Thiết kế hệ thống điều khiển cho nhà máy kính

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ điều khiển cho máy kéo kính TRẦN VĂN NAM Nam tv166495sis hust edu vn Ngành Cử nhân Điều khiển và Tự động hóa Chuyên ngành Kỹ thuật đo và Tin học cộng nghiệp Giảng viên hướng dẫn THS Nguyễn Tuấn Ninh Chữ ký của GVHD Bộ môn Kỹ Thuật Đo và Tin Học Công Nghiệp Viện Điện HÀ NỘI, 012021 Giáo viên hướng dẫn Ký và ghi rõ họ tên CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập Tự do Hạnh phúc Mẫu 2 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ điều khiển cho máy kéo kính TRẦN VĂN NAM Nam.tv166495@sis.hust.edu.vn Ngành Cử nhân Điều khiển Tự động hóa Chuyên ngành: Kỹ thuật đo Tin học cộng nghiệp Giảng viên hướng dẫn: THS Nguyễn Tuấn Ninh Bộ môn: Viện: Kỹ Thuật Đo Tin Học Công Nghiệp Điện HÀ NỘI, 01/2021 Chữ ký GVHD Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Mẫu BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập - Tự - Hạnh phúc *** - NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ tên: Trần Văn Nam Khóa: K61 Viện: Điện Ngành: Kỹ thuật đo tin học công nghiệp Mã số sinh viên: 20166495 Đầu đề thiết kế/Tên đề tài THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY KÉO KÍNH Các số liệu ban đầu  Đường kính trục cán trục cán 2: 23cm  Đường kính lăn: 10,6cm  Motor giảm tốc 3kw pha 380V, tỉ số truyền 1/200, tốc độ 1440 vòng/phút,  tốc độ đầu vòng/phút Tần số 50 Hz Motor giảm tốc 2.2kw pha 380V, tỉ số truyền 1/100, tốc độ 1500 vòng/phút, tốc độ đầu 15 vịng/phút Tần số 50 Hz Các nội dung tính toán, thiết kế (Trường hợp đề tài nhiều sinh viên thực hiện, cần phân công nhiệm vụ cụ thể cho sinh viên)  Tính tốn thiết kế hệ thống điều khiển cho máy kéo kính sử dụng PLC S71200  Hiển thị tổng quan q trình cán kính hình điều khiển  Giao diện hiển thị giá trị đặt, giá trị thực tế tốc độ trục, điều khiển trực tiếp hình Cán hướng dẫn (Trường hợp nhiều giảng viên hướng dẫn, cần ghi rõ phần hướng dẫn giảng viên) ThS Nguyễn Tuấn Ninh Ngày giao nhiệm vụ thiết kế 5/10/2020 Ngày hoàn thành nhiệm vụ 15/1/2021 Ngày tháng năm CHỦ NHIỆM BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký, ghi rõ họ tên) Lời cảm ơn Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS Nguyễn Tuấn Ninh, giảng viên Bộ môn Kỹ thuật đo Tin học công nghiệp - người tận tình hướng dẫn, bảo em suốt trình làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội dạy dỗ cho em kiến thức môn đại cương mơn chun ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt trình học tập hồn thành đồ án tốt nghiệp Tóm tắt nội dung đồ án Trong q trình cán kính, ngồi việc đảm bảo suất, yêu cầu trục cần phải điều khiển theo yêu cầu để đảm bảo chất lượng kính mong muốn Nội dung thiết kế đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ điều khiển máy kéo kính, với hình giám sát điều khiển trục cán q trình cán kính liên tục, điều khiển trục chạy theo giá trị mong muốn Phương pháp thực hiện: - PLC làm trung tâm, nhận tín hiệu phản hồi, xử lý thuật tốn đưa tín hiệu điều khiển PLC kết nối với máy tính, điều chỉnh thơng số thơng qua máy tính - Sử dụng biến tần để điều khiển động cơ, kết nối với PLC để điều khiển tốc độ động Tín hiệu tốc độ phản hồi PLC để theo dõi thông số Phần mềm sử dụng: sử dụng điều khiển S7-1200 phần mềm chuyên dụng kèm Tia Portal V14 sp1, phần mềm có tích hợp lập trình điều khiển giao diện giám sát Qua trình làm đồ án, giúp em cải thiện kĩ lập kế hoạch, phương án điều khiển để đáp ứng yêu cầu giao nhiệm vụ thiết kế hệ thống tương lai Sinh viên thực Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN QUY TRÌNH SẢN XUẤT KÍNH VÀ XÁC ĐỊNH ĐIỂM ĐIỀU KHIỂN .1 1.1 Tổng quan kính 1.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất kính 1.3 1.2.1 Chuẩn bị nguyên liệu 1.2.2 Trộn liệu 1.2.3 Nung chảy thủy tinh 1.2.4 Cán kính 10 1.2.5 Ủ kính .11 1.2.6 Cắt kính 12 Khảo sát hệ thống máy kéo kính 12 1.3.1 Tỉ số truyền động động với trục 15 1.3.2 Yều cầu điều khiển máy kéo kính 15 1.4 Các điểm cần đo lường, điều khiển giám sát hệ thống máy kéo kính 17 CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG .19 2.1 Phương án điều khiển 19 2.3 Bộ điều khiển trung tâm - PLC 20 2.4 2.3.1 SIMATIC S7-1200, Digital I/O SM 1223 .23 2.3.2 SIMATIC S7-1200 ngõ vào tương tự (AI) SM 1231 24 2.3.3 Module truyền thông CB 1241 RS485 25 Bộ điều khiển động – Biến Tần 25 2.4.1 Chọn cộng suất biến tần 26 2.4.2 Kết nối biến tần với PLC 29 2.4.3 Cài đặt thông số giao tiếp cho biến tần 29 2.4.4 Cài đặt tham số biến tần để giao tiếp thông qua Modbus .30 2.5 Lựa chọn Aptomat 35 2.6 Cảm biến áp suất 37 2.7 Sơ đồ hệ thống .38 CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN MỀM 39 3.1 Yêu cầu phần mềm 39 3.2 Lưu đồ thuật toán chế độ vận hành 39 3.3 Lưu đồ thuật toán chế độ Auto 40 3.4 Lưu đồ thuật toán chế độ Manual 41 3.5 Tổng quan phần mềm lập trình 42 3.6 Thiết kế giao diện giám sát 45 CHƯƠNG KẾT LUẬN .49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 PHỤ LỤC 51 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Kính dán an tồn nhiều lớp Hình 1.2 Kính cách âm, cách nhiệt Hình 1.3 Kính phản quang Hình 1.4 Kính Low-e Hình 1.5 kính làm cửa Hình 1.6 Kính làm vách ngăn Hình 1.7 Kính làm tường bao, kết cấu bao che Hình 1.8 Kính làm mái Hình 1.9 Kính làm sàn Hình 1.10 Kính làm cầu thang .7 Hình 1.11 Kính làm mặt bàn .8 Hình 1.12 Kính làm giá đỡ Hình 1.13 Kính ốp bếp Hình 1.14 Quy trình cơng nghệ sản xuất kính .9 Hình 1.15 Phương pháp cán gián đoạn 11 Hình 1.16 Phương pháp cán liên tục 11 Hình 1.17 Quy trình cán kính liên tục .13 Hình 1.18 Mơ hình bể cấp nước làm mát cho trục cán 14 Hình 1.19 Vị trí nút nhấn, đèn báo tủ điều khiển .15 Hình11.20 Nút nhấn tủ - Ảnh phóng to 16 Hình 1.21 Đèn báo chế độ hoạt động nút nhấn điều khiển .16 Hình 1.22 Nút tăng giảm tốc độ đèn báo trạng thái ON/OFF trục 17 Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống 19 Hình 2.2 PLC S7-1200 21 Hình 2.3 [1]Module S7-1200 SM 1223 .23 Hình 2.4 Module S7-1200 SM 1231 24 Hình 2.5 Sơ đồ chân CB 1241 RS485 .25 Hình 2.6 Biến tần ABB ACS 550 27 Hình 2.7 IO board biến tần 27 Hình 2.8 Sơ đồ kết nối biến tần với PLC 29 Hình 2.9 Chuẩn truyền thơng RS 232 .31 Hình 2.10 Chuẩn RS 485 32 Hình 2.11 Sự chênh lệch áp A B theo logic 32 Hình 2.12 Cấu trúc tin Modbus RTU .34 Hình 2.13 MCCB 35 Hình 2.14 Mạch động lực 36 Hình 2.15 Cảm biến áp suất 37 Hình 2.16 Sơ đồ chân cảm biến áp suất .37 Hình 2.17 Sơ đồ đấu nối cảm biến áp suất với PLC 37 Hình 2.18 Sơ đồ hệ thống 38 Hình 3.1 Lưu đồ thuật toán chế độ vận hành .39 Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán chế độ auto 40 Hình 3.3 Lưu đồ thuật tốn chế độ Manual .41 Hình 3.4 Giao diện TIA portal 42 Hình 3.5 Tạo project 42 Hình 3.6 Basic Instructions (Các lệnh bản): 43 Hình 3.7 Extended Instructions (Các lệnh mở rộng) 43 Hình 3.8 Technology Instructions (Các lệnh cơng nghệ) 44 Hình 3.9 Communication Instructions (Các lệnh truyền thông) 44 Hình 3.10 Thêm wincc .46 Hình 3.11 Giao diện Wincc .47 Hình 3.12 Màn hình điều khiển, giám sát máy kéo kính 48 CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN MỀM 3.1 Yêu cầu phần mềm - Thông qua giao diện giám sát, người điều khiển theo dõi tốc độ trục Upper-roller, Lower-roller Flowoff-line Cũng trạng thái hoạt động chúng Đặt giá trị trục, giá trị setpoint đặt chung cho trục - Tại chế độ auto : Giá trị setpoint (giá trị đặt chung) Qua hệ thống điều khiển, vận tốc trục đạt đến giá trị đặt Khi chạy, trục chạy, dừng dừng ( Cùng trạng thái ON/OFF ) - Chế độ manual : đặt giá trị setpoint cho trục Điều khiển chế độ hoạt động chạy/dừng trục nút nhấn, chạy, vận tốc trục đạt đến giá trị đặt 3.2 Lưu đồ thuật tốn chế độ vận hành Begin Giá trị đặt chung cho trục: Setpoint Đặt giá trị cho trục 1: Setpoint Đặt giá trị cho trục 2: Setpoint Đặt giá trị cho trục 3: Setpoint Auto Man AUTO/MAN Chế độ auto Chế độ manual Hình 3.40 Lưu đồ thuật toán chế độ vận hành Giải thích thuật tốn: Cài đặt giá trị vận hành, hệ chạy theo chế độ auto manual 3.3 Lưu đồ thuật toán chế độ Auto Auto N ON Y OFF Y End N Setpoint Tốc độ motor Tốc độ motor Tốc độ motor Gửi xuống biến tần Gửi xuống biến tần Gửi xuống biến tần Hình 3.41 Lưu đồ thuật tốn chế độ auto - Giải thích thuật tốn chế độ auto : Nhấn ON, từ giá trị setpoint thông qua tính tốn tốc độ cần motor 1, motor motor Tốc độ motor gửi xuống biến tần 1, tốc độ motor gửi xuống biến tần tốc độ motor gửi xuống biến tần Chương trình lặp lại nhấn OFF 3.4 Lưu đồ thuật toán chế độ Manual Manual N N N ON1 ON2 ON3 Y Y Y OFF1 N Y OFF2 N Y OFF3 Y N Setpoint Setpoint Setpoint Tốc độ motor Tốc độ motor Tốc độ motor Gửi xuống biến tần Gửi xuống biến tần Gửi xuống biến tần Hình Lưu đồ thuật tốn chế độ Manual Giải thích lưu đồ thuật tốn chế độ manual : - Nhấn ON1, từ giá trị setpoint1 thơng qua tính tốn tốc độ cần motor Dữ liệu gửi xuống biến tần Động dừng nhấn OFF1 - Nhấn ON2, từ giá trị setpoint2 thông qua tính tốn tốc độ cần motor Dữ liệu gửi xuống biến tần Động dừng nhấn OFF2 - Nhấn ON3, từ giá trị setpoint3 thơng qua tính tốn tốc độ cần motor Dữ liệu gửi xuống biến tần để Động dừng nhấn OFF3 3.5 Tổng quan phần mềm lập trình Phần mềm Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal) phát triển lần đầu vào năm 1996 kỹ sư hãng Siemens Đây đột phá lớn tích hợp tất công cụ vào phần mềm Từ thiết kế, thử nghiệm, vận hành trì nâng cấp hệ thống tự động hóa, phần mềm TIA giúp tiết kiệm thời gian, chi phí cơng sức cho kỹ sư Với phần mềm này, ta cấu hình, lập trình, thử nghiệm chẩn đoán tất điều khiển PLC module, HMI sẵn có Siemens cách dễ dàng Hình 3.42 Giao diện TIA portal Hình 3.43 Tạo project Một ưu điểm việc lập trình PLC sử dụng Siemen S7-1200 phần mềm lập trình thông minh hỗ trợ người dùng tối đa Khác với nhiều dòng PLC khác, câu lệnh nằm tài liệu, ngời dùng phải tìm đọc nhớ tên/cú pháp lệnh, câu lệnh lập trình Tia Portal nằm thư viện có sẵn, nguời dùng cần lấy để sử dụng Thư viện lệnh mặc định nằm bên phải cửa sổ lập trình Trong có tập lệnh :  Basic Instructions (Các lệnh bản): Đây nhóm lệnh lại dùng nhiều nhất, bạn tìm thấy lệnh Logic, Counter, Timer, Move, Xử lý liệu nằm tập lệnh Hình 3.44 Basic Instructions (Các lệnh bản):  Extended Instructions (Các lệnh mở rộng): Chứa lệnh chuyên sâu hơn, nhiên dùng phạm vi ứng dụng khơng rộng Có thể kể đến lệnh ngắt, tạo xung, xử lý ký tự, chuỗi, Hình 3.45 Extended Instructions (Các lệnh mở rộng)  Technology Instructions (Các lệnh công nghệ): Đây nhóm lệnh phục vụ cho tác vụ phổ biến, hỗ trợ cực mạnh cho người dùng (điểm mạnh nhiều dòng PLC khác) Bao gồm lệnh Bộ đếm tốc độ cao, PID điều khiển vị trí Hình 3.46 Technology Instructions (Các lệnh công nghệ)  Cuối Communication Instructions (Các lệnh truyền thông): Chứa lệnh xử lý truyền thông PLC, kể đến Modbus, USS, S7 Communication hay Web Server Hình 3.47 Communication Instructions (Các lệnh truyền thông) 3.6 Thiết kế giao diện giám sát Em sử dụng Wincc tích hợp sẵn phần mềm TIA portal WinCC (Windows Control Center) phần mềm hãng Siemens dùng để giám sát, điều khiển thu thập liệu trình sản xuất Nói rỏ hơn, WinCC chương trình dùng để thiết kế giao diện Người Máy – HMI (Human Machine Interface) hệ thống Scada (Supervisory Control And Data Acquisition), với chức thu thập số liệu, giám sát điều khiển trình sản xuất Với WinCC, người dùng trao đổi liệu với PLC nhiều hãng khác như: Siemens, Mitsubishi, Allen braddly, Omron… Với WinCC, ta tận dụng nhiều giải pháp khác cho để giải công việc, từ thiết kế cho hệ thống có quy mơ nhỏ đến quy mô lớn, hệ thống thực sản xuất – MES (Manufacturing Excution System) WinCC mơ hình ảnh kiện xảy trình điều khiển dạng chuổi kiện Để đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày phát triển, WinCC cung cấp nhiều hàm chức cho mục đích hiển thị, thông báo, ghi báo cáo, xử lý thông tin đo lường, tham số công thức chương trình thiết kế giao diện Người Máy – HMI tin dùng Cách thêm thiết bị để thiết kế giao diện Add new device => PC systems => SIMATIC HMI application chọn Wincc muốn sử dụng Trong đồ án em sử dụng Wincc RT Professonal để hỗ trợ đầy đủ Hình 3.48 Thêm wincc Hình 3.49 Giao diện Wincc Hình 3.50 Màn hình điều khiển, giám sát máy kéo kính CHƯƠNG KẾT LUẬN Trong thời gian làm đồ án, huớng dẫn tận tình thầy Nguyễn Tuấn Ninh với giúp đỡ bạn Lab ABB center, em hoàn thành nhiệm vụ tốt nghiệp “Thiết kế hệ điều khiển máy kéo kính “ Trong q trình thực đồ án, em thu kết sau :  Nắm cơng đoạn cán kính với quy trình sản xuất kính  Cải thiện kĩ phân tích dự án Từ số liệu, thiết bị cung cấp, với q trình tính tốn để đánh giá mức độ dự án mà đề phương án giải  Tìm hiểu nguyên lý hoạt động cách lựa chọn thiết bị điện phù hợp với yều cầu Trên sở xây dựng mơ hình hệ thống với trang thiết bị cần thiết như: điều khiển PLC S7-1200, động không đồng ba pha, biến tần,  Cải thiện kĩ xây dựng thuật tốn, lập trình chương trình điều khiển cho PLC thiết kế giao diện điều khiển, giám sát wincc  Giao tiếp truyền thông PLC S7-1200 với biến tần qua mạng truyền thông Modbus RTU Những vấn đề tồn Đồ án thực sở lý thuyết, thiết kế, tính tốn khó tranh khỏi sai số tiến hành thực tế Với điều kiện thời gian kinh nghiệm cịn hạn chế nên đồ khơng thể tránh thiếu sót Em mong nhận bảo, đóng góp ý kiến q thầy để em có điều kiện bổ sung, nâng cao kiến thức mình, phục vụ tốt công tác thực tế sau Em xin chân thành cảm ơn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] "Siemens AG, S7-1200 Programmable controller system manual, 2012.," [Online] [2] https://new.abb.com/low-voltage/products/wire-cable-management/pdfdownloads [Online] PHỤ LỤC Chọn chế độ hoạt động Auto hay Manual Tăng giá trị setpoint nút up Tăng giá trị setpoint1 nút up1 Tăng setpoint2 nút nhấn up2 Tăng setpoint3 nút nhấn up Giảm giá trị setpoint nút down, giảm giá trị setpoint1 nút down1 ... trình cán kính, ngồi việc đảm bảo suất, yêu cầu trục cần phải điều khiển theo yêu cầu để đảm bảo chất lượng kính mong muốn Nội dung thiết kế đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ điều khiển máy kéo kính, ... nội dung tính toán, thiết kế (Trường hợp đề tài nhiều sinh viên thực hiện, cần phân công nhiệm vụ cụ thể cho sinh viên)  Tính tốn thiết kế hệ thống điều khiển cho máy kéo kính sử dụng PLC S71200... VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ tên: Trần Văn Nam Khóa: K61 Viện: Điện Ngành: Kỹ thuật đo tin học công nghiệp Mã số sinh viên: 20166495 Đầu đề thiết kế/ Tên đề tài THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY KÉO KÍNH