cấu hình của hệ điều khiển cho dây chuyền sản xuất sơn như sau :

+ CPU 1747-L532 : số lượng 1

+ Module nguồn 1746-P2 : 1 module

+ Module digital input 1746-IB16 : 1 module

+ Module digital output 1746-OW16 : 2 module

+ Module digital output 1746-HSCE : 2 module

+ Module analog input 1746-NI8 : 1 module

+ Cable 1747-CP3 : 1 cable

Dây chuyền sản xuất sơn được điều khiển tập trung bởi PLC SLC500, bộ điều khiển CPU 1747-L532 và các module thành phần PLC nhận thông tin từ các bộ phận cảm biến xử lý các thông tin đó theo một thuật toán nhất định và truyền đạt lại kết quả xuống bộ phận chấp hành

CPU 1747-L532 cung cấp 1 cổng truyền thông RS232-C, cổng truyền thông này chỉ hỗ trợ giao thức truyền thôn là DF1-Full Duplex ,nó giúp kết nối PLC với máy tính cài đặt chương trình RS-Link500 qua cable truyền thông 1746-CP3 Liên kết PLC và PC cấp giám sát là liên kết điểm – điểm

Trang 36

Cấu trúc vào-ra của hệ thống có 2 cấu trúc chủ yếu là :

+ Cấu trúc vào – ra tập trung

+ Cấu trúc vào ra phân tán

Cấu trúc vào-ra trong dây chuyền sản xuất sử dụng cấu trúc vào – ra tập trung Các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành được nối trực tiếp với máy tính điều khiển trung tâm qua các cổng vào/ra của nó bằng các đường dây riêng biệt

Cấu trúc vào – ra tập trung có 1 số nhược điểm :

+ Công việc nối dây phức tạp, chi phí cho cáp dẫn cao: số lượng lớn các cáp nối, cấu trúc phức tạp, công thiết kế, lắp đặt lớn

+ Kém tin cậy: Phương pháp truyền dẫn tín hiệu tương tự giữa các thiết bị trường vàthiết bị điều khiển dễ chịu ảnh hưởng của nhiễu, gây ra sai số + Kém linh hoạt: Khó mở rộng bởi phải đi lại cáp dẫn, không thể lựa chọn các module vào/ra của hãng khác

+ Khó chẩn đoán lỗi: Một mặt lỗi do truyền tín hiệu khóphát hiện ra, mặt khác lỗi do thiết bị rất khó có thể định vị và đưa ra kết luận chẩn đoán

Tuy nhiên trong dây chuyền sản xuất sơn có quy mô trung tank và nhỏ : Phạm

vi địa lý hẹp, một máy tính điều khiển, số lượng vào/ra không lớn thì cấu trúc vào ra tập trung phù hợp hơn cấu trúc vào ra phân tán do giảm thiểu được những những nhược điểm kể trên Và so với cấu trúc vào ra phân tán phải đầu tư đường bus trường và các module vào – ra phân tán tốn kém hơn

Trang 37

2.5.3 Cấu trúc điều khiển hệ thống

Cấu trúc điều khiển có 2 dạng gồm :

+ Điều khiển tập trung

+ Điều khiển phân tán

Trong dây chuyền sản xuất, sử dụng cấu trúc điều khiển tập trung Chức năng điều khiển tập trung hết vào 1 hệ điều khiển PLC-SLC500 PLC nhận thông tin từ các bộ phận cảm biến xử lý các thông tin đó theo một thuật toán nhất định và truyền đạt lại kết quả xuống bộ phận chấp hành

Phương pháp diều khiển tập trung có nhược điểm như :

+ Độ tin cậy thấp : chức năng điều khiển và xử lý thông tin tập trung vào 1 máy tính duy nhất

+ Độ linh hoạt thấp do việc mở rộng cũng như thay đổi một phần trong hệ thống đòi hỏi phải dừng toàn bộ hệ thống

+ Có hiệu năng kém vì toàn bộ thông tin đều phải đưa về trung tâm, chậm trễ

do thời gian truyền dẫn và xử lý tập trung

Tuy nhiên phương pháp điều khiển tập trung phù hợp với ứng dụng có quy mô vừa và nhỏ vì :

Lượng thông tin và tính toán không nhiều, hiện nay trên thị trường có nhiều bộ điều khiển có cấu hình cao có thể đáp ứng được yêu cầu

Thiết bị điều khiển làm việc độ tin cậy cao, số lượng vào- ra ít cũng tăng độ tin cậy cho bộ điều khiển

Đầu tư cho ứng dụng có quy mô vừa và nhỏ sử dụng cấu trúc điều khiển tập trung sẽ ít tốn kém, vì không phải chi phí đầu tư cho mạng liên kết thiết bị phân tán

Trang 38

2.6 Xây dựng phần mềm điều khiển tự động

Phần mềm điều khiển tự động phải đáp ứng được đầy đủ về công nghệ các quá trình sản xuất Thực hiện quá trình vận hành dây chuyền sản xuất có 2 chế độ là tự động và thủ công Khi chuyển sang chế độ thủ công quá trình thực hiện bằng cách đóng mở các valve, bơm động cơ trên đường ống công nghệ Quá trình đóng mở valve tại chỗ hoặc tại tủ điều khiển trung tâm Việc đóng mở các thiết bị chấp hành phải dựa trên quan sát thông số các thiết bị cảm biến hiển thị tại chỗ hoặc trên màn hình giám sát

Chương trình điều khiển được xây dựng trên phần mềm lập trình Rslogix500 của hãng Allen-Bradley

Sau đây ta đi xây dựng thuật toán giải quyết các bài toán công nghệ sản xuất của nhà máy

Quá trình sản xuất gồm 3 công đoạn quan trọng là :

+ Cung cấp nguyên liệu

+ Khuấy trộn nguyên liệu

+ Pha sơn

Các quá trình này có thể hoạt động song song với nhau với nhau Việc khởi động quá trình nào sẽ do người vận hành quyết định Vì vậy trong lập trình cho công nghệ sản xuất sơn ta chia thành 3 bài toán độc lập với nhau

2.6.1 Bài toán cung cấp nguyên liệu

Thực hiện quá trình cung cấp nguyên liệu người vận hành phải nhập thùng chứa trung gian nào trong 5 thùng để nhận nguyên liệu

Giai đoạn đầu quá trình cung cấp nguyên liệu, valve được mở trước, bơm được

mở sau để đẩy nguyên liệu

Trang 39

Trong giai đoạn kết thúc quá trình cung cấp nguyên liệu, valve cửa hút đóng trước, bơm vẫn hoạt động 1 thời gian là 1 phút, sau đó tắt bơm và đóng valve của xả sau bơm

Chương trình phải kiểm tra mức sơn trong tank chứa trung gian Nếu mức sơn đạt 90% chiều cao của tank chưa thì chương trình thực hiện giai đoạn kết thúc quá trình cấp nguyên liệu

Hình 2.12 - Thuật toán bài toán cung cấp nguyên liệu

Trang 40

2.6.2 Bài toán khuấy trộn

Thực hiện quá trình trộn sơn, người vận hành nhập thùng chứa nguyên liệu trong 5 thùng cần trộn Chương trình phần mềm sẽ kiểm tra xem thùng chứa nguyên liệu đang được dùng trong bài toán pha sơn để tiến hành bài toán trộn nguyên liệu Trong giai đoạn đầu quá trình trộn nguyên liệu, valve được mở trước, bơm được mở sau 1 khoảng thời gian ngắn

Trong giai đoạn kết thúc quá trình trộn nguyên liệu,bơm được tắt trước, sau 1 thời gian ngắn sẽ đóng valve tương ứng

Lưu đồ thuật toán được trình bày trên hình 2.13

Định dạng
Số trang	117
Dung lượng	3,24 MB

Khởi thỏa, nghiên cứu hệ thống điều khiển tự động và điều khiển giám sát thu thập dữ liệu scada cho quá trình sản xuất sơn nhanh ata fast

Cảm biến đo lưu lượng dòng chảy

Cấu trúc vào-ra hệ thống