ĐỒ ÁN MÔN HỌC Thiết kế hệ thống SCADA quản lí hệ thống phối trộn nguyên liệu TAG Phú Thái

ĐỒ ÁN MƠN HỌC
Thiết kế hệ thống SCADA quản lí hệ thống phối
trộn nguyên liệu TAG Phú Thái
Họ và tên
Trần Văn Dương
Đoàn Trọng Đức
Vũ Văn Long
Vi Duy Linh

MSSV
20181442
20181401
20181633
20181582

Ngành Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa
Chuyên ngành Tự động hóa cơng nghiệp

Giảng viên hướng dẫn:

TS. Đào Q Thịnh

Khoa:
Trường:

Tự động hóa
Điện – Điện tử

HÀ NỘI, 1/2022

MỤC LỤC

Chữ ký của GVHD


LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT........................2
1. Định nghĩa hệ thống SCADA...................................................................................2
2. Phân loại hệ thống SCADA......................................................................................2
3. Những chuẩn để đánh giá một hệ thống SCADA.....................................................3
4. Cấu trúc chung của hệ SCADA................................................................................3
5. Mô hình phân cấp chức năng....................................................................................4
5.1. Mơ hình phân cấp...............................................................................................4
5.2. Chức năng, nhiệm vụ từng cấp...........................................................................6
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRỘN THỨC ĂN GIA SÚC....................7
1. Tổng quan hệ thống.....................................................................................................7
1.1. Giới thiệu công nghệ............................................................................................7
1.2. Cấu trúc hệ thống điều khiển giám sát phối trộn nguyên liệu...............................8
2. Mục tiêu, yêu cầu đề tài.............................................................................................10
2.1. Mục tiêu..............................................................................................................10
2.2. Yêu cầu đặt ra.....................................................................................................10
CHƯƠNG 3. GIẢI PHÁP THỰC HIỆN..........................................................................12
1. Lựa chọn thiết bị phần cứng......................................................................................12
1.1. Cấp nguồn cho hệ thống.........................................................................................12
1.2. Module điều khiển PLC S7 1215FC DC/DC/DC...................................................13
1.3. Động cơ trộn..........................................................................................................15
1.4. Động cơ bơm..........................................................................................................16
1.5. Van cánh bướm......................................................................................................17
1.6. Cân điện tử PT650D............................................................................................17
1.7. Cảm biến mức........................................................................................................18
2. Lựa chọn phần mềm...............................................................................................19

2.1. Phần mềm Tia Portal V16......................................................................................19


2.2. Phần mềm WinCC Advanced.............................................................................20
2.3. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server................................................20
3. Thiết kế hệ thống.......................................................................................................21
3.1. Chương trình PLC..............................................................................................21
3.2. Xây dựng và quản lý CSDL................................................................................26
3. Thiết kế giao diện vận hành hệ thống.....................................................................27
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG TRIỂN KHAI SẮP TỚI...................................32
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................33

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình

Hình
Hình
Hình

1. Cấu trúc chung của một hệ SCADA.....................................................................3
2. Mơ hình phân cấp hệ thống SCADA.....................................................................4
3. Cơng nghệ dây chuyền tự động chế biến thức ăn chăn nuôi..................................6
4. Cấu trúc phân cấp hệ thống...................................................................................7
5. Hệ thống phối trộn nguyên liệu.............................................................................8
6. EDR-120-24........................................................................................................11
7. Thông số kĩ thuật bộ nguồn EDR-120-24...........................................................11
8. Cấu trúc phần cứng của một bộ PLC...................................................................12
9. Module PLC S7 1215FC DC/DC/DC.................................................................13
10. Module mở rộng ngõ ra 16x24VDC.................................................................13
11. Động cơ trộn YE2-160-4 11Kw4P....................................................................14
12. Động cơ bơm PentaxCM 50-125A....................................................................15
13. Van cánh bướm.................................................................................................16
14. Cân điện tử PT650D.........................................................................................17
15. Cảm biến mức dạng xoay..................................................................................18
16 . Quy trình vận hành hệ thống phối trộn.............................................................21
17. Netwwork lựa chọn chế độ vận hành................................................................23
18. Khối FC chế độ Manu và Auto.........................................................................24
19. Khối FC Output và Simulation..........................................................................24
20. Tạo xung 100ms dùng cho mô phỏng...............................................................25


Hình
Hình
Hình
Hình

Hình
Hình
Hình
Hình

21. Tạo cơ sở dữ liệu...............................................................................................25
22. Tạo dữ liệu cho các bảng nguyên liệu, công thức.............................................26
23. Giao diện đăng nhập.........................................................................................26
24. Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ Auto....................................................27
25. Giao diện điều khiển giám sát ở chế độ Manu..................................................27
26. Bảng cài đặt các thông số..................................................................................28
27. Giao diện lựa chọn công thức............................................................................29
28. Giao diện cảnh báo............................................................................................29


LỜI NÓI ĐẦU
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy Đào Quý Thịnh đã cung cấp cho
chúng em những kiến thức cơ bản và đầy đủ về môn học DCS, SCADA, đồng thời hướng
dẫn, giải đáp các thắc mắc để em thực hiện và hoàn thành đồ án.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các bạn sinh viên trong nhóm đã cùng nhau thực
hiện và hồn thiện đề tài này.
Trong q trình thực hiện đề tài, do khả năng và kiến thức vẫn còn hạn chế, kinh nghiệm
thực tế còn chưa nhiều, đề tài vẫn khơng tránh những thiếu sót, em rất mong nhận được
các ý kiến đóng góp từ các thầy cơ và các bạn để đề tài hồn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

1


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT

1. Định nghĩa hệ thống SCADA
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống điều khiển
giám sát và thu thập dữ liệu, nói một cách khác là một hệ thống hỗ trợ con người trong
việc giám sát và điều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ điều khiển tự động thơng thường. Để
có thể điều khiển và giám sát từ xa thì hệ SCADA phải có hệ thống truy cập, truyền tải dữ
liệu cũng như hệ giao diện người và máy (HMI - Human Machine Interface).
Trong hệ thống điều khiển giám sát thì HMI là một thành phần quan trọng không
chỉ ở cấp điều khiển giám sát mà ở các cấp thấp hơn người ta cũng cần giao diện người và
máy để phục vụ cho việc quan sát và thao tác vận hành ở cấp điều khiển cục bộ. Vì lý do
giá thành, đặc điểm kỹ thuật nên các màn hình vận hành (OP - Operator Panel), màn hình
chạm (TP - Touch Panel), Multi Panel chuyên dụng được sử dụng nhiều và chiếm vai trò
quan trọng hơn.
Trong những năm gần đây sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ truyền thông công
nghiệp và công nghệ phần mềm trong công nghiệp đã đem lại nhiều khả năng và giải
pháp mới nên trọng tâm của công việc thiết kế xây dựng hệ thống SCADA là lựa chọn
công cụ phần mềm thiết kế giao diện và các giải pháp tích hợp hệ thống.
2. Phân loại hệ thống SCADA
Các hệ thống SCADA được phân làm bốn nhóm chính với các chức năng:
- SCADA độc lập/SCADA nối mạng.
- SCADA khơng có khả năng đồ hoạ/SCADA có khả năng xử lý đồ hoạ thơng tin
thời gian thực.
Bốn nhóm chính của hệ thống SCADA:
Hệ thống SCADA mù (Blind): Đây là hệ thống đơn giản, nó khơng có bộ phận giám sát.
Nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống này thu thập và xử lý dữ liệu bằng đồ thị. Do tính đơn
giản nên giá thành thấp.
Hệ thống SCADA xử lý đồ hoạ thông tin thời gian thực: Đây là hệ thống SCADA có
khả năng giám sát và thu thập dữ liệu. Nhờ tập tin cấu hình của máy khai báo trước đây
mà hệ có khả năng mơ phỏng tiến trình hoạt động của hệ thống sản xuất. Tập tin cấu hình
ghi lại trạng thái hoạt động của hệ thống. Khi xảy ra sự cố thì hệ thống có thể báo cho ng2

ười vận hành để xử lý kịp thời. Cũng có thể hệ sẽ phát ra tín hiệu điều khiển dừng hoạt
động của tất cả máy móc.
Hệ thống SCADA độc lập: Đây là hệ có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu với một
bộ vi xử lý. Hệ này chỉ có thể điều khiển được một hoặc hai máy móc. Vì vậy hệ này chỉ
phù hợp với những sản xuất nhỏ, sản xuất chi tiết.
Hệ thống SCADA mạng: Đây là hệ có khả năng giám sát và thu thập dữ liệu với nhiều
bộ vi xử lý. Các máy tính giám sát được nối mạng với nhau. Hệ này có khả năng điều
khiển được nhiều nhóm máy móc, tạo nên dây chuyền sản xuất. Qua mạng truyền thông,
hệ thống được kết nối với phịng quản lý, phịng điều khiển, có thể nhận quyết định điều
khiển trực tiếp từ phòng quản lý hoặc từ phòng thiết kế. Từ phòng điều khiển có thể điều
khiển hoạt động của các thiết bị ở xa.
3. Những chuẩn để đánh giá một hệ thống SCADA
Để đánh giá một hệ thống điều khiển và giám sát SCADA ta cần phải phân tích các
đặc điểm của hệ thống theo một số các tiêu chuẩn sau:
-

-

-

Khả năng hỗ trợ của công cụ phần mềm đối với việc thực hiện xây dựng các màn
hình giao diện.
Số lượng và chất lượng của các thành phần đồ hoạ có sẵn, khả năng truy cập và
cách kết nối dữ liệu từ các quá trình kỹ thuật (trực tiếp từ các cơ cấu chấp hành,
sensor, module vào/ra qua PLC hay các hệ thống bus trường).
Tính năng mở của hệ thống, chuẩn hố các giao diện quá trình, khả năng hỗ trợ xây
dựng các chức năng trao đổi tin tức (Messaging), xử lý sự kiện và sự cố (Event and
Alarm), lưu trữ thông tin (Archive and History) và lập báo cáo (Reporting).
Tính năng thời gian thực và hiệu suất trao đổi thông tin, đối với nền Windows: hỗ

trợ sử dụng mơ hình phần mềm WINCC.

4. Cấu trúc chung của hệ SCADA
Trong hệ thống điều khiển giám sát, các cảm biến và cơ cấu chấp hành đóng vai trị
là giao diện giữa thiết bị điều khiển với q trình kỹ thuật. Cịn hệ thống điều khiển giám
sát đóng vai trị là giao diện giữa người và máy. Các thiết bị và các bộ phận của hệ thống
được ghép nối với nhau theo kiểu điểm-điểm (Point to Point) hoặc qua mạng truyền
thơng. Tín hiệu thu được từ cảm biến có thể là tín hiệu nhị phân, tín hiệu số hoặc tương
tự. Khi xử lý trong máy tính, chúng phải được chuyển đổi cho phù hợp với các chuẩn giao
diện vào/ra của máy tính.

3


Hình 1. Cấu trúc chung của một hệ SCADA

Các thành phần chính của hệ thống SCADA bao gồm:
- Giao diện quá trình: bao gồm các cảm biến, thiết bị đo, thiết bị chuyển đổi và các
cơ cấu chấp hành.
- Thiết bị điều khiển tự động: gồm các bộ điều khiển chuyên dụng (PID), các bộ
điều khiển khả trình PLC (Programmable Logic Controller), các thiết bị điều chỉnh số đơn
lẻ CDC (Compact Digital Controller) và máy tính PC với các phần mềm điều khiển tương
ứng.
- Hệ thống điều khiển giám sát: gồm các phần mềm và giao diện người và máy
HMI, các trạm kỹ thuật, trạm vận hành, giám sát và điều khiển cao cấp.
- Hệ thống truyền thông: 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
5. Mơ hình phân cấp chức năng
5.1.

Mơ hình phân cấp

Tồn bộ hệ thống điều khiển giám sát được phân chia thành các cấp chức năng
như hình vẽ minh hoạ dưới đây:

4


Hình 2. Mơ hình phân cấp hệ thống SCADA

Để sắp xếp, phân loại các chức năng tự động hoá của một hệ thống điều khiển và
giám sát người ta thường sử dụng mơ hình như trên. Với loại mơ hình này các chức năng
được phân thành nhiều cấp khác nhau, từ dưới lên trên. Càng ở những cấp dưới thì các
chức năng càng mang tính chất cơ bản hơn, địi hỏi yêu cầu cao hơn về độ nhanh nhạy,
thời gian phản ứng. Một chức năng ở cấp trên được thực hiện dựa trên các chức năng ở
cấp dưới nhưng ngược lại lượng thông tin cần trao đổi và xử lý lại lớn hơn nhiều.
Việc phân cấp chức năng sẽ tiện lợi cho việc thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị.
Tuỳ thuộc vào mức độ tự động hoá và cấu trúc hệ thống cụ thể mà ta có mơ hình phân cấp
chức năng.
Cấp chấp hành: 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 hay
chấp hành cũng có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện đo lường - truyền động được
chính xác và nhanh nhạy. Các thiết bị thơng 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 điều khiển.
Cấp điều khiển: Nhiệm vụ chính của cấp điều khiển là nhận thông tin từ các bộ cảm
biến, xử lý các thơng tin đó theo một thuật tốn nhất định và truyền đạt lại kết quả xuống
các bộ chấp hành. Máy tính đảm nhận việc theo dõi các cơng cụ đo lường, tự thực hiện
các thao tác nhấn nút mở, đóng van, điều chỉnh cần gạt, núm xoay…Đặc tính nổi bật của
cấp điều khiển là xử lý thông tin. Cấp điều khiển và cấp chấp hành hay được gọi chung là

cấp trường (Field level) chính vì các bộ điều khiển, cảm biến và chấp hành được cài đặt
trực tiếp tại hiện trường gần kề với hệ thống kỹ thuật.
Cấp điều khiển giám sát: có chức năng giám sát và vận hành một q trình kỹ thuật, có
nhiệm vụ hỗ trợ người sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng, thao tác theo dõi, giám sát
5


vận hành và xử lý những tình huống bất thường. Ngồi ra trong một số trường hợp, cấp
này cịn thực hiện các bài toán điều khiển cao cấp như điều khiển phối hợp, điều khiển
trình tự và điều khiển theo công thức. Việc thực hiện các chức năng ở cấp điều khiển và
giám sát thường khơng địi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng đặc biệt ngồi máy tính
thơng thường.
Thơng thường người ta chỉ coi ba cấp dưới thuộc phạm vi của một hệ thống điều khiển và
giám sát. Tuy nhiên biểu thị hai cấp trên cùng (Quản lý công ty và Điều hành sản xuất) sẽ
giúp ta hiểu thêm một mơ hình lý tưởng cho cấu trúc chức năng tổng thể cho các công ty
sản xuất công nghiệp. Gần đây, do nhu cầu tự động hoá tổng thể kể cả ở các cấp điều
hành sản xuất và quản lý cơng ty, việc tích hợp hệ thống và loại bỏ các cấp trung gian
khơng cần thiết trong mơ hình chức năng trở nên cần thiết. Cũng vì thế, ranh giới giữa cấp
điều hành sản xuất nhiều khi không rõ ràng, hình thành xu hướng hội nhập hai cấp này
thành một cấp duy nhất gọi chung là cấp điều hành.
5.2.

Chức năng, nhiệm vụ từng cấp.
Chức năng của mỗi cấp SCADA cung cấp những dịch vụ sau:

Thứ nhất: là thu thập từ xa (qua đường truyền số liệu) các số liệu về sản xuất và tổ chức
việc lưu giữ trong nhiều loại cơ sở dữ liệu (số liệu lịch sử về sản xuất, sự kiện thao tác,
báo động).
Thứ hai: là dùng các dữ liệu trên để cung cấp các dịch vụ về điều khiển, giám sát hệ sản
xuất.

Thứ ba: là hiển thị báo cáo tổng kết về quá trình sản xuất (trang màn hình, trang đồ thị,
trang sự kiện, trang báo động, trang báo cáo sản xuất).
Thứ tư: là điều khiển từ xa q trình sản xuất (đóng cắt các máy móc thiết bị, tăng giảm
nấc phân áp).
Thứ năm: là thực hiện các dịch vụ về truyền số liệu trong hệ và ra ngoài (đọc viết số liệu
PLC/RTU (Remote Teminal Unit), gửi trả lời các bản tin yêu cầu của cấp trên về số liệu,
về thao tác hệ).

6


CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRỘN THỨC ĂN GIA SÚC
1. Tổng quan hệ thống
1.1. Giới thiệu cơng nghệ

Hình 3. Công nghệ dây chuyền tự động chế biến thức ăn chăn ni

Các hoạt động của dây chuyền có thể được điều khiển hoàn toàn tự động và được
giám sát tại trung tâm điều khiển. Công nghệ dây chuyền tự động gồm 5 hệ thống lần lượt
như sau:
1. Hệ thống Nạp nguyên liệu: Nguyên liệu được công nhân nạp, được phân loại theo
kích cỡ xem có cần nghiền hay khơng. Nguyên liệu cần được nghiền sẽ được đưa
sang hệ thống nghiền liệu, nếu kích cỡ đủ nhỏ sẽ được đưa thẳng sang hệ thống
phối trộn nguyên liệu.
2. Hệ thống Nghiền nguyên liệu: Nguyên liệu sẽ được nghiền nhỏ tại đây sau đó sẽ
được chuyển đến hệ thống phối trộn nguyên liệu
3. Hệ thống Phối trộn nguyên liệu: Nguyên liệu sau khi đạt kích cỡ yêu cầu sẽ được
đưa vào các Silo chứa đã được quy định, đánh số trước. Tùy vào công thức yêu cầu
mà mỗi Silo sẽ chứa 1 loại nguyên liệu và có 1 thứ tự định trước. Hệ thống sẽ cân
lần lượt và sau đó trộn các nguyên liệu đó.

4. Hệ thống Ép viên: Các nguyên liệu sau khi được trộn lẫn vào nhau được đưa qua
dây chuyền ép viên hoặc đưa thẳng đến hệ thống đóng bao tùy vào yêu cầu đơn
hàng.
5. Hệ thống đóng bao: Các viên nguyên liệu hoặc nguyên liệu sau phối trộn sẽ được
chuyển đến hệ thống đóng bao, kết thúc dây chuyền tại đây.
7


6. Trong 5 hệ thống trên, hệ thống số 1, 2, 4, 5 có cấu trúc và cách thức vận hành đơn
giản, sử dụng các loại máy tự động chuyên dụng; hệ thống số 3 là hệ thống có q
trình hoạt động phức tạp so với các hệ thống còn lại, đòi hỏi phải điều khiển phối
hợp hoạt động giữa nhiều thiết bị, cách thức điều khiển các thiết bị cũng khơng
theo trình tự và thời gian cố định mà tùy vào cơng thức. Ngồi ra hệ thống số 3
cũng là hệ thống quan trọng nhất trong dây chuyền tự động chế biến thức ăn chăn
ni do đó hệ thống này cần được vận hành ổn định và chính xác, được giám sát
chặt chẽ trong quá trình hoạt động đồng thời cũng đảm bảo tính linh hoạt của hệ
thống khi chuyển đổi sang phối trộn những công thức khác nhau.

1.2. Cấu trúc hệ thống điều khiển giám sát phối trộn nguyên liệu
a, Cấu trúc phân cấp hệ thống

Hình 4. Cấu trúc phân cấp hệ thống

Hệ thống được chia làm 3 cấp:
− Cấp vận hành giám sát vận hành: Phần mềm giám sát sẽ được cài đặt trên máy
tính, PLC sẽ được kết nối đến máy tính này. Phần mềm giám sát với các giao diện
vận hành khác nhau giúp người vận hành dễ dàng kiểm sốt q trình cân, cài đặt
các tham số, cài đặt và thao tác với các công thức cân, nguyên liệu,ghi lại các dữ
liệu của quá trình cân. Dữ liệu từ máy tính cũng được đẩy lên database để phục vụ
cho báo cáo, phân tích, lưu trữ dữ liệu.

8


− Cấp điều khiển: Thu thập dữ liệu và thực hiện điều khiển thông qua các I/O của
PLC thông qua tủ điện hiện trường
− Cấp chấp hành: 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
hay chấp hành cũng có phần điều khiển riêng cho việc thực hiện đo lường - truyền
động được chính xác và nhanh nhạy. Các thiết bị thơng 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
điều khiển. Các thiết bị cấp chấp hành giúp thu thập tín hiệu như cân điện tử, mức
đưa về PLC và thực thi các thao tác như motor, van,…
b, Thành phần hệ thống

Hình 5. Hệ thống phối trộn nguyên liệu

Hệ thống phối trộn nguyên liệu bao gồm:
-

Các ống dẫn nguyên liệu từ hệ thống nghiền và nạp liệu.
Silo chứa nguyên liệu.
Cân nguyên liệu.
Cảm biến lưu lượng và bơm chất lỏng
Nơi đổ nguyên liệu thêm tay.
Máy trộn nguyên liệu.

Chu trình phối trộn diễn ra như sau:
9

Nguyên liệu được đưa vào các silo, mỗi silo chỉ chứa 1 loại nguyên liệu đã được xác
định trước tùy theo công thức được chọn từ trước. Lần lượt các Silo sẽ đươc mở theo thứ
tự trong công thức để nguyên liệu chảy xuống cân. Hệ thống sẽ cân tự động các nguyên
liệu chảy xuống và ghi lại các giá trị cân được đó cho đến khi đủ số nguyên liệu cân thì
kết thúc quá trình cân của mẻ. Sau khi cân xong, nguyên liệu trong cân sẽ được đưa
xuống bình trộn để trộn rồi xả và đưa sang hệ thống tiếp theo, cứ thế lặp lại chu trình cho
đủ số mẻ đã đặt trước thì kết thúc. Thời gian trộn và xả sẽ được đặt trước khi hết thời gian
đó bình trộn sẽ xả ra và ngun liệu sau trộn sẽ được đưa sang hệ thống ép viên hoặc
đóng bao.

2. Mục tiêu, yêu cầu đề tài
2.1. Mục tiêu
Mục tiêu chính của đề tài là thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho quá trình phối
trộn, lập trình cho hệ thống bằng PLC Siemens S7-1200, màn hình giao diện giám sát
thiết kế bằng wincc. Toàn bộ dữ liệu được đồng bộ lên SQL để phục vụ lưu trữ và phân
tích.

2.2. Yêu cầu đặt ra
a. Đối với cấp giám sát
Xây dựng được giao diện điều khiển giám sát hệ thống với các yêu cầu sau đây:
 Xây dựng cơ sở dữ liệu để lưu trữ thông tin các nguyên liệu, công thức, mẻ trộn,
xuất báo cáo theo thời gian
 Giao diện điều khiển có đầy đủ các trang Vận hành, Cài đặt, Báo cáo, Cảnh báo.
Trong đó, người vận hành có quyền truy cập vào Vận hành, Báo cáo và Cảnh báo
nhưng khơng được Cài đặt, cịn Admin thì chỉ có thể truy cập vào Cài đặt, Báo cáo
nhưng khơng được vận hành.
 Hệ thống gồm hai máy tính, một máy vận hành và một máy truy cập lấy dữ liệu
báo cáo từ xa
 Giao diện đẹp mắt, dễ nhìn, phù hợp với các tiêu chuẩn của thiết kế SCADA
b. Đối với cấp điều khiển

Cấp điều khiển cần chọn lựa thiết bị PLC phù hợp, có khả năng nhận dữ liệu từ phần
mềm giám sát thông qua Ethernet; số lượng các I/O vào ra cũng cần phải được chọn lựa
dựa trên nhu cầu nhận tín hiệu và điều khiển các thiết bị được sử dụng trong hệ thống.
c. Đối với cấp cảm biến, chấp hành
10


Tại cấp này có 2 u cầu chính như sau:
-

-

Xây dựng được phần mềm mô phỏng cân Phần mềm mô phỏng cân sẽ mơ phỏng q
trình thay đổi giá trị khối lượng hiển thị trên cân trong các trường hợp: mở si lơ cho
ngun liệu chảy xuống cân, đóng Silơ này và mở Silô khác, xả nguyên liệu khỏi cân
đồng thời truyền các tín hiệu về giá trị cân liên tục về phần mềm giám sát.
Mô phỏng các tác động của các tín hiệu điều khiển vận hành đến các đầu vào PLC
rồi theo dõi sự thay đổi của các tín hiệu đầu ra điều khiển sẽ tác động điều khiển lên
các thiết bị chấp hành tương ứng trong hệ thống.

11


CHƯƠNG 3. GIẢI PHÁP THỰC HIỆN
1. Lựa chọn thiết bị phần cứng
1.1. Cấp nguồn cho hệ thống
Để cung cấp nguồn cho các thiết bị điện sử dụng điện một chiều 24V, ta dùng bộ nguồn
Meanwell DR-120-24.

Hình 6. EDR-120-24

Thơng số kỹ thuật của bộ nguồn EDR- 120- 24:

12


Hình 7. Thơng số kĩ thuật bộ nguồn EDR-120-24

Bộ nguồn EDR- 120- 24 hỗ trợ 2 cặp đầu ra 24VDC (+V +V/ -V -V) và 3 chân đầu
vào bao gồm 2 chân điện áp 220VAC 1 pha và 1 chân trung tính.
* Ưu điểm:
-

Hiệu suất cao 91% và sự phát tán công suất thấp.
Khả năng tải đỉnh 150%.
Chức năng PFC chủ động, PF>0.93.
Được cài đặt trên DIN rail TS-35/7.5 hoặc 15.
Chức năng bảo vệ : ngắn mạch, quá tải, quá áp, quá nhiệt độ.
Được làm mát bằng đối lưu không khí ( nhiệt độ làm việc : -25~+700C ).
Tiêu chuẩn đánh giá : UL 508 ( thiết bị điều khiển công nghiệp ).
EN61000-6-2( EN50082-2 ) mức miễn nhiễm công nghiệp.
Công tắc rờ le DC OK.
100% đầy tải khi kiểm tra.

13


1.2. Module điều khiển PLC S7 1215FC DC/DC/DC
Cấu trúc phần cứng của PLC bao gồm các phần sau: Nguồn (Power Supply), bộ xử lý
trung tâm (CPU), các đầu vào/ra (I/O), bộ nhớ (Memory) và khối truyền thơng

(Communication).

Hình 8. Cấu trúc phần cứng của một bộ PLC

Hình 9. Module PLC S7 1215FC DC/DC/DC

Bộ lập trình điều khiển trung tâm PLC SIEMENS SIMATIC S7-1200
−
−
−
−
−

CPU 1215FC-6ES7215-1AG40-0XB0, compact CPU DC/DC/DC,
tích hợp 2 cồng truyền thơng giao tiếp PROFINET,
ngõ vào/ra tích hợp ( onboard I/O): 14 DI 24VDC, 10 DO 24VDC 0.5A,
2 AI 0-10 VDC, 2 AO 0-20 mA
DC nguồn cung cấp 20.4 - 28.8 VDC,
14


− Bộ nhớ lập trình/dữ liệu 125 KB
− Hãng sản xuất CPU 1215FC: Siemens

Hình 10. Module mở rộng ngõ ra 16x24VDC

Module mở rộng:
− Mã sản phẩm: 6ES7222-1BH32-0XB0
− Thông số: SIMATIC S7-1200, Digital output SM 1222, 16 DO, 24 V DC,
transistor 0.5 A

1.3. Động cơ trộn
Động cơ máy trộn có mã hiệu YE2- 160- 4.

Hình 11. Động cơ trộn YE2-160-4 11Kw4P
Thơng số cơ bản
Công suất

Giá trị
11 kW
15


1465 vòng/phút

Tốc độ quay
Điện áp định mức

380 VAC/ 3 pha
IP55

Cấp bảo vệ

50 (Hz)

Tần số
Hệ số công suất

0,83
89,8(%)

Hiệu suất
Xuất xứ

Trung Quốc

*) ƯU ĐIỂM:
-

Hệ số bảo vệ bụi và nước IP55, giúp hoạt động ngồi trời tốt hơn khơng sợ bụi bẩn,
kháng nước cao.
Motor điện YE2-160M-4 11Kw 4P kết cấu vỏ gang bền và không lo bị gỉ sét khi
tiếp xúc với nhiều điều kiện khí hậu, mưa nắng.Thiết bị được phun lớp sơn tĩnh
điện, sơn chất lượng cao tiêu chuẩn Châu Âu tránh bị bay màu, chống gỉ sét.
Dây quấn 100% bằng đồng, được quấn bằng hệ thống tự động hóa ưu việt giúp
động cơ hoạt động tối ưu, động cơ mát và bền.

-

1.4. Động cơ bơm

Hình 12. Động cơ bơm PentaxCM 50-125A

−
−
−
−
−

Mã hàng máy bơm 5hp 4kw: CM50-125A
Điện áp: 3 pha 380V

Tốc độ: 2900v/ph
Đường kính ống hút: 76mm
Đường kính ống xả: 60mm
16


− Bơm được 72 mét khối ở độ cao 16.5m
− Hệ số bảo vệ bụi, nước IP55
− Chịu nhiệt cấp F, dây đồng cao cấp
Ứng dụng của máy bơm nước Pentax CM 50-125A
−
−
−
−
−

Dùng cho các ứng dụng công nghiệp và nông nghiệp
Dùng cho các nguồn cung cấp nước
Hệ thống ra áp suất, sưởi ấm, làm mát
Hệ thống phòng cháy chữa cháy
Hệ thống thủy lợi

Giới hạn hoạt động của máy bơm nước Pentax CM 50-125A
−
−
−
−
−

Áp suất Max : 10 bar

Nhiệt độ chất lỏng bơm : -10 ÷ +90 °C
Hiệu suất phạm của máy bơm nước Pentax CM 50-125A
Lưu lượng Max: 1200 l/p
Cột áp Max: 25,2 m

1.5. Van cánh bướm
Van cánh bướm được lắp đặt phía dưới thùng cân chứa nguyên liệu, có chức năng
cho phép xả và điều tiết nguyên liệu từ thùng cân xuống máy trộn. Van được điều khiển
đóng mở thơng qua bộ khí nén.

Hình 13. Van cánh bướm

Thơng số kĩ thuật:
17


-

Chất liệu: Gang, Nhựa, Inox, Thép
Đường kính: DN50 – DN1000
Áp suất làm việc: 16bar, 25bar
Kiểu điều khiển: On/ Off, Tuyến tính
Áp suất khí nén: 2 bar – 8 bar
Thời gian đóng mở: 1s – 2s
Kiểu kết nối: Có mặt bích, Wafer kẹp
Nhiệt độ làm việc: -5 đến 180 độ C

1.6. Cân điện tử PT650D
Giao tiếp giữa PT650D và PLC là sử dụng tín hiệu Analog 0~10V (Tương tự). Đầu cân
xuất ra 1 mức điện áp trong khoảng 0~10V, PLC đọc giá trị đó sau khi tính tốn sẽ suy ra

được giá trị trọng lương. (Phương thức này làm đơn giản hóa vấn đề truyền thơng giao
tiếp, nhưng vẫn đảm bảo được độ chính xác của giá trị cân đọc về). Cân có màn hình điện
tử hiển thị tích hợp giúp theo dõi số liệu trực tiếp tại hiện trường.
PT650D là dòng đầu cân với thiết kế :
-

Hỗ trợ lắp đặt 4 Loadcell có tổng trở ngõ ra 350Ω, với nguồn điện cung cấp 10
VDC, 150 mA.
Độ nhạy điện áp đầu vào từ 0.5 μV/D đến 200 μV/D.
Vùng Zero có thể điều chỉnh với phạm vi từ 0.05 mV đến 15 mV.
Độ phi-tuyến tính là 0.005 %F.S.D.
Tỷ lệ chuyển đổi A/D 200 lần/giây.
Độ phân giải nội 16,700,000.
Cho phép cài đặt tải trọng tối đa 500 đến 100,000.
Nguồn điện cung cấp 220VAC (50~60Hz).

18


Hình 14. Cân điện tử PT650D

 Vì vậy với thiết kế như trên PT650D đã đáp ứng tốt nhất cho các yêu cầu hoạt động tại
các trạm trộn bê tông, phối trộn nguyên liệu thô

1.7. Cảm biến mức
Sử dụng cảm biến mức thấp dạng xoay JB- SD- AC220V (P= 3W) để báo mức
nguyên vật liệu thấp trong các thùng/phễu.
Ưu điểm:
-

Thiết kế cấu tạo đơn giản, bền bỉ, dễ sử dụng.
Giá thành rẻ, dễ mua và đầu tư.
Đo được nhiều loại vật chất, trong mơi trường nhiệt độ khắc nghiệt.

Hình 15. Cảm biến mức dạng xoay
19


Thông số kĩ thuật:
− Nguồn cấp: AC220V ±10%
− Công suất tiêu thụ: 3W
− Tiếp điểm: AC250V, 3A
− Tốc độ cánh quay: 6RPM
− Mô-men xoắn: 300-600 g/cm
− Nhiệt độ môi trường: 0-60 °C
Nguyên lý hoạt động: Cảm biến sử dụng điện áp 220VAC để chạy động cơ cánh quạt.
Khi trong thùng hoặc phễu khơng có ngun liệu, thiết bị sẽ quay tự do, ngược lại sẽ
khiến cho phần chân vịt đứng n thì cảm biến sẽ nhận tín hiệu và đồng thời gửi đến bộ
điều khiển.

2. Lựa chọn phần mềm
2.1. Phần mềm Tia Portal V16
TIA Portal được phát triển vào năm 1996 bởi các kỹ sư của Siemens, nó cho phép người
dùng phát triển và viết các phần mềm quản lý riêng lẻ một cách nhanh chóng, trên 1 nền
tảng thống nhất. Giải pháp giảm thiểu thời gian tích hợp các ứng dụng riêng biệt để thống
nhất tạo hệ thống.
TIA Portal - Tích hợp tự động toàn diện là phần mềm cơ sở cho tất cả các phần mềm khác
phát triển: Lập trình, tích hợp cấu hình thiết bị trong dải sản phẩm. Đặc điểm TIA
Portal cho phép các phần mềm chia sẻ cùng 1 cơ sở dữ liệu, tạo nên tính thống nhất, tồn
vẹn cho hệ thống ứng dụng quản lý, vận hành. 

TIA Portal tạo môi trường dễ dàng để lập trình thực hiện các thao tác:
 Thiết kế giao diện kéo nhã thông tin dễ dàng, với ngôn ngữ hỗ trợ đa dạng.
 Quản lý phân quyền User, Code, Project tổng quát.
 Thực hiện go online và Diagnostic cho tất cả các thiết bị trong project để xác định
bệnh, lỗi hệ thống.
 Tích hợp mơ phỏng hệ thống.
 Dễ dàng thiết lập cấu hình và liên kết giữa các thiết bị Siemens. 
20


Hiện tại phần mềm TIA Portal có nhiều phiên bản như TIA Portal V14,TIA Portal
V15, TIA Portal V16 và mới nhất là TIA Portal V17. Tùy theo nhu cầu sử dụng mà người
dùng sẽ lựa chọn cài đặt TIA portal phiên bản tương ứng.

2.2. Phần mềm WinCC Advanced
WinCC Runtime Advanced cung cấp một giao diện phần mềm điều khiển và giám sát vận
hành dựa trên PC dành cho các hệ thống một người dùng trực tiếp tại máy. SIMATIC
WinCC Runtime Advanced được cấu hình bằng phần mềm cấu hình SIMATIC WinCC
Advanced hoặc SIMATIC WinCC Professional.
SIMATIC WinCC Runtime Advanced là phần mềm trực quan hóa hiệu suất cao dành cho
các tác vụ trực quan hóa đơn giản theo hướng máy móc. Nó có thể được sử dụng như một
giải pháp cho một người dùng dành cho tất cả các ứng dụng tự động hóa (tự động hóa sản
xuất, tự động hóa quy trình và tự động hóa tịa nhà). SIMATIC WinCC Runtime
Advanced có thể được sử dụng kết hợp với: SIMATIC Rack PC, Box PC, Panel PC; bộ
điều khiển ET 200SP; SINUMERIK PC.

2.3. Hệ quản trị cơ sở dữ liệu Microsoft SQL Server
SQL Server là một hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ (Relational Database
Management System (RDBMS) ) sử dụng câu lệnh SQL (Transact-SQL) để trao đổi dữ
liệu giữa máy Client và máy cài SQL Server. Một RDBMS bao gồm databases, database

engine và các ứng dụng dùng để quản lý dữ liệu và các bộ phận khác nhau trong RDBMS.
SQL Server được tối ưu để có thể chạy trên mơi trường cơ sở dữ liệu rất lớn (Very
Large Database Environment) lên đến Tera-Byte và có thể phục vụ cùng lúc cho hàng
ngàn user. SQL Server có thể kết hợp “ăn ý” với các server khác như Microsoft Internet
Information Server (IIS), E-Commerce Server, Proxy Server…
Việc xây dựng cơ sở dữ liệu cho phần mềm sẽ được thực hiện bằng phần mềm
Microsoft SQL Server Management Studio nhằm tạo ra các dữ liệu về công thức và
nguyên liệu phối trộn, thu thập các dữ liệu về quá trình cân và phối trộn, sao lưu cơ sở dữ
liệu của hệ thống để khôi phục khi cần thiết.

3. Thiết kế hệ thống
3.1. Chương trình PLC
a. Quy trình vận hành
21