Nghiên cứu thiết kế hệ thống giám sát điều khiển kho tự động

Nghiên cu thit k h thng giám sát điu khin kho t đng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyn Hoàng SVTH: Vng Trí Dũng
v
MC LC

Trang ta TRANG
Lụ LCH KHOA HC i
LI CAM ĐOAN ii
LI CM N iii
TịM TT iv
MC LC v
DANH SÁCH CÁC CH VIT TT viii
DANH SÁCH CÁC BNG ix
DANH SÁCH CÁC HÌNH x
CHNG 1 1
TNG QUAN 1
1.1 TNG QUAN V LƾNH VC NGHIểN CU, CÁC KT QU NGHIểN
CU TRONG VĨ NGOĨI NC Đĩ CỌNG B. 1
1.1.1 Nghiên cu trong nc. 1
1.1.2 Nghiên cu ngoƠi nc. 4
1.2 MC ĐệCH CA Đ TĨI. 5
1.3 NHIM V VĨ GII HN CA Đ TĨI. 6
1.4 PHNG PHÁP NGHIểN CU. 6
1.5 K HOCH THC HIN 6
CHNG 2 7
C S Lụ THUYT 7
2.1 TNG QUAN SCADA [1] 7
2.1.1 Gii thiu 7
2.1.2 Đặc tính ca h thng scada. 7
2.1.3 Kt cu ca h thng SCADA. 8

2.2 TNG QUAN V PLC. [2] 9
2.2.1 Tng quan PLC 9
Nghiên cu thit k h thng giám sát điu khin kho t đng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyn Hoàng SVTH: Vng Trí Dũng
vi
2.2.2 Các khi hƠm 11
2.2.3 Mng Ethernet công nghip 12
2.2.4 PLC 313C 2PtP . 14
2.3 TNG QUAN CỌNG TC HĨNH TRỊNH VĨ RELAY. 15
2.3.1 Công tc hƠnh trình. 15
2.3.2 Relay OMRON MY2N. 15
2.3.3 Đng c DC. 18
CHNG 3 20
THIT K C KHệ CHO KHO T ĐNG 20
CHNG 4 25
LP TRỊNH ĐIU KHIN PLC S7 300 25
4.1 S Đ GII THUT. 25
4.1.1 S đ gii thut ậ Chng trình chính. 25
4.1.2 S đ gii thut ậ Chng trình 1: T đng nhp kho. 26
4.1.3 S đ gii thut ậ Chng trình 2: T đng xut kho. 27
4.1.4 S đ gii thut ậ Chng trình 3: Bán t đng xut kho. 28
4.1.5 S đ gii thut ậ Chng trình 4: Bán t đng nhp kho. 29
4.1.6 S đ gii thut ậ Chng trình 5: Điu khin bng tay. 30
4.2 QUY ĐNH PHN CNG. 31
4.2.1 Ngõ vào 31
4.2.2 Ngõ ra 31
4.3 S Đ ĐU DỂY. 32
4.4 GII THUT LP TRỊNH. 33
4.4.1 To project vi chng trình Simatic Manager. 33

4.4.2 Gii thut lp trình ậ Chng trình chính. 58
4.4.3 Gii thut lp trình ậ Chng trình 1: T đng nhp kho. 59
4.4.4 Gii thut lp trình ậ Chng trình 2: T đng xut kho. 65
Nghiên cu thit k h thng giám sát điu khin kho t đng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyn Hoàng SVTH: Vng Trí Dũng
vii
4.4.5 Gii thut lp trình ậ Chng trình 3: Bán t đng nhp kho.Error! Bookmark not
defined.
4.4.6 Gii thut lp trình ậ Chng trình 4: Bán t đng xut kho. 70
4.4.7 Gii thut lp trình ậ Chng trình 5: Điu khin bng tay. 89
CHNG 5 37
THIT K GIAO DIN HMI BNG WINCC 37
5.1 THIT LP CU HỊNH BAN ĐU [3] 37
5.2 TO TAG KT NI. 39
5.2.1 To Tag nút nhn. 39
5.2.2 To Tag các tín hiu ngõ vƠo. 40
5.2.3 To Tag các tín hiu ngõ ra. 41
5.3 TO VĨ SON THO GIAO DIN NGI DỐNG. 43
5.3.1 Thit lp giao din từ th vin hình nh vƠ kt ni Tag. 43
5.3.2 Thit lp giao din đèn báo cm bin vƠ kt ni Tag. 46
5.3.3 S dng Static Text đ to giao din tiêu đ. 49
5.3.4 Thit lp giao din nút nhn vƠ kt ni Tag. 50
CHNG 6 55
KT LUN VĨ KIN NGH 55
6.1 KT LUN. 55
6.2 KIN NGH. 55
TĨI LIU THAM KHO 57

Nghiên cu thit k h thng giám sát điu khin kho t đng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyn Hoàng SVTH: Vng Trí Dũng
viii
DANH SÁCH CÁC CH VIT TT

ASRS: automated storage retrieval system.
SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition.
DCS :Distributed Control System.
MTU : Master Terminal Unit.
RTU : Remote Terminal).
HMI : Human-Machine Interface.
MPI : Multi Point Interface
I/O : Inputs / Outputs.
OB : Organization Block.
FC : Function Block.

Nghiên cu thit k h thng giám sát điu khin kho t đng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyn Hoàng SVTH: Vng Trí Dũng
ix
DANH SÁCH CÁC BNG
BNG TRANG
Bảng 2. 1– Các đặc tính kỹ thuật 14
Bảng 2. 2 – Nguyên lý hoạt động động cơ DC: 19
Bảng 5. 1 – Các Tag và địa chỉ nút nhấn. 39
Bảng 5. 2– Các Tag và địa chỉ ngõ vào 41
Bảng 5. 3 – Các Tag và địa chỉ ngõ ra. 42
Bảng 5. 4 – Tên động cơ và các Tag tương ứng. 45
Bảng 5. 5 – Tên các kệ và các Tag tương ứng. 46
Bảng 5. 6 – Các Tag cảm biến và các tiêu đề tương ứng. 50

Bảng 5. 7 – Tên nút nhấn tương ứng với các Source và Target của mục Press Left. 53
Bảng 5. 8 – Tên nút nhấn tương ứng với các Source và Target của mục Release Left 53
Nghiên cu thit k h thng giám sát điu khin kho t đng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyn Hoàng SVTH: Vng Trí Dũng
x
DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH TRANG
Hình 1.1 – TS Chung Tấn Lâm đang giới thiệu mô hình kho hàng tự động thử nghiệm. 1
Hình 1.2 – Hoạt động thử nghiệm kho hàng tự động tại trung tâm Nghiên cứu Triển khai -
Khu Công nghệ cao TP.HCM. 3
Hình 1.3 – Giao diện điều khiển giám sát tổng thể của hệ thống bốc xếp tự động sản phẩm
kính. 4
Hình 1.4 – Hệ thống kho tự động của Ultrastore. 4
Hình 1.5 ậ H thng Kiva. 5
Hình 2. 1 – Các thành phần cơ bản của một hệ SCADA 9
Hình 2. 2 – Sơ đồ khối bên trong PLC 11
Hình 2. 3 – Mạng truyền thông Ethernet 13
Hình 2. 4 – Công tắc hành trình. 15
Hình 2. 5 – Đế thân tách relay Omron MY2N rời và sau khi lắp ráp. 15
Hình 2. 6 – Sơ đồ đấu dây relay Omron MY2N. 15
Hình 2. 7 – Cấu tạo relay. 15
Hình 2. 8 – Cấu tạo relay. 16
Hình 2. 9 –Các loại cuộn dây relay. 17
Hình 2. 10 – Hai loại tiếp điểm của relay. 18
Hình 2. 11 – Nguyên lý hoạt động của 2 loại tiếp điểm. 18
Hình 2. 12 – Cấu tạo động cơ DC 19
Hình 3. 1 – Sơ đồ bố trí mặt bằng kho. 20
Hình 3. 2 – Kích thước kệ chứa. 20
Hình 3. 3 – Đế di chuyển. 21

Hình 3. 4 – Sơ đồ truyền động ở chân đế. 21
Hình 3. 5 – Đế xoay. 21
Hình 3. 6 – Sơ đồ truyền động đế xoay. 22
Hình 3. 7 – Khung nâng. 22
Hình 3. 8 – Ròng rọc nâng. 22
Hình 3. 9 – Sơ đồ truyền động bộ phận đưa hàng ra vào kệ 23
Hình 3. 10 – Bộ phận dẫn động ròng rọc. 23
Hình 3. 11 – Mô hình Robot xuất nhập kho. 24
Hình 4. 1 – Lưu đồ giải thuật chương trình chính. 25
Hình 4. 2 – Lưu đồ giải thuật chương trình 1: Tự động nhập kho. 26
Hình 4. 3 –Lưu đồ giải thuật chương trình 2: Tự động xuất kho. 27
Hình 4. 4 –Lưu đồ giải thuật chương trình 3: Bán tự động nhập kho. 28
Hình 4. 5 – Lưu đồ giải thuật chương trình 4: Bán tự động xuất kho. 29
Hình 4. 6 – Lưu đồ giải thuật chương trình 5: Điều khiển bằng tay. 30
Hình 4. 7 – Sơ đồ đấu dây các ngõ vào ra I/O. 32
Hình 4. 8 – Bảng khởi tạo Project 33
Hình 4. 9 – Tạo Project mới. 33
Nghiên cu thit k h thng giám sát điu khin kho t đng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyn Hoàng SVTH: Vng Trí Dũng
xi
Hình 4. 10 – Đặt tên Project 33
Hình 4. 11 – Tạo Station 300. 34
Hình 4. 12 – Mở Station. 34
Hình 4. 13 – Thiết lập Rail, nguồn và PLC. 34
Hình 4. 14 – Thiết lập kết nối MPI. 35
Hình 4. 15 – Thiết lập địa chỉ vào ra I/O. 35
Hình 4. 16 – Bảng cấu hình phần cứng. 36
Hình 4. 17 – Cài đặt ký hiệu cho các ngõ vào ra I/O. 36
Hình 4. 18 – Khởi tạo các khối hàm. 36

Hình 5. 1 – Tạo file mới. 37
Hình 5. 2 – Chọn Project mới. 37
Hình 5. 3 – Đặt tên Project. 37
Hình 5. 4 – Add New Driver 38
Hình 5. 5 – Chọn driver. 38
Hình 5. 6 – Tạo kết nối mới. 38
Hình 5. 7 – Cài đặt địa chỉ IP cho kết nối mới. 38
Hình 5. 8 – Cài đặt card mạng của máy tính. 38
Hình 5. 9 – Tạo Tag kết nối nút nhấn. 39
Hình 5. 10 – Đặt tên và địa chỉ nút nhấn. 39
Hình 5. 11 – Tag start. 39
Hình 5. 12 – Các Tag nút nhấn sau khi tạo. 40
Hình 5. 13 – Tạo Tag tín hiệu ngõ vào. 40
Hình 5. 14 – Đặt tên và địa chỉ tín hiệu ngõ vào. 41
Hình 5. 15 – Tag tín hiệu vào sau khi tạo xong. 41
Hình 5. 16 – Các Tag ngõ vào sau khi tạo xong. 41
Hình 5. 17 – Tạo Tag tín hiệu ngõ ra. 42
Hình 5. 18 – Đặt tên và địa chỉ Tag ngõ ra. 42
Hình 5. 19 – Tag ngõ ra sau khi tạo xong. 42
Hình 5. 20 – Các Tag ngõ ra sau khi tạo xong. 42
Hình 5. 21 – Tạo hình nền mới. 43
Hình 5. 22 – Mở hình nền. 43
Hình 5. 23 – Shelving unit 3 trong thư viện. 43
Hình 5. 24 – Sealed bõ with bar code trong thư viện. 44
Hình 5. 25 – Motor 17 trong thư viện. 44
Hình 5. 26 – Lựa chọn Dynamic Dialog tại BlinkMode, 44
Hình 5. 27 – Gán Tag động cơ. 45
Hình 5. 28 – Lựa chọn Dynamic Dialog tại SymbolAppearance 45
Hình 5. 29 – Gán Tag hàng. 46
Hình 5. 30 – Thanh Object Palette. 46

Hình 5. 31 – Chỉnh Global color scheme của đèn báo. 47
Hình 5. 32 – Chọn Dynamic Dialog của Background color của đèn báo. 47
Nghiên cu thit k h thng giám sát điu khin kho t đng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyn Hoàng SVTH: Vng Trí Dũng
xii
Hình 5. 33 - Bảng Dynamic valueranges. 47
Hình 5. 34 – Bảng Change trigger. 48
Hình 5. 35 – Đèn đã gắn Tag. 48
Hình 5. 36 – Tạo tiêu đề 49
Hình 5. 37 – Chỉnh Global color scheme của text. 49
Hình 5. 38 – Chỉnh màu Border Background và Border Color của text 49
Hình 5. 39 – Chỉnh font size của text. 49
Hình 5. 40 – Cảm biến sau khi gắn tiêu đề. 50
Hình 5. 41 – Chỉnh Global color cheme nút Start. 50
Hình 5. 42 – Chỉnh màu Background color nút Start. 51
Hình 5. 43 – Chỉnh Font Size nút Start. 51
Hình 5. 44 – Chọn Direct Connection để gán Tag nút Start. 51
Hình 5. 45 – Gán Tag nút Start. 52
Hình 5. 46 – Gán lệnh C cho nút Exit. 52
Hình 5. 47 – Các nút nhấn sau khi đã gán Tag xong. 54
Hình 5. 48 – Giao diện HMI sau khi đã hoàn tất thiết kế và gán Tag. 54
Nghiên cu thit k h thng giám sát điu khin kho t đng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyn Hoàng SVTH: Vng Trí Dũng
1
CHNG 1
TNG QUAN

1.1 TNG QUAN V LƾNH VC NGHIểN CU, CÁC KT QU NGHIểN

CU TRONG VĨ NGOĨI NC Đĩ CỌNG B.
1.1.1 Nghiên cu trong nc.
1.1.1.1 H thng kho hƠng t đng (Automated Storage and Retrieval System -
AS/RS) ca tin sƿ Chung Tn Lơm (ĐH Bách Khoa TP HCM)
Năm 2009 TS Chung Tn Lơm (ĐH Bách Khoa TP HCM) đƣ ch to mô
hình h thng kho hƠng t đng.

Hình 1.1 – TS Chung Tấn Lâm đang giới thiệu mô hình kho hàng tự động thử
nghiệm.
Mt h thng AS/RS thng gm mt robot t đng chy trên ray theo
phng ngang vƠ phng đng đ ct tr hoặc ly hƠng trên hai hƠng khung k
cha hƠng đc b trí song song hai bên.
AS/RS gm các tiêu chuẩn:
 Chiu cao ti đa 6m;
 Chiu rng ti đa 2m;
 Chiu rng đng đi ti thiu 0,5m;
 Tc đ chy dc ti đa 1,5m/s;
 Tc đ chy ngang ti đa 1,5m;
 Kh năng mang ti ti đa 100kg.
Nghiên cu thit k h thng giám sát điu khin kho t đng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyn Hoàng SVTH: Vng Trí Dũng
2
Không ch trong lƿnh vc sn xut, AS/RS còn lƠ mô hình hiu qu cho nhiu
ngƠnh nh công ngh sinh hc; dc phẩm; bnh vin; các trung tơm phơn phi
hƠng hóa ln; th vin hay trong quá trình x lỦ thng mi đin t. Các đn v ng
dng AS/RS vƠo quá trình sn xut, kinh doanh s gim chi phí nhơn công; đm bo
điu kin an toƠn lao đng; qun lỦ hiu qu thông tin phc v k hoch sn xut
kinh doanh; tăng năng sut, đng thi giúp doanh nghip đa ra các quyt đnh
thng mi quan trng.

Tuy nhiên, các đn v ca Vit Nam vn cha đc tip cn vi AS/RS trong
thc t sn xut do năng sut các nhƠ máy còn thp, quy mô cha đ ln vƠ cha có
s t đng hóa cp nhƠ máy.
1.1.1.2 Kho hƠng t đng ca trung tơm nghiên cu trin khai (Khu Công ngh
cao TP HCM)
Đ tƠi nghiên cu, ch to kho hƠng t đng lƠ đ tƠi cp nhƠ nc do đi
ngũ các kỹ s thuc Trung tơm Nghiên cu Trin khai (Khu Công ngh cao
TP.HCM) thc hin trong 2 năm từ tháng 1/2009 - 12/2010
H thng kho hƠng t đng hot đng có chiu dƠi 12m, rng 1m vƠ cao 5m.
Tuy nhiên, có th tăng chiu dƠi hot đng ca kho bng cách lp ráp thêm các ph
kin.
Kho hƠng t đng gm mt h thng đng ray  gia cho robot di chuyn,
hai bên là h thng k hƠng. Tc đ di chuyn ca robot theo chiu dƠi ti đa 1,5
m/giơy vƠ di chuyn theo chiu cao nh hn 1,5 m/giơy. Trng lng nơng, ly
hƠng mt ln ca robot đc thit k ti đa 60kg. NgoƠi robot chính có nhim v
ct, ly hƠng trong k, còn có hai robot khác gi nhim v nhp hƠng vƠ xut hƠng
t đng ra v trí cn thit trong phm vi bán kính 400m. Tt c các robot nƠy đc
điu khin bng mng không dơy.
Nghiên cu thit k h thng giám sát điu khin kho t đng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyn Hoàng SVTH: Vng Trí Dũng
3

Hình 1.2 – Hoạt động thử nghiệm kho hàng tự động tại trung tâm Nghiên cứu Triển
khai - Khu Công nghệ cao TP.HCM.
H thng kho hƠng t đng có kh năng công ngh:
+ Điu khin robot nhp hƠng vƠo dƣy k,
+ Xut hƠng theo lnh xut;
+ Xác đnh v trí hƠng hóa ch nƠo;
+ Điu khin robot ch hƠng từ kho ra giao hƠng  khơu tip nhn

nhp nhƠng;
+ Nm đc tình trng ca từng loi thit b, vt t còn, ht, s
lng bao nhiêu đ lên k hoch sn xut.
+ Liên kt đc vi các phn mm qun lỦ khác ca doanh nghip
nh qun lỦ tƠi chính, nhơn s Giao din điu khin đc vit
hóa nên rt tin li cho ngi s dng có trình đ ngoi ng hn
ch.
Phm vi ng dng ca kho hƠng t đng nƠy cũng vô cùng rng, từ nhƠ máy
ch to máy ch to vi mch, chíp bán dn, dơy chuyn lp ráp ô tô. NgoƠi ra, kho
hƠng t đng còn đc dùng cho các doanh nghip bán lẻ, siêu th cn gim din
tích vƠ thi gian lu kho, phơn phi t đng cho các dƣy bƠy hƠng Nó cũng hu
ích trong vic lu, cp các hóa cht ri ro cao cho con ngi trong các nhƠ máy hóa
cht, xng ch to vũ khí, đn dc.
1.1.1.3 Nghiên cu gii pháp t đng hoá công đon bc xp sn phẩm  công
ty sn xut kính ni viglacera ậ VIFG.
Gii pháp t đng hoá trong công đon bc xp sn phẩm  nhƠ máy sn
xut kính ni Viglacera ậ VIFG đƣ đc b môn Kỹ thut Điu khin T đng ậ
Nghiên cu thit k h thng giám sát điu khin kho t đng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyn Hoàng SVTH: Vng Trí Dũng
4
Khoa C khí ậ Trng Đi hc Bách Khoa ậ ĐHQG HCM cùng vi công ty VIFG
phi hp nghiên cu xơy dng. Các gii pháp thit k đ t đng hoá công đon bc
xp sn phẩm đƣ đc thẩm đnh vƠ đang đc công ty xúc tin trin khai ti Bình
Dng.


Hình 1.3 – Giao diện điều khiển giám sát tổng thể của hệ thống bốc xếp tự động sản
phẩm kính.
H thng nƠy đƣ t đng hóa vic bc xp kính bng tay sang bng máy, góp

phn tăng năng sut cũng nh ci tin trong vic lu kho.
1.1.2 Nghiên cu ngoƠi nc.
1.1.2.1 Automatic Storage and Retrieval System ca Ultrastore.

Hình 1.4 – Hệ thống kho tự động của Ultrastore.
Các thông s kỹ thut c bn.
Nghiên cu thit k h thng giám sát điu khin kho t đng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyn Hoàng SVTH: Vng Trí Dũng
5
+ Ti trng cho phép: 681 kg.
+ Chiu rng ti: 254 ậ 1524 mm .
+ Chiu dƠi ti: 457 ậ 2438 mm .
+ Tc đ chy ngang ti đa: 182.9 m/phút.
+ Tc đ chy dc ti đa: 83.8 m/phút.
1.1.2.2 Kiva Systems ca ba kỹ s ngi Mỹ(Peter Wurman, Mick Mountz, vƠ
Raffaello D'Andrea).
Khác vi các h thng kho c đin, các k hƠng c đnh vƠ h thng robot s
nhp xut vt t, h thng Kiva dùng robot nơng k hƠng lên 5cm so vi mặt đt vƠ
di chuyn v phía công nhơn H thng kho nƠy linh hot hn nhiu so vi các h
thng kho t đng c đin. Trong h thng băng ti thông thng, mt công nhân
có th mang 200 đn 400 vt t mi gi, thì robot Kiva có th đem đn cho công
nhơn 600 vt t.
Vic xơy dng h thng băng ti thng tn 12 đn 18 tháng thì h thng
Kiva ch tn vƠi tun đn mt tháng.

Hình 1.5 – Hệ thống Kiva.
Kiva có th mang ti trng từ 454 kg đn 1362 kg tùy theo loi. Vn tc ca
Kiva là 1.3 m/s.
1.2 MC ĐệCH CA Đ TĨI.

Qua vic tìm hiu v h thng qun lỦ kho t đng trong vƠ ngoƠi nc, ta
thy vic phát trin h thng nƠy trong nc còn đang gặp nhiu hn ch và không
phù hp vi quy mô ca đa s các công ty Vit Nam, còn trên th gii cũng có
Nghiên cu thit k h thng giám sát điu khin kho t đng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyn Hoàng SVTH: Vng Trí Dũng
6
nhng ci tin đáng k trong h thng nƠy. Mc đích  đơy lƠ ci tin h thng qun
lỦ kho, từ qun lỦ thô s chuyn sang t đng hóa qun lỦ sao cho phù hp vi điu
kin  Vit Nam.
1.3 NHIM V VĨ GII HN CA Đ TĨI.
Vì h thng qun lỦ kho t đng lƠ mt h thng phc hp vô cùng phc tp
nên đ tƠi  đơy đc gii hn c th lƠ t đng hóa khơu xut nhp kho phù hp
vi điu kin thc t  công ty Vit Nam, nghiên cu lp trình điu khin t đng
trên nn PLC ca Siesmen vƠ thit k lp trình giao din HMI thông qua phn mm
WinCC đ có th thc hin vicgiám sátvà điu khin.
1.4 PHNG PHÁP NGHIểN CU.
Phng pháp nghiên cu  đơy lƠ bao gm các hng sau:
+ Nghiên cu lỦ thuyt v h thng SCADA.
+ Nghiên cu thit k vƠ ch to phn c khí ca robot di đng.
+ Nghiên cu lp trình điu khin robot chuyn đng bng PLC
thông qua chng trình Simatic Manager.
+ Nghiên cu thit k giao din HMI vƠ kt ni PC vi PLC điu
khin thông qua giao din WinCC.
1.5 K HOCH THC HIN.
STT
Tên công vic
Thi gian
thc hin
Tin đ hoƠn

thành
Ghi
Chú
1
Tng quan.
01/01 ậ 01/03
Hoàn thành

2
C s lỦ thuyt.
01/03 ậ 20/09
Hoàn thành

3
Thit k vƠ gia công c khí.
10/07 ậ 23/09
Hoàn thành

4
Lp trình điu khin PLC.
28/01 ậ 16/08
Hoàn thành

5
Thit k HMI vƠ kt ni PC
vi PLC.
08/09 ậ 20/09
Hoàn thành

6

Tin hƠnh th nghim
22/09 ậ 23/09
Hoàn thành

7
HoƠn tt lun văn
24/09 ậ 30/09
Hoàn thành

8
Báo cáo kt qu
1/10 ậ 31/10
Hoàn thành

Nghiên cu thit k h thng giám sát điu khin kho t đng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyn Hoàng SVTH: Vng Trí Dũng
7

CHNG 2
C S Lụ THUYT

2.1 TNG QUAN SCADA [1]
2.1.1 Gii thiu
SCADA vit tt từ các ch đu (Supervisory Control And Data Acquisition)
có th hiu lƠ mt h thng điu khin giám sát vƠ thu thp d liu nhm h tr con
ngi trong quá trình giám sát vƠ điu khin từ xa. Nói mt cách khác, SCADA lƠ
h thng h tr con ngi trong vic giám sát điu khin từ xa  cp cao hn h
điu khin t đng thông thng. Đ có th điu khin vƠ giám sát từ xa, mt h
SCADA phi có h thng truy cp, truyn ti d liu cũng nh h giao din ngi ậ

máy (HMI ậ Human Machine Interface).
2.1.2 Đặc tính ca h thng scada.
Trong các quá trình công nghip vƠ sn xut, công nghip m, các công trình
công cng hoặc dơn dng, điu khin vƠ giám sát từ xa rt cn thit đ kt ni các
thit b vƠ các h thng riêng lẻ cách xa nhau. Khong cách có th từ vƠi mét đn
hƠng nghìn kí lô mét. B điu khin vƠ giám sát từ xa dùng đ gi lnh điu khin,
lặp trình vƠ nhn các thông tin giám sát từ các trm từ xa.
SCADA đc dùng đ ch s kt hp ca giám sát từ xa vƠ thu thp d liu.
SCADA thu thp các thông tin, truyn chúng tr v trm trung tơm, thc hin các
phơn tích vƠ điu khin cn thit vƠ sau đó hin th các thông tin đó lên mt s các
mƠn hình điu khin. Các lnh điu khin tác v vƠ thc thi s đc truyn đn b
phn điu khin chp hƠnh tng ng.
Trong giai đon đu s khai ca thu thp d liu, logic r le đc dùng đ
điu khin các h thng sn xut. Vi s xut hin ca CPU vƠ các thit b đin t
khác, các dơy chuyn sn xut đƣ kt hp thêm các thit b đin t s vƠo các thit
b r le. PLC hay b điu khin logic kh trình vn lƠ mt trong các b điu khin
đc s dng rng rƣi nht trong công nghip. Khi cn giám sát vƠ điu khin nhiu
Nghiên cu thit k h thng giám sát điu khin kho t đng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyn Hoàng SVTH: Vng Trí Dũng
8
thit b trong h thng, các PLC đc phơn b vƠ h thng tr nên thông minh hn
vƠ nh hn.
Các u đim ca h thng SCADA dùng PLC vƠ DCS (Distributed Control
System: h thng điu khin phơn b):
+ Máy tính có th lu tr mt lng rt ln các d liu.
+ D liu có th đc hin th theo bt c đnh dng nƠo nu ngi
dùng yêu cu.
+ HƠng nghìn cm bin trên din rng có th kt ni vƠo h thng.
+ Ngi vn hƠnh có th kt hp các mô phng d liu thc t vƠo h

thng.
+ Nhiu loi d liu khác nhau có th đc nhn v từ các thit b đu
cui.
+ D liu có th đc xem  bt c đơu.
Các nhc đim:
+ H thng phc tp hn so vi loi cm bin kt ni trc tip vi bng
điu khin.
+ Đòi hi nhiu kỹ năng khác nhau nh lƠ phơn tích h thng vƠ lp
trình.
+ Vi hƠng nghìn cm bin thì vn phi lƠm vic vi rt nhiu dơy ni.
2.1.3 Kt cu ca h thng SCADA.
Các thƠnh phn chính ca mt h SCADA gm:
+ Giao din quá trình: bao gm các cm bin, các thit b đo, thit b
chuyn đi vƠ c cu chp hƠnh.
+ Thit b điu khin t đng: gm các b điu khin chuyên dng
(PID), các b điu khin kh trình (PLC), các thit b điu chnh s
đn lẻ CDC (Compact Digital Controller) vƠ máy tính PC vi các
phn mm điu khin tng ng.
Nghiên cu thit k h thng giám sát điu khin kho t đng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyn Hoàng SVTH: Vng Trí Dũng
9
+ H thng điu khin giám sát: gm các phn mm vƠ giao din ngi-
máy HMI, các trm kỹ thut, trm vn hƠnh, giám sát vƠ điu khin
cp cao.
+ H thng truyn thông: ghép ni đim-đim, bus cm bin/chp hƠnh,
bus trng, bus h thng.
+ H thng bo v: thc hin chc năng an toƠn.

Hình 2. 1– Các thành phần cơ bản của một hệ SCADA

2.2 TNG QUAN V PLC. [2]
2.2.1 Tng quan PLC.
PLC (Programmable Logic Controller) đc thit k nhm thay th các
phng pháp truyn thng dùng r-le vƠ các thit b cng knh, vƠ nó to ra mt
kh năng điu khin thit b d dƠng vƠ linh hot da trên vic lp trình trên các
Ni trc tip

Ni qua mng

(Network Interface)
Giao din mng

(Input/Output)
Ngõ vào/ ngõ ra
Thit b điu khin t đng

Cm bin vƠ chp hƠnh
NI
NI
NI
I/O
NI
NI
NI
Quá trình kỹ thut
NI
I/O
Nghiên cu thit k h thng giám sát điu khin kho t đng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyn Hoàng SVTH: Vng Trí Dũng

10
lnh logic c bn. NgoƠi ra, PLC còn có th thc hin các tác v khác nh đnh thì,
đm, v.v , lƠm tăng kh năng điu khin cho nhng hot đng phc tp, ngay c
vi loi PLC nh nht.
Vic s dng PLC cho phép chúng ta hiu chnh h thng điu khin mƠ
không cn có s thay đi nƠo v mặt kt ni dơy; s thay di ch lƠ s thay đi
chng trình điu khin trong b nh thông qua thit b lp trình chuyên dùng. Hn
na, chúng còn có u đim lƠ thi gian lp đặt vƠ đa vƠo hot đng nhanh hn so
vi vic điu khin truyn thng mƠ đòi hi cn có vic ni dơy phc tp gia các
thit b ri.
V phn cng, PLC tng t nh máy tính ằtruyn thng‟, vƠ chúng có các
đặc đim thích hp cho mc đích điu khin trong công nghip:
+ Kh năng kháng nhiu tt;
+ Cu trúc dng mô-đun cho phép d dƠng thay th, tăng kh năng (ni
thêm mô-đun m rng vƠo/ ra) vƠ thêm chc năng (ni thêm mô-đun
chuyên dùng);
+ Vic kt ni dơy vƠ mc đin áp tín hiu ngõ vƠo vƠ ngõ ra đc
chuẩn hóa;
+ Ngôn ng lp trình chuyên dùng ậ ladder, instruction và fuction chart
ậ d hiu vƠ d s dng;
+ Thay đi chng trình điu khin d dƠng.
Nhng đặc đim trên lƠm cho PLC đc s dng nhiu trong vic điu khin
các máy móc công nghip vƠ trong điu khin quá trình (process-control).
Nghiên cu thit k h thng giám sát điu khin kho t đng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyn Hoàng SVTH: Vng Trí Dũng
11

Hình 2. 2– Sơ đồ khối bên trong PLC
2.2.2Các khi hƠm

Khi OB (Organization Block): Khi t chc vƠ qun lỦ chng trình điu
khin. Có nhiu loi khi OB vi nhng chc năng khác nhau ,chúng đc phơn
bit vi nhau bng mt s nguyên đi sau nhóm kí t OB.
2.2.2.1 Khi hƠm OB1.
Phn b nh ca CPU dƠnh cho chng trình ng dng có tên gi lƠ logic
Block. Nh vy logic block lƠ tên chung đ gi tt c các khi bao gm nhng khi
chng trình t chc OB, khi chng trình FC, khi hƠm FB.
Trong các loi khi chng trình đó thì ch có khi duy nht khi OB1 đc
thc hin trc tip theo vòng quét. Nó đc h điu hƠnh gi theo chu kỳ lặp vi
khng thi gian không cách đu nhau mƠ ph thuc vƠo đ dƠi ca chng trình.
Các loi khi chng trình khác không tham gia vƠo vòng quét.
Vi t chc chng trình nh vy thì phn chng trình trong khi OB1 có
đy đ điu kin ca mt chng trình điu khin thi gian thc vƠ toƠn b chng
trình ng dng có th ch cn vit trong OB1 lƠ đ.
Cách t chc chng trình vi ch mt khi OB1 duy nht nh vy đc gi
lƠ lp trình tuyn tính.Ví d: OB10, OB85,

Pa-nen
lp
trình.
B nh
chng trình
B nh d
liu
Đn
v
điu
khin
Khi
ngõ

vào
Khi
ngõ ra
Ngun cp đin
Mch giao
tip vƠ cm
bin
Mch công
sut vƠ c
cu tác đng
Quá trình điu khin
Nghiên cu thit k h thng giám sát điu khin kho t đng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyn Hoàng SVTH: Vng Trí Dũng
12
2.2.2.2 Khi hƠm OB100.
OB100 ( Start Up Information):Khi OB100 s đc thc hin 1 ln khi
CPU chuyn trng thái Stop sang Run.
2.2.2.3 FC.
Khi FC (Program Block): Khi chng trình vi nhng chc năng riêng
ging nh 1 chng trình con hoặc mt hƠm ( chng trình con có bin hình thc).
Mt chng trình ng dng có th có nhiu khi FC vƠ các khi FC nƠy đc phơn
bit vi nhau bng mt s nguyên sau nhóm kí t FC.
Vi kiu lp trình có cu trúc thì khác vì toƠn b chng trình điu khin
đc chia nh thƠnh các khi FC vƠ FB mang mt nhim v c th riêng vƠ đc
qun lỦ chung bi nhng khi OB. Kiu lp trình nƠy rt phù hp cho nhng bƠi
toán phc tp, nhiu nhim v vƠ li rt thun li cho vic sa cha sau nƠy. Ví d:
FC1,FC2ầ.
2.2.3 Mng Ethernet công nghip
IE (Industrial Ethernet) mng Ethernet công nghip lƠ mng phc v cho cp

qun lỦ vƠ cp phơn xng đ thc hin truyn thông gia máy tính vƠ các h thng
t đng hoá. Nó phc v cho vic trao đi mt lng thông tin ln, truyn thông
trên mt phm vi rng. Các b x lỦ truyn thông dùng trong mng luôn kim tra
xem đng dn có b chim dng không. Nu không thì mt trm nƠo đó trong
mng có th gi đin tín đi, khi xy ra xung đt trên mng vì có hai trm gi thì
ngừng ngay li vƠ quá trình gi đin tín đc thc hin li sau mt thi gian nht
đnh, thi gian nƠy đc xác đnh theo lut toán hc ngu nhiên.
Mng Ethernet công nghip có nhng tính cht đặc trng sau:
+ Mng Ethernet công nghip s dng th tc truyn thông ISO vƠ
TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol).
+ Theo phng pháp thơm nhp đng dn đƣ chn (CSMA/CD ậ
Carrier Sense Multiple Access with Collision Detecion) thì các thành
viên trong mng Ethernet công nghip đu bình đẳng vi nhau.
Nghiên cu thit k h thng giám sát điu khin kho t đng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyn Hoàng SVTH: Vng Trí Dũng
13
+ Theo tiêu chuẩn truyn thông ISO vƠ ISO on TCP thì các trm không
phi ca SIEMENS cũng có kh năng tích hp vƠo mng, nói mt
cách khác Ethernet công nghip lƠ mng truyn thông m.
Các thông s ca mng Ethernet công nghip:
+ Chuẩn truyn thông : IEEE 802.3
+ S lng trm : Max 1024 trm
Phng pháp thơm nhp đng dn : CSMA /CD (Carrier Sense Multiple
Access with Collision Detection)
Môi trng truyn thông :
Dơy dn :
+ Cáp đng
+ Cáp đôi dơy xon
+ Cáp quang : Cáp thuỷ tinh hoặc cht dẻo

Kiu ni : Đng thẳng, cơy, hình sao vƠ vòng tròn
Dch v truyn thông : S7-FunctionISO-TransportISO-on-TCP

Hình 2. 3 – Mạng truyền thông Ethernet
Nghiên cu thit k h thng giám sát điu khin kho t đng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyn Hoàng SVTH: Vng Trí Dũng
14
2.2.4 PLC 313C 2PtP .
Bảng 2. 1– Các đặc tính kỹ thuật
Loi cng giao tip
RS422, RS485
Chiu cao
130mm
Chiu dƠi
125mm
Chiu rng
120mm
S dng vi loi
S7-300 Series
Loi đu vƠo
Kỹ thut s
Mƣ s nhƠ sn xut
S7-300 Series
Tc đ Baud ti đa
187.5 (RS485) kbit/s, 19.2 (RS422, Full
Duplex) kbit/s, 38.4 (RS422, Half
Duplex) kbit/s
Nhit đ vn hƠnh ti đa

+40°C

Nhit đ vn hƠnh ti thiu
0°C
Kiu lp ghép
Rack
S cng truyn thông
2
S ngõ vƠo/ra
32
S ngõ ra
16 (kỹ thut s)
S ngõ vƠo
16 (kỹ thut s)
Dòng đin ra
500 mA
Loi đu ra
Kỹ thut s
Giao din lp trình
Máy vi tinh
Ngôn ng lp trình s dng
AWL, FUP, Graph, HiGraph, Ladder
Logic, STEP 7, System Control
Thi gian quét
0.1 (Bit Operations) μs, 0.2 (Word
Operations) μs, 2 (Fixed Point) μs, 3
(Floating Point) μs
B nh có sẵn
64 kB
Đin áp

20.4 → 28.8 V dc
Nghiên cu thit k h thng giám sát điu khin kho t đng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyn Hoàng SVTH: Vng Trí Dũng
15
2.3 TNG QUAN CỌNG TC HĨNH TRỊNH VĨ RELAY.
2.3.1 Công tc hƠnh trình.

Hình 2. 4 – Công tắc hành trình.
2.3.2 Relay OMRON MY2N.


Hình 2. 5 – Đế thân tách relayOmron MY2Nrời và sau khi lắp ráp.

Hình 2. 6 – Sơ đồ đấu dây relay Omron MY2N.
Đin mt chiu 24V đin đu vƠo đu 13(+) vƠ đu ơm ni vƠo đu 14 (-) ca cun
dây relay. Các tip đim 1, 4 lƠ các tip đim thng đóng, khi cha cp đin cho cun dơy
relay thì dòng đin từ chơn chung 9 vƠ 12 s chy qua tip đim 1, 4. Các tip đim 5, 8 lƠ
các tip đim thng m, khi cp đin cho cun dơy thì dòng đin từ chơn chung 9 vƠ 12
s chy qua tip đim 5, 8.
2.3.2.1 Cu trúc relay.

Hình 2. 7 – Cấu tạo relay.
Nghiên cu thit k h thng giám sát điu khin kho t đng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyn Hoàng SVTH: Vng Trí Dũng
16
Dng ph bin nht ca relay c đin gm mt cun dơy đin đc cun trên
mt lõi st từ. B phn nƠy có c mt phn tƿnh đc gi lƠ Ách từ (Yoke)vƠ mt
phn đng đc gi lƠ Phn ng (Armature).Phn ng đc liên kt c hc vi mt

tip đim đng.
Khi cun dơy đc cp đin, từ trng đc to ra xung quanh cun vƠ đc
lõi tp trung li Nam chơm đin nƠy hút phn ng đng đ m hoặc đóng trc tip
các tip đim đin.
Khi relay b ngt đin (TT) từ trng bin mt vƠ phn ng, đc lò xo
phn hi h tr, đa tip đim tr li v trí ắbình thngẰ ca nó.
2.3.2.2 Vn hƠnh C bn

Hình 2. 8 ậ Cu to relay.
Relay có th lƠ CƠi cht (Lỡng n) hoặc Không cht (Đn n).
Phn mô t hot đng c bn ca relay mƠ chúng tôi đa ra da trên relay
không cht hay relay đn n. Relay không cht s tr v trng thái bình thng ca
nó khi b ngt đin trong khi relay cht thì không.
a) Cun dơy Relay
Thit k ca cun dơy relay quyt đnh thông s kỹ thut đu vƠo ca relay.
Nghiên cu thit k h thng giám sát điu khin kho t đng

GVHD: TS. Huỳnh Nguyn Hoàng SVTH: Vng Trí Dũng
17
Relay đc phơn loi theo đin áp yêu cu đ cp đin cho cun dơy ca
chúng. Nu không đ đin, từ trng ca cun dơy s quá yu đ di chuyn tip
đim. Nu quá đin đu vƠo, cun dơy có th b hng.
Mt s relay yêu cu dòng đin mt chiu đc cp đúng cc vƠ mt s
relay có th s dng dòng đin xoay chiu hoặc dòng đin mt chiu không ph
thuc cc kt ni.

Hình 2. 9 ậCác loi cun dơy relay.
Cun dơy relay có th yêu cu phơn cc c th vì nhiu lỦ do khác nhau.
Relay A s hot đng vi dòng đin mt chiu hoặc dòng đin xoay chiu vƠ
không yêu cu đi dơy đúng cc đ relay hot đng.

Relay B có mt đi-t phát sáng đ biu th khi cun dơy đc cp đin. Đi-t
phát sáng đc phơn cc, bi vy mặc dù cun dơy relay không có gì đặc bit, s có
mặt ca đi-t phát sáng yêu cu ngun đin đúng cc đ đi-t hot đng.
Relay C s dng mt nam chơm vƿnh cu đ h tr lc đin từ. Cc ca cun
dơy ti khe h hot đng lƠ Bc hoặc Nam tùy thuc vƠo s phơn cc ca cun dơy.
Vì các cc ging nhau thì đẩy vƠ cc khác nhau thì hút, s phơn cc ca cun dơy
lƠ cn thit đ to ra lc thích hp đ relay hot đng.