Xây dựng hệ thống Scada hệ mẫu trong dây chuyền sản xuất bia chất lượng cao docx

Xây dựng hệ thống Scada hệ mẫu
trong dây chuyền sản xuất bia chất
lượng cao


Tóm tắt
Xây dựng hệ thống SCADA cho hệ nấu sử dụng S7-300 và
WinCC giúp chúng ta có thể nâng cao tính linh hoạt trong sản
xuất, khả năng giám sát, lưu trữ dữ liệu, cảnh báo và xác định lỗi để xử lý lỗi thông qua
một giao diện thân thiện với người vận hành. PLC được lập trình tuân theo quy trình công
nghệ. Quy trình công nghệ được mô phỏng cùng với chương trình WinCC và PLCSim.
Abstract
Building SCADA for brewhouse uses S7-300 and WinCC will help us can raise flexible
production, ability monitor, store data, warning and defind exact error with interface very
friendly. PLC is programed follow technology process. It is simulated with WinCC
program and PLCSim.
1. Đặt vấn đề
Hiện nay, hầu hết tất cả các nhà máy bia đều sử dụng phần mềm chuyên dụng là
Braumat. Đây là phần mềm được xây dựng bởi hãng Siemens và được tích hợp những
tính năng điều khiển theo mẻ, đối tượng là các nhà máy Bia. Do đó việc áp dụng WinCC
vào việc xây dựng hệ thống SCADA sẽ thay thế cho phần mềm Braumat. Chúng ta sẽ
chuyển từ thế bị động phụ thuộc sang thế làm chủ toàn bộ công nghệ. Từ đó ta có thể
nâng cấp, sửa chữa sao cho theo kịp sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đảm bảo nhà

máy luôn có thể đáp ứng được những yêu cầu ngày càng tăng về số lượng và khắt khe về
chất lượng.
2. Xây dựng hệ thống SCADA sử dụng PLC S7-300 và WinCC
Trong một hệ thống nấu bia có nhiều công đoạn khác nhau. Do đó có thể áp dụng phương
pháp điều khiển phân tán. Tuy nhiên, vì giới hạn bài viết nên ở đây chỉ đưa ra vấn đề hai
nồi nấu trong hệ nấu để làm minh họa.
Từ những cấu hình phần cứng có sẵn ta có thể phân bố địa chỉ cho từng module và cấu

hình phần cứng cho PLC như sau:
Trong quá trình sản xuất, việc đảm bảo hệ thống hoạt động trơn tru không bị ngắt quãng
là việc vô cùng quan trọng vì sản phẩm đầu ra có đạt được chất lượng cao hay không phụ
thuộc rất lớn vào việc quá trình đó có tuân thủ chặt chẽ theo công nghệ hay không. Đối
với sản xuất bia cũng phải đạt được yêu cầu như trên, nếu một thiết bị nào đó bị hỏng sẽ
làm cho toàn bộ quá trình sản xuất cũng bị dừng lại, và điều chắc chắn là sẽ gây ra tổn
thất không nhỏ. Do đó chúng ta phải xây dựng một hệ thống dự phòng. Và việc xây dựng
hệ thống dự phòng đòi hỏi phải có sự hiểu biết sâu về hệ thống và các thiết bị công nghệ
trong hệ thống. Dự phòng có thể bao gồm chia thành các loại sau:

Hình 1. Phân bố địa chỉ cho từng module cho hai nồi nấu

Hình 2. Cấu hình phần cứng cho PLC
a. Dự phòng toàn diện

Hình 3. Dự phòng toàn diện


WinCC cung cấp một chức năng rất đặc biệt và hiệu quả để thiết kế hệ thống điều khiển
và giám sát đạt được độ tin cậy cao đó là chức năng Redundancy. Với chức năng
Redundancy hệ thống tự động được điều khiển bằng cách chạy song song hai Server để
điều khiển cũng như thu thập dữ liệu, xử lý và điều khiển hoạt động của các PLC hay
RTU. Như vậy trong hệ thống luôn có ít nhất 2 server đồng thời giám sát quá trình hoạt
động của nhau, và điều này làm cho các server nhận biết được server đang chạy song
song với nó có bị lỗi hay không. Nếu có một server bị lỗi, những client sẽ tự động chuyển
từ server đang ở chế độ master sang server đang ở chế độ standby. Kết quả là tất cả các
client luôn làm việc và có giá trị trong suốt quá trình điều khiển và giám sát hệ thống. Sau
khi server bị lỗi được khôi phục trở lại thì nó sẽ ở chức năng standby, nội dung của tất cả
các thông báo, những giá trị xử lý được copy từ master server đến standby server. Lúc
này master server và standby server đều tham gia vào quá trình thu thập, xử lý dữ liệu và

điều khiển hoạt động của hệ thống.
3. Thiết kế giao diện
Giao diện HMI sẽ giúp nhân viên vận hành điều khiển và giám sát một cách chặt chẽ và
tổng quan nhất quá trình hoạt động của toàn bộ dây chuyền. Do đó việc thiết kế giao diện
sao cho người dùng dễ nắm bắt vấn đề, đầy đủ thông tin và có thể xử lý được một cách
nhanh chóng nhất, tránh tình trạng ảnh hưởng đến chất lượng sản xuất.
Với giao diện điều khiển ngoài việc hiển thị đầy đủ các thông số quá trình sản xuất, nó
còn bổ sung thêm chức năng cảnh báo bằng hình ảnh. Đây là phương pháp sử dụng ngày
càng rộng rãi giúp người vận hành có thể biết được vấn đề đang xảy ra ở đâu, thiết bị nào
và phương pháp xử lý. Khi một lỗi nào đó xảy ra trong hệ thống, ví dụ như tín hiệu từ hệ
thống yêu cầu van cấp nước CIP mở, nhưng trong khoảng một thời gian cho phép mà hệ
thống không thấy có tín hiệu phản hồi báo rằng van đã thực hiện yêu cầu. Khi đó trên
màn hình hiển thị sẽ báo lỗi và hiển thị hình của van bị lỗi. Đồng thời có thể hiển thị
subcode để chỉ thị van nào trong hệ thống bị lỗi.
Ngoài ra, hệ thống cũng cung cấp đầy đủ các tính năng cơ bản của hệ thống:
l Bảo vệ tự động: Đưa ra các cảnh báo hoạt động, báo động khi có sự cố.
l Lưu trữ, báo cáo và thống kê: Cập nhật dữ liệu về trạng thái và lưu trữ lại các giá trị sản
xuất.

Hình 8. Giao diện khi có lỗi xảy ra.

Hình 7. Giao diện điều khiển hai nồi nấu
4. Kết luận
Việc thiết kế hệ thống SCADA với đầy đủ các chức năng là rất cần thiết đảm bảo cho
việc dễ dàng bảo trì bảo dưỡng, giảm sự cố xảy ra do có chức năng cảnh báo, hiển thị
trực quan cho người vận hành, tránh được những hỏng hóc dẫn đến dừng dây chuyền do
chủ quan của người vận hành. Ngoài ra, chúng ta còn có thể sử dụng thêm các module
truyền thông để có thể gửi email, tin nhắn qua điện thoại hoặc quản lý từ xa qua Ethernet.
Khi đó, người có thẩm quyền cao hơn có thể quyết định xử lý kịp thời các lỗi xảy ra giúp
quá trình sản xuất không bị gián đoạn.