Đồ án mô phỏng phân loại sản phẩm theo chiều cao (liên hệ lấy code)

Liên hệ mail : ckr9498gmail.com Để lấy code mô phỏng Gồm code và mô phỏng wincc được TIA PORTAL V14 + V15Liên hệ mail : ckr9498gmail.com Để lấy code mô phỏng Gồm code và mô phỏng wincc được TIA PORTAL V14 + V15

LỜI CAM ĐOAN

Toàn bộ đồ án là do chúng em nghiên cứu và xây dựng nên dưới sự hướng dẫn của thầy Trần Trung Khánh Nội dung lý thuyết trong đồ án có sự tham khảo và sử dụng của một số tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và các trang web theo danh mục tài liệu của đồ án

Em xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong đồ án này là trung thực

và chưa hề được sử dụng trong đồ án nào Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong đồ án đã được chỉ rõ nguồn gốc

Cần Thơ, ngày tháng năm 2019

Sinh viên thực hiện

(Ký và ghi rõ họ tên)

Đỗ Ngọc Đoan

Nguyễn Văn Thanh

LỜI CẢM ƠN

Để bài báo cáo này đạt kết quả tốt đẹp, em đã nhận được sự hỗ trợ, giúp đỡ của rất từ thầy Với tình cảm sâu sắc, chân thành, cho phép chúng em được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cả các cá nhân và khoa đã tạo điều kiện giúp đỡ trong quá trình học tập và hoàn thiện bài báo cáo Trước hết chúng em xin gửi tới các thầy cô khoa kho Điện- Điện Tử-Viễn Thông trường Đại Học Kỹ Thuật- Công Nghệ Cần Thơ lời chào trân trọng, lời chúc sức khỏe và lời cảm ơn sâu sắc đã tạo điều kiện cho chúng em có những ngày kiến tập vô cùng ý nghĩa Với sự quan tâm, dạy dỗ, chỉ bảo tận tình chu đáo của thầy cô, đến nay chúng em đã có thể hoàn thành bài báo cáo này Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới giảng viên hướng dẫn Trần Trung Khánh đã quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn chúng em hoàn thành tốt bài báo cáo trong thời gian qua

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của chúng em bài báo cáo này không thể tránh được những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô để chúng em có điều kiện bổ sung, nâng cao

ý thức của mình, phục vụ tốt hơn công tác thực tế sau này

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH ẢNH iii

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 2

1.1 Tổng quan về Hệ Thống Phân Loại Sản Phẩm 2

1.2 Tổng quan về PLC 3

1.2.1 PLC là gì? 3

1.2.2 Sơ lược về lịch sử phát triển 3

1.2.3 Cấu trúc của PLC 5

1.2.4 Ưu điểm và nhược điểm khi sử dụng PLC 7

1.2.5 Một số lĩnh vực tiêu biểu sử dụng PLC 8

1.3 Tổng quan về SCADA 9

1.3.1 Định Nghĩa 9

1.3.2 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống SCADA 10

1.3.3 Chức năng và nhiệm vụ cơ bản của Hệ Thống Scada 11

1.3.3.1 Giám sát và phân tích hoạt động sản xuất 11

1.3.3.2 Hoạt động theo chương trình điều khiển 11

1.3.3.3 Kiểm tra và đảm bảo chất lượng 12

1.3.3.4 Quản lý quá trình sản xuất 12

1.3.4 Phân loại hệ thống SCADA 13

1.3.4.1 Hệ thống SCADA mờ (Blind) 13

1.3.4.2 Hệ thống SCADA xử lý đồ hoạ thời gian thực (run time) 13

1.3.4.3 Hệ thống SCADA độc lập 13

1.3.4.4 Hệ thống SCADA mạng 13

CHƯƠNG 2 : ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14

2.1 Đối Tượng 14

2.1.1 Sơ Đồ Tổng Quát 14

2.1.2 PLC S7-1200 15

2.1.2.1 Giới thiệu về PLC S7-1200 15

2.1.2.2 Cấu trúc phần cứng 16

2.1.2.3 Cấu trúc bộ nhớ 20

2.1.2.4 Ngôn Ngữ Lập Trình 20

2.1.3 Cảm Biến 26

2.1.3.1 Khái niệm 26

2.1.3.2 Cảm Biến Quang Điện 26

2.1.4 Băng Tải 28

2.1.4.1 Giới thiệu 28

2.1.4.2 Cấu Tạo Chung Của Băng Tải 29

2.1.4.3 Các Loại Băng Tải Trên Thị Trường Hiện Nay 30

2.1.5 Nút Ấn 31

2.1.5.1 Giới Thiệu 31

2.1.5.2 Cấu Tạo Và Nguyên Lý Làm Việc 31

2.2 Phương Pháp Nghiên Cứu 32

2.2.1 Sơ đồ thuật toán điều khiển 32

2.2.2 Phần Mềm Tia Portal V14 33

2.2.3 Phần Mềm WinCC 35

2.2.4 Sơ Đồ Mô Phỏng Hệ Thống 37

CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 38

3.1 Thực Nghiệm Mô Phỏng 38

3.2 Kết Quả 39

3.3 Kết Luận 39

3.3.1 Ưu Điểm 40

3.3.2 Nhược Điểm 40

3.3.3 Hướng Phát Triển 40

TÀI LIỆU THAM KHẢO 41

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1: : Các loại PLC 3

Hình 1 2: PLC đầu tiên 4

Hình 1 3: PLC được cải tiến 4

Hình 1 4: Sơ đồ cấu trúc của PLC 5

Hình 1 5: Tổng quan về hệ thống scada 10

Hình 2 1: Sơ đồ hệ thống 14

Hình 2 2: Dòng sản phẩm S71200 SIEMENS 15

Hình 2 3: Cấu trúc phần cứng S71200 SIEMENS 16

Hình 2 4: Các phần của S71200 SIEMENS 18

Hình 2 5: Bảng tín hiệu 19

Hình 2 6: Module tín hiệu (SM) 19

Hình 2 7: Module truyền thông (CM) 19

Hình 2 8: Sensor E3F-DS10C4 của Omoron 27

Hình 2 9: Đầu ra NPN 27

Hình 2 10: Hình băng tải 29

Hình 2 11: Cấu tạo chung của băng tải 29

Hình 2 12: Hình ảnh về nút ấn 31

Hình 2 13: Sơ đồ thuật toán điều khiển của mạch 32

Hình 2 14: Giao diện TIA Portal 33

Hình 2 15: Ngôn ngữ lặp trình 33

Hình 2 16: Khối chương trình 34

Hình 2 17: Phần mền WinCC 35

Hình 2 18: Thành phần chính winCC 36

Hình 2 19: Mô phỏng hệ thống trên Tia Portal 37

Hình 3 1: Chạy Mô Phỏng 38

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay hệ thống điều khiển tự động không còn quá xa lạ với chúng ta Nó được ra đời từ rất sớm, nhằm đáp ứng được nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống của con người Và đặc biệt trong sản xuất, công nghệ tự động rất phát triển và nó đã giải quyết được rất nhiều vấn đề mà một người bình thường khó có thể làm được Ngày càng nhiều các thiết bị tiên tiến đòi hỏi khả năng xử lý, mức độ hoàn hảo, sự chính xác của các hệ thống sản xuất ngày một cao hơn, đáp ứng nhu cầu sản xuất

về số lượng, chất lượng, thẩm mỹ ngày càng cao của xã hội Vì vậy điều khiển tự động đã trở thành một ngành khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu và ứng dụng của ngành điều khiển tự động vào lao động sản xuất, đời sống sinh hoạt của con người

Bên cạnh đó PLC được ra đời và nó ngày càng phát triển vì những tính năng

ưu việt mà nó có được Từ khi PLC ra đời nó đã thay thế một số phương pháp cũ, nhờ khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa vào việc lập trình dựa trên những tập lênh logic cơ bản PLC giám sát thường xuyên các trạng thái của hệ thống thông qua tín hiệu báo về của các thiết bị vào, tiếp theo PLC sẽ căn cứ trên chương trình logic để quyết định tiết hành hoạt động các đầu ra Để tìm hiểu rõ hơn

về PLC nhóm chúng em xin chọn đề tài “Mô Phỏng Hệ Thống Phân Loại Sản

Phẩm“

Trong quá trình thực hiện đề tài nhóm chúng em đã cố gắng tìm hiểu và học hỏi Nhưng do khả năng còn hạn chế nên có những sai xót mong nhận được sự thông cảm từ quý thầy

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Trần Trung Khánh đã giúp đỡ chúng em rất nhiều trong quá trình tìm hiểu, thiết kế và hoàn thành đề tài đồ án 2

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về Hệ Thống Phân Loại Sản Phẩm

Từ thời xa xưa con người đã biết phân loại các sản phẩm không những phục

vụ cho sinh hoạt mà còn phục vụ cho công việc buôn bán và trao đổi hàng hóa Nhưng những sự phân biệt này còn thô sơ và dùng sức người là chính Khi nền kinh tế phát triển cùng với sự bùng nổ về khoa học kỹ thuật thì con người đã biết áp dụng khoa học công nghệ vào sản xuất để máy móc thay thế dần cho sức lao động Chính vì thế

mà các loại hình phân loại sản phẩm cũng phát triển mạnh mẽ

Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong thực tế hiện nay Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và tính lặp lại nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc Chưa kể đến

có những phân loại dựa trên các chi tiết kĩ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra Điều đó sẽ ảnh hưởng trự tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất Vì vậy, hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời là một sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này Tùy vào mức độ phức tạp trong yêu cầu phân loại, các hệ thống phân loại tự động có những quy mô lớn, nhỏ khác nhau Tuy nhiên có một đặc điểm chung là chi phí cho các hệ thống này khá lớn, đặc biệt đối với điều kiện của Việt Nam Vì vậy hiện nay đa phần chỉ được áp dụng trong các hệ thống có yêu cầu phân loại phức tạp, còn một lượng rất lớn các doanh nghiệp Việt Nam vẫn sử dụng trực tiếp sức lực con người để làm việc Bên cạnh các băng chuyền sản phẩm thì một yêu cầu cao hơn được đặt ra đó là phải có hệ thống phân loại sản phẩm

- Có rất nhiều dạng phân loại sản phẩm tùy theo yêu cầu của nhà sản xuất như: + Phân loại sản phẩm theo kích thước

+ Phân loại sản phẩm theo màu sắc

+ Phân loại sản phẩm theo khối lượng

+ Phân loại sản phẩm theo mã vạch

+ Phân loại sản phẩm theo hình ảnh

+ Phân loại sản phẩm theo vật liệu

1.2 Tổng quan về PLC

1.2.1 PLC là gì?

PLC (viết tắt của Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực

tế PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào Khi

có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo Ngôn ngữ lập trình của PLC

có thể là Ladder hay State Logic Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens, Omron, Mitsubishi Electric, Allen-Bradley, Honeywell…

Hình 1 1: : Các loại PLC

1.2.2 Sơ lược về lịch sử phát triển

Thiết bị điều khiển lập trình đầu tiên được những nhà thiết kế cho ra đời năm 1968 (công ty General Moto – Mỹ) Tuy nhiên, hệ thống này còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp rất nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống Vì vậy các nhà thiết kế đã từng bước cải tiến để giúp hệ thống đơn giản, gọn

nhẹ, dễ vận hành, nhưng việc lập trình cho hệ thống còn khó khăn do lúc này không có các thiết bị lập trình ngoại vi hỗ trợ cho công việc lập trình

Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (programable controller handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969 Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong

hệ thống điều khiển cổ điển Qua quá trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, tiêu chuẩn đó là: dạng lập trình giản đồ hình thang Trong những năm đầu thập niên 1970, những hệ thống PLC còn có thêm khả năng vận hành với những thuât toán hỗ trợ, vận hành với các dữ liệu cập nhật

Do sự phát triển của loại màn hình dùng cho máy tính, nên việc giao tiếp giữa người điều khiển lâp trình và thiết bị điều khiển càng trở nên dễ dàng hơn Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối với các PLC riêng lẻ thành một hệ thống PLC chung, tăng khả năng điều khiển của từng PLC riêng lẻ Tốc độ xử lý tốt với những chức năng phức tạp, số lượng cổng vào/ra lớn

Hình 1 3: PLC được cải tiến Hình 1 2: PLC đầu tiên

Một PLC có đầy đủ các chức năng như: bộ đếm, bộ định thời, các thanh ghi

và tập lệnh cho phép thực hiện các yêu cầu điều khiển khác nhau Hoạt động của PLC hoàn toàn phụ thuộc vào trương trình nằm trong bộ nhớ, nó luôn cập nhật tín hiệu ngõ vào, xử lý tín hiệu để điều khiển ngõ ra

Người ta chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học

- Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng bảo quản, sửa chữa

- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp

- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

- Có thể kết nối được với nhau và với các thiết bị khác như: máy tính, nối mạng, các modul mở rộng

- Giá cả có thể cạnh tranh được

- Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển bằng máy lập trình cầm tay hoặc máy tính cá nhân

1.2.3 Cấu trúc của PLC

Hệ thống PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản, gồm bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện nhập/ xuất (I/O), và thiết bị lập trình

Hình 1 4: Sơ đồ cấu trúc của PLC

- Bộ xử lý của PLC: Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chứa bộ vi xử lý, biên dịch các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều

khiển theo chương trình được lưu động trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị xuất

- Bộ nguồn: Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp

DC (5V) cần thiết cho bộ xử lý và các mạch điện có trong các module giao diện nhập và xuất

- Bộ nhớ: Bộ nhớ là nơi lưu chương trình được sử dụng cho các hoạt động điều khiển, dưới sự kiểm tra của bộ vi xử lý

Trong hệ thống PLC có nhiều loại bộ nhớ:

+ Bộ nhớ chỉ để đọc ROM (Read Only Memory) cung cấp dung lượng lưu trữ cho hệ điều hành và dữ liệu cố định được CPU sử dụng

+ Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM ( Ramden Accept Memory) dành cho chương trình của người dùng

+ Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM dành cho dữ liệu Đây là nơi lưu trữ thông tin theo trạng thái của các thiết bị nhập, xuất, các giá trị của đồng

hồ thời gian chuẩn các bộ đếm và các thiết bị nội vi khác RAM dữ liệu đôi khi được xem là bảng dữ liệu hoặc bảng ghi

+ Một phần của bộ nhớ này, khối địa chỉ, dành cho các địa chỉ ngõ vào, ngõ ra, cùng với trạng thái của ngõ vào và ngõ ra đó Một phần dành cho dữ liệu được cài đặt trước, và một phần khác dành để lưu trữ các giá trị của bộ đếm, các giá trị của đồng hồ thời gian chuẩn

+ Bộ nhớ chỉ đọc có thể xoá và lập trình được ( EPROM ) là các ROM

có thể được lập trình, sau đó các chương trình này được thường trú trong ROM

+ Người dùng có thể thay đổi chương trình và dữ liệu trong RAM Tất cả các PLC đều có một lượng RAM nhất định để lưu chương trình do người dùng cài đặt và dữ liệu chương trình Tuy nhiên để tránh mất, mất chương trình khi nguồn công suất bị ngắt, PLC sử dụng ác quy để duy trì nội dung RAM trong một thời gian Sau khi được cài đặt vào RAM chương trình có thể được tải vào vi mạch của bộ nhớ EPROM,

thường làm module có khoá nối với PLC, do đó chương trình trở thành vĩnh cửu Ngoài ra còn có các bộ đệm tạm thời lưu trữ các kênh nhập/xuất (I/O)

+ Dung lượng lưu trữ của bộ nhớ được xác định bằng số lượng từ nhị phân có thể lưu trữ được Như vậy nếu dung lượng bộ nhớ là 256 từ, bộ nhớ có thể lưu trữ 256x 8 = 2048 bit, nếu sử dụng các từ 8 bit và 256x

16 = 4096 bit nếu sử dụng các từ 16 bit

- Các phần nhập và xuất: Là nơi bộ xử lý nhận các thông tin từ các thiết bị ngoại

vi và truyền thông tin đến các thiết bị bên ngoài Tín hiệu nhập có thể đến từ các công tắc hoặc từ các bộ cảm biến Các thiết bị xuất có thể đến các cuộn dây của rơ le, đèn báo

1.2.4 Ưu điểm và nhược điểm khi sử dụng PLC

PLC cho phép người điều khiển không mất nhiều thời gian nối dây phức tạp khi cần thay đổi chương trình điều khiển, chỉ cần lập chương trình mới thay cho chương trình cũ Việc sử dụng PLC vào các hệ thống điều khiển ngày càng thông dụng, để đáp ứng yêu cầu ngày càng đa dạng này, các nhà sản xuất đã đưa ra hàng loạt các dạng PLC với nhiều mức độ thực hiên đủ để đáp ứng các yêu cầu khác nhau của người sử dụng Để đánh giá một bộ PLC người ta dựa vào 2 tiêu chuẩn chính: dung lượng bộ nhớ và số tiếp điểm vào/ra của nó Ngoài ra còn có các chức năng khác như: bộ vi xử lý, chu kỳ xung clock, ngôn ngữ lập trình, khả năng mở rộng số ngõ vào/ra

❖ Ưu Điểm

Từ thực tế sử dụng người ta thấy rằng PLC có những điểm mạnh như sau:

- Chương trình PLC dễ dàng thay đổi và sửa chữa: Chương trình tác động đến bên trong bộ PLC có thể được người lập trình thay đổi dễ dàng bằng xem xét việc thực hiện và giải quyết tại chỗ những vấn đề liên quan đến sản xuất Người lập chương trình được trang bị các công cụ phần mềm để tìm ra lỗi cả phần cứng và phần mềm, từ đó sửa chữa thay thế hay theo dõi được cả phần cứng

và phần mềm dễ dàng hơn Chỉ cần thay đổi phần mềm sẽ có thể tạo nên hệ thống tối ưu mà các hệ điều chỉnh trước không có được

- Dễ dàng nối mạch và thiết lập hệ thống: trong khi phải chi phí rất nhiều cho việc hàn mạch hay nối mạch trong cấp điều khiển rơle, thì ở PLC những công việc đó đơn giản được thực hiện bởi chương trình

- Các tín hiệu đưa ra từ bộ PLC có độ tin cậy cao hơn so với các tín hiệu được cấp từ bộ điều khiển bằng rơle

- Vì đây là hệ chuyển mạch không tiếp điểm nên độ tin cậy cao, tuổi thọ cao hơn so với rơle có tiếp điểm

- Với hệ thống điều khiển dùng PLC vừa có thể tiến hành hiệu chỉnh sửa chữa

mà hệ thống vẫn làm việc, tức là vẫn đảm bảo dây chuyền công nghệ không

bị dừng, vì vậy nó cho phép hiệu chỉnh để đạt được kết quả hiệu chỉnh là tối

ưu

❖ Nhược Điểm

- Do chưa tiêu chuẩn hoá nên mỗi công ty sản xuất ra PLC đều đưa ra các ngôn ngữ lập trình khác nhau, dẫn đến thiếu tính thống nhất toàn cục về hợp thức hoá

- Trong các mạch điều khiến với quy mô nhỏ, giá của một bộ PLC đắt hơn khi

sử dụng bằng phương pháp rơle

- Dòng đầu ra của PLC thường nhỏ hơn 500 mA Nên khi đấu nối với các thiết

bị công suất lớn thường phải sử dụng thiết bị trung gian là rơ le

- Để thực hiện lập trình được chương trình điều khiển bắt buộc phải có máy tính hoặc máy lập trình đi kèm với cáp chuẩn hóa

- Các thông số của chương trình dễ dàng thay đổi, nếu người lập trình không am hiểu sẽ làm rối loạn hệ thống, gây khó khăn cho người quản lý

1.2.5 Một số lĩnh vực tiêu biểu sử dụng PLC

Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất trong công nghiệp và dân dụng Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ thống đơn giản, chỉ có khả năng đóng mở (ON/OFF) thông thường đến các ứng dụng cho các lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi tính chính xác cao, ứng dụng các thuật toán trong sản xuất Các lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC hiện nay bao gồm:

- Hóa học và dầu khí: định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiến hệ thống dẫn

- Chế tạo máy và sản xuất: Tự động hóa trong chế tạo máy, cân đong, quá trình lắp đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại

- Bột giấy, giấy, xử lý giấy: Điều khiển máy băm, quá trình ủ bột, quá trình cáng, quá trình gia nhiệt

- Tự động : quá trình đóng gói, thí nghiệm vật liệu, cân đong, các khâu hoàn tất sản phẩm, do cắt giấy

- Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: Phân loại sản phấm, đếm sản phẩm, kiểm tra sản phẩm, kiểm soát quá trình sản xuất, bơm (bia, nước trái cây ) cân đong, đóng gói, hòa trộn

- Kim loại: Điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), quy trình sản xuất, kiểm tra chất lượng

- Năng lượng: điều khiển nguyên liệu (cho quá trình đốt, xử lý các tuabin ) các trạm cần hoạt động tuần tự khai thác vật liệu một cách tự động (than, gỗ, dầu mỏ)

1.3 Tổng quan về SCADA

1.3.1 Định Nghĩa

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển các quá trình từ xa Người vận hành có thể nhận biết và điều khiển hoạt động các thiết bị thông qua máy tính và mạng truyền thông Nói cách khác, SCADA thường được dùng để chỉ tất cả các hệ thống máy tính được thiết kế để thực hiện các chức năng sau :

❖ Giám sát (Supervisory): Chức năng này cho phép giám sát liên tục các hoạt động trong hệ thống điều khiển quá trình Hiển thị các báo cáo tổng kết về quá trình sản xuất, chỉ thị giá trị đo lường, dưới dạng trang màn hình, trang đồ họa, trang sự kiện, trang báo cáo sản xuất Qua đó nhân viên vận hành có thể thực hiện các thao tác vận hành và can thiệp từ xa đến các hệ thống phía dưới

❖ Điều khiển (Control): Chức năng này cho phép người điều hành điều khiển các thiết bị và giám sát mệnh lệnh điều khiển

❖ Thu thập dữ liệu (Data Acquisition): Thu thập dữ liệu qua đường truyền số liệu về quá trình sản xuất, sau đó tổ chức lưu trữ các số liệu như: số liệu sản

xuất, chất lượng sản phẩm, sự kiện thao tác, sự cố, dưới dạng trang ghi chép

hệ thống theo một cơ sở dữ liệu nhất định

Hình 1 5: Tổng quan về hệ thống scada

1.3.2 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống SCADA

Hệ thống SCADA hoạt động dựa trên nguyên tắc lấy tín hiện từ các cơ cấu cảm biến được gắn trên các thiết bị công tác hoặc trên dây truyền sản xuất gửi về cho máy tính (thực hiện phần thu nhận dữ liệu ) Máy tính xử lý, kiểm tra trạng thái hoạt động của hệ thống, các yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm đã được cài sẵn trong bộ nhớ Đồng thời, máy tính sẽ hiển thị lại những thông tin kỹ thuật của hệ thống trên màn hình, cho phép tự động giám sát và điều khiển hệ thống và phát ra tín hiệu điều khiển đến máy công tác tạo nên vòng tín hiệu kín (thực hiện chức năng giám sát và điều khiển)

Việc điều khiển giám sát ở đây bao hàm hai ý nghĩa:

+ Con người theo dõi và điều khiển

+ Máy tính giám sát và điều khiển

Đối với các hệ thống sản xuất tự động trước đây, việc kiểm tra giám sát hoàn toàn do con người đảm trách So với máy tính, tốc độ xử lý tính toán của con người

Cấp quản lý kinh doanh Mạng xí nghiệp

Cấp quản lý quá trình

Trạm vận hành

bơm

PLC

Động cơ van

Cảm biến

Trạm vận hành

Cơ cấu chấp hành

Mạng điều khiển

Cấp trường

rất chậm và dễ nhầm lẫn Việc tính toán điều khiển của máy tính sẽ tránh được những hậu quả trên Những sai sót nhỏ, đơn giản thường xuyên gặp phải sẽ được máy tính giám sát và xử lý theo chương trình được đặt sẵn Đối với những sự cố lớn máy tính

sẽ báo cho người theo dõi biết và tạm dừng hoạt động của hệ thống để chờ quyết định của người điều hành

Vì vậy, bên cạnh khả năng hoạt động toàn hệ thống theo một chương trình định trước, hệ SCADA còn cho phép người vận hành quan sát được trạng thái làm việc của từng thiết bị tại các trạm cơ sở, đưa ra các cảnh báo, báo động khi hệ thống

có sự cố và thực hiện các lệnh điều khiển can thiệp vào hoạt động của hệ thống khi

có tình huống bất thường hay có sự cố

1.3.3 Chức năng và nhiệm vụ cơ bản của Hệ Thống Scada

1.3.3.1 Giám sát và phân tích hoạt động sản xuất

Ngay khi nhận biết được những thông tin về hoạt động của hệ thống từ các

bộ phận cảm biến gửi về, máy tính sẽ phân tích những tín hiệu đó và so sánh với những tín hiệu chuẩn, với những tín hiệu yêu cầu từ các tập tin về cấu hình hoạt động của hệ thống sản xuất, hay các bảng cơ sở dữ liệu về sản phẩm, quy trình sản xuất, các thông số công nghệ của các máy công tác(dữ liệu tham khảo) Nhờ các bộ phận cảm biến, các thiết bị đo lường mà trong quá trình sản xuất luôn thông báo cho người giám sát biết được các thông tin về tiến trình hoạt động sản xuất, các thông số kỹ thuật, số lượng sản phẩm

Việc giám sát ở đây bao hàm hai ý nghĩa:

+ Máy tính giám sát

+ Con người giám sát

Việc theo dõi giám sát chủ yếu là do máy tính, con người chỉ đóng vai trò phụ, chuyên theo dõi những biến cố lớn nguy hiểm đến hệ thống sản xuất Những trục trặc nhỏ hay những sai lệch thường xuyên gặp phải sẽ được máy tính sửa chữa theo chương trình được cài sẵn

1.3.3.2 Hoạt động theo chương trình điều khiển

Ngoài các chức năng truyền thống là so sánh để điều khiển cơ cấu tác động,

ta còn có thể cho hệ thống hoạt động theo một chương trình đã lập từ trước Nhờ có

bộ vi xử lý ta có thể lập trình cho hệ thống hoạt động theo những chu trình phức tạp, máy tính sẽ đọc chương trình và xuất tín hiệu điều khiển cho các cơ cấu hoạt động theo chương trình

Việc thay đổi chu trình hoạt động của máy tính hay thay đổi kích thước mẫu

mã sản phẩm chỉ là việc thay đổi chương trình Mẫu mã, kích thước được vẽ trên máy tính bằng các phần mềm chuyên dụng (Cimatron, Pro Engineer ) rồi máy tính sẽ dịch lại theo mã máy để cho các máy điều khiển số (NC,CNC) hiểu được

1.3.3.3 Kiểm tra và đảm bảo chất lượng

Nhờ các thiết bị cảm ứng, các thiết bị đo lường được gắn trên máy mà ta có thể đo, kiểm tra sản phẩm, loại bỏ các phế phẩm ngay từ nguyên nhân hỏng, nhờ đó

mà chất lượng sản xuất được nâng cao và giảm bớt chi phí sản xuất; kịp thời phát hiện, báo động những biến cố xảy ra

1.3.3.4 Quản lý quá trình sản xuất

Các thông tin về hệ thống sản xuất đều được truyền về cho máy tính giám sát và thống kê, tổng kết quá trình sản xuất: số lượng sản phẩm, số lượng nguyên vật liệu còn tồn trữ, giúp người quản lý ra quyết định Đặt biệt là khả năng liên kết động (DDE-Dynamic Data Exchange) cho phép các thông tin trên được kết nối, trao đổi

cơ sở dữ liệu với các hệ thống SCADA tương tự khác trên một mạng TCP/IP (Transfer Control Protocol/Intenet Protocol)-một tập tiêu chuẩn (các giao thức) dùng cho quá trình phát truyền và sửa lỗi đối với các dữ liệu, cho phép máy tính được ghép mạng Internet sang máy tính khác) Điều này cho phép các hệ thống có thể truy xuất dữ liệu cũng như xuất ra tín hiệu điều khiển lẫn nhau

Hệ thống SCADA còn có khả năng liên kết với các hệ thống thương mại có cấp độ cao hơn, cho phép đọc /viết theo cơ sở dữ liệu chuẩn ODBC như Oracle, Access, Microsoft SQL…

1.3.4 Phân loại hệ thống SCADA

1.3.4.1 Hệ thống SCADA mờ (Blind)

Là hệ thống thu nhận, xử lý dữ liệu thu được bằng hình ảnh hoặc đồ thị Do không có bộ phận giám sát nên hệ thống rất đơn giản và giá thành thấp

1.3.4.2 Hệ thống SCADA xử lý đồ hoạ thời gian thực (run time)

Là hệ thống giám sát và thu nhận dữ liệu có khả năng mô phỏng tiến trình hoạt động của hệ thống sản xuất nhờ các tập tin cấu hình của máy đã được khai báo trước đó Tập tin cấu hình sẽ ghi lại khả năng hoạt động của hệ thống, các giới hạn không gian hoạt động, giới hạn về khả năng, công suất làm việc của máy Nhờ biết trước khả năng hoạt động của hệ thống sản xuất mà khi có tín hiệu vượt quá tải hay có vấn đề đột ngột phát sinh, hệ thống sẽ báo cho người giám sát biết trước để họ can thiệp vào hoặc tín hiệu vượt quá mức cho phép hệ thống sẽ lập tức cho máy công tác ngưng hoạt động

1.3.4.3 Hệ thống SCADA độc lập

Là hệ thống giám sát và thu nhận dữ liệu với một bộ xử lý, thông thường loại

hệ thống SCADA này chỉ điều khiển một hoặc hai máy công cụ hay còn gọi

là workcell Do khả năng điều khiển ít máy công tác nên hệ thống sản xuất chỉ đáp ứng được cho việc sản xuất chi tiết, không tạo nên được dây chuyền sản xuất lớn

1.3.4.4 Hệ thống SCADA mạng

Là hệ thống giám sát và thu nhận dữ liệu với nhiều bộ xử lý có nhiều bộ phận giám sát được kết nối với nhau thông qua mạng Hệ thống này cho phép điều khiển phối hợp được nhiều máy công tác hoặc nhiều nhóm workcell tạo nên một dây chuyền sản xuất tự động Đồng thời hệ thống có thể kết nối tới nơi quản lý – nơi ra quyết định sản xuất hay có thể trực tiếp sản xuất theo yêu cầu của khách hàng từ nơi bán hàng hay phòng thiết kế Do được kết nối mạng nên chúng ta có thể điều khiển từ xa các thiết bị công tác mà điều kiện nguy hiểm (như làm việc ở nơi có môi trường phóng xa, nơi có từ trường mạnh …) không cho phép con người đến gần

CHƯƠNG 2 : ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối Tượng

2.1.1 Sơ Đồ Tổng Quát

Hình 2 1: Sơ đồ hệ thống Chi tiết từng khối trong sơ đồ như sau:

- Khối nguồn : Có vai trò cung cấp toàn bộ nguồn điện cho các khối trong hệ

thống

- Khối vào ra(I/O) : Khối vào ra có nhiệm vụ chuyển các tín hiệu từ bên ngoài vào khối xử lý trung tâm PLC, đồng thời nhận các lệnh gửi ra từ PLC để thực hiện các chức năng khác

- Khối xử lý trung tâm PLC : Là bộ điều khiển logic lập trình PLC S7-1200 của hãng SIEMENS.Có vai trò quan trọng nhất trong toàn bộ hệ thống, có nhiệm

vụ điều khiển, giám sát mọi hoạt động của dây chuyền PLC giao tiếp hai chiều với khối vào ra và khối điều khiển Đồng thời PLC cũng giao tiếp một chiều với cơ cấu chấp hành để điều khiển động cơ thực hiện các lệnh của chương trình điều khiển

- Khối máy tính điều khiển: Có chức năng cài đặt, sửa chữa chương trình của PLC Việc giao tiếp giữa PLC với máy tính được thực hiện qua cổng COM

- Khối cơ cấu chấp hành: Gồm động cơ thực hiện truyền động băng tải

2.1.2 PLC S7-1200

2.1.2.1 Giới thiệu về PLC S7-1200

PLC S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-

+ Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC

+ Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình

S7-1200 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 hoặc RS232

Hình 2 2: Dòng sản phẩm S71200 SIEMENS

3 Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên

4 Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp

5 Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU)

ERROR (màu đỏ) : báo hiệu thực hiện chương trình đax xảy ra lỗi

STOP/RUN:(cam/ xanh) CPU ngừng/đang thực hiện chương trình đã nạp vào bộ nhớ

MAINT(maintenance): led cháy báo hiệu việc có thẻ nhớ được gắn vào hay không Rx/Tx: đèn vàng nhấp nháy báo hiệu tín hiệu được truyền Đèn cổng vào ra : Ix.x( đèn xanh) tín hiệu theo giá trị của công tắc Qx.x tín hiệu theo giá trị logic của cổng Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ chương trình khác nhau…

PLC S7-1200 có các loại sau:

Bảng 2.1: Các thông số của 3 loại CPU

• Kiểu số

• Kiểu tương tự

• 6 ngõ vào/ 4 ngõ ra

• 2 ngõ ra

• 8 ngõ vào/ 6 ngõ ra

• 2 ngõ ra

• 14 ngõ vào/ 10 ngõ ra

• 2 ngõ ra Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)

Thời gian lưu trữ thời Thông thường 10 ngày/ ít nhất 6 ngày tại 40℃

S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu, bảng tín hiệu để mở rộng dung lượng Lắp đặt thêm module truyền thông để hỗ trợ giao thức truyền thông khác

Hình 2 4: Các phần của S71200 SIEMENS Khả năng mở rộng của từng loại CPU tùy thuộc vào các đặc tính, thông số và quy định của nhà sản xuất

16 x DC in 16 x DC Out

16 x Relay Out

16xDC In/16 x DC Out

16 x DC In/16 x Relay Out

Kiểu tương tự 4 x Analog In

hiệu (SB)

Module truyền thông (CM)

• RS485

• RS232

❖ Bảng tín hiệu (SB) : Một bảng tín hiệu cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU Người dùng có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương

tự SB kết nối vào phía trước của CPU

Hình 2 5: Bảng tín hiệu

❖ Module tín hiệu (SM) : có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chức năng Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU

Hình 2 6: Module tín hiệu (SM)

❖ Module truyền thông(CM) : Họ S7-1200 cung cấp dành cho các tính năng bổ

sung vào hệ thống Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485

+ CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông

+ Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một CM khác)

Hình 2 7: Module truyền thông (CM)

2.1.2.3 Cấu trúc bộ nhớ

S7-1200 có 3 loại bộ nhớ sử dụng Load memory, work memory, retentive memory :

+ Load memory chứa bộ nhớ của chương trình khi bàn down xuống

+ Work memory là bộ nhớ lúc làm việc

+ System memory thì có thể setup vùng này trong Hardware config, chỉ cần chứa các dữ liệu cần lưu vào máy

2.1.2.4 Ngôn Ngữ Lập Trình

a) Phương Pháp Lập Trình Cách lập trình cho S7 – 1200 nói riêng và cho các PLC của Siemen nói chung dựa trên ba phương pháp cơ bản:

❖ Phương pháp hình thang (Ladder Logic viết tắt là LAD):

Là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ hoạ Ở dạng soạn thảo này chương trình được hiên thị gần giống sơ đồ nối dây một mạch trang bị điện gồm các thiết bị Rơle, Contactor Chúng ta xem như 1 dòng điện từ 1 nguồn điện chảy qua các chuỗi tiếp điểm lôgic ngõ vào từ trái qua phải rồi đến ngõ ra Chương trình cơ bản được chia ra làm nhiều Network, mỗi Network thực hiện 1 nhiệm vụ nhỏ cụ thể Các Network thực hiện từ trái qua phải và từ trên xuống dưới

Các phần tử chủ yếu dùng trong dạng soạn thảo này là:

+ Tiếp điểm không đảo -| |-

+ Tiếp điểm đảo -|\|-

+ Ngõ ra –( ) –

+ Các hộp chức năng các hộp biểu diễn các phép toán số học định thời , bộ đếm Dạng soạn thảo này có 1 số ưu điểm:

+ Dễ sử dụng cho người mới học lập trình

+ Biểu diễn đồ hoạ dễ hiểu và thông dụng

+ Luôn có thể chuyển sang STL từ dạng LAD

❖ Phương pháp khối chức năng: (Funtion Block Diagram viết tắt là FBD) Dạng FBD hiện thị chương trình soạn thảo ở dạng đồ hoạ tương tự như sơ đồ các cổng lôgic FBD không khái niệm đường nguồn phải trái do đó khái niệm dòng

điện không được sử dụng Thay vào đó là các Logic 1 Không có tiếp điểm và cuộn dây như ở dạng LAD, nhưng có các cổng Logic và cổng chức năng Các cổng lôgic AND, OR, XOR… tương ứng với các tiếp điểm Logic nối tiếp hay song song…

Đầu ra của các cổng Lôgic hay hộp chức năng có thể được sử dụng để nối tiếp với đầu vào của các cổng lôgic hay các hộp chức năng khác Với dạng soạn thảo này

có 1 số ưu điểm sau:

+ Biểu diễn ở dạng đồ hoạ các cổng chức năng giúp ta có thể dễ đọc hiểu theo trình tự điều khiển

+ Luôn có thể chuyển từ dạng FBD sang STL

❖ Phương pháp liệt kê lệnh ( Statement List viết tắt là STL):

Đây là dạng soạn thảo chương trình dạng tập hợp các câu lệnh Người dùng phải nhập các câu lênh từ bàn phím, giữa lệnh và các toán hạng có khoảng trắng và mỗi lệnh chiếm 1 hàng Mỗi câu lệnh trong chương trình kể cả các lệnh hình thức biểu diễn một chức năng của PLC Ở dạng soạn thảo này sẽ có 1 số chức năng mà dạng soạn thảo STL và FBD không có

Dạng soạn thảo này có 1 số điểm chính:

+ Là dạng soạn thảo phù hợp cho những người có kinh nghiệm lập trình PLC + STL cho phép khắc phục 1 số khó khăn khi lập trình STL và FBD

+ Luôn luôn có thể chuyển được từ dạng LAD hay FBD về dạng STL nhưng khi chuyển ngược lại từ STL sang LAD hay FBD thì có 1số không chuyển được