Xây dựng Scada phân loạisản phẩm theo chất liệu

và kiểm soát quy trình tự động hóa ở các doanh nghiệp.Trong những năm 1980 và 1990, hệ thống SCADA đã được cải tiến với việc sử dụng mạng cục bộ LAN Local Area Network, cho phép các hệ t

MỤC LỤC:

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay trên thế giới sự phát triển vũ bão của khoa học kỹ thuật, đã kéo theo sựphát triển của nhiều lĩnh vực khác như ngành sản xuất khác Những công nghệ mới,tiên tiến liên tục được ra ra đời để thay thế công nghệ cũ lạc hậu, nhằm phục vụ nhu cầungày càng cao của con người Không thể nằm ngoài quy luật của sự phát triển đó Đấtnước ta đang tiến hành công nghiệp hóa, hiện đại hóa Phấn đấu đến năm 2020 cơ bản trởthành nước công nghiệp phát triển Để điều đó trở thành hiện thực chúng ta phải khôngngừng nghiên cứu phát triển, ứng dụng công nghệ mới tiên tiến vào thực tiễn để đẩunhanh công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Trong đó ngành tự động hóaquá trình sản xuất là chiếm vị trí hết sức quan trọng, là mũi nhọn và then chốt để giảiquyết vấn đề nâng cao năng xuất và chất lượng sản phẩm.Một trong vấn đề quan trọngtrong dây truyền tự động hóa là phân loại sản phẩm và nhiều vấn đề khác Trong đóphải kể đến hệ thống điều khiển và ghép nối các thiết bị với PLC Chiếm một vị trí kháquan trọng trong ngành tự động hóa đó là kỹ thuật điều khiển logic khả lập trình viết tắt

là PLC (progammable logical controller) Nó đã và đang phát triển mạnh mẽ và ngàycàng chiếm vị trí quan trọng trong các ngành kinh tế quốc dân Không những thay thế cho

kĩ thuật điều khiển bằng cơ cấu cam hoặc kỹ thuật rowle trước kia mà còn chiếm lĩnh 4nhiều chức năng phụ khác nữa chẳng hạn như chức năng chuẩn đoán Kỹ thuẩ này điềukhiển có hiệu quả với từng máy làm việc độc lập cũng như với những hệ thống máy sảnxuất linh hoạt phức tạp hơn Dùng PLC có nhiều ưu điển như :nhỏ gọn , hoạt động chínhxác tin cậy và đặc biệt có thể thay đổi chương trình điều khiển một cách dễ dàng Trongthời gian làm thực hành em được giao nhiệm vụ đề tài là : “ Xây dựng Scada phân loạisản phẩm theo chất liệu ” Do TS ĐỖ THỊ MAI hướng dẫn

và kiểm soát quy trình tự động hóa ở các doanh nghiệp.

Trong những năm 1980 và 1990, hệ thống SCADA đã được cải tiến với việc sử dụng mạng cục bộ LAN (Local Area Network), cho phép các hệ thống SCADA kết nối với nhau, và là tiền đề cho sự phát triển của phần mềm giao diện người - máy trên máy tính (PC - based HMI software)

Đến những năm 1990 và đầu 2000, các cơ sở dữ liệu (CSDL) sử dụng ngôn ngữ truy vấn cấu trúc (SQL) đã trở thành tiêu chuẩn cho CSDL công nghệ thông tin Tuy nhiên, nhiều nhà lập trình SCADA đã không ứng dụng phương pháp này, khiến công nghệ SCADA có những bước lùi trong giai đoạn này Nhưng ngay sau thời kì này, khi các tiêu chuẩn công nghệ thông tin hiện đại và các phương pháp như ngôn ngữ SQL đã được ứng dụng vào hệthống SCADA, các hệ thống này đã trở nên hiệu quả, an toàn, ổn định và năng suất hơn.1.1.2 Thành phần chính hệ thống SCADA

- Thiết bị đầu cuối hiện trường (RTU):

RTU thực hiện chức năng giao tiếp giữa hệ SCADA và quá trình cần giám sát vận hành thông qua các cảm biến và thiết bị chấp hành RTU có thể là 1 hệ vi sử lý được thiết kế riêng cho mục đích, yêu cầu của hệ SCADA nói chung nhưng có thể sử dụng các PLC hoặc các controller Trong các hệ thống điều khiển giám sát tích hợp vai trò của RTU sẽ được các PLC hoặc các controller đảm nhiệm Ở đây quá trình dữ liệu thu thập được ngoài việc sử dụng cho các quá trình điều khiển logic và điểu khiển điều chỉnh còn được

sử dụng để giám sát vận hành Chúng ta cũng có thể gặp các hệ thống điều khiển tích hợp

sử dụng cảm biến thông minh và cơ cấu chấp hành thông minh Trong những trường hợp

như vậy vai trò của RTU được tích hợp trên bản thân các cảm biến và cơ cấu chấp hành Các PLC và Controller lúc này cũng chỉ đóng vai trò trung chuyển dữ liệu cho ứng dụng SCADA.

-Trạm chủ trung tâm:

Trạm chủ trung tâm thực hiện chức giao tiếp giữa người vận hành và hệ SCADA.Nó thực hiện việc nhận dữ liệu từ các RTU, hiển thị các dữ liệu này và các lệnh vận hành từ người vận hành rồi chuyển tới RTU Ngoài chức năng cơ bản này, trạm chủ trung tâm hiện đại còn thực hiện, một số chức năng khác liên quan tới quản lý, bảo trì và tối ưu hóaquá trình như thiết lập truyền thông, liên kết truyền thông, chuẩn đoán, tối ưu hóa hoạt động của hệ thống

Trạm chủ trung tâm còn được gọi là thiết bị đầu cuối trung tâm ( master terminal unit viếttắt là MTU) nhưng tên gọi là trạm chủ trung tâm là phù hợp hơn với hệ SCADA hiện đại Trong các hệ SCADA hiện đại trạm chủ trung tâm thường gồm một hoặc nhiều máy trạm máy chủ được nối mạng với nhau để thực hiện chức năng của trạm chủ trung tâm

mỹ thuật công nghiệp và tâm lý học công nghiệp

Hình 1.1: Cấu trúc hệ SCADA cơ bản1.1.2 Cấu trúc hệ SCADA hiện đại

1.1.2.1 Cấu trúc phân cấp của hệ SCADA theo SIEMENS

Hình 1.2 Cấu trúc phân cấp SCADA SYSTEM theo SIEMENS

1.1.2.2 Luồng thông tin trong hệ thống SCADA

Hình 1.3: Luồng thông tin trong hệ SCADA

• Cấp thiết bị

- Chấp hành tín hiệu điều khiển thời gian thực (realtime) từ cấp trên

- Trả lại thông số vận hành thời gian thực (realtime) cho cấp trên

• Cấp điều khiển cục bộ

- Thu thập dữ liệu thời gian thực từ cấp thiết bị

- Tính toán và đưa ra tín hiệu điều khiển theo thuật toán cài đặt trước

- Báo hiệu về việc vượt quá ngưỡng cho phép của các thông số từ quátrình

Kiểm soát những hành động lỗi của Operator và thiết bị điều khiển

• Cấp giám sát

- Thu thập thông tin từ cấp dưới, xử lý, lưu trữ và hiển thị

- Đưa ra tín hiệu điều khiển trên cơ sở phân tích thông tin

- Chuyển thông tin về việc của các xưởng, xí nghiệp cho cao cấp

hơn

- Tính toán những thông số thứ cấp: các chỉ số về chất lượng sản

phẩm…

- Thay đổi lại thông số, cấu hình lại cho cấp điều khiển

- Lưu trữ thông tin

- Đưa ra các báo cáo

- Chuẩn đoán về sự hư hỏng của các phần tử trong hệ thống

• Cấp quản lý

- Tối ưu các chỉ số kinh tế về sản xuất

- Điều khiển theo các chỉ số kinh tế, kỹ thuật

- Quản lý tài nguyên công ty

- Lưu trữ thông tin

- Đưa ra kế hoạch sản xuất

1.1.3 Ưu thế hệ SCADA

Với cơ chế hoạt động trên, một hệ thống SCADA sẽ cho phép các doanh nghiệp thu thập, quản lý dữ liệu, tương tác và kiểm soát hoạt động của các loại máy móc, thiết bị như van,máy bơm hay các động cơ, cũng như lưu trữ mọi thông tin vào tệp tin máy chủ Nhờ tính năng ưu việt, hệ thống SCADA đã và đang được ứng dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp hiện đại như năng lượng, thực phẩm, dầu khí, vận tải, xử lý nước và rác thải, v.v với một số ưu thế nổi bật như:

• Nâng cao năng suất: nhờ quá trình phân tích các quy trình sản xuất, nhà quản lý

có thể dùng các thông tin này để gia tăng hiệu quả sản xuất và cải tiến kỹ thuật

• Cải thiện chất lượng sản phẩm: cũng thông qua việc phân tích các hoạt động,

nhà quản lý có thể tìm cách hạn chế, ngăn chặn các sai sót trong quá trình sản xuất

• Giảm chi phí vận hành và bảo trì: khi một hệ thống SCADA được lắp đặt,

doanh nghiệp sẽ không cần quá nhiều nhân sự cho việc quản lý giám sát các thiết

bị hiện trường được đặt ở các vị trí xa Bên cạnh đó, doanh nghiệp cũng không phải chi trả cho các chuyến đi kiểm tra, bảo trì ở xa, thế nên, chi phí bảo trì cũng

sẽ được giảm bớt

• Bảo toàn vốn đầu tư: khi các chủ nhà máy đầu tư nâng cấp hoạt động sản xuất,

họ cần đảm bảo sự nâng cấp đó có tính sử dụng lâu dài Một hệ thống SCADA

được thiết kế mở sẽ cho phép chủ đầu tư chỉnh sửa, thay đổi tùy theo quy mô sản xuất, nhờ đó giúp loại bỏ các hao hụt theo thời gian.

1.2: Nhu cầu phân loại sản phẩm theo chất liệu

Sự kết hợp giữa ngành điện – điện tử và cơ khí là một bước tiến quan trọng trong sự phát triển của tự động hóa trong công nghiệp Hiện nay, Đất nước ta đang trong quá trình phát triển và hội nhập, chính vì thế các mặt hàng được sản xuất ra không những đạt tiêu chuẩn

về chất lượng, mà còn đòi hỏi phải có độ chính xác cao về hình dạng, kích thước, trọng lượng…Cho nên từ đó các khu công nghiệp được hình thành với nhiều dây chuyền thiết

bị máy móc hiện đại phù hợp với nhu cầu sản xuất, để tạo ra năng suất cao hơn trong quá trình sản xuất Một trong những thiết bị, máy móc hiện đại đó phải kể đến hệ thống phân loại sản phẩm Chính vì vậy, tôi quyết định thiết kế và thi công mô hình với đề tài: “Xây dựng Scada phân loại sản phẩm theo chất liệu ” Mô hình này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của các dây chuyền thiết bị được dùng trong hệ thống phân loại, đồng thời ứng dụng PLC vào việc điều khiển hệ thống Và xây dựng giao diện điều khiển và giám sát

1.2.1 Ứng dụng hệ thống phân loại sản phẩm theo chất liệu

Hệ thống phân loại sản phẩm này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp sản suất về nhiều lĩnh vực Như trong các nhà máy sản suất chai nước có vỏ bằng những chất liệu khác nhau Những sản phẩm phôi có chất liệu khác nhau Hay ngay cả khi được áp dụng

là những bài học trong trường đại học chuyên ngành tự động hóa Sau khi hiểu được bài toán phân loại sản phẩm theo chất liệu chúng ta còn có thể áp dụng để xây dựng lên những bài toán công nghệ tương tự như phân loại sản phẩm theo màu sắc, theo chiều cao…

Hệ thống phân loại sản phẩn giúp rút gọn thời gian cho việc phân loại nhờ nhân công làmviệc thủ công Cắt giảm chi phí thuê công nhân Hệ thống hoạt động chính xác cao, ổn định, tuổi thọ cao, dễ dàng trong việc quản lý nhờ hệ scada điều khiển và giám sát

Sau đây là một số hình ảnh về hệ thống phân loại sản phẩm :

Hình 1.4: Mô hình phân loại sản phẩm trường đại học CNTT-TT

CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN

2.1: Phương án thứ nhất

Hệ thống phân loại sản phẩm sẽ dùng phương án phân loại bằng các thiết bị như sau :

• Trạm chủ trung tâm :

Sử dụng bộ vi điều khiển ADUNO

• Thiết bị đầu vào RTU:

Sử dụng phương pháp xử lý ảnh để phân loại hình dạng kích thước bề mặt của từng vật liệu để phân loại

Sử dụng các xi lanh khí nén để đẩy các vật về vị trí phân loại

Sử dụng động cơ 1 chiều để chuyển động cho các băng tải

• Truyền thông :

Sử dụng truyền thông RS 232 hoặc RS 485 của ADUNO tích hợp

• Giao diện điều khiển

Thiết kế giao diện bằng phần mềm visua C# để tạo màn hình giám sát đồng thời dùng choviệc lập trình xử lý ảnh

2.2: Phương án thứ hai

• Trạm chủ trung tâm :

Sử dụng thiết PLC S7-300 thiết bị khả trình logic để điều khiển toàn bộ hệ thống

• Thiết bị đầu vào RTU:

- Sử dụng các cảm biến senser để phân loại từng vật liệu thông qua khoảng cách thuvật mà từng chất liệu có đặc tính riêng của nó

- Sử dụng các xi lanh khí nén để đẩy các vật về vị trí phân loại

- Sử dụng động cơ 3 pha không đồng bộ để chuyển động cho các băng tải

- Sử dụng biến tần ABB ACS để khởi động , thay đổi tốc độ động cơ cho các băng tải

• Truyền thông :

Sử dụng truyền thông RS485 tích hợp trên PLC s7-300

• Giao diện điều khiển:

Sử dụng phần mềm Win cc 7.4 cùng nhà sản xuất là simen với PLC

2.3: Phương án thứ ba

• Sử dụng các thiết bị trang bị điện như Roley trung gian, roley thời gian, các tiếp điểm NO, NC , nút nhất … để điều khiển

2.4: phân tích lựa chọn phương án

Từ 3 phương án trên chúng ta sẽ có ưu nhược điểm của từng phương án như sau :

• Phương án 1 :

Ưu điểm :

- Giá thành có thể chấp nhận được không quá cao

- chủ trung tâm ADUNO thịnh hành , giá thành thấp , dễ điều khiển

- Xử dụng xử lý ảnh chính xác không bị nhiễu do từ trường trong nhà xưởngYếu điểm :

- Trạm chủ trung tâm ADUNO tuy giá thành thấp nhưng bù lại nó lại dễ bị hỏng tuổi thọ thấp, dễ bị nhiễu thường chỉ nên dùng cho môi trường trong nhà cho các thiết bị thông minh cho đời sống sinh hoạt

- Xử dụng lý ảnh tuy chính xác lại khó xử dụng, độ nhạy xử lý không cao

- Xử dụng động cơ 1 chiều có giá thành cao , khó điểu khiển hơn động cơ 3 pha không đồng bộ

• Phương án thứ 2:

- Sử dụng senser on off dễ sử dụng , hiện tại có nhiều loại senser trên thị trường có tuổi thọ cao, tác động nhanh và ít bị nhiễu hơn

- Biến tần ABB ACS khởi động , thay đổi tốc độ , ổn định cho động cơ , giá thành trung bình

- Động cơ không đồng bộ 3 pha dễ dàng sử dụng Giao diện điều khiển sử dụng phần mềm Win cc dễ sử dụng , linh hoạt , hình ảnh phong phú …

Yếu điểm :

- Yếu điểm duy nhất ở phương án thứ 2 này có thể nói là ở giá thành cao hơn nhưng

bù lại thì lại được nhiều ưu điểm hơn cả

• Phương án thứ 3

Ưu điểm:

- Giá thành thấp nhất trong 3 phương án

- Dễ dàng thay thế linh kiện khi hỏng hóc

Yếu điểm :

- Chỉ nên sử dụng phương án 3 khi ở những hệ thống nhỏ

- Không có giao diện điều khiển giữa người và máy là yếu điểm rất lớn với thời buổi công nghệ 4.0 hiện nay

- Tính ổn định không cao , độ chính xác kém

- Không thể quản lý được lượng sản phẩm

- Sẽ cần phải có nhiều công nhân để làm việc hơn

• Phương án lựa chọn chính :

Vậy từ các ưu điểm và yếu điểm đã phân tích trên thì chúng ta nên chọn phương án thứ 2 mặc dù giá thành cao hơn nhưng so với những gì về hệ thống mang lại là không hề nhỏ

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.1: Sơ đồ khối chung

BEGIN

KET THUC

Ð

KHOI AUTO CHAY TU DONG KHOI MANU CHAY BANG TAY

NHAP GIA TRI SAT, NHOM, GO

Hình 1.5: Sơ đồ khối chương trình

Sơ đồ thuật toán khối FC1 : Chế độ tự động

S

Hình 1.6: Sơ đồ khối auto

Hình 1.7: Sơ đồ khối AUTO

bag tai sat=1

bag tai nhom=1

Hình 1.8: Sơ đồ khối MANU3.2: thiết bị đầu cuối RTU

3.2.1:Bảng đầu vào ra RTU với PLC

8 Băng tải chính Q0.0 Động cơ xoay chiều không đồng bộ 3

12 Cảm biến thùng sắt I1.0 Cảm biến tiệm cận

13 Cảm biến thùng nhôm I1.1 Cảm biến tiệm cận

14 Cảm biến thùng gỗ I1.2 Cảm biến tiệm cận

17 Xilander nhôm Q0.6 Xi lanh khí nén

3.3: Trạm chủ trung tâm

Trạm chủ trung tâm điều khiển toàn bộ hệ thống được lựa chọn trong hệ SCADA phân loại sản phẩm theo chất liệu được chọn là PLC s7-300

Hình 1.9: PLC s7-300

3.3.1:Yêu cầu kỹ thuật:

-Trạm chủ trung tâm này phù hợp với hệ thống vì nó là thiết bị khả trình logic cỡ trung bình và lớn đều áp dụng được

-Sự ổn định nhiễu trong công nghiệp cao

-Tuổi thọ lớn và ít phải sửa chữa hay bảo trì nhiều

-PLC s7-300 có nhiều cập nhật mới, cải tiến mới

-Dễ dàng lập trình bởi ngôn ngữ lập trình LAD

-Kết cấu theo kiểu modun lắp trên thanh rack

- Sự ổn định cao hơn vi điều khiển thông thường

-Làm việc chính xác

-Giá thành không quá cao , phù hợp với một hệ thống cần sự ổn định

-Được hỗ trợ với phần mềm thiết kế giao diện điều khiển Wincc

3.3.2:Cấu tạo PLC s7-300

• CPU s7-300

-Chứa bộ vi sử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (rs485) và có thể có vài cổng vào ra số onboard

- PLC s7-300 có nhiều loại CPU khác nhau cho nhiều sự lựa chọn Được đặt tên bộ vi sử

lý có tron CPU như : CPU 312, CPU 314, CPU 315, CPU 316, CPU 318…

- Với các CPU có hai cổng truyền thông, cổng thứ nhất có hai chức năng chính là phụ vụ nối mạng phân tán có kèm theo các phần mềm tiện dụng có sẵn trong hệ điều hành Các loại CPU này được được phân biệt các CPU khác bằng tên gọi thêm cụm từ DP

Các khối chức năng bên ngoài CPUCác CPU khác nhau thì các thành phần trên không giống nhau cụ thể các thành trong từng modun như hình dưới:

Sự khác nhau khối bên ngoài CPUMột số đặc tính kỹ thuật của một số CPU s7-300

• Các module mở rộng

Các module mở rộng của PLC S7-300 chia làm 5 loại:

- Power Supply (PS): module nguồn nuôi, có 3 loại là 2A, 5A và 10A

- Signal Module (SM): module tín hiệu vào ra số, tương tự

- Interface Module (IM): module ghép nối, ghép nối các thành phần mở rộng lại với nhau.Một CPU có thể làm việc trực tiếp nhiều nhất 4 rack, mỗi rack tối đa 8 Module mở rộng

và các rack được nối với nhau bằng Module IM

- Function Module (FM): module chức năng điều khiển riêng Ví dụ module điều khiểnđộng cơ bước, module điều khiển PID

- Communication Processor (CP): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các bộPLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính

Hình 2.0: Modun thực tế