Đang tải... (xem toàn văn)
Xây dựng SCADA cho hệ thống 3 băng tải phòng FACT – khoa Điện – Điện Tử
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, mạng truyền thông công nghiệp đóng vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực điều khiển và tự động hóa hệ thống sản xuất. Mạng truyền thông công nghiệp cũng như công nghệ bus trường không phải là một lĩnh vực kỹ thuật hoàn toàn mới, mà thực chất được kế thừa và phát triển từ kỹ thuật truyền thông nói chung cho phù hợp với các yêu cầu trong công nghiệp. SCADA là một hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển giám sát, dựa vào các số liệu đưa về, hệ thống tự động phân tích nhờ các chương trình được lập trình sẵn sau đó đưa ra tác động điều khiển truyền đến các cơ cấu chấp hành tại hiện trường phân xưởng nhà máy để thực hiện việc điều khiển. Tác động điều khiển có thể được đưa ra tự động hoặc có thể từ việc nhận lệnh từ người quản lý thông qua giao diện người – máy HMI. Nhận thức được vai trò và tầm quan trọng của việc điều khiển và giám sát một hệ thống tự động trong thực tế, chúng em lựa chọn đề tài: “Xây dựng SCADA cho hệ thống 3 băng tải phòng FACT – khoa Điện – Điện Tử” Đề tài nghiên cứu gồm những phần chính sau: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 3: Nội dung và kết quả nghiên cứu Qua thời gian nghiên cứu chúng em đã hoàn thành đề tài của mình dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Lương Văn Sử. Tuy nhiên, do thời gian thực hiện đồ án còn hạn chế và chưa có nhiều kinh nghiệm nên không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Page 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian nghiên cứu và tìm hiểu chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình đúng thời hạn. Để đạt được điều này không chỉ có nỗ lực của bản thân, mà còn nhờ sự giúp đỡ nhiệt tình cả về vật chất và tinh thần của gia đình, thầy cô và bạn bè. Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới các thầy cô khoa Điện – Điện tử trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên đã dạy dỗ, dìu dắt chúng em suốt bốn năm qua. Chúng em xin gửi lời cảm ơn tới trường và khoa đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất, trang thiết bị để chúng em có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình. Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Lương Văn Sử và thầy Vũ Đình Đạt đã trực tiếp hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình làm đồ án. Chúng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè của mình đã làm nguồn động viên rất lớn với chúng em trong quá trình làm đồ án nói riêng và trong cuộc sống nói chung Chúng em xin chân thành cảm ơn! Page 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 3 Chương 1 4 MỞ ĐẦU 4 Chương 2 6 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6 2.3.2.Yêu cầu cấu hình máy cài đặt WinCC flexible 38 Chương 3 39 NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ 39 3.1.1. Thông số kỹ thuật 39 3.1.2. Thiết lập cấu hình phần cứng 42 3.3.1. Thiết kế giao diện 58 3.3.2. Điều khiển và giám sát hệ thống 3 băng tải trên wincc flexible 2008 66 3.3.2.1. Giao diện 3 trạm: phụ lục 66 3.3.2.2. Các bước thiết kế: 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 2. KIẾN NGHỊ 78 Tiếng Anh & Internet 79 PHỤ LỤC 80 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT A/M: Auto/Manual DCS: Distributed Control System DP: Distributed Peripheral Page 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GPS: Global Positioning System HMI: Human Machine Interface MPI: Multi Point Interface PLC: Program Logic Controller PROFIBUS: Process Field Bus SCADA: Supervisory Control And Data Acquisittion Chương 1 MỞ ĐẦU 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Xuất phát từ những vấn đề trên thực tế và để bắt nhịp được với sự phát triển của khoa học công nghệ, vấn đề truyền thông trong công nghiệp đã và đang ứng dụng rất rộng rãi và ngày càng nâng cao. Nhận thức được tầm quan trọng của mạng truyền Page 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP thông trong công nghiệp chúng em đã lựa chọn đề tài: “ Xây dựng SCADA cho hệ thống MPS ba băng tải phòng FACT khoa Điện – Điện Tử” 1.2. LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Tháng 3 năm 2010, trường ĐHSPKTHY nhập về cho khoa Điện – Điện Tử hệ thống MPS 3 băng tải của festo, nhằm đáp ứng nhu cầu học tập, nghiên cứu của sinh viên và cán bộ khoa Điện – Điện Tử. Tuy nhiên, cho đến nay hệ thống này vẫn chưa được chính thức đưa vào giảng dạy, và cũng chưa có cá nhân, tổ chức nào của khoa nghiên cứu về hệ thống này. Do vậy, chúng em đã lựa chọn đề tài này làm đề tài nghiên cứu cho đồ án tốt nghiệp của mình. 1.3. PHẠM VI CỦA ĐỀ TÀI Yêu cầu của đề tài đặt ra là phải hoàn thành hai nội dung chính sau: - Điều khiển mở rộng vào/ra qua Profibus ET200M - Xây dựng giám sát điều khiển bằng phần mềm WinCC Flexible Về phần giám sát trên WINCC FLEXIBLE thì bên festo chưa cung cấp. Đề tài của chúng em đã hoàn thành được hai nội dung chính trên. 1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để hoàn thành được những yêu cầu đặt ra của đề tài, chúng em đã tiến hành theo các theo các bước sau: - Phân tích những nhiệm vụ cần thực hiện - Lập kế hoạch thực hiện - Phân chia công việc - Nghiệm thu kết quả Page 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT 2.1.1. Cấu trúc và các thành phần cơ bản Các thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển và giám sát quá trình được minh họa như hình vẽ: Page 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.1. Các thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển và giám sát Các cảm biến và cơ cấu chấp hành đóng vai trò là giao diện giữa các thiết bị điều khiển với quá trình kỹ thuật. Trong khi đó, hệ thống điều khiển và giám sát đóng vai trò giao diện giữa người và máy. Các thiết bị có thể được ghép nối trực tiếp điểm – điểm hoặc thông qua mạng truyền thông. Tùy theo loại cảm biến, tín hiệu của chúng đưa ra có thể là tín hiệu nhị phân, tín hiệu số hay tín hiệu tương tự theo các chuẩn điện học thông sụng khác nhau (1 10V; 0 5V; 4 20mA; 0 20mA; ). Trước khi có thể xử lý trong máy tính số, các tín hiệu đo cần được chuyển đổi, thích ứng vói chuẩn giao diện vào/ ra của máy tính. Bên cạnh đó, ta cũng cần có biện pháp cách ly điện học để tránh sự ảnh hưởng xấu lẫn nhau giữa các thiết bị. Đó chính là các chức năng của module vào/ra (I/O). Page 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tóm lại 1 hệ thống điều khiển và giám sát bao gồm các thành phần chức năng chính sau đây: - Giao diện quá trình: Các cảm biến và cơ cấu chấp hành, ghép nối vào/ra, chuyển đổi tín hiệu. - Thiết bị điều khiển tự động: Các thiết bị điều khiển như các bộ điều khiển chuyên dụng, bộ điều khiển khả lập trình PLC, thiết bị điều chỉnh số đơn lẻ và máy tính cá nhân cùng với phần mềm điều khiển tương ứng. - Hệ thống điều khiển giám sát: Các thiết bị phần mềm giao diện người máy, các trạm kĩ thuật, các trạm vận hành, giám sát và điều khiển cao cấp. - Hệ thống truyền thống: Ghép nối điểm – điểm, Bus cảm biến/chấp hành, bus trường, bus hệ thống. - Hệ thống bảo vệ, cơ chế thực hiện chức năng an toàn. 2.1.2. Mô hình phân cấp Page 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.2. Mô hình phân cấp Càng ở cấp dưới thì các chức năng càng mang tính chất cơ bản hơn và đòi hỏi yêu cầu cao hơn về độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng. Một số ở cấp trên được thực hiện dựa trên các chức năng của cấp dưới, tuy không đòi hỏi thời gian phản ứng nhanh như ở cấp dưới, nhưng ngược lại lượng thông tin cần trao đổi và xử lý nhiều hơn. Thông thường, người ta chỉ coi 3 cấp dưới thuộc phạm vi của hệ thống điều khiển giám sát. Tuy nhiên, biểu thị hai cấp trên cùng (quản lý công ty và điều hành sản xuất ) trên giúp ta hiểu thêm một mô hình lý tưởng cho cấu trúc chức năng tổng thể cho các công ty sản xuất công nghiệp. 2.1.2.1. Cấp chấp hành Page 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, dẫn động và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết. Thực tế, đa số các thiết bị cảm biến (sensor) hay chấp hành (actuator) cũng có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện đo lường, truyền động được chính xác và nhanh nhạy. Các thiết bị thông minh (smart device) có thể đảm nhận việc xử lý và chuẩn bị thông tin trước khi đưa lên cấp điều khiển. 2.1.2.2. Cấp điều khiển Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ các bộ cảm biến, xử lý các thông tin theo thuật toán nhất định và truyền đạt lại kết quả xuống các chấp hành. Khi còn điều khiển thủ công, nhiệm vụ đó được người đứng máy trực tiếp đảm nhận qua việc theo dõi các công cụ đo lường, sử dụng kiến thức và kinh nghiệm để thực hiện những thao tác cần thiết như ấn nút đóng/ mở van, điều chỉnh cần gạt, núm xoay…Trong hệ thống điều khiển tự động hiện đại, việc thực hiện thủ công những nhiệm vụ đó được thay thế bằng máy tính. 2.1.2.3. Cấp điều khiển giám sát Cấp điều khiển giám sát có chức năng giám sát và vận hành 1 quá trình kỹ thuật. Khi đa só các chức năng như đo lường, điều khiển điều chỉnh, bảo toàn hệ thống được cấc cấp cơ sở thực hiện, thì nhiệm vụ của cấp điều khiển giám sát là hỗ trợ người sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sát vận hành xử lý những tình huống bất thường. Ngoài ra, trong 1 số trường hợp, cấp này còn thực hiện các bài toán điều khiển cấp cao như điều khiển phối hợp, điều khiển trình tự và điều khiển theo công thức. Khác với cấp dưới, viêc thực hiện các chức năng phân cấp điều khiển giám sát thường không đòi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng đặc biệt ngoài các máy tính thông thường (máy tính cá nhân, máy trạm, máy chủ ). Page 10 [...]... xuất xi măng, các - nhà máy chế biến thực phẩm, nước giải khát Hệ thống SCADA cho hệ thống vận chuyển hành lý và hàng hóa tại các sân bay, - bến cảng Hệ thống SCADA giám sát các giàn khoan ống dẫn dầu, dẫn khí Hệ thống SCADA cho nhà máy nước, xử lý chất thải, các kho xăng dầu Hệ thống SCADA cho hệ thống phân phối lưới điện Ngoài ra, hệ thống SCADA còn được ứng dụng để giám sát và điều khiển trong các... ngành kỹ thuật hàng không vũ trụ và một số ngành công nghiệp cao khác 2.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN MPS Hệ thống 3 băng tải do festo cung cấp tại phòng FACT khoa Điện – Điện Tử là một phần trong dây chuyền sản xuất các hộp ăng ten của hệ thống dẫn đường GPS Hệ thống đầy đủ bao gồm 9 trạm với trình tự sau: 1 2 3 4 5 6 7 8 Trạm phân loại MAEU Trạm lắp ráp MAEO Trạm gia công PRO Trạm trung gian BU... Trạm rô bốt ROB Hình 2 .3 Hệ thống vận chuyển MPS Mục đích của thiết bị liên hoàn này là để minh họa sản xuất công nghiệp các bộ phận rời rạc trong một tổ hợp nhỏ gọn, nhưng với môi trường học tập công nghệ cao Mỗi trạm của quá trình có thể được xem như một thiết bị khép kín và hệ thống con với chức năng và đối tượng riêng của mình Hệ thống 3 băng tải tại phòng FACT là hệ thống gồm 3 trạm: trạm lắp ráp... gia công PRO, trạm kiểm tra TEE Page 16 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.4 Hệ thống 3 băng tải phòng FACT khoa Điện – Điện Tử 2.2.1 Các trang thiết bị của hệ thống 2.2.1.1 Sản phẩm hộp ăng ten GPS Page 17 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.5 Sản phẩm hộp ăng ten Hộp ăng ten cần lắp ráp gồm các phần sau đây: 1 Tấm đế với chốt lớn 2 Lỗ chốt khóa liên động nhỏ 3 Tấm nắp (có hoặc không có nam châm) Các nam châm nhỏ bên trong... Hơn nữa, khả năng tích hợp hệ điều khiển giám sát với các ứng dụng khác như phần mềm quản lý, tối ưu hóa hệ thống của toàn bộ công ty cũng trở lên dễ dàng Trong 1 hệ thống điều khiển phân tán, chức năng của hệ SCADA là 1 thành phần không thể thiếu Như vậy có thể nói, 1 hệ DCS bao giờ cũng có chức năng SCADA, trong khi 1 hệ SCADA theo dúng nghĩa nó không thể là 1 hệ DCS 2.1 .3. 2 Các thành phần chức năng... trên đã được tích hợp sẵn trong 1 hệ điều khiển phân tán Vì vậy việc xây dựng chức năng SCADA ở đây đơn giản hơn nhiều so với trong các hệ khác 2.1.4 Mạng truyền thông PROFIBUS - DP Mạng PROFIBUS – DP nằm trong hệ thống mạng Profibus do 1 hiệp hội (bao gồm 13 công ty và 5 trường đại học của Đức hợp tác) phát triển năm 1991, nhằm mục đích phát triển 1 hệ thống BUS trường cho phép ghép nối mạng các thiết... trên 1 9.6 19.2 93. 75 187.5 500 1500 30 00 6000 12000 1200 1200 1200 1000 400 200 100 100 100 segment (m) Page 14 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoảng cách mạng tối đa (m) 12000 12000 12000 10000 4000 2000 400 400 400 2.1.5 Ứng dụng của hệ thống SCADA trong thực tế Ngày nay hệ thống SCADA được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực công nghiệp Đặc biệt trong một số lĩnh vực sau: - Hệ thống SCADA cho các trạm trộn... tiếp -1X1 của khối đấu dây d Bộ điều khiển Two – Quadrant cho động cơ Hình 2.11 Bộ điều khiển Two - Quadrant 1: Chuyển động quay trái của động cơ băng tải (S2) Page 23 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2: Chuyển động quay phải của động cơ băng tải (S1) 3: Chiết áp hiệu chỉnh vận tốc chuyển động băng tải Băng chuyền được điều khiển không cần PLC, bằng sử dụng Bộ điều khiển Two – Quadrant: - Nhấn nút S2 ở phía bên phải để... khe, phải được quan sát thấy Với hệ thống et200m, người dùng có thể dựa vào chuẩn đoán toàn diện và thống nhất một khái niệm (ví dụ như kênh hạt chuẩn đoán), dự phòng, trao đổi nóng của môdun điện tử và hệ thống dây điện độc lập – cho phép nhà máy sẵn sàng tối đa Hơn nữa cấu hình có thể được thay đổi trong quá trình hoạt động (cấu hình RUN) khi được sử dụng cùng với một S7 – 400 Cả profibus và profinet... máy lớn hiện đại như điện nguyên tử, sản xuất xi măng, lọc dầu, ta có thể chia nhỏ hơn nữa các cấp chức năng để tiện theo dõi 2.1 .3 Mô hình hệ thống SCADA 2.1 .3. 1 Giới thiệu chung Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) là 1 phần không thể thiếu được trong 1 hệ thống tự động hóa hiện đại Từ những năm gần đây, tiến bộ trong các lĩnh vực truyền thông cong nghiệp và công nghệ phần mềm đã thực sự . Xây dựng SCADA cho hệ thống MPS ba băng tải phòng FACT khoa Điện – Điện Tử 1.2. LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Tháng 3 năm 2010, trường ĐHSPKTHY nhập về cho khoa Điện – Điện Tử hệ thống MPS 3 băng. QUAN VỀ HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN MPS Hệ thống 3 băng tải do festo cung cấp tại phòng FACT khoa Điện – Điện Tử là một phần trong dây chuyền sản xuất các hộp ăng ten của hệ thống dẫn đường GPS. Hệ thống. nước giải khát - Hệ thống SCADA cho hệ thống vận chuyển hành lý và hàng hóa tại các sân bay, bến cảng - Hệ thống SCADA giám sát các giàn khoan ống dẫn dầu, dẫn khí - Hệ thống SCADA cho nhà máy nước,