Đồ án CT381: Điều khiển và giám sát hệ thống sản xuất nước uống đóng chai

Tải đồ án SCADA hệ thống sản xuất nước đóng chai dùng PLC S7-1200 và WinCC. Tài liệu tham khảo chi tiết cho sinh viên ngành kỹ thuật tự động hóa.

• Tác giả: Nguyễn Đức Mạnh
• Người hướng dẫn: Ths. Trần Lê Trung Chánh
• Trường học: Trường Đại học Cần Thơ
• Chuyên ngành: Kĩ thuật điều khiển và tự động hóa
• Đề tài: Điều khiển và giám sát thu thập dữ liệu cho hệ thống sản xuất nước uống đóng chai
• Loại tài liệu: Đồ án cuối kì
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Cần Thơ

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM TẠ
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Lý do thực hiện đề tài
• 1.2. Các nghiên cứu liên quan
• 1.3. Các bước thực hiện
• 2. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG SCADA DÙNG WINCC RT ADVANCED VÀ PLC S7-1200
• 2.1. Quy trình sản xuất nước uống đóng chai
• 2.2. Lập trình trên PLC S7-1200
• 2.3. Thiết kế giao diện trên WinCC RT Advance
• 2.4. Tính năng Alarm và Historical
• 2.4.1. Thiết kế màn hình Alarm
• 2.4.2. Thiết lập HMI Alarm và Historical
• 2.5. Tính năng Trend và Historical
• 2.5.1. Thiết kế màn hình Trend
• 2.5.2. Thiết lập thuộc tính và Historical
• 2.6. Tính năng Report
• 2.6.1. Tạo file Excel
• 2.6.2. Lập trình VB Scripts
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Hoạt động ở chế độ MANUAL
• 3.2. Hoạt động ở chế độ AUTO
• 3.3. Tính năng Alarm và Historical cho hệ thống
• 3.4. Tính năng Trend và Historical cho hệ thống
• 3.5. Tính năng Report
• 3.6. Cải tiến đồ án
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 4.1. Kết luận
• 4.2. Kiến nghị
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Khám phá Đồ án SCADA sản xuất nước đóng chai S7 1200

Trong bối cảnh công nghiệp 4.0, việc tự động hóa các dây chuyền sản xuất là yếu tố then chốt để nâng cao năng suất và đảm bảo chất lượng. Đồ án SCADA hệ thống sản xuất nước đóng chai dùng PLC S7-1200 là một ví dụ điển hình, thể hiện sự kết hợp giữa công nghệ điều khiển lập trình và hệ thống giám sát hiện đại. Đề tài này không chỉ là một bài tập kỹ thuật mà còn là một giải pháp thực tiễn, giải quyết các bài toán trong ngành công nghiệp nước giải khát. Nội dung bài viết sẽ phân tích sâu vào cấu trúc, phương pháp thiết kế và kết quả vận hành của một hệ thống hoàn chỉnh, dựa trên tài liệu nghiên cứu từ Trường Đại học Cần Thơ. Hệ thống sử dụng bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 của Siemens làm trung tâm xử lý, kết hợp với phần mềm TIA Portal để lập trình và phần mềm WinCC để xây dựng giao diện giám sát điều khiển (HMI/SCADA). Mục tiêu chính là xây dựng một hệ thống có khả năng vận hành tự động, giám sát thời gian thực, thu thập dữ liệu sản xuất và cảnh báo lỗi, từ đó tối ưu hóa toàn bộ quy trình từ khâu chiết rót đến đóng gói thành phẩm.

1.1. Tổng quan về hệ thống SCADA và PLC S7 1200

Hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) là một hệ thống tự động hóa công nghiệp được sử dụng để giám sát hệ thống SCADA và điều khiển các quy trình từ xa. Chức năng cốt lõi của nó bao gồm thu thập dữ liệu từ các cảm biến công nghiệp, xử lý thông tin và hiển thị trên một giao diện giám sát điều khiển tập trung. Trong khi đó, PLC S7-1200 là một bộ điều khiển logic khả trình mạnh mẽ của Siemens, đóng vai trò là 'bộ não' của hệ thống. Nó thực thi các thuật toán điều khiển, nhận tín hiệu từ cảm biến và gửi lệnh đến các cơ cấu chấp hành như động cơ, van điện từ, xi lanh. Sự kết hợp giữa SCADA và PLC S7-1200 tạo ra một giải pháp toàn diện cho các đồ án tốt nghiệp tự động hóa, cho phép điều khiển chính xác và quản lý hiệu quả.

1.2. Phân tích quy trình công nghệ dây chuyền chiết rót

Quy trình công nghệ của một dây chuyền chiết rót tự động sản xuất nước đóng chai bao gồm nhiều công đoạn liên tiếp. Theo tài liệu nghiên cứu, quy trình cơ bản bắt đầu bằng việc băng tải đưa chai rỗng vào vị trí. Công đoạn đầu tiên là chiết rót, nơi cảm biến mực nước và van điều khiển đảm bảo lượng nước chính xác trong mỗi chai. Tiếp theo, chai được di chuyển đến công đoạn đóng nắp, sử dụng hệ thống xi lanh khí nén để thực hiện thao tác. Sau khi đóng nắp, máy dán nhãn tự động sẽ dán nhãn cho sản phẩm. Cuối cùng, sản phẩm hoàn thiện được kiểm tra và chuyển đến khu vực đóng gói, nơi các chai được xếp vào thùng. Toàn bộ quá trình này được điều khiển băng tải và các cơ cấu một cách đồng bộ, đảm bảo tính liên tục và hiệu quả.

II. Giải pháp giám sát hệ thống SCADA nước đóng chai tối ưu

Việc xây dựng một hệ thống giám sát và điều khiển hiệu quả đặt ra nhiều thách thức về kỹ thuật. Yêu cầu chính là phải đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, chính xác và dễ dàng vận hành. Đồ án SCADA hệ thống sản xuất nước đóng chai cần giải quyết vấn đề điều khiển quá trình một cách đồng bộ giữa các khâu, từ nhận diện chai, chiết rót, đóng nắp đến dán nhãn. Đồng thời, hệ thống phải có khả năng thu thập dữ liệu sản xuất quan trọng như số lượng sản phẩm, hiệu suất dây chuyền và các thông số vận hành. Việc chuyển đổi từ phương pháp thủ công sang tự động hóa giúp loại bỏ các sai sót do con người, tăng tốc độ sản xuất và cho phép quản lý chất lượng một cách nhất quán. Tài liệu gốc nhấn mạnh, 'hệ thống sản xuất nước uống đóng chai ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách' về việc thay thế con người trong các công việc lặp đi lặp lại và đòi hỏi độ chính xác cao, từ đó nâng cao uy tín của nhà sản xuất.

2.1. Yêu cầu về điều khiển và thu thập dữ liệu sản xuất

Một hệ thống tự động hóa hiện đại đòi hỏi khả năng điều khiển chính xác và thu thập dữ liệu toàn diện. Về mặt điều khiển, hệ thống phải xử lý tín hiệu từ các cảm biến công nghiệp (cảm biến tiệm cận, cảm biến quang) để xác định vị trí chai, thùng và điều khiển các cơ cấu chấp hành tương ứng. Về mặt thu thập dữ liệu, hệ thống cần ghi lại các thông số quan trọng như số lượng chai đã chiết rót, số nắp đã đóng, số sản phẩm hoàn thành và số thùng đã đóng gói. Các dữ liệu này không chỉ phục vụ cho việc giám sát thời gian thực mà còn được lưu trữ để phân tích hiệu suất và lập báo cáo đồ án PLC sản xuất sau này.

2.2. Lựa chọn thiết bị PLC S7 1200 và phần mềm WinCC

Việc lựa chọn thiết bị là nền tảng cho sự thành công của đồ án. PLC S7-1200 được chọn vì tính linh hoạt, hiệu năng cao và được hỗ trợ mạnh mẽ bởi hệ sinh thái phần mềm TIA Portal. Nó có đủ các cổng vào/ra để kết nối với toàn bộ cảm biến và cơ cấu chấp hành trong dây chuyền. Đối với phần giám sát, WinCC (một phần của TIA Portal) là công cụ lý tưởng để thiết kế HMI (Human-Machine Interface). WinCC cho phép tạo ra các giao diện đồ họa trực quan, hiển thị trạng thái hoạt động của hệ thống, cài đặt thông số, xem đồ thị và quản lý cảnh báo. Sự tích hợp chặt chẽ giữa PLC S7-1200 và WinCC trong cùng một môi trường TIA Portal giúp đơn giản hóa quá trình phát triển và gỡ lỗi.

III. Hướng dẫn lập trình PLC S7 1200 cho dây chuyền sản xuất

Phần lõi của đồ án SCADA hệ thống sản xuất nước đóng chai chính là chương trình điều khiển được nạp vào PLC. Quá trình lập trình PLC S7-1200 được thực hiện trên phần mềm TIA Portal, sử dụng chủ yếu ngôn ngữ lập trình Ladder (LAD). Phương pháp lập trình dựa trên việc phân tích chi tiết lưu đồ thuật toán của toàn bộ hệ thống. Chương trình được chia thành các khối hàm (Function Blocks) tương ứng với từng công đoạn: điều khiển băng tải, chiết rót, đóng nắp, dán nhãn và đóng gói. Cách tiếp cận module hóa này giúp chương trình trở nên rõ ràng, dễ quản lý và bảo trì. Các tín hiệu từ cảm biến được xử lý để kích hoạt các ngõ ra điều khiển động cơ, xi lanh và van. Ngoài ra, chương trình còn bao gồm các bộ đếm (counter) để thống kê sản phẩm và các bộ định thời (timer) để kiểm soát thời gian cho các quá trình như chiết rót hay dán nhãn, đảm bảo độ chính xác tuyệt đối.

3.1. Phân tích lưu đồ thuật toán điều khiển băng tải chiết rót

Lưu đồ thuật toán là bản thiết kế logic cho chương trình. Theo tài liệu nghiên cứu, thuật toán bắt đầu bằng việc kiểm tra các điều kiện vận hành. Khi hệ thống khởi động, băng tải thùng chạy. Khi cảm biến phát hiện thùng, băng tải thùng dừng và băng tải chai bắt đầu chạy. Khi chai đến vị trí chiết rót, băng tải chai dừng, van điện từ mở để rót nước. Quá trình này được giám sát chặt chẽ. Sau khi chiết rót đủ, van đóng và băng tải chai tiếp tục chạy, đưa sản phẩm đến công đoạn tiếp theo. Logic này được lặp lại tuần hoàn, tạo thành một chu trình sản xuất khép kín và tự động.

3.2. Thiết lập sơ đồ đấu nối PLC S7 1200 với các thiết bị

Sơ đồ đấu nối PLC S7-1200 là một phần quan trọng, thể hiện kết nối vật lý giữa bộ điều khiển và các thiết bị ngoại vi. Các ngõ vào (Input) của PLC được kết nối với các nút nhấn (Start, Stop) và tín hiệu từ các loại cảm biến. Các ngõ ra (Output) của PLC được nối với các cuộn dây của rơ-le hoặc contactor để điều khiển các thiết bị công suất lớn hơn như động cơ băng tải, và nối trực tiếp với các cơ cấu chấp hành công suất nhỏ như van điện từ và xi lanh. Việc đấu nối chính xác và an toàn là điều kiện tiên quyết để hệ thống có thể hoạt động ổn định và tránh các sự cố về điện.

IV. Bí quyết thiết kế HMI giám sát hệ thống SCADA trên WinCC

Giao diện HMI là cầu nối giữa người vận hành và máy móc. Một thiết kế HMI hiệu quả phải đảm bảo tính trực quan, dễ sử dụng và cung cấp đầy đủ thông tin cần thiết. Trong đồ án SCADA hệ thống sản xuất nước đóng chai, giao diện được xây dựng trên WinCC Advanced với đầy đủ các tính năng. Màn hình chính mô phỏng toàn bộ dây chuyền, hiển thị trạng thái hoạt động của từng thiết bị (băng tải chạy/dừng, van mở/đóng) theo thời gian thực. Người vận hành có thể lựa chọn các chế độ hoạt động (Tự động/Bằng tay), cài đặt thông số sản xuất (lượng nước chiết rót, số chai mỗi thùng), và theo dõi các chỉ số thống kê. Đặc biệt, việc tích hợp các tính năng nâng cao như cảnh báo (Alarm), đồ thị xu hướng (Trend) và xuất báo cáo (Report) giúp nâng cao khả năng quản lý và giám sát hệ thống lên một tầm cao mới, biến nó thành một công cụ quản lý sản xuất mạnh mẽ.

4.1. Xây dựng giao diện giám sát điều khiển trực quan

Giao diện chính được thiết kế mô phỏng theo dây chuyền chiết rót tự động thực tế, với các đối tượng đồ họa đại diện cho băng tải, bồn chứa, chai, máy đóng nắp chai, và máy dán nhãn. Trạng thái của các đối tượng này (màu sắc, chuyển động) được liên kết với các biến (tag) trong PLC, giúp phản ánh chính xác những gì đang xảy ra. Bảng điều khiển (Dashboard) bao gồm các nút nhấn START, STOP, AUTO, MANUAL và các đèn báo trạng thái. Bảng thống kê hiển thị số lượng sản phẩm được cập nhật liên tục, giúp người vận hành nắm bắt tình hình sản xuất một cách nhanh chóng.

4.2. Cấu hình tính năng cảnh báo Alarm và đồ thị Trend

Tính năng cảnh báo (Alarm) cực kỳ quan trọng để phát hiện và xử lý sự cố kịp thời. Hệ thống được cấu hình để đưa ra các cảnh báo khi có lỗi xảy ra, ví dụ như lỗi cảm biến, hết nguyên liệu, hoặc kẹt sản phẩm. Các cảnh báo này được hiển thị trên màn hình và lưu lại lịch sử (Historical Alarm) để truy xuất. Tính năng đồ thị (Trend) cho phép theo dõi sự thay đổi của các thông số quan trọng theo thời gian, ví dụ như mực nước trong bồn chứa. Dữ liệu này giúp phân tích và tối ưu hóa điều khiển quá trình sản xuất.

4.3. Lập trình VBScript để xuất báo cáo sản xuất tự động

Để tự động hóa việc báo cáo, đồ án đã sử dụng VBScript trong WinCC để xuất dữ liệu sản xuất ra file Excel. Các đoạn mã script được viết để thu thập các giá trị từ các tag trong PLC (như số chai hoàn thành, số thùng hoàn thành) và ghi chúng vào một file Excel có mẫu định sẵn. Chức năng này có thể được kích hoạt bằng một nút nhấn trên giao diện hoặc được lên lịch để chạy tự động theo một khoảng thời gian nhất định (ví dụ: cuối mỗi ca sản xuất). Tính năng này giúp việc tạo báo cáo đồ án PLC và quản lý dữ liệu trở nên chuyên nghiệp và hiệu quả, giảm thiểu công việc thủ công.

V. Kết quả mô phỏng hệ thống sản xuất nước đóng chai SCADA

Quá trình mô phỏng hệ thống sản xuất là bước cuối cùng để kiểm tra và đánh giá toàn bộ đồ án. Sử dụng công cụ PLCSIM trong TIA Portal, chương trình PLC được chạy trên một bộ điều khiển ảo. Giao diện WinCC Runtime kết nối với PLC ảo này, cho phép vận hành và giám sát hệ thống như đang chạy trên thiết bị thật. Kết quả mô phỏng cho thấy hệ thống hoạt động ổn định và chính xác ở cả hai chế độ Tự động (Auto) và Bằng tay (Manual). Ở chế độ tự động, dây chuyền vận hành tuần tự qua các công đoạn một cách trơn tru. Các tính năng giám sát như hiển thị trạng thái, cập nhật bộ đếm, cảnh báo lỗi và xuất báo cáo đều hoạt động đúng như thiết kế. Dựa trên tài liệu gốc, nhóm thực hiện đã có những cải tiến đáng kể so với các nghiên cứu trước đó, bao gồm việc thêm khâu dán nhãn, phát hiện chai lỗi, và bổ sung đầy đủ các tính năng SCADA nâng cao như Alarm, Trend và Report.

5.1. Vận hành ở chế độ Tự động AUTO và Bằng tay MANUAL

Ở chế độ AUTO, người vận hành chỉ cần nhấn nút START, hệ thống sẽ tự động thực hiện toàn bộ quy trình. Chai được đưa vào, chiết rót, đóng nắp, dán nhãn và đóng gói mà không cần can thiệp. Ở chế độ MANUAL, người vận hành có thể điều khiển riêng lẻ từng cơ cấu chấp hành (ví dụ: chạy/dừng từng băng tải, mở/đóng van) thông qua các nút nhấn trên giao diện giám sát điều khiển. Chế độ này rất hữu ích cho việc bảo trì, sửa chữa và kiểm tra từng phần của hệ thống.

5.2. Đánh giá khả năng giám sát và thu thập dữ liệu hiệu quả

Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống giám sát hệ thống SCADA đáp ứng tốt các yêu cầu đề ra. Dữ liệu về số lượng sản phẩm được cập nhật chính xác và tức thời. Hệ thống cảnh báo hoạt động hiệu quả, thông báo ngay lập tức các sự cố tiềm tàng. Chức năng xuất báo cáo ra file Excel giúp lưu trữ và quản lý dữ liệu sản xuất một cách có hệ thống. Những tính năng này chứng tỏ hệ thống không chỉ là một công cụ điều khiển mà còn là một giải pháp quản lý sản xuất hiệu quả.

VI. Tương lai đồ án SCADA hệ thống sản xuất và kiến nghị

Mặc dù Đồ án SCADA hệ thống sản xuất nước đóng chai dùng PLC S7-1200 đã đạt được các mục tiêu chính, vẫn còn nhiều tiềm năng để phát triển và hoàn thiện. Kết luận từ tài liệu nghiên cứu chỉ ra rằng, nhược điểm chính của đề tài là mới chỉ dừng lại ở mức độ mô phỏng, chưa được triển khai trên mô hình vật lý. Do đó, hướng phát triển quan trọng nhất là xây dựng một mô hình thực tế để kiểm chứng độ ổn định và hiệu quả trong môi trường công nghiệp. Bên cạnh đó, việc cải tiến giao diện HMI để trở nên thẩm mỹ và thân thiện hơn với người dùng cũng là một kiến nghị cần thiết. Trong tương lai xa hơn, hệ thống có thể được nâng cấp bằng cách tích hợp các công nghệ của Công nghiệp 4.0 như Internet of Things (IoT) để giám sát từ xa qua internet, hoặc áp dụng Trí tuệ nhân tạo (AI) để tối ưu hóa quy trình sản xuất và bảo trì dự đoán.

6.1. Tổng kết ưu và nhược điểm của hệ thống mô phỏng

Ưu điểm lớn nhất của hệ thống là đã đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của một hệ thống SCADA cơ bản, hiển thị rõ ràng và hoạt động ổn định trên môi trường mô phỏng. Tuy nhiên, nhược điểm là độ ổn định và chính xác chưa được kiểm chứng trong thực tế, và thiết kế giao diện vẫn còn có thể cải thiện. Việc nhận thức rõ những điểm này là cơ sở để đề ra các phương hướng cải tiến trong tương lai, hoàn thiện hơn nữa đồ án tốt nghiệp tự động hóa này.

6.2. Hướng phát triển Mô hình vật lý và tích hợp IoT

Hướng phát triển khả thi nhất là lắp đặt một mô hình vật lý thu nhỏ, sử dụng PLC S7-1200 thật cùng các băng tải, cảm biến và cơ cấu chấp hành thực tế. Điều này không chỉ giúp kiểm chứng chương trình điều khiển mà còn cho phép hiệu chỉnh các thông số để đạt hiệu suất tối ưu. Xa hơn, hệ thống có thể được kết nối với một nền tảng IoT, cho phép các nhà quản lý giám sát dây chuyền sản xuất từ bất kỳ đâu thông qua smartphone hoặc máy tính, mở ra khả năng quản lý nhà máy thông minh và linh hoạt.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA _______________ ĐỒ ÁN CUỐI KÌ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ LIỆU CT381 ĐỀ TÀI 8: “ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THU THẬP DỮ LIỆU CHO HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG ĐÓNG CHAI” GVHD: Ths.Trần Lê Trung Chánh Sinh viên thực hiện : Nguyễn Đức Mạnh B1811962 Mai Hồng Phúc B1811975 Khóa 44 Ngành : Kĩ thuật điều khiển và tự động hóa 1 download by : [e-mail] TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc PHIẾU CHẤM ĐIỂM Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THU THẬP DỮ LIỆU CHO HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƯỚC UỐNG ĐÓNG CHAI. Họ và tên sinh viên thực hiện: Nguyễn Đức Mạnh MSSV: B111962 Mai Hồng Phúc MSSV: B1811975 Họ và tên cán bộ chấm điểm:………………………………………………………… Nội dung chấm Điểm tối đa Điểm thực chấm Tóm tắt: Nêu lên được 2 Mục tiêu đề tài 0.5 Ý nghĩa/lợi ích của đề tài 0.5 Phương pháp thực hiện 0.5 Giới thiệu: Có trình bày 2 Ý nghĩa/lý do thực hiện đề tài 0.5 Các nghiên cứu liên quan 0.5 Có tham chiếu tài liệu tham khảo 0.5 Kết quả mong muốn/các bước thực 0.5 hiện Phương pháp thực hiện 3 Trình bày tổng quan về hệ thống 0.5 Có tham chiếu hình vẽ, biểu bảng 0.5 Thiết kế chi tiết: Trình bày đầy đủ, 2 rõ ràng tất cả của hệ thống Kết quả 3 Nêu tóm tắt các kết quả của đề tài 1 (làm được những gì ?) Trình bày chi tiết kết quả thực 1 nghiệm (định lượng/định tính) Có thảo luận về kết quả 1 TỔng: 10 Cần Thơ, ngày….năm 2021 Cán bộ chấm 2 download by : [e-mail] LỜI CẢM TẠ Trong quá trình thực hiện đề tài, dù đã gặp nhiều khó khăn, do còn thiếu kiến thức, kinh nghiệm và kỹ năng còn hạn chế. Những khó khăn đó chúng em đã vượt qua không chỉ nhờ vào sự nỗ lực của bản thân mà còn bằng sự động viên khích lệ và giúp đỡ từ bạn bè và thầy. Chúng em xin chân thành cảm ơn đến quý Thầy trong bộ môn Tự động hoá thuộc Khoa Công nghệ trường Đại học Cần Thơ đã tận tình chỉ bảo, truyền đạt những kiến thức quý báo để chúng tôi có thể hoàn thành đề tài này.

Chúng em xin chân thành cảm ơn đến thầy Trần Lê Trung Chánh đã tận tình hướng dẫn và hỗ trợ chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án. TÓM TẮT Hệ thống tự động hóa trong công nghiệp theo sự phát triển của xã hội ngày càng được ứng dụng phục vụ vào hoạt động sản xuất và đời sống sinh hoạt của con người bởi tính ưu việt, nhiều tiện ích mang lại hiệu quả trong đó hệ thống giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu (SCADA) được áp dụng rộng rãi trong các nhà máy, xí nghiệp trên toàn thế giới.Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu cho hệ thống SCADA sản xuất nước uống đóng chai. Bài nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu bằng phần mềm TIA Portal và WinCC Advanced. Để thực hiện được các mục tiêu đề ra chúng em đã tiến hành tìm hiểu về PLC S7-1200, phần thiết kế giao diện WinCC Advanced.

Trong đó, hệ thống được mô phỏng và lập trình trên PLC S7-1200 được giám sát và thu nhập dữ liệu trên phần mềm TIA Portal và WinCC Advanced. Tất cả quá trình vận hành của hệ thống sản xuất nước uống đóng chai được mô phỏng và giám sát trên phần mềm TIA Portal và WinCC Advanced. Xây dựng một cơ sở dữ liệu với các thông số để có thể quản lý trực tiếp dễ dàng trên máy tính. Bài nghiên cứu bao hàm kiến thức cơ bản nhưng tổng quát đủ để sinh viên có thể tự thiết kế một hệ SCADA đơn giản, tất cả các thiết bị dùng để thiết kế chủ yếu có sẵn tại phòng thí nghiệm nên rất dễ dàng cho các bạn có thể tự minh họa thực hiện lại.1 Lý do thực hiện đề tài: Nhằm phục vụ nhiệm vụ hiện đại hoá quy trình sản xuất, hệ thống sản xuất nước uống đóng chai ra đời là một công cụ hiệu quả giúp thay thế con người trong công việc sản xuất nước uống đóng chai, nó đã góp phần nâng cao hiệu quả trong công việc.

Một hệ 3 download by : [e-mail] thống hoàn chỉnh có thể phân loại các sản phẩm với độ tin cậy cao, hoạt động liên tục và giảm tối đa thời gian trì hoãn hệ thống. Hơn thế nữa, đối với những công việc đòi hỏi sự tập trung cao và có tính tuần hoàn, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc. Điều đó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất. Vì vậy, hệ thống sản xuất nước uống đóng chai ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này.2 Các nghiên cứu liên quan: Nhờ tính năng ưu việt, SCADA ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp hiện đại như: năng lượng, dầu khí, vận tải, thực phẩm, xử lý nước và rác thải… Song song đó, các ứng dụng kèm theo như TIA Portal, WinCC, Node-red,… giúp việc thiết kế giao diện và kiểm soát hệ thống trở nên dễ dàng hơn.

Chính vì sự đa dạng và đòi hỏi cao trong công nghiệp cũng như đáp ứng nhu cầu trong đời sống nên có rất nhiều nghiên cứu được thực hiện như “Quy trình sản xuất nước ép trái cây”, “Quy trình sản xuất sữa ngô”, “Quy trình sản xuất nước mắm”… 1.3 Các bước thực hiện: + Phân tích bài toán thực tế. + Cài đặt phần mềm. + Thiết kế giao diện và lập trình. + Chạy mô phỏng và sửa lỗi nếu có.

+ Đưa vào ứng dụng và hiệu chỉnh cho phù hợp. - Phần mềm: Viết được chương trình điều khiển hệ thống, truyền nhận dữ liệu và lưu lại. 2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG SCADA DÙNG WINCC RT ADVANCED VÀ PLC S7-1200 2.1 Quy trình sản xuất nước uống đóng chai Quy trình được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất cụ thể như: nhà máy sản xuất nước giải khát, bia, rượu, hàng tiêu dùng… Mỗi hệ thống yêu cầu đáp ứng sản xuất khác nhau thì sẽ có thêm các giai đoạn khác nhau nhưng cơ bản quy trình được thiết kế với các bước. 4 download by : [e-mail] Hình 1 Quy trình sản xuất nước uống đóng chai 2.2 Lập trình trên PLC S7-1200 Chương trình được lập trình trên PLC S7-1200 được trình bày qua lưu đồ Hình 2 Lưu đồ thuật toán của hệ thống 5 download by : [e-mail] + Bắt đầu + Bước 1: Xét điều kiện vận hành + Bước 2: Chạy băng tải thùng + Bước 3: Nếu cảm biến phát hiện thùng thì dừng băng tải thùng và đếm số thùng hiện tại bằng số thùng cộng 1 đồng thời cho chạy băng tải chai.

+ Bước 4: Nếu cảm biến phát hiện chai nước thì dừng băng tải chai và đếm số chai hiện tại bằng số chai cộng 1. Sau đó mở rót nước vào chai. + Bước 5: Nếu chai nước đã đầy thì đóng van nước và cho chạy băng tải chai. + Bước 6: Nếu cảm biến phát hiện chai ở vị trí cần đóng nắp thì dừng băng tải chai, 2 xi lanh tiến hành đóng nắp chai.

Sau khi đóng nắp xong thì tiếp tục cho chạy băng tải chai, đồng thời đếm số nắp cộng 1. + Bước 7:Cảm biến phát hiện chai ở vị trí dán nhãn thì dừng băng tải chai, cho tiến hành chạy máy dán nhãn,sau khi dán nhãn xong thì tiếp tục cho chạy băng tải chai. + Bước 8: Cảm biến phát hiện chai đã hoàn thành đếm số chai đã hoàn thành cộng 1 , nếu số chai hoàn thành bằng với số chai cho phép trong 1 thùng thì tiến hành đóng gói sản phẩm và đếm số thùng hoàn thiện lên 1 + Bước 9 :Quay lại bước 2.3 Thiết kế giao diện trên WinCC RT Advance Giao diện điều khiển và giám sát được thiết kế trên WinCC tương đối đầy đủ các tính năng như auto , manual, show,. Nhận được các tham số đầu vào, hiển thị được các thông tin, số liệu cần thiết.Hệ thống cảnh báo lỗi và xuất dữ liệu cho hệ thống,giúp người dùng theo dõi và điều khiển được các giai đoạn của quy trình cũng như quản lí được số liệu quan trọng như số lượng chai, thùng.

Hình 3 Màn hình giới thiệu hệ thống 6 download by : [e-mail] Hình 4 Giao diện điều khiển và giám sát trên WinCC Chi tiết về từng thành phần trên giao diện điều khiển chính : Hình 5 Chú thích cho giao diện điều khiển chính 7 download by : skknchat@gmail. Bảng điều khiển (Dashboard): gồm các nút điều khiển START, STOP, AUTO, MANU, Simulation và đèn hiển thị. Bảng thống kê (Statistical):gồm bộ đếm số lượng sản phẩm chai và thùng đã đóng gói, nút Reset để cài lại bộ đếm. Bảng cài đặt tham số (Parameter Setting): cài đặt lượng nước trong một chai và số lượng sản phẩm cho phép trong một thùng.

Bảng điều khiển ở các chế độ :gồm nút điều khiển bằng tay(Man Control), đồ thị(Trend), xuất dữ liệu(Export), cảnh báo(Alarm). Công đoạn chiết rót: gồm có cảm biến phát hiện vị trí chai cần chiết rót, bồn chứa nước, van nước, bộ đếm lượng nước đã chiết rót, bộ đếm số lượng chai đã chiết rót. Công đoạn đóng nắp:gồm cảm biến vị trí chai cần đóng nắp, xilanh 1 đóng nắp, xilanh 2 đẩy nắp đến chai để xilanh 1 đóng nắp, bộ đếm nắp. Công đoạn dán nhãn: gồm máy dán nhãn chai, cảm biến, bộ đếm chai đã dán nhãn.

Công đoạn kiểm tra sản phẩm:gồm cảm biến chai hoàn thiện và xilanh đẩy chai lỗi 9. Công đoạn đóng gói: gồm cảm biến phát hiện vị trí sản phẩm chai và cảm biến phát hiện vị trí thùng, bộ đếm sản phẩm trong thùng và bộ đếm thùng.4 Tính năng Alarm và Historical 2.1 Thiết kế màn hình Alarm Màn hình alarm được thiết kế với 2 bảng alarm dùng để hiển thị cảnh báo hiện tại và hiển thị lịch sử cảnh báo : Hình 6 Giao diện màn hình Alarm 8 download by : skknchat@gmail.2 Thiết lập HMI Alarm và Historical Historical : Tạo Alarm log để lưu trữ lịch sử cảnh báo và có thể xuất cảnh báo Hình 7 Thiết lập Historical HMI Alarm : Tạo Alarm class và các cảnh báo dạng Analog và Digital Hình 8 Tạo classes cho Alarm Hình 9 Discrete alarms 9 download by : [e-mail] Hình 10 Analog alarms Ở bảng hiển thị cảnh báo để hiển thị được lịch sử cảnh báo chọn Properties → General → Display → Alarm log → Chọn alarm log vừa tạo ở Historical. Hình 11 Cài đặt bảng cảnh báo 2.5 Tính năng Trend và Historical 2.