Xây dựng hệ thu thập dữ liệu và điều khiển trên nền của S7200 và CQM1H

Đồ án tốt nghiệp đại học

GVHD : Đỗ Duy Phú


LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay trước sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ điện tử, nano, sản xuất
chip cũng như công nghệ phần mềm, nhiều thiết bị mới ra đời hoặc các thiết bị cũ
được cải tiến với những chức năng mới làm cho các hệ thống điều khiển tự động
chuyển dần từ hệ điều khiển tập trung sang hệ điều khiển không tập trung hoặc hệ
điều khiển phân tán (DCS = distributed control systems).
Sản phẩm DCS đầu tiên là hệ TDC2000 do Honeywell đưa ra vào năm 1975.
Từ đó tới nay, các sản phẩm DCS liên tục được phát triển và tiến hoá, nhiều sản
phẩm mới ra đời thậm chí không còn được gắn cái tên DCS.
Hiện nay các hệ DCS thương phẩm được ứng dụng trong nước chủ yếu là
của nước ngoài cho nên có giá thành rất đắt, vì vậy hướng nghiên cứu sản xuất
trong nước để giảm giá thành vẫn đang được triển khai. Đặc biệt là các nghiên cứu
này được triển khai tại trường đại học sẽ giúp sinh viên tiếp cận được với các hệ
điều khiển hiện đại.
Những kiến thức năng lực đạt được trong quá trình học tập ở trường sẽ được
đánh giá qua đợt bảo vệ đề tài. Vì vậy chúng em cố gắng tận dụng tất cả những
kiến thức đã học ở trường, cùng với sự tìm tòi nghiên cứu, để có thể hoàn thành tốt
đề tài này. Những sản phẩm, những kết quả đạt được ngày hôm nay tuy không có gì
lớn lao. Nhưng đó là những thành quả của nhiều năm học tập. Là thành công đầu
tiên của chúng em trước khi ra trường.
Mặc dù chúng em đã rất cố gắng để hoàn thành đề tài này đúng thời hạn, nên
không tránh khỏi những thiếu sót mong quý thầy cô thông cảm. Chúng em mong
được đón nhận những ý kiến đóng góp của quý thầy cô. Cuối cùng xin chân thành
cảm ơn quý thầy cô và các bạn sinh viên.

Nhóm sinh viên thực hiện

Trang 1


Đồ án tốt nghiệp đại học

GVHD : Đỗ Duy Phú

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Trang 2


Đồ án tốt nghiệp đại học

GVHD : Đỗ Duy Phú

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Trang 3


Đồ án tốt nghiệp đại học

GVHD : Đỗ Duy Phú

Mục Lục
A. PHẦN GIỚI THIỆU....................................................................................................................6
1. Đặt vấn đề.................................................................................................................................6
2. Giới hạn đề tài..........................................................................................................................6
3. Mục đích nghiên cứu................................................................................................................6
B. PHẦN NỘI DUNG......................................................................................................................7
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP.............................7
1.1 Mạng truyền thông công nghiệp là gì?...................................................................................7
1.2 Vai trò mạng truyền thông công nghiệp.................................................................................7
1.3.1 Cấp hiện trường...............................................................................................................8
1.3.2 Cấp điều khiển.................................................................................................................9
1.3.3 Cấp điều khiển giám sát...................................................................................................9
1.3.4 Cấp quản lý kĩ thuật và cấp quản lý kinh tế.....................................................................9
CHƯƠNG 2 : HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN...............................................................10
2.1 Cấu trúc các hệ thống điều khiển và giám sát......................................................................10
2.1.1 Cấu trúc và các thành phần cơ bản :..............................................................................10
2.1.2 Mô hình phân cấp chức năng.........................................................................................11
2.1.3 Các cấu trúc điều khiển.................................................................................................11
2.2 Các thành phần của một hệ thống điều khiển phân tán........................................................13
2.3 Xử lý thời gian thực và xử lý phân tán.................................................................................16
2.3.1 Xử lý thời gian thực:......................................................................................................16
2.4 Đánh giá và lựa chọn giải pháp điều khiển phân tán............................................................17
2.5 Giới thiệu một số hệ điều khiển phân tán tiêu biểu..............................................................18
CHƯƠNG 3 : HỆ DCS CHO MÔ HÌNH TRẠM TRỘN VÀ TRẠM ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN
........................................................................................................................................................18
3.1 Cấu trúc của hệ thống...........................................................................................................18
3.2 Các thiết bị mô hình trạm trộn..............................................................................................20
3.2.1 Các thiết bị cấp trường...................................................................................................20

3.2.2 Thiết bị cấp điều khiển PLC OMRON..........................................................................23
3.2.3 Điều khiển nhiệt độ bằng thuật toán PID......................................................................32
3.3 Các thiết bị mô hình trạm điều khiển tự động biến tần........................................................39
3.3.1 Các thiết bị cấp trường ..................................................................................................39
3.3.2 Các thiết bị cấp điều khiển ...........................................................................................39
3.4. Cấp điều khiển và giám sát..................................................................................................45
3.4.1 Giới thiệu phần mềm điều khiển giám sát Win CC 6.0 sp2..........................................45
3.4.2 Các chức năng của WinCC............................................................................................46
3.4.3 Giới thiệu về chuẩn giao diện OPC...............................................................................51
........................................................................................................................................................53
Hình 3.34 Thiết lập các tag giao tiếp OPC PC Access V1.0 với WinCC......................................53
CHƯƠNG 4 : KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM..................................................................................54
4.1 Sơ đồ đấu nối của hệ thống...................................................................................................54
4.1.1 Sơ đồ đấu nối trạm trộn.................................................................................................54
4.1.2 Sơ đồ đấu nối trạm điều khiển biến tần.........................................................................55
4.2 Chương trình điều khiển trạm trộn và trạm điều khiển biến tần...........................................57
4.2.1. Thuật toán điều khiển trạm trộn...................................................................................57
4.2.2 Thuật toán điều khiển trạm biến tần .............................................................................59
4.2.3 Chương trình cho S7200................................................................................................59
4.2.4 Chương trình cho biến tần.............................................................................................60

Trang 4


Đồ án tốt nghiệp đại học

GVHD : Đỗ Duy Phú

4.2.5 Chương trình cho CQM1H............................................................................................60
4.3 Giao diện điều khiển và giám sát trên Win CC....................................................................61

Phụ Lục 1........................................................................................................................................65
Phụ Lục 2........................................................................................................................................69
Phụ Lục 3........................................................................................................................................75
Phụ Lục 4 .......................................................................................................................................76
Phụ lục 5.........................................................................................................................................78
Tài liệu tham khảo..........................................................................................................................78

Trang 5


Đồ án tốt nghiệp đại học

GVHD : Đỗ Duy Phú

A. PHẦN GIỚI THIỆU
1. Đặt vấn đề
Trong quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước ngành công nghệ kỹ
thuật điện là huyết mạch của nền công nghiệp của tất cả các quốc gia. Không chỉ
cung cấp năng lượng sạch cho nền công nghiệp. Ngành công nghệ kỹ thuật điện
còn mang đến các giải pháp tự động hóa nhằm giải phóng sức lao động cho người,
nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Vì vậy việc học tập nghiên cứu ứng
dụng các giải pháp tự động hóa vào công nghiệp là nhân tố quyết định tới thành
công của công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa ở nước ta. Tiến đến năm 2020
nước ta cơ bản hoàn thành công nghiệp hóa hiện đại hóa theo hướng hiện đại. Việc
ứng dụng công nghệ điều khiển hiện đại trong các hệ thống công nghiệp, nhà máy
là điều rất cần thiết và vô cùng quan trọng. Một trong những hệ thống tiêu biểu
hiện nay là DCS. Nhóm đồ án đã chọn đề tài “Xây dựng hệ thu thập dữ liệu và điều
khiển trên nền của S7-200 và CQM1H ” để nghiên cứu,tìm hiểu vai trò và tầm
quan trọng của hệ DCS trong công nghiệp hiện đai.
2. Giới hạn đề tài

Với thời gian 3 tháng thực hiện đề tài, cũng như trình độ chuyên môn có hạn,
chúng em đã cố gắng hết sức để hoàn thành đề tài này và đã giải quyết được những
vấn đề sau :
-Nghiên cứu thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển trên nền của S7-200
và CQM1H với ba cấp: cấp trường, cấp điều khiển, cấp giám sát.
-Áp dụng các kết quả nghiên cứu vào thực tế thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống
điều khiển cụ thể nhằm chứng minh hiệu quả của phương pháp đề xuất trong việc
giải quyết bài toán trên.
3. Mục đích nghiên cứu
- Thiết kế và xây dựng mô hình hệ thu thập dữ liệu và điều khiển trên nền thiết bị điều
khiển PLC.
- Giúp sinh viên có thể áp dụng được các phần lý thuyết đã học của các môn Hệ
TTDL&ĐK,KT TSL, PLC,TK với STGMT....vào thực tế thiết kế, chế tạo hệ thống
điều khiển cụ thể nhằm chứng minh hiệu quả của lý thuyết đã học.
- Tiếp cận với các hệ thống điều khiển hiện đại.

Trang 6


Đồ án tốt nghiệp đại học

GVHD : Đỗ Duy Phú

B. PHẦN NỘI DUNG
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG
NGHIỆP
1.1 Mạng truyền thông công nghiệp là gì?
Mạng truyền thông công nghiệp là một khái niệm chung chỉ các hệ thống
mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp, được sử dụng để ghép nối các thiết bị
công nghiệp.

Các hệ thống truyền thông công nghiệp hiện nay cho phép liên kết mạng ở
nhiều mức khác nhau, từ cảm biến, cơ cấu chấp hành dưới cấp trường cho đến các
máy tính điều khiển, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát và các máy tính
cấp điều hành xí nghiệp, quản lý công ty.
1.2 Vai trò mạng truyền thông công nghiệp
- Đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị công nghiệp, cho phép làm việc
với các sản phẩm của nhiều nhà sản xuất khác nhau.
- Là hệ thống mở đồng thời cho phép hiệu chỉnh điều khiển từ phòng điều khiển
trung tâm.
- Tiết kiệm dây nối và công thiết kế, lắp đặt hệ thống, giá thành thấp.
- Nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thông tin.
- Nâng cao độ linh hoạt, tính năng mở của hệ thống.
- Đơn giản hóa, tiện lợi hóa việc tham số hóa, chuẩn đoán, định vị lỗi, sự cố của các
thiết bị.
- Mở ra nhiều chức năng và khả năng ứng dụng mới của hệ thống.
1.3 Phân loại
Để có cái nhìn tổng quan về mạng truyền thông trong công nghiệp, hãy xem
mô hình phân cấp để thấy các đặc trưng, cũng như chức năng nhiệm vụ của từng
cấp.

Trang 7


Đồ án tốt nghiệp đại học

GVHD : Đỗ Duy Phú

Hình 1.1: Mô hình phân cấp chức năng mạng xí nghiệp
1.3.1 Cấp hiện trường
Đây là cấp nằm tại hiện trường và tất nhiên cấp này nắm sát với dây truyền

sản xuất nhất. Các thiết bị chính trong cấp này là sensor và cơ cấu chấp hành,
chúng có thể nối mạng trực tiếp hoặc thông qua đường bus để nối với cấp trên (cấp
điều khiển).
Hệ thống bus dùng để kết nối các thiét bị ở cấp trường với cấp điều khiển gọi
là Bus trường (field bus), trong thực tế hệ thống bus này đỏi hỏi cần có đáp ứng với
thời gian thực trong các cuộc trao đổi thông tin, một đặc trưng của các cuộc trao
đổi thông tin cấp trường là bản tin thường có chiều dài không lớn.
Các sensor và cơ cấu chấp hành được nối trên đường bus có thể là các thiết
bị thông minh hoặc cũng có thể là các thiết bị thông thường có xử dụng thêm các
bộ chuyển đổi giao thức tương thích.
Điển hình của bus trường là: Profibus-DP, Profibus-PA, CAN, Foundation, Fielbus,
DeviceNet.

Trang 8


Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD : Đỗ Duy Phú
1.3.2 Cấp điều khiển
Cấp này gồm các trạm điều khiển hiện trường (FCS), các bộ điều khiển logic
lập trình (PLC), các thiết bị quan sát…Chức năng cthu thập các tín hiệu từ hiện
trường, thực hiện điều khiển cơ sở, điều khiển logic, tổng hợp dữ liệu…
Các thiết bị ở cấp này được kết nối với nhau và kết nối với các thiết bị ở cấp
trên (cấp điều khiển giám sát) thông qua bus hệ thống, thực tế các bản tin trao đổi
trên bus hệ thống cũng đòi hỏi tính năng thời gian thực cao, mặt khác đặc thù của
các bản tin là chiều dài lớn hơn chiều dài các bản tin trao đổi trên bus trường.
Điển hình của hệ thống bus này là: Profibus-FMS, ControlNet, Industrial
Enthernet.
1.3.3 Cấp điều khiển giám sát
Các thiết bị trong cấp này bao gồm các trạm giao tiếp người máy HIS, các trạm

kĩ thuật EWS, và các thiết bị phụ trợ khác. Chức năng của cấp này là thực hiện điều
khiển quá trình (Process Control), thực hiện các thuật toán và điều khiển tối ưu…
Việc kết nối các thiết bị ở cấp này với các thiết bị ở cấp trên (cấp quản lí kĩ
thuật) được thực hiện thông qua mạng Enthernet, thực chất đây là một mạng cục bộ
LAN, với tính năng trao đổi thông tin không nhất thiết với thời gan thực.
1.3.4 Cấp quản lý kĩ thuật và cấp quản lý kinh tế
Thực chất các cấp này rất quan trọng đối với các hoạt động của công ty, tuy
nhiên yêu cầu về tốc độ trao đổi thông tin cũng như đòi hỏi về thời gian thực là
không cao, chức năng của các cấp này là quản lí tình trạnghoạt động của của cá
thiết hị trong toàn hệ thống cũng như hoạch địch chiến lược phát trển sản xuất dựa
trên tình trạng của thiết bị.
Một số giao thức thường dùng trong hệ thống mạng này là Fast Enthernet, TCP/IP.

Trang 9


Đồ án tốt nghiệp đại học

GVHD : Đỗ Duy Phú

CHƯƠNG 2 : HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN
2.1 Cấu trúc các hệ thống điều khiển và giám sát
2.1.1 Cấu trúc và các thành phần cơ bản :

Hình 2.1 Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển và giám sát
• Giao diện quá trình : các cảm biến và cơ cấu chấp hành, ghép nối và chuyển
đổi tín hiệu.
• Thiết bị điều khiển tự động : gồm các bộ điều khiển chuyên dụng, bộ điều
khiển khả trình PLC, thiết bị điều khiển số, máy tính cá nhân và các phần
mềm điều tương tự.

• Hệ thống điều khiển giám sát : gồm các trạm kỹ thuật, trạm vận hành, giám
sát và điều khiển cấp cao, phần mềm giao diện người máy.
• Hệ thống truyền thông : bus trường, bus hệ thống,ghép nối điểm- điểm,ghép
nối điểm- nhiều điểm.

Trang 10


Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD : Đỗ Duy Phú
2.1.2 Mô hình phân cấp chức năng
Mục đích phân cấp : Định nghĩa các cấp theo chức năng, không phụ thuộc lĩnh vực
công nghiệp cụ thể. Mỗi cấp có chức năng và đặc thù khác nhau

Hình 2.2 Mô hình phân cấp chức năng của 1 hệ thống điều khiển và giám sát
2.1.3 Các cấu trúc điều khiển
• Điều khiển tập trung :

Hình 2.3 Cấu trúc điều khiển tập trung với vào/ra tập trung
Trang 11


Đồ án tốt nghiệp đại học

GVHD : Đỗ Duy Phú

• Điều khiển tập trung với vào/ra phân tán :

Hình 2.4 Cấu trúc điều khiển tập trung với vào/ra phân tán
• Điều khiển phân tán :

Hình 2.5 Cấu trúc điều khiển phân tán với vào/ra tập trung

Trang 12


Đồ án tốt nghiệp đại học

GVHD : Đỗ Duy Phú

• Điều khiển phân tán với vào/ra phân tán :

Hình 2.6 Cấu trúc điều khiển phân tán với vào/ra phân tán
2.2 Các thành phần của một hệ thống điều khiển phân tán
• Cấu hình cơ bản một hệ điều khiển phân tán:
Cấu hình của một hệ điều khiển phân tán gồm các thành phần sau:
+ Các trạm điều khiển cục.
+ Các trạm vận hành.
+ Trạm kỹ thuật.
+ Hệ thống truyền thông.

Trang 13


Đồ án tốt nghiệp đại học

GVHD : Đỗ Duy Phú

Hình 2.7 Cấu hình cơ bản một hệ điều khiển phân tán
• Bus trường và các trạm vào/ra từ xa:

-Khi sử dụng cấu trúc vào ra phân tán, các trạm điều khiển cục bộ sẽ được bổ xung
các module giao diện bus để nối với các trạm vào/ra từ xa (remote I/O station) để
đáp ứng tính năng thời gian thực mức độ đơn giản và giá thành giảm.
- Các trạm vào/ra từ xa được đặt rất gần với quá trình công nghệ kũ thuật vì thế tiết
kiệm dược nhiều cáp truyền và đơn giản hóa cấu trúc hệ thống.
• Trạm vận hành:

Hình 2.8 Các phương pháp bố trí trạm vận hành
Trang 14


Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD : Đỗ Duy Phú
- Chức năng của trạm vận hành:
+ Hiển thị các hình ảnh chuẩn, hình ảnh điều khiển trình tự, các hình ảnh đồ họa tự
do, các đồ thị thời gian thực vá đồ thị quá khứ.
+ Hỗ trợ vận hành hệ thống qua các công cụ thao tác tiêu biểu,chỉ dẫn,trợ giúp.
+ Tạo và quản lý các công thức điều khiển.
+ Xử lý các sự kiện sự cố, lưu trữ và quản lý dữ liệu.
+ Chuẩn đoán hệ thống, hỗ trợ người vận hành và bảo trì hệ thống và lập báo cáo
tự động.
• Trạm kỹ thuật và các công cụ phát triển:
- Trạm kỹ thuật la nơi cài đặt các công cụ phát triển, cho phép cài đặt cấu hình cho
hệ thống, theo dõi chương trình ứng dụng điều khiển và giao diện người máy, đặt
cấu hình và tham số hóa các thiết bị trường.
• Bus hệ thống:

Hình 2.9 Cấu hình tiêu biểu một hệ thống điều khiển phân tán hiện đại
Trang 15

Đồ án tốt nghiệp đại học

GVHD : Đỗ Duy Phú

- Hệ thống bus có chức năng nối mạng các trạm điều khiển cục bộ với nhau và với
các trạm vận hành, tram kỹ thuật.
- Đặc điểm của việc trao đổi thông tin qua hệ thống bus là lưu lượng thông tin lớn,
vì vậy tốc độ đường truyền phải tương đối cao. Tính năng thời gian thực cũng phải
đảm bảo.
2.3 Xử lý thời gian thực và xử lý phân tán
2.3.1 Xử lý thời gian thực:
Xử lý thời gian thực là hình thức xử lý thông tin trong một hệ thống để đảm bảo
tính năng thời gian thực của nó.
-Luôn liên quan với các sự kiện bên ngoài (tính phản ứng)
-Yêu cầu cao về hiệu suất phần mềm (tính nhanh nhạy)
-Đòi hỏi xử lý đồng thời nhiều tác vụ (tính đồng thời)
-Đòi hỏi cơ sở lý thuyết chặt chẽ phục vụ phân tích và đánh giá (tính tiền định)
Các hình thức tổ chức các quá trình tính toán đồng thời :
- Xử lý cạnh tranh: nhiều quá trình tính toán chia sẻ thời gian xử lý thông tin của
một bộ xử lý.
- Xử lý song song : các quá trình tính toán được phân chia thực hiện song song trên
nhiều bộ xử lý của một máy tính.
- Xử lý phân tán: Mỗi quá trình tính toán được thực hiện riêng trên một máy tính.
• Vấn đề thời gian trong hệ ĐK qua mạng

Trang 16


Đồ án tốt nghiệp đại học

GVHD : Đỗ Duy Phú

• Một hệ thời gian thực có các đặc điểm:
- Tính phản ứng: Hệ thống phải phản ứng với các sự kiện xuất hiện vào các thời
điểm không biết trước.
- Tính nhanh nhạy: Hệ thống phải xử lý thông tin một cách nhanh chóng để có thể
đưa ra kết quả phản ứng một cách kịp thời.
- Tính đồng thời: Hệ thống phải có khả năng phản ứng và xử lý đồng thời nhiều sự
kiện diễn ra.
- Tính tiền định: Dự đoán trước được thời gian phản ứng tiêu biểu, thời gian phản
ứng chậm nhất cũng như trình tự đưa ra các phản ứng.
2.4 Đánh giá và lựa chọn giải pháp điều khiển phân tán
• Phạm vi chức năng
- Chức năng điều khiển cơ sở : phương pháp điều khiển vòng kín
(PID,MPC,Fuzzy.. với các yêu cầu công nghiệp như chế độ Manual/Automatic trơn
tru, Anti-Reset-Windup); phương pháp điều khiển logic, khóa liên động.
- Chức năng điều khiển cao cấp : điều khiển mẻ, điều khiển công thức, điều khiển
thích nghi, bền vững, tối ưu, chuyên gia.
- Chức năng điều khiển giám sát : giao diện đồ họa, khả năng lập báo cáo tự động,
cơ chế quản lý và xử lý sự kiện, sự cố; hỗ trợ ActiveX-control và OPC; hỗ trợ giao
diện ODBC, chức năng Web.
• Cấu trúc hệ thống và các thiết bị thành phần :
- Cấu trúc vào/ra phân tán hay vào/ra tập trung
- Cấu trúc cấp điều khiển
- Cấu trúc cấp điều khiển giám sát
- Các chủng loại thiết bị hỗ trợ
- Các hệ thống mạng truyền thông được hỗ trợ (bus trường)
• Tính năng mở :
- Khả năng tự mở rộng hệ thống

- Lựa chọn các thiết bị của các nhà cung cấp khác
- Hỗ trợ chuẩn công nghiệp (COM, OPC, MMS,..)
• Phát triển hệ thống :
- Cấu hình : đơn giản hướng đối tượng. Khả năng phát triển hệ thống một cách
xuyên suốt. Cấu hình và tham số hóa các thiết bị và mạng truyền thông dễ
dàng qua phần mềm từ trạm kỹ thuật.
- Lập trình điều khiển : Các ngôn ngữ lập trình chuyên dụng, bậc cao.Lập trình
giao tiếp ngầm hay hiện.Khả năng tự mở rộng thư viện chức năng.
• Độ tin cậy và tính sẵn sang : cơ chế dự phòng, khả năng bảo mật..
• Giá thành, chi phí :
- Chi phí ban đầu gồm chi phí thiết kế hệ thống, phần cứng, phần mềm, đào
tạo chuyển giao công nghệ…
Trang 17


Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD : Đỗ Duy Phú
- Chi phí vận hành : gồm chi phí bảo trì bảo dưỡng thiết bị, thiết bị thay thế,
dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật, sự cố…
2.5 Giới thiệu một số hệ điều khiển phân tán tiêu biểu
• PCS7 của SIEMENS
• PlantScape của Honeywell
• DeltaV của Fisher Rosement
• Centum CS1000/CS3000 của Yokogawa

CHƯƠNG 3 : HỆ DCS CHO MÔ HÌNH TRẠM TRỘN VÀ TRẠM
ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN
3.1 Cấu trúc của hệ thống

Hình 3.1 Cấu trúc hệ DCS mô hình trạm trộn và trạm điều khiển biến tần

• Cấu trúc :là hệ thống điều khiển phân tán với vào/ra tập trung. Máy tính
giám sát và điều khiển đặt tại phòng điều khiển trung tâm .Các bộ điều khiển
cục bộ là các bộ điều khiển khả trình PLC và biến tần..Mỗi PLC sẽ điều
khiển một trạm (phân xưởng) : Bộ điều khiển khả trình PLC CQM1H
(OMRON) điều khiển trạm trộn hóa chất, PLC S7-200(SIEMEN) điều khiển
Trang 18


Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD : Đỗ Duy Phú
trạm biến tần - động cơ không đồng bộ. Về nguyên tắc các bộ điều khiển
này được nối mạng với nhau và kết nối với máy tính điều khiển giám sát
(PC) thông qua bus hệ thống .
• Ưu điểm của cấu trúc điều khiển phân tán:
- Độ linh hoạt cao hơn so với cấu trúc tập trung ( cả hệ thống phụ thuộc vào một
máy tính điều khiển trung tâm).
- Hiệu năng, độ tin cậy của hệ thống được nâng cao nhờ sự phân tán chức năng
xuống cấp dưới (cho các bộ điều khiển cục bộ).
- Việc phân tán chức năng xử lý thông tin và phối hợp điều khiển có sự giám sát
từ trạm điều khiển trung tâm mở ra khả năng ứng dụng mới, tích hợp trọn vẹn
trong hệ thống như lập trình cao cấp, điều khiển trình tự, điều khiển theo công
thức…
• Cấp điều khiển giám sát:
Gồm một máy tính PC có cài đặt phần mềm WinCC V6.0 Sp2
Chức năng:
- Cho phép vận hành, theo dõi, giám sát hệ thống thông qua giao diện điều
khiển.
- Hiển thị các hình ảnh, đồ họa: giao diện, đồ thị thời gian, bảng biểu.
- Xử lý các sự kiện, sự cố (alarm logging).
- Xử lý, lưu trữ và quản lý dữ liệu (Tag logging).

- Hỗ trợ lập báo cáo tự động : xuất dữ liệu ra excel.
• Cấp điều khiển:
Gồm: CQM1H , S7-200 và biến tần M420
Chức năng: Nhận thông tin từ các cảm biến cấp trường, xử lý thông tin theo
thuật toán điều khiển đã lập trình hay cài đặt, xử lý chương trình điều khiển dựa
trên thuật toán và tác động xuống cơ cấu chấp hành.
• Cấp trường:
Gồm
- Các cảm biến (sensor): cảm biến mức, cảm biến đo nhiệt độ.
- Các cơ cấu chấp hành (actuator ): contac, động cơ, aptomat, máy bơm
nước, heater.
Chức năng: Đo lường, truyền động, chuyển đổi tín hiệu (bộ chuyển đổi tín hiệu
nhiệt độ- điện áp của cảm biến nhiệt), thi hành các lệnh điều khiển của cấp trên.

Trang 19


Đồ án tốt nghiệp đại học
3.2 Các thiết bị mô hình trạm trộn

GVHD : Đỗ Duy Phú

3.2.1 Các thiết bị cấp trường
a. Valve UD-8
Sử dụng để đóng mở các đường ống cấp xả nguyên liệu, thành phẩm

Hình 3.2 Valve UD-8
Valve UD-8 : Là loại valve điện từ điều khiển trực tiếp ON/OFF có thân được làm
bằng đồng. Có thể hoạt động được với điện áp xoay chiều AC110V/AC220V tần số
50/60(Hz) hoặc điện áp 1 chiều 24V. Cỡ đường ống 1/4” nhiệt độ làm việc cho

phép -50C-800C
b. Cảm biến mức AFR-1 của hãng ANLY
Sử dụng để báo mức nguyên liệu trong bình chứa thông qua đó điều khiển quá
trình cấp, xả và tỷ lệ trộn nguyên liệu

Hình 3.3 Cảm Biến Mức AFR-1
Hoạt động dựa trên nguyên lý dẫn điện của dung dịch điện phân. Cấu tạo
gồm 3 chân lấy tín hiệu ở bên ngoài có độ dài khác nhau kí hiệu E1,E2,E3 và 8 tiếp
điểm được đưa ra ngoài, có 2 đèn báo trạng thái cấp và xả được gắn trên bề mặt cm
biến

Trang 20


Đồ án tốt nghiệp đại học

GVHD : Đỗ Duy Phú

Hình 3.4 Sơ Đồ Nguyên Lý Của AFR-1
Ý nghĩa các chân của AFR-1:
Chân 7 và 2 là hai chân cấp nguồn cho cảm biến, chân 8 được nối với chân 2.
AFR-1 có hai cặp tiếp điểm 8-6 thường mở và 8-5 là cặp tiếp điểm thường đóng .
Chân 1,4,3 lần lượt được nối với các đầu đo E3,E2,E1.Nguyên lý hoạt động: Trong
quá trình xả 8-5 là cặp tiếp điểm thường đóng được nối với nhau tín hiệu đầu ra ở
mức 0 valve xả mở dung dịch được xả ra ngoài đến khi đầu đo E2 bị hở 8-5 mở ra
và 8-6 đóng lại đầu ra cấp tín hiệu mức 1 báo quá trình xả kết thúc chuyển qua quá
trình bơm, quá trình bơm kết thúc khi mức dung dịch trạm tới đầu đo E1 tiếp điểm
8-6 mở ra tiếp điểm 8-5 đóng lại quá trình xả bắt đầu.
c. Động cơ bơm LifeTech AP2500
Sử dụng để bơm nguyên liệu lên các bình trứa

Thông số kỹ thuật:
-

Điện áp hoạt động AC220V/240V tần số 50Hz
Công suất tiêu thụ 29W/32W
Lưu lượng bơm tối đa 2000L/H
Chiều cao cột nước tối đa 2m
Hãng sản xuất LifeTech

Trang 21


Đồ án tốt nghiệp đại học

GVHD : Đỗ Duy Phú

Hình 3.5 Động Cơ Bơm LifeTech AP2500
d. Cảm biến nhiệt độ PT100
Sử dụng để đo nhiệt độ nguyên liệu trong bồn trộn

Hình 3.6 Cảm Biến Nhiệt PT100
Trang 22


Đồ án tốt nghiệp đại học
GVHD : Đỗ Duy Phú
Hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi điện trở của vật liệu Platinum khi tiếp xúc
với nhiệt độ
Thông số kỹ thuật:
- Điện trở định mức

100Ω ở 0oC
- Dải đo
-50oC…+170oC
3.2.2 Thiết bị cấp điều khiển PLC OMRON
a.Cấu trúc PLC OMRON.
CQM 1 có cấu trúc dạng module, gồm module nguồn, CPU và các module
xuất/nhập. Nếu dung module mở rộng thì ghép thêm đến 5 module xuất/nhập. Các
module này ghép với nhau thông qua bus nối bên hông, toàn bộ được đặt trên rail.

Hình 3.7 PLC Omron và các module ghép nối
b. Phân vùng nhớ PLC OMRON :
- Vùng chương trình :
- Bộ nhớ vào/ra (I/O Memory)
- Vùng nhớ khởi động (PC Setup Memory)

Trang 23


Đồ án tốt nghiệp đại học

GVHD : Đỗ Duy Phú

• Bảng vùng nhớ của CPU51
Tên gọi và kí hiệu
Dung lượng
Trường nhớ vào 16 từ
IR 00 ÷ IR 15
256 bit: IR 00.00÷IR00.15
…………………
IR 15.00÷IR15.15

Trường nhớ ra 16 từ
IR 100 ÷ IR 115
Trường nhớ (IR
256 bit: IR
area)
100.00÷IR100.15
…………………
IR
115.00÷IR115.15
Trường nhớ các từ (Word
area)
IR 16 ÷ IR 89
IR 116 ÷ IR 189
IR 224 ÷ IR 229
Trường nhớ đặc biệt Gồm các từ SR 224 ÷ SR
(SR area)
255
Một số bit đặc biệt :
SR253.08 : ON yếu pin
SR253.13 : Liên tục ON
nếu PLC lỗi
SR253.14 : Liên tục OFF
nếu PLC không lỗi
(SR253.15)=1 ở vòng quét
1.
Dùng cài đặt tham số cho
CT

Vùng nhớ tạm (TR
area)

Chỉ có 8 bit từ TR0 ÷ TR7

Vùng nhớ có lưu
(HR area)

Gồm 100 Word :
HR00 ÷ HR99

Trang 24

Chức năng
Dùng định địa chỉ cho
các đầu vào (Max 256
cửa vào)
Dùng định địa chỉ cho
các đầu ra (Max 256
cửa vào)

-Dùng để lưu trữ kết
quả trung gian
-Dữ liệu bị xoá khi mất
nguồn cấp
Dùng làm cờ nhớ
(Flage) và các bit điều
khiển (điều khiển 1
chức năng nào đó).
SR255.01 : Xung nhịp
0,2s
SR255.02 : Xung nhịp

0,1s
SR254.00 : Xung nhịp
60s
(ON=OFF)
SR254.01 : Xung nhịp
0,02s
SR255.00 : Xung nhịp
0,1s
Lưu trữ các giá trị tạm
thời cho việc rẽ nhánh
của chương trình. Lập
trình qua phần mềm.
Lưu trữ các kết quả,
trạng thái.
Không mất dữ liệu khi


Đồ án tốt nghiệp đại học

GVHD : Đỗ Duy Phú

Vùng nhơ bổ trợ
(AR area)

Có 28 Word : AR00 ÷
AR27
Có 448 bit :
AR00.00 ÷ AR27.15
Vùng nhớ liên kết
Có 64 Word : LR00 ÷

(LR area)
LR63
Có 1024 bit :
LR00.00 ÷ LR63.15
Vùng nhớ định
Có 512 bộ định thời/bộ
thời/đếm
đếm :
(Timer/Counter area) 000 ÷ 511với tiền tố TIM
hoặc CNT
Vùng nhớ dữ liệu
Đọc/viết : 2048 word
(DM area)
DM 0000 ÷ DM 2047
Chỉ đọc : 456 word
DM 6144 ÷ DM 6599
PC setup : 56 word
DM 6600 ÷ DM 6655

mất điện
Là các bit phục vụ chức
năng đặc biệt như các
cờ và các bit điều khiển
Dùng để ghép nối các
PLC với nhau

Cái đặt các thông số
phục vụ truyền thông

• Sơ đồ đấu nối đầu vào :

Hình 3.8 Sơ đồ đấu nối đầu ra dạng rơle của PLC

Trang 25