Đồ án Thiết kế và thi công hệ thống SCADA cho nhà kho tự động (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Thiết kế và thi công hệ thống SCADA cho nhà kho tự động (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ÐIỆN – ÐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG SCADA CHO NHÀ KHO TỰ ÐỘNG THS. TRẦN ĐỨC THIỆN SVTH: NGUYỄN TRỌNG HIẾU MSSV: 10118026 SVTH: NGUYỄN ĐĂNG THÔNG MSSV: 10118070 SKL003160 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2014
2. TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Tp. HCM, ngày tháng năm 2014 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Trọng Hiếu MSSV: 10118026 Nguyễn Đăng Thông MSSV: 10118070 Chuyên ngành: Điện Tự Động Mã ngành: 118 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2010 Lớp: 101180 I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG SCADA CHO NHÀ KHO TỰ ĐỘNG II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Các yêu cầu thực hiện, thông số của đề tài: Mô hình phải giống vớ i thƣc̣ tế bao gồm băng tải , đôṇ g cơ , van, các loại cảm biến Có phần mềm điều khiển và giám sát . Xây dựng và lập trình mô hình kho hàng tự động. Nghiên cứu và thiết kế phần mềm giám sát và điều khiển cho kho hàng tự động. Nghiên cứu và xây dựng hệ thống dự phòng cho hệ thống giám sát và điều khiển kho hàng tự động. Các vấn đề tồn tại của ĐATN có liên quan đã thực hiện ở các khóa trước: Sản phẩm chƣa đƣợc cung cấp tƣ ̣ đôṇ g cho băng chuyền mà phải lấy thủ công . Không có tự động chọn vị trí lƣu mà phải chọn. Không ƣu tiên nhập trƣớc xuất trƣớc. Phần giám sát và điều khiển chƣa phù hợp với thật tế. Chủ yếu vẫn bị động trong quá trình theo dõi mà chƣa thể lƣu lại các thông tin của mô hình theo thời gian. Việc giám sát chỉ gói gọn trên một HMI nên chƣa phù hợp với yêu cầu thực tế. Chƣa có ệh thống thay thế. ĐATN giải quyết được vấn đề gì, tính mới, tính cải tiến, tính tối ưu: Mô hình gần giống vớ i dây chuyền thƣc̣ tế . Điều khiển tƣ ̣ đôṇ g bằng xylanh khí nén . Có tự động chọn vị trí lƣu mà phải chọn. Ƣu tiên nhập trƣớc xuất trƣớc. Thiết kế một mạng SCADA phù hợp với thực tế. Giải quyết triệt để vấn đề về SCADA của các đồ án khác. Có thể mở rộng HMI trên toàn mạng SCADA. Có mô hình các máy Server và các máy Client phục vụ cho vấn đề hiển thị và giám sát. i
3. Thiết kế phần đồ thị, báo động và báo cáo phù hợp với mục đích kho hàng dựa trên các phần mềm HMI mạnh đang sử dụng trên thế giới để tiếp cận với các công nghệ tiên tiến. Kết quả đạt được của ĐATN sau khi thực hiện: Hiểu rõ và đi sâu vào hệ thống SCADA. Có đƣợc cái nhìn tổng quan về một hệ thống SCADA. Hiểu rõ đƣợc OPC Server và các ƣu điểm siêu việc của chúng. Tìm hiểu đƣợc cách giao tiếp của PLC S7 và các ph ần mềm giám sát Intouch và Indusoft. Có thể tìm hiểu và biết cách sử dụng các loại xilanh, cảm biến từ và các loại cảm biến khác trên mô hình thực tế. Đề tài có tính giá tri ̣thƣc̣ tiêñ cao trong đờ i sống , mô phỏng đầy đủ theo đúng một hệ thống về điều khiển trong công nghiệp, có đủ ba thành phần: Bộ điều khiển, đối tƣợng điều khiển và cảm biến. Những hạn chế đồ án chưa thực hiện được: Độ chính xác của các vị trí trong kho hàng là tƣơng đối và có khi đặt các sản phẩm không đúng vị trí mong muốn. Giải pháp: Đây là nhƣợc điểm của cảm biến từ khi sử dụng xilanh trƣợt. Để khắc phục nhƣợc điểm này thì có thể sử dụng các động cơ Servo hay động cơ bƣớc và sử dụng Vít-me để đảm bảo độ chính xác là tuyệt đối. Còn thiếu các cảm biến tƣơng tự để đảm bảo giám sát chặt chẽ toàn mô hình. Giải pháp: Tăng số lƣợng cảm biến tƣơng tự và các kênh tƣơng tự của PLC để đảm bảo việc giám sát hệ thống một cách chặt chẽ nhất. Chƣa thể thực hiện dự phòng cho toàn bộ hệ thống. Giải pháp: Cần thời gian và kinh phí đề thực hiện việc dự phòng này. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: / /2014 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: / /2014 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: ThS. Trần Đức Thiện. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN BM. THS. TRẦN ĐỨC THIỆN ii
4. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Bộ Môn Tự Động Điều Khiển Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Trọng Hiếu Lớp: 101181B MSSV: 10118026 Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Đăng Thông Lớp: 101182B MSSV: 10118070 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG SCADA CHO NHÀ KHO TỰ ĐỘNG Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD 3/2014 - 4/2014 Tìm hoặc gia công mô hình nhà kho 4/2014 - 5/2014 Tìm hiểu v ề hệ thống SCADA 5/2014 - 6/2014 Tìm hiểu về các loại cảm biến 6/2014 - 7/2014 Thực hiện việc hoàn chỉnh hệ thống. GV HƢỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) TH.S TRẦN ĐỨC THIỆN Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật PHIẾU CHẤM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa Điện – Điện Tử (Dành cho cán bộ hƣớng dẫn) Bộ Môn Tự Động Điều Khiển Ngày tháng năm 2014 Tên đề tài tốt nghiệp: iii
5. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG SCADA CHO NHÀ KHO TỰ ĐỘNG Cán bộ hướng dẫn: TH.S TRẦN ĐỨC THIỆN Nhận xét: iv
6. Đề nghị: Được bảo vệ: Bổ sung để được bảo vệ: Không được bảo vệ: Các câu hỏi sinh viên phải trả lời trước hội đồng: (dành cho cán bộ phản biện) Câu 1:. Câu 2:. Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, TB, yếu): Điểm: /10. Xin mời GV hướng dẫn và GV phản biện tham gia hội đồng bảo vệ của thư mời đính kèm. Cán bộ hướng dẫn TH.S TRẦN ĐỨC THIỆN Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật PHIẾU CHẤM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khoa Điện – Điện Tử (Dành cho cán bộ phản biện) Bộ Môn Tự Động Điều Khiển Ngày tháng năm 2014 Tên đề tài tốt nghiệp: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG SCADA CHO NHÀ KHO TỰ ĐỘNG Cán bộ phản biện: v
7. Nhận xét: Đề nghị: Được bảo vệ: Bổ sung để được bảo vệ: Không được bảo vệ: Các câu hỏi sinh viên phải trả lời trước hội đồng: (dành cho cán bộ phản biện) Câu 1:. Câu 2:. Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, TB, yếu): Điểm: /10. Cán bộ phản biện MỤC LỤC TRANG PHẦN 1: GIỚI THIỆU 1 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 2 2. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 2 3. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 2 4. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 2 5. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 3 6. DÀN BÀI NGHIÊN CỨU 3 7. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 3 vi
8. 8. NỘI DUNG BÁO CÁO 4 PHẦN 2: NỘI DUNG 5 CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6 1.1 GIỚI THIỆU VỀ KHO HÀNG 6 1.1.1 Mục đích quản lí kho hàng thực tế 6 1.1.2 Giới thiệu một số kho hàng 6 1.1.3 Các loại PLC đang dùng cho các kho hàng 7 1.1.4 Các phần mềm giám sát tại các kho hàng 8 1.1.5 Hệ thống dự phòng 8 1.2 PHƢƠNG ÁN NHÀ KHO NHÓM THỰC HIỆN 8 1.2.1 Vấn đề về phần cứng 9 1.2.2 Vấn đề về phần mềm 9 1.2.3 Vấn đề dự phòng 10 CHƢƠNG 2: CÁC KHÁI NIỆM MỚI CỦA HỆ THỐNG 11 2.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ SCADA 11 2.1.1 Các thành phần của hệ thống 11 2.1.2 Cơ chế thu thập dữ liệu 12 2.1.3 Xử lí dữ liệu 12 2.2 GIỚI THIỆU VỀ OPC 12 2.2.1 Tổng quan về chuẩn OPC 12 2.2.2 OPC Server 15 2.2.3 OPC Client 15 2.2.4 OPC Link 16 2.3 CÁC ĐIỂM MỚI CỦA HMI 17 2.3.1 Report 17 2.3.2 Trend 17 2.3.3 Alarm 19 2.4 MẠNG PROFINET 20 2.4.1 Cấu hình trong vận hành 21 2.4.2 Thời gian đồng bộ hóa và thời gian hệ thống 21 2.4.3 Khả năng mở rộng dự phòng 22 2.4.4 Khái niệm thống nhất 22 2.4.5 Triển vọng 22 CHƢƠNG 3: PHẦN CỨNG 24 3.1 CẢM BIẾN 24 3.1.1 Giới thiệu cảm biến quang 24 3.1.2 Cảm biến quang thu phát riêng 24 3.1.3 Cảm biến quang phản xạ qua gƣơng 25 3.1.4 Cảm biến quang thu phát chung 25 3.1.5 Cảm biến từ 26 3.2 HỆ THỐNG KHÍ NÉN 26 3.2.1 Khả năng ứng dụng của khí nén 27 3.2.2 Các phần tử của hệ thống khí nén 27 3.2.3 Phân phối khí nén 29 3.3 CƠ CẤU CHẤP HÀNH 30 3.3.1 Xilanh tác dụng đơn 30 3.3.2 Xilanh tác dụng kép 31 vii
9. 3.3.3 Xilanh quay 32 3.4 CƠ CẤU CHẤP HÀNH ĐẶC BIỆT 32 3.4.1 Xi lanh trƣợt 32 3.4.2 Van đảo chiều 33 3.5 PLC 34 3.5.1 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động 35 3.5.2 Nguyên lí hoạt động 36 3.5.3 Giới thiệu về PLC S7-1200 37 3.5.3.1 Giới thiệu về các module CPU 39 3.5.3.2 Sign board của PLC SIMATIC S7-1200 40 3.5.3.3 Module xuất nhập tín hiệu số 41 3.5.3.4 Module xuất nhập tín hiệu tƣơng tự 41 3.5.3.5 Module truyền thông 41 3.6 CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH 42 3.6.1 Động cơ 42 3.6.2 Relay: OMRON MY2N-J DC24(S) 43 3.6.3 Cảm biến sợi quang: 43 3.6.4 Cảm biến từ xilanh 47 3.6.5 Cảm biến tử AIRTAC CS1-U 48 3.6.6 Xilanh trƣợt 49 3.6.7 Xilanh Series CXS 50 3.6.8 Xilanh series NDMW 51 3.6.9 Van đảo chiều 52 3.6.10 Kết nối PLC S7-1200 52 CHƢƠNG 4: PHẦN MỀM 55 4.1 GIỚI THIỆU TIA PORTAL 55 4.2 KEPWARE KEPSERVER 55 4.2.1 Giới thiệu KEPServerEx 55 4.2.2 Trình điều khiển Kepserver hổ trợ liên kết với PLC Siemens 56 4.2.2.1 Tổng quan 56 4.2.2.2 Thiết bị hỗ trợ truyền thông qua mạng: 56 4.2.2.3 Thời gian trễ tạm ngƣng kết nối (Connection Timeout) 57 4.2.2.4 Thời gian trễ tạm ngƣng yêu cầu: Request Timeout 57 4.2.2.5 Tạo kết nối lại (Retry Attempts) 57 4.2.2.6 Các chỉ số ID của thiết bị: 57 4.3 INTOUCH HMI 57 4.3.1 Giới thiệu chung 57 4.3.2 Công nghệ ArchestrA 58 4.4. WONDERWARE INTOUCH HMI TÍCH HỢP ARCHESTRA GIÁM SÁT HỆ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG KHO HÀNG TỰ ĐỘNG 59 4.4.1 Giới thiệu Scada Intouch HMI: 59 4.4.2 Tổng quan về Galaxy 59 4.4.3 Embed ArchestrA Graphic 62 4.4.4 Công cụ xử lý ảnh 66 4.4.5 Định dạng các đặc tính động cho đối tƣợng 69 4.5 PHẦN MỀM GIÁM SÁT INDUSOFT HỖ TRỢ SONG SONG CHO INTOUCH CHƢƠNG 5: THI CÔNG PHẦN CỨNG 75 viii
10. 5.1 YÊU CẦU CỦA MÔ HÌNH 75 5.2 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG 75 5.4 HÌNH ẢNH MÔ HÌNH NHÀ KHO HOÀN THIỆN 76 CHƢƠNG 6: THI CÔNG PHẦN MỀM 81 6.1 YÊU CẦU VỀ QUÁ TRÌNH XỬ LÝ CỦA PLC 81 6.1.1 Hoạt động của nhà kho 82 6.1.1.1 Lƣu hàng 82 6.1.1.2 Xuất hàng 83 6.1.2 Hệ thống an toàn của nhà kho 83 6.1.2.1 Báo động tự động 84 6.1.2.2 Dừng khẩn cấp 84 6.2 YÊU CẦU VỀ OPC SERVER 84 6.3 YÊU CẦU VỀ HMI 86 6.3.1 Hệ thống máy chủ 87 6.3.2 Trend 87 6.3.3 Alarm 88 6.3.4 Report 88 6.4 HOÀN THIỆN PHẦN MỀM 89 6.4.1 Yêu cầu giao diện điều khiển và giám sát . 89 6.4.2 Phần mềm Intouch 89 6.4.3 Phần mềm Indusoft 96 CHƢƠNG 7: KẾT LUẬN 104 7.1 TỔNG KẾT 104 7.1.1 Kết quả đạt đƣợc 104 7.1.1 Hạn chế của đề tài 104 7.2 PHƢƠNG HƢỚNG PHÁT TRIỂN 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 105 DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Hình 1.1 Mô hình kho hàng tự động tại Việt Nam 6 Hình 1.2 Kho hàng thông minh tại Mỹ 7 Hình 1.3 Kho hàng thông minh tại Phần Lan 7 Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống SCADA 11 Hình 2.2 Kiến trúc sơ lƣợc của OPC 14 Hình 2.3 OPC cùng giao thức truyền nhận 14 ix
11. Hình 2.4 Kiến trúc Client/Server trong OPC 15 Hình 2.5 Real-time Trend 18 Hình 2.6 History và Real-time Trend trên cùng đồ thị 18 Hình 3.1 Các loại cảm biến quang 24 Hình 3.2 Các loại cảm biến từ 26 Hình 3.3 Máy nén khí kiểu piston 28 Hình 3.4 Máy nén khí kiểu cánh gạt 29 Hình 3.5 Máy nén khí kiêu trục vít 30 Hình 3.6 Máy nén khí kiểu ly tâm 31 Hình 3.7 Máy nén khí kiểu hƣớng trục 31 Hình 3.8 Một hệ thống phân phối khí nén 32 Hình 3.9 Hoạt động của xy lanh đơn 32 Hình 3.10 Xy lanh tác dụng kép 31 Hình 3.11 Xilanh quay 32 Hình 3.12 Xilanh trƣợt kết nối piston và vật mang tải bằng từ trƣờng 32 Hình 3.13 Xi lanh trƣợt kết nối bằng cơ khí 32 Hình 3.14 Thiết bị trƣợt tiêu biểu 33 Hình 3.15 Các van đảo chiều 34 Hình 3.16 Sơ đồ khối PLC 35 Hình 3.17 Động cơ DC 24V 42 Hình 3.18 Relay OMRON MY2N-DC24V 43 Hình 3.19 Cảm biến sợi quang KEYENCE FS-T20 44 Hình 3.20 Cảm biến E3XR-CE4 của OMRON 45 Hình 3.21 Cảm biến từ SMS D-M9BW 47 Hình 3.22 Cảm biến từ AIRTAC CS1-U 47 Hình 3.23 Xilanh trƣợt 49 Hình 3.24 Xilanh series CXS 50 Hình 3.25 Xilanh series NDMW 51 Hình 3.26 Van đảo chiều 5/2 52 Hình 3.27 Sơ đồ kết nối nguồn cho toàn hệ thống 52 Hình 3.28 Sơ đồ khí nén cho toàn hệ thống 53 Hình 3.29 Sơ đồ nối dây cho PLC 54 Hình 4.1 Trình tự liên kết KepserverEX. 56 Hình 4.2 Sơ đồ Intouch HMI 58 Hình 4.3 Sơ đồ sau trình bày hƣớng làm việc phát triển thông qua các thiết bị Intouch 59 Hình 4.4 Tổng quan về Galaxy. 60 Hình 4.5 Kết nối tới Galaxy. 61 Hình 4.6 Không gian làm việc của ArcherstA 61 Hình 4.7 Thƣ viện đối tƣợng ngƣời dùng 62 Hình 4.8 Thƣ viện đồng hồ đo 63 Hình 4.9 Thƣ viện nút nhấn 63 Hình 4.10 Thƣ viện công tắc 64 Hình 4.11 Thƣ viện thiết bị phần cứng tĩnh 64 Hình 4.12 Thƣ viện ống dẫn nƣớc và khí 65 Hình 4.13 Thƣ viện đèn 65 Hình 5.1 Sơ đồ khối của hệ thống 75 x
12. Hình 5.2 PLC S7 1200 và Module mở rộng I/O đƣợc kết nối với cảm biến và cơ cấu chấp hành 76 Hình 5.3 Bảng điều khiển 77 Hình 5.4 Van điều áp cho toàn mô hình 77 Hình 5.5 Van điều khiển khí nén cho toàn mô hình 78 Hình 5.6 Máy bơm khí nén cho mô hình 78 Hình 5.7 Các cảm biến và rơ le cho băng tải và động cơ 79 Hình 5.8 Sơ đồ hệ thống băng tải (chiều dài 40 cm, chiều rộng 5 cm) 79 Hình 5.9 Sơ đồ kho hàng 80 Hình 6.1 Sơ đồ chƣơng trình cho PLC 81 Hình 6.2 Sơ đồ mô hình hoạt động của OPC Server 85 Hình 6.3 Sơ đồ mô hình về hệ thống HMI 86 Hình 6.4 Một hệ thống máy chủ của một công ty 87 Hình 6.5 Window Trang chủ 89 Hình 6.6 Window mô hình 90 Hình 6.7 Window quản lý 90 Hình 6.8 Window Khí Nén 91 Hình 6.9 Window History Trend khí nén 91 Hình 6.10 Window Động Cơ 92 Hình 6.11 Window History Trend động cơ 92 Hình 6.12 Window Alarm 93 Hình 6.13 Window chế độ Auto 93 Hình 6.14 Window chế độ Manual 94 Hình 6.15 Window sàn của nhà kho 94 Hình 6.16 Window băng tải 95 Hình 6.17 Window thanh trƣợt dọc 95 Hình 6.18 Window xilanh hút 96 Hình 6.19 Màn hình hệ thống PLC toàn nhà máy 97 Hình 6.20 Màn hình giám sát toàn nhà kho 98 Hình 6.21 Màn hình giám sát sàn trong Indusoft 99 Hình 6.22 Màn hình giám sát khí nén trong Indusoft 99 Hình 6.23 Màn hình giám sát ray dọc trong Indusoft 100 Hình 6.24 Màn hình giám sát ray ngang trong Indusoft 100 Hình 6.25 Màn hình giám sát động cơ trong Indusoft 101 Hình 6.26 Màn hình giám sát băng tải trong Indusoft 101 Hình 6.27 Màn hình báo động của toàn nhà kho của Indusoft 102 Hình 6.28 Màn hình báo động của động cơ của Indusoft 102 Hình 6.29 Màn hình Trend của động cơ của Indusoft 102 Hình 6.30 Màn hình Trend khí nén của Indusoft 103 DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 3.1 Thông số kĩ thuật cảm biến sợi quang KEYENCE FS-T20 44 Bảng 3.2 Thông số kĩ thuật cảm biến sợi quang E3XR-CE4 46 Bảng 3.3 Thông số kĩ thuật cảm biến từ SMS D-M9BW 47 Bảng 3.4 Thông số kĩ thuật cảm biến từ AIRTAC CS1-U 48 xi
13. Bảng 3.5 Kết cấu Xilanh 49 Bảng 3.6 Thông số kĩ thuật Xilanh 50 Bảng 3.7 Thông số kĩ thuật xilanh series CXS 50 Bảng 3.8 Thông số kĩ thuật Xilanh series NDMW 51 Bảng 3.9 Địa chỉ sử dụng 54 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT PLC Programmable Logic Controller SCADA Supervisory Control And Data Acquisition HMI Human - Machine Interface OPC OLE for Process Control GUI Graphical User Interface LỜI NÓI ĐẦU Tự động hóa ngày càng đóng vai trò quan trọng trong đời sống và trong sản xuất công nghiệp. Ngày nay, nghành tự động hóa đã phát triển rất cao nhờ những tiến bộ của lý thuyết điều khiển, vi xử lý, PLC Trong những thập niên gần đây xuất hiện ngày càng nhiều các khu công nghiệp ở TP Hồ Chí Minh, Hà Nội, Bình Dƣơng và các khu công nghiệp khác trong cả nƣớc. Với sự phát triển mạnh mẽ của ngành tự động hóa đƣợc ứng dụng rất nhiều trong quá trình quản lý kho hàng. Đặc biệt nó giúp chúng ta sắp xếp phân loại đƣợc các loại sản phẩm khác nhau. Dây chuyền sản xuất lớn, sản phẩm dồi dào nên cần có nhiều băng tải để vận chuyển sản xii
14. phẩm. Từ các vật liệu ban đầu đƣợc di chuyển bởi băng tải, trải qua nhiều khâu chế biến cuối cùng tạo ra sản phẩm và đến nơi lƣu trữ. Điều này giúp ích rất nhiều cho công nhân đồng thời nâng cao năng suất. Trong mô hình quản lý kho hàng thì hệ thống điều khiển đóng vai trò ấr t quan trọng. Hệ thống điều khiển đƣợc xem nhƣ đầu não, nó quyết định mọi hoạt động của hệ thống. Trong thực tế, hiện nay kỹ thuật điều khiển xắp xếp các loại sản phẩm thƣờng đƣợc sử dụng hai phƣơng pháp chính: Điều khiển bằng Vi Xử Lý và điều khiển bằng PLC. Trong đề tài này, nhóm thực hiện sử dụng PLC để điều khiển, vì PLC có nhiều ƣu điểm nhƣ: độ tin cậy cao, dễ lắp đặt, dể dàng thay đổi thiết kế phần mềm, ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng, thích ứng đƣợc trong môi trƣờng khắc nghiệt (Nhiệt độ, độ ẩm, tiếng ồn, điện áp dao động ) Ngoài vấn đề điều khiển thì một vấn đề cần phải quan tâm là hệ thống giám sát và thu thập d ữ liệu (SCADA) trong nhà kho. Để đảm bảo hoạt động của nhà kho một cách trơn chu và an toàn thì hệ thống SCADA bao gồm các HMI sẽ giúp ngƣời quản lý phát hiện đƣợc lỗi cũng nhƣ ghi nhận đƣợc các thông tin của nhà kho. Ngoài ra hệ thống SCADA cũng bao gồm phần dự phòng để đảm nhận hoạt động cho nhà kho khi có các sự cố xảy ra. Các sự cố xảy ra cho một nhà kho ở rất nhiều dạng nhƣng đồ án của chúng em không thể bao quát hết mà chỉ giải quyết một số vấn đề quan trọng. Trong đồ án này, nhóm sử dụng PLC của hãng SIEMENS S7-1200 CPU để điều khiển quản lý kho hàng. Hệ thống SCADA hoạt động dựa vào cấu trúc mạng ProfiNet của Siemens, với hệ thống các phần mềm của hãng Wonderware và Kepware. Nhƣng vì thời gian làm đồ án không nhiều cùng với kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi sai sót, nhóm rất mong nhận đƣợc sự chỉ bảo, góp ý của quý Thầy (Cô), các bạn sinh viên trong và ngoài trƣờng quan tâm đến lĩnh vực điều khiển tự động này. TÓM TẮT NỘI DUNG CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Nội dung: Giới thiệu tổng quan về các kho hàng thực tế sử dụng và giới thiệu mục đích và hƣớng đi của đồ án. Từ đó nhómẽ s bám theo yêu cầu đó để thực hiện một cách thật sát đảm bảo đúng với nhiệm vụ cần thực hiện. xiii
15. CHƯƠNG 2: CÁC KHÁI NIỆM MỚI CỦA HỆ THỐNG Nội dung: Các khái niệm mới áp dụng trong hệ thống do nhóm tự tìm hiểu và đúc kết. Các nội dung trong chƣơng này là các nội dung mới của hệ thống tự động mà các thành viên không đƣợc học ở trƣờng lớp. Chƣơng này tổng hợp các kiến thức cơ bản về các khái niệm mới sƣu tập từ các nguồn trên Internet và từ các tài liệu thầy hƣớng dẫn cung cấp. CHƯƠNG 3: PHẦN CỨNG Nội dung: Giới thiệu về phần cứng, các nguyên lý cũng nhƣ các hoạt động của các cơ cấu chấp hành, cảm biến và PLC. Trong chƣơng cũng có giới thiệu về khí nén cũng nhƣ các hoạt động phần cứng có liên quan. CHƯƠNG 4: PHẦN MỀM Nội dung: Giới thiệu về các phần mềm đƣợc sử dụng trong chƣơng trình bao gồm các khái niệm mới bao quanh các phần mềm này. Và vì độ dài của cuốn sách không cho phép nên nhóm chỉ viết tóm tắt sơ bộ về phần mềm mà không đi sâu phân tích cách sử dụng cũng nhƣ cách thao tác trên phần mềm. CHƯƠNG 5: THI CÔNG PHẦN CỨNG Nội dung: Đƣa ra các mục tiêu để hoàn thành phần cứng để đạt đƣợc các nhiệm vụ của một kho hàng và hình ảnh về mô hình đã thực hiện theo các mục tiêu đã đề ra. CHƯƠNG 6: THI CÔNG PHẦN MỀM Nội dung: Đƣa ra các mục tiêu để hoàn thành phần cứng và hình ảnh sau khi hoàn thành các nhiệm vụ đã đặt ra. xiv
16. PHẦN 1: GIỚI THIỆU 1
17. 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Đề tài của nhóm thực hiện là về một nhà kho tự động. Nhà kho sẽ gồm các thiết bị phần cứng phù hợp để giúp cho việc nhập hàng từ bên ngoài vào và xuất hàng từ bên trong ra. Trong đồ án chúng em sẽ thực hiện phân biệt màu của sản phẩm để đánh dấu mã hàng của sản phẩm. Hệ thống phần cứng sẽ bao gồm các cảm biến, cơ cấu chấp hành khí nén và động cơ điện. Ngoài ra nhóm cũng trang bị thêm một hệ thống HMI hoàn chỉnh để phục vụ việc quản lý kho hàng một cách tốt nhất. Các vấn đề xuất nhập sẽ đƣợc quản lý hoàn toàn bằng HMI và dữ liệu thu thập từ nhà kho sẽ đƣợc ghi nhận, sau đó lƣu trữ vào các máy tính trạm để phục vụ cho việc theo dõi, quản lý trong thời gian sau. Các giá trị cảm biến, các sự kiện của kho hàng và tổng hợp về hoạt động của kho hàng có thể đƣợc xem trực tiếp từ HMI. 2. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Nhóm chọn đề tài về việc quản lý kho bởi vì hoạt động của một kho hàng là một trong các hoạt động thiết yếu của một hệ thống sản xuất. Việc sản xuất ra các sản phẩm phải đƣợc đảm bảo về vấn đề bảo quản và bảo vệ để tránh dẫn đến việc sai sót của sản phẩm hoặc mất mát sản phẩm.Ngày nay,việc sử dụng các hệ thống SCADA trở nên rất phổ biến và cần thiết trong tất cả các hệ thống tự động.Việc giám sát và thu thập dữ liệu giúp ngƣời quản lý thực hiện công việc dễ dàng hơn và hệ thông đƣợc kiểm soát tốt hơn qua đó tránh khỏi một số sự cố khi hoạt động và ngăn chặn kịp thời các sự cố bất ngờ. Và nhóm thấy đƣợc sự thiết yếu cần phải đảm bảo đƣợc sự hoạt động ổn định cho một kho hàng để đảm bảo sự trơn chu của cả một dây chuyền sản xuất. Nếu một kho hàng hoạt động tốt thì việc sản xuất sẽ đƣợc đảm bảo hơn. 3. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU Đối tƣợng nghiên cứu mà nhóm muốn hƣớng tới là: Hoạt động thực tế của một kho hàng. Cách sử dụng các cơ cấu chấp hành khí nén. Cách sử dụng và xử lý tín hiệu từ các cảm biến đƣợc sử dụng trong hệ thống. Hệ thống SCADA của một nhà kho. Cách cài đặt và sử dụng các phần mềm chuyên dụng cho các HMI và hệ thống SCADA và các ứng dụng Alarm, Trend, Report để phục vụ việc quản lý và điều hành trong thực tế. Cách thức xây dựng và sự dụng hệ thống dự phòng cho hệ thống nhà kho. 4. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Đối với phần cứng thì đề tài không thể đáp ứng đƣợc sự hoạt động chính xác hoàn toàn nhƣ với thực tế do kinh nghiệm của nhóm còn ít và chƣa đƣợc tiếp xúc nhiều với việc 2
18. nhập xuất hàng của các nhà kho. Nên mô hình sẽ có hạn chế về số lƣợng sản phẩm có thể chứa đƣợc. Đối với hệ thống SCADA thì nhóm không thực hiện đƣợc một hệ thông SCADA đầy đủ cho nhà kho mà chỉ thực hiện đƣợc việc giám sát động cơ băng tải và hoạt động xuất nhập kho của hệ thống. Phần mềm là một rào cản khá lớn trong việc thực hiện đề tài lần này bởi vì các phần mềm công nghiệp đòi hỏi các chi phí rất cao và các phần mềm này không phục vụ cho việc nghiên cứu của sinh viên nên việc tiếp cận các phần mềm này là một thử thách lớn với nhóm. Nên trong đề tài sẽ có những hạn chế về phiên bản, độ bảo mật, sự hoàn chỉnh của HMI. 5. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Mục tiêu của đề tài này mà nhóm muốn hƣớng đến: Xây dựng mô hình nhà kho tự động hoạt động tốt Thiết kế hệ thống SCADA bằng phần mêm Intouch và Indusoft. Xây dựng một OPC SERVER. Nắm bắt những kiến thức về hệ thống SCADA. Nâng cao kỹ năng lập trình và thiết kế giao diện HMI và PLC. 6. DÀN BÀI NGHIÊN CỨU Nghiên cứu về hoạt động thực tế của kho hàng dựa vào Internet và kết hợp với việc thực tập tại nhà máy. Tìm hiểu các mô hình đã thực hiện trƣớc kế thừa và thực hiện cải tiến mô hình. Nghiên cứu PLC và viết giải thuật, viết chƣơng trình cho PLC để điều khiển mô hình. Nghiên cứu các phần mềm giám sát SCADA, chọn và cài đặt phần mềm. Nghiên cứu và thực hiện xây dựng, lập trình giám sát hệ thống trên phần mềm. Thực hiện kết nối mô hình và phần mềm giám sát. Nghiên cứu và tạo các sự cố cho hệ thống nhƣ thực tế kết hợp xử lý sự cố. Kiểm nghiệm mô hình và phần mềm giám sát từ đó kêt luận và nhận xét. 7. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI Qua đề tài này đã giúp chúng em đƣợc trang bị nhiều kiến thức nhƣ sau: Nguyên lý và cách sử dụng cảm biến và hệ thống khí nén,PLC S7-1200 và các modun mở rộng. Những kiến thức về lập trình PLC bằng phần mềm TIA PORTAL Thiết kế hệ SCADAbằng phần mềm Intouch và Indusoft. 3
19. Xây dựng một OPC SERVER. Hệ thống dự phòng và cách thức xây dựng hệ thống dự phòng trong hệ thống tự động. 8. NỘI DUNG BÁO CÁO CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Nội dung: Giới thiệu tổng quan về các kho hàng thực tế sử dụng và giới thiệu mục đích và hƣớng đi của đồ án. Từ đó nhóm sẽ bám theo yêu cầu đó để thực hiện một cách thật sát đảm bảo đúng với nhiệm vụ cần thực hiện. CHƢƠNG 2: CÁC KHÁI NIỆM MỚI CỦA HỆ THỐNG Nội dung: Các khái niệm mới áp dụng trong hệ thống do nhóm tự tìm hiểu và đúc kết. Các nội dung trong chƣơng này là các nội dung mới của hệ thống tự động mà các thành viên không đƣợc học ở trƣờng lớp. Chƣơng này tổng hợp các kiến thức cơ bản về các khái niệm mới sƣu tập từ các nguồn trên Internet và từ các tài liệu thầy hƣớng dẫn cung cấp. CHƢƠNG 3: PHẦN CỨNG Nội dung: Giới thiệu về phần cứng, các nguyên lý cũng nhƣ các hoạt động của các cơ cấu chấp hành, cảm biến và PLC. Trong chƣơng cũng có giới thiệu về khí nén cũng nhƣ các hoạt động phần cứng có liên quan. CHƢƠNG 4: PHẦN MỀM Nội dung: Giới thiệu về các phần mềm đƣợc sử dụng trong chƣơng trình bao gồm các khái niệm mới bao quanh các phần mềm này. Và vì độ dài của cuốn sách không cho phép nên nhóm chỉ viết tóm tắt sơ bộ về phần mềm mà không đi sâu phân tích cách sử dụng cũng nhƣ cách thao tác trên phần mềm. CHƢƠNG 5: THI CÔNG PHẦN CỨNG Nội dung: Đƣa ra các mục tiêu để hoàn thành phần cứng để đạt đƣợc các nhiệm vụ của một kho hàng và hình ảnh về mô hình đã thực hiện theo các mục tiêu đã đề ra. CHƢƠNG 6: THI CÔNG PHẦN MỀM Nội dung: Đƣa ra các mục tiêu để hoàn thành phần cứng và hình ảnh sau khi hoàn thành các nhiệm vụ đã đặt ra. CHƢƠNG 7: KẾT LUẬN Nội dung: Tổng kết những kết quả đạt và chƣa đạt đƣợc trong đề tài. Đƣa ra hƣớng phát triển đề tài sau này. 4
20. PHẦN 2: NỘI DUNG 5
21. CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 GIỚI THIỆU VỀ KHO HÀNG 1.1.1 Mục đích quản lí kho hàng thực tế Trong những thập niên gần đây, thế giới chứng kiến sự thay đổi mạnh mẽ của các nền đại công nghiệp. Cùng với đó là một khối lƣợng lớn các sản phẩm, hàng hóa đƣợc tạo ra mỗi ngày, phục vụ nhu cầu con ngƣời. Nhƣng các sản phẩm xuất ra không phải lúc nào cũng đƣợc đƣa đến nơi tiêu thụ, điều đó đòi hỏi một nơi cất giữ hàng hóa tiện ích và đủ lớn. Đáp ứng xu thế đó, ngày nay có rất nhiều các doanh nghiệp coi việc xây dựng “quản lí kho hàng” là cốt lõi chiến lƣợc trong sự phát triển kinh doanh của doanh nghiệp. Sự ra đời của các kho hàng không chỉ đem lại diện mạo mới cho các công ty, tổ chức, cá nhân sản xuất hàng hóa. Mà nó đem lại sự tiên lợi cho các đối tác kinh doanh, trong việc xuất nhập khẩu các sản phẩm. Mặt khác nó còn tăng năng suất laođộng, đảm bảo chất lƣợng sản phẩm 1.1.2 Giới thiệu một số kho hàng Hình 1.1 Mô hình kho hàng tự động tại Việt Nam 6
22. S K L 0 0 2 1 5 4