nghiên cứu, thiết kế hệ thống scada giám sát trạm trộn bê tông ứng dụng PLC s71200

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI o0o - BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA GIÁM SÁT TRẠM TRỘN BÊ TÔNG ỨNG DỤNG PLC S7 1200 Giáo viên hướng dẫn: Th.S Trần Anh Sơn Sinh viên thực hiện: Nguyễn Ngọc Thành 2018600328 Hoàng Đức Mạnh 2018600779 Lê Đình Mạo 2018601339 Hà Nội - 2022 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S TRẦN ANH SƠN MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Các vấn đề đặt 1.2 Tổng quan đề tài 1.3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 23 1.4 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 23 1.5 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 23 1.6 Phương pháp nghiên cứu 23 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT SCADA 25 2.1 Giới thiệu hệ thống SCADA 25 2.2 Phân tích u cầu cơng nghệ áp dụng SCADA giám sát, sản xuất, vận hành nhà máy thông minh 32 2.3 Lựa chọn cấu hình hệ thống 39 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG SCADA ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT, PHỤC VỤ, KHAI THÁC, VẬN HÀNH NHÀ MÁY THÔNG MINH 69 3.1 Thiết lập cấu hình hệ thống SCADA 69 3.2 Kết mô 78 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 109 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S TRẦN ANH SƠN 4.1 Kết đạt 109 4.2 Điểm hạn chế 115 4.3 Hướng phát triển 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO 116 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S TRẦN ANH SƠN DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Trạm trộn bê tơng nhựa nóng 16 Hình 1.2: Trạm trộn bê tơng xi măng 16 Hình 1.3: Kết cấu thép 21 Hình 1.4: Nguyên lý hoạt động trạm trộn bê tông xi măng 22 Hình 2.1: Nguyên lý hoạt động hệ thống SCADA 26 Hình 2.2: Sơ đồ khối PLC 31 Hình 2.3: Cấu tạo động điện xoay chiều 35 Hình 2.4: Nguyên lý hoạt động loadcell 39 Hình 2.5: Tải trọng tác dụng lên silơ 42 Hình 2.6: Momen uốn chân cột tải trọng gió gây 44 Hình 2.7: Cấu tạo máy trộn cưỡng hai trục nằm ngang 49 Hình 2.8: Sơ đồ mạch động lực 61 Hình 2.9: Sơ đồ mạch điều khiển 64 Hình 2.10: Sơ đồ đấu dây 66 Hình 3.1: Sơ đồ tổng quan trình trộn bê tơng tự động (a) 70 Hình 3.2: Sơ đồ tổng quan trình trộn bê tông tự động (b) 71 Hình 3.3: Sơ đồ tổng quan trình trộn bê tơng tay 72 Hình 3.4: Sơ đồ khối trình cân đá 73 Hình 3.5: Sơ đồ khối trình cân cát 73 Hình 3.6: Sơ đồ khối trình cân nước 74 Hình 3.7: Sơ đồ khối trình cân xi măng 74 Hình 3.8: Sơ đồ khối trình cân phụ gia 75 Hình 3.9: Sơ đồ khối hoạt động băng tải 76 Hình 3.10: Sơ đồ khối hoạt động thùng trộn 77 Hình 3.11: Sơ đồ khối hoạt động van xả bê tông 78 Hình 3.12: Biểu tượng phần mềm TIA - Portal V15.1 78 Hình 3.13: Creat new project 79 Hình 3.14: Configure a device 79 Hình 3.15: Add new device 80 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S TRẦN ANH SƠN Hình 3.16: Một project tạo 80 Hình 3.17: Cài đặt thơng số mặc định PLC 81 Hình 3.18: Kết nối thêm SCADA 82 Hình 3.19: Thêm module truyền thơng để kết nối SCADA với PLC S7-1200 82 Hình 3.20: Giao diện thiết kế hình SACDA 83 Hình 3.21: Trạm trộn bê tông thiết kế mô 84 Hình 4.1: Vật liệu từ thùng chứa xả xuống cân 110 Hình 4.2: Vật liệu chuyển đến cối trộn 111 Hình 4.3: Quá trình cối trộn hoạt động 111 Hình 4.4: Thơng báo kết thúc trình trộn 112 Hình 4.5: Màn hình wincc chế độ manual 112 Hình 4.6: Quá trình cân đá với cát 113 Hình 4.7: Cân nước xi măng 114 Hình 4.8: Xả vật liệu xuống buồng trộn 114 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S TRẦN ANH SƠN DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Phân loại bê tông theo khối lượng thể tích 10 Bảng 1.2: Thành phần tỉ lệ cốt liệu theo mác bê tông 13 Bảng 1.3: Thời gian cho phép vận chuyển bê tông theo mức nhiệt độ 15 Bảng 1.4: Cấp cát đá theo hai kiểu cấp liệu 18 Bảng 1.5: Cấp xi măng theo hai kiểu cấp liệu 19 Bảng 1.6: Các phương pháp định lượng 20 Bảng 2.1: Bảng địa sơ đồ đấu dây 66 Bảng 3.1: Bảng địa tín hiệu từ loadcell 84 Bảng 3.2: Bảng địa tín hiệu input 85 Bảng 3.3: Bảng địa tín hiệu output 86 Bảng 3.4: Bảng địa biến phụ 87 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S TRẦN ANH SƠN LỜI MỞ ĐẦU Ngành Cơ Điện Tử ngành quan trọng mang tính định cho phát triển quốc gia Từ thiết bị thô sơ lạc hậu ngày đầu, đến ngành Cơ Điện Tử Việt Nam có bước tiến, bước phát triển vượt bậc với hệ thống sở hạ tầng, công nghệ đại Cơ Điện Tử xem huyết mạch kinh tế, phát triển Cơ Điện Tử tiền đề cho ngành kinh tế khác phát triển Ngày nay, hệ thống điều khiển, giám sát tự động khơng cịn q xa lạ Được đời từ sớm nhằm đáp ứng nhu cầu thiết yếu sống người Vì vậy, điều khiển tự động trở thành ngành khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu ứng dụng tự động hóa vào thực tiễn lao động sản xuất người Đặc biệt lĩnh vực xây dựng, việc ứng dụng PLC q trình sản xuất bê tơng trạm trộn bê tông xi măng thực mang lại hiệu kinh tế lớn cho trình sản xuất Vì thế, nhằm tạo điều kiện tốt để tiếp xúc, làm quen với thiết bị tự động vận dụng kiến thức học vào thực tế Nhóm chọn đề tài: “ Nghiên cứu, thiết kế hệ thống SCADA giám sát trạm trộn bê tông ứng dụng PLC S7 1200” Trong q trình thực đề tài, ngồi cố gắng tìm hiểu học hỏi cịn nhận hướng dẫn tận tình từ thầy Trần Anh Sơn Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy Do khả hạn chế, kinh nghiệm thực tế cịn nên có sai sót khơng thể tránh, nhóm em mong nhận dẫn từ thầy Nhóm em xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực đề tài: Hồng Đức Mạnh Nguyễn Ngọc Thành Lê Đình Mạo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S TRẦN ANH SƠN Chương trình xuất đầu Output (FC4) 102 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S TRẦN ANH SƠN 103 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S TRẦN ANH SƠN 104 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S TRẦN ANH SƠN 105 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S TRẦN ANH SƠN Chương trình mơ (FC5) 106 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S TRẦN ANH SƠN 107 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S TRẦN ANH SƠN 108 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S TRẦN ANH SƠN CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết đạt Đồ án nhóm hồn thành với tiến độ đề ra, đáp ứng yêu cầu đặt nhiệm vụ thiết kế Trong trình nghiên cứu làm đồ án, nhóm đạt số kết quả: - Hiểu nguyên lý hoạt động trạm trộn bê tông xi măng Cách vận hành, giám sát điều khiển hệ thống trạm trộn - Nắm kiến thức PLC S7 – 1200 Một số module mở rộng S7 – 1200 - Biết sử dụng phần mềm TIA – Portal v15.1 để viết chương trình cho PLC, thiết kế giao diện, điều khiển giám sát hệ thống tự động - Hiểu nguyên lý hoạt động, cách kết nối thiết bị hệ thống tự động như: loadcell, cảm biến… 4.1.1 Chạy chế độ auto - Khởi chạy PLC ảo 109 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S TRẦN ANH SƠN - Màn hình wincc chạy chế độ auto - Các van xả kích hoạt, xả vật liệu xuống cân Hình 4.1: Vật liệu từ thùng chứa xả xuống cân Cân xong nguyên vật liệu xả vào băng tải vận chuyển đến bồn trộn 110 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S TRẦN ANH SƠN Hình 4.2: Vật liệu chuyển đến cối trộn Buồng trộn hoạt động Hình 4.3: Quá trình cối trộn hoạt động Sau trộn xong xuất thơng báo hình HMI 111 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S TRẦN ANH SƠN Hình 4.4: Thơng báo kết thúc trình trộn 4.1.2 Chế độ manual Tại thiết bị có Switch, nhấn chọn bật tắt thiết bị cần điều khiển tay (On: Bật, Off: tắt) - Màn hình wincc chế độ manual Hình 4.5: Màn hình wincc chế độ manual 112 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S TRẦN ANH SƠN Hình 4.6: Quá trình cân đá với cát 113 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S TRẦN ANH SƠN Hình 4.7: Cân nước xi măng Hình 4.8: Xả vật liệu xuống buồng trộn 114 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S TRẦN ANH SƠN 4.2 Điểm hạn chế - Do điều kiện khách quan, đồ án nhóm khơng xây dựng mơ hình thực tế mà thực mô phần mềm - Do chưa có kinh nghiệm nên vài chỗ cịn chưa tối ưu, thiếu tính khách quan 4.3 Hướng phát triển Với đầy đủ phần cứng thiết bị phụ trợ, nhóm xây dựng mơ hình thực tế, thể tính khách quan đề tài Giải vấn đề sai số mặt định lượng đo lường để áp dụng đề tài vào thực tế sản xuất Xây dựng sở liệu hồn chỉnh đầy đủ thơng số để quản lý trực tiếp dễ dàng máy tính Thực xây dựng chương trình kết nối với máy in để in hóa đơn thơng tin mẻ trộn sau hoàn thành mẻ trộn 115 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S TRẦN ANH SƠN TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Văn Hiếu, Thiết kế hệ thống HMI/SCADA với TIA Portal, NXB Khoa học kỹ thuật, 2019 [2] Lê Ngọc Duy, Giáo trình Cảm biến Hệ thống đo, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2019 [3] Nguyễn Tuấn Linh, Giáo trình chi tiết máy, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam, 2014 [4] Nguyễn Thanh Hà, Giáo trình ứng dụng PLC vào thiết kế hình giám sát HMI, Nhà xuất Thống kê, 2020 [5] PGS TS Ngô Văn Thuyên, KS Phạm Quang Huy, Lập Trình Với PLC S7 1200 & S7 1500, NXB Thanh Niên, 2019 [6] S Gulpanich, V Krongratana, A Srimuang, V Tipsuwanporn and N Wongvanich, "PLC-based industrial temperature controller with different response times," 2017 17th International Conference on Control, Automation and Systems (ICCAS), 2017, pp 522-527 [7] W Alsabbagh and P Langendöerfer, "A New Injection Threat on S7-1500 PLCs - Disrupting the Physical Process Offline," in IEEE Open Journal of the Industrial Electronics Society, vol 3, pp 146-162, 2022 [8] Gonzalo Carrasco Velilla: Creción de un ga de para la autoaprendizaje formación en simulación de puesta en marcha virtual de instalaciones industriales, 2021 116 ... vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu vấn đề: -Nghiên cứu trạm trộn bê tông, PLC S7-1200, SCADA -Thiết kế hệ thống điều khiển trạm trộn bê tông -Xây dựng mơ hình mơ hệ thống điều khiển trạm trộn bê. .. máy trộn bê tông nước thay máy trộn bê tông ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S TRẦN ANH SƠN điện Việc sử dụng nguồn điện vận hành máy trộn bê tông bước ngoặt lớn lĩnh vực trộn bê tông Trạm trộn bê tông: ... cải tiến máy trộn bê tông, trạm trộn bê tông đời Chỉ cách vài chục năm, nhu cầu sử dụng bê tông ngày lớn cơng trình Người ta nghiên cứu thiết kế nên trạm trộn bê tơng với dung tích trộn lớn gấp