Bài báo giải pháp điều khiển và giám sát hệ thống sản xuất linh hoạt MPS500 qua mạng internet

Nội dung text: Bài báo giải pháp điều khiển và giám sát hệ thống sản xuất linh hoạt MPS500 qua mạng internet

1. BÀI BÁO GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT MPS500 QUA MẠNG INTERNET PGS.TS. Nguyễn Ngọc Phương KS.Nguyễn Văn Nhất TÓM TẮT Bài báo này trình bày việc xây dựng phần mềm điều khiển và giám sát hệ thống sản xuất linh hoạt MPS500 thông qua mạng internet theo giao thức TCP/IP dựa trên công cụ WinCC 6.2 của hãng Siemens. ABSTRACT This paper presents the development of software control and the monitoring for the Modular Production System MPS500 via the internet in TCP / IP based tools Siemens WinCC 6.2. 1. Đặt vấn đề: Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ mạng, Internet/Intranet đã trở thành nhà cung cấp các thông tin chính trong thập kỷ qua, và đã được sử dụng phổ biến trong các quá trình tự động hóa bằng cách sử dụng các giao thức khác nhau. Sự phổ biến của công nghệ Internet thì đã cung cấp nhiều lĩnh vực ứng dụng cho điều khiển từ xa vì nó sử dụng giao thức cơ bản cho giao tiếp giữa các thành phần của hệ thống tự động hóa và sử dụng trình duyệt web như giao diện điều khiển chung cho các thiết bị tự động, máy móc và nhà máy. Ngoài ra với nhu cầu về: Thu thập dữ liệu từ xa, hệ thống giám sát và phát hiện lỗi từ xa, hỗ trợ cho lập trình và chạy các hệ thống, giúp sửa lỗi từ xa,cập nhật phần mềm thông qua internet . ngày càng nhiều. 2. Thiết kết hệ thống Scada dự trên nền Wed cho hệ thống sản xuất linh hoạt MPS500: 2.1. Tổng quan hệ thống MPS500 Hệ thống sản xuất linh hoạt MPS500 là một dây chuyền sản xuất do hãng Festo (CHLB Đức) chế tạo.Hệ thống MPS500 gồm 11 trạm, mỗi trạm trong hệ thống được được điều khiên bằng một bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-300, CPU 313 của hãng Siemens (trừ trạm kiểm tra sản phẩm và trạm Robot). Bộ điều khiển PLC thực hiện nhiệm vụ thu thập thông tin từ các cảm biến và thao tác của người sử dụng. Sử lý thông tin này theo một chương trình được lập trình trước trong bộ nhớ của PLC và sau đó gửi các tín hiệu điều khiển tương ướng đến các cơ cấu chấp hành. Các cơ cấu được sử dụng trong hệ thống là các van khí nén điện từ được điều khiển bởi tín hiệu điện và hệ thống Xylanh được điều khiển bởi các van khí nén điện từ. Các trạm có thể hoạt động độc lập hoặc hoạt động theo hệ thống liên kết giữa các trạm bằng cách truyền thông giữa các cảm biến hoặc truyền thông qua mạng AS-I PROFIBUS, ETHERNET. 1
2. Hình 1: Toàn cảnh hệ thống sản xuất linh hoạt MPS500 2.2. Thiết kế hệ thống Scada dựa trên nền Web: Hiện tại có rất nhiều cấu trúc dành cho việc thiết kế hệ thống điều khiển dựa trên nền Web(thực hiện hệ thống máy móc dựa vào trang WEB) như là cổng thông tin (CGI-Communication Gateway Interface), công nghệ Java, HTTP và giao thức TCP/ IP, dùng cho việc xử lí thông tin trong thời gian thực để thay thế cho hệ thống field-bus truyền thống. Hình 2 bên dưới giới thiệu cách tiếp cận một cách linh hoạt và mở rộng bằng cách sử dụng cấu trúc máy chủ trung tâm.Như đã giới thiệu tất cả các client được kết nối tới máy chủ trang WEB trung tâm và chỉ cần có địa chỉ IP của trang WEB chủ để kết nối với nhau thông qua trang WEB chủ. Bằng cách áp dụng cấu trúc này tất cả các công việc trong lĩnh vực điều khiển như hình ảnh quá trình, điều khiển robot, web và giám sát có thể được cài đặt trong một máy tính. Ưu điểm khác của cấu trúc này là dễ dàng cập nhật bằng cách lắp đặt thêm nhiều máy chủ để điều khiển tự động. Hình 2: Cấu trúc máy chủ Ứng dụng của công nghệ Internet trong lĩnh vực công nghiệp ngày càng rộng rãi hơn và rẻ hơn trong việc thực hiện, cho phép sử dụng công nghệ này trong lĩnh vực mới như dạy từ xa, sản xuất từ xa, bảo trì từ xa 2
3. v.v. Dựa vào nhiều cách truy cập khác nhau để thực hiện các công việc tốt hơn, sử dụng nhiều phương pháp để cung cấp lối vào hệ thống tại các cấp độ khác nhau. Ví dụ bên dưới được diễn tả trong luận văn là có thể truy cập vào mạng thế giới bất cứ địa điểm nào tại thống điều khiển không yêu cầu bất cứ phần mềm nào cụ thể được cài đặt trước trên máy của khách hàng mà chỉ cần trình duyệt web. Hình 3: Hệ thống điều khiển hệ thống MPS500 Máy chủ điều khiển từ xa là bộ phận tự động chính của hệ thống này, vì vậy có thể truy cập đồng loạt tới các nhà máy tự động thông qua trình duyệt web. Việc mở rộng dựa vào WEB cung cấp sự linh hoạt hơn để hoạt động hệ thống cho việc vận hành, giám sát cũng như phục vụ các mục đích khác từ xa. Truy cập từ xa cấp độ cao được giới thiệu trong hệ thống này (Hình 3), nó cung cấp cung cấp việc truy cập và xử lí dữ liệu với thời gian thực cho bất kỳ máy tính Client được kết nối vào hệ thống.Hệ thống này được thiết kế bằng cách dùng giao diện đồ họa, vậy nó cho phép khách hàng từ xa có thể truy cập dữ liệu hoặc cung cấp các chức năng điều khiển cụ thể. 3
4. Hình 4: Giao diện điều khiển, giám sát trạm băng tải và toàn bộ hệ thống MPS và Giao diện giám sát việc kết nối của các trạm trong hệ thống. Cấu trúc điều khiển hệ thống bao gồm nhánh điều khiển từ xa, trung tâm máy chủ và phản ứng từng phần.Nó gồm 3 phần, mỗi phần dùng một phương pháp riêng biệt để giải quyết vấn đề.Nhánh điều khiển từ xa được phát triển và hoạt động dựa trên phần mềm và phần cứng Siemens S7-300 PLC. Chương trình giao diện giữa máy móc và con người được thiết kế bằng việc sử dụng SIMATIC WinCC hoạt động trên hệ điều hành Windows. Máy chủ trung tâm cũng chứa các ứng dụng như xem phần mềm và phầm mềm điều khiển tự động.Phần phản ứng chủ yếu là hệ thống MPS500 cho việc hoạt động lại của sự việc.Chức năng điều khiển PLC như là một cầu nối giữa máy chủ cá nhân và hệ thống MPS500. S7-300 PLC Hình 5: Cấu trúc điều khiển điều khiển từ xa trên nền WinCC Web Navigator. Điều khiển PLC từ xa dựa vào trang WinCC Web Navigator bao gồm các bộ phận sau: Máy chủ Web, nền tảng khác hàng và cơ sở dữ liệu SQL. Cấu trúc như hình 5. (1) Máy chủ IIS liên kết với các đường link của Client tới trang web chủ. Trong luận văn này, IIS trong Window được dùng để tạo trang web chủ. Nó sẽ cho phép trang web mà được tạo ra từ WinCC Web Navigator chạy như là một Web Server phép cho người dùng đọc thông tin, đăng nhập và vận hành bảng điều khiển. 4
5. Hình 6: Cài đặt IIS Server. (2) Thiết kế cơ sở dữ liệu SQL chủ yếu bao gồm hai chức năng chính: Lưu trữ khách hàng và thông tin chung; cung cấp các tin nhắn cảnh báo và lịch sử truy cập . (3) Web Navigator Server được dùng cho việc nhận lệnh và thông số từ các điểm điều khiển cuối và cung cấp tới người dùng qua màn hình quan sát quy trình để đạt được việc điều khiển đối tượng. Máy chủ WinCC Web Navigator sẽ chuyển tất cả các thông số tới PLC qua mạng. Phương pháp truy cập từ xa của WinCC Web Navigator (WWN) dựa vào giao thức tiêu chuẩn HTTP và hỗ trợ tất cả các cơ chế bảo mật thông thường. WWN cho phép người dùng quan sát từ xa và điều khiển thiết bị qua internet, Web navigator bao gồm bộ phận máy chủ của nó và bộ phận web navigator khách hàng. Màn hình quan sát trên máy PC cũng giống như chạy máy chủ WinCC và được quan sát ở bất cứ vị trí nào bằng kết nối LAN hoặc WAN Cấu hình của web navigator theo các bước sau: (1) Cấu hình máy chủ Tại trang của máy chủ, tạo một chương trình WinCC mới và sau đó mở cửa sổ cấu hình web bằng các cài đặt sau: tạo trang web với tên “MPS500” và địa chỉ IP “192.168.1.100”. Chúng ta có thể kiểm tra tình trạng kết nối của trang web qua IIS. (2) Đưa ra hình ảnh quy trình Trong chương trình WinCC mở hộp thoại của Web View Publisher và chọn đường dẫn, sau đó chọn hình ảnh muốn xem như hình 7. 5
6. Hình 7: Hướng dấn xuất hình ảnh. Tiếp theo kích hoạt "Check Scripts" hộp kiểm tra và bấm nút "Finish" để hoàn thành cấu hình hình ảnh trang web chủ. (3) Cấu hình quản lí người dùng Trong WinCC mở hộp thoại User Administrator và tạo người dùng mới.Tạo một lần nữa chọn người dùng cụ thể trong cửa sổ quản lí để xác nhận cho phép truy cập, màn hình và ngôn ngữ. Hình 8: Cấu hình quá lý người dung. (4) Cài đặt Internet explorer Mở IE trong mục “Internet Options” và “Security”, tạo “Script ActiveX controls Marked Safe for Scipting” và “Down Load Signed AtiveX Controls” (5) Cài đặt Web Navigator Client Nhập địa chỉ trang Web Navigator server vào thanh địa chỉ IE, nếu là lần đầu tiên vào trang Web Navigator Server thì IE sẽ tải và cài đặt Web Navigator Client. Khi cài đặt hoàn tất, PC Client sẽ kết nối với máy chủ để chạy chương trình trên máy chủ và hiển thị màn hình. 6
7. 3. Kết luận và hướng phát triển: Sau thời gian nghiên cứu, người nghiên cứu đã: Xây dựng được chức năng điều khiển và giám sát cho hệ thống sản xuất linh hoạt MPS500 qua mạng Internet theo giao thức TCP/IP dựa trên công cụ WinCC 6.2 của hãng Siemens. Tuy nhiên, do hạn chế về thời gian và kiến thức nên nghiên cứu còn có các hạn chế là: Do chưa có nhiều kiến thức về bảo mật WebServer trong WinXP và tính bảo mật hệ thống trong phần mềm WINCC nên chưa thể đảm bảo tốt sự an toàn của hệ thống các Client truy cập khi có sự truy cập và gây nghẽn đường truyền bằng các mã virut, lập trình WEB để download chương trình xuống PLC thông qua website. Kết quả của nghiên cứu này được sử dụng làm tài liệu giảng dạy về tự động hóa tạicác trường đại học và các trường dạy nghề. Ngoài ra, còn làcơ sở để xây dựng phần mềm điều khiển và giám sát cho các dây chuyền sản xuất trong nước nhằm giảm chi phí khi phải mua phần mềm của nước ngoài. Hướng nghiên cứu trong tương laiứng dụng việc gửi e-mail server và tin nhắn qua điện thoại trong các cảnh bảo hệ thống. Trước tiên, ta cấu hình CP343 -1IT để khi có sự cố hay cảnh báo sẽ gửi tới đúng địa chỉ Email Server đã mặc định sẵn. Sử dụng giao thức SMTP và cổng 25 điều khiển việc truyền Email. Khi có một sự cố xảy ra tại nhà máy, mô đun truyền thông CP343-1IT sẽ đọc các giá trị yêu cầu tương ứng từ S7-300 và đưa nó vào trong thông tin mà mình gửi đi. Môđun truyền thông CP343 -1IT có thể thực hiện việc gửi một email đã được cấu hình bởi người lập trình đến một Email Server thông qua địa chỉ IP và cổng 25 định sẵn trong quá trình cấu hình. Trong cấu hình WebServer ta thực hiện việc gửi chuyển tiếp đến chủ tài khoản điện thoại đã được đăng ký (Có thể thực hiện với tài khoản Imail Viettel). Sau đó cấu hình trong Webmail của trang 7
8. webViettel để khi tiếp nhận mail mới sẽ kích hoạt tin nhắn qua chủ tài khoản, đồng thời chuyển tiếp một email thông báo đến người quản lý hệ thống. Vì vậy, giúp nhà quản lý dù ở bất kỳ đâu cũng luôn cập nhật thông tin hoạt động hệ thống MPS và dễ dàng ra quyết định xử lý kịp thời. TÀI LỆU THAM KHẢO [1] Hoàng Minh Sơn, Mạng truyền thông công nghiệp, NXB khoa học kỹ thuật. [2] Ngô Diên Tập, Phạm Huy Quỳnh, Lập trình C trong kỹ thuật điện tử, NXB Khoa học kỹ thuật. [3] Hồ Quang Phong, Mạng máy tính, NXB Thống kê. [4] Provina Technology ltd, Giáo trình WinCC, 148Bis Nam Kỳ Khởi Nghĩa Q1 TP Hồ Chí Minh. [5] Nguyễn Văn Hòa, Bùi Đăng Thảnh, Hoàng Sỹ Hồng,Giáo trình đo lường điện và cảm biến đo lường (2005), NXB Giáo dục. [6] Nguyễn Doãn Phước - Phạm Xuân Minh, Tự Động Hóa Với Simatic S7-300(1997), NXB Nông Nghiệp Hà Nội. [7] Festo Didatic Tranning, MPS500 Manual AS/RS S7 A003, Festo Gmbh&Co.KG [8] Festo Didatic Tranning, MPS500 Manual Robot Assembly A002, Festo Gmbh&Co.KG [9] Festo Didatic Tranning, MPS500 Manual Vision A003, Festo Gmbh&Co.KG [10] Festo Didatic Tranning, MPS500 Siemens Manual Level2 Ethernet A001, Festo Gmbh&Co.KG [11] Festo Didatic Tranning, Distribution Manual, Festo Gmbh&Co.KG [12] Festo Didatic Tranning, Testing Manual, Festo Gmbh&Co.KG [13] Festo Didatic Tranning, Processing Manual, Festo Gmbh&Co.KG [14] Festo Didatic Tranning, Sorting Manual, Festo Gmbh&Co.KG [15] Festo Didatic Tranning, Handling Manual, Festo Gmbh&Co.KG [16] Communication with SIMATIC, [17] Ngày 23 tháng 09 năm 2013 Xác nhận và đề xuất cho đăng của cán bộ hướng dẫn 8
9. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.