ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 4 I Đặt vấn đề 4 II Mục đích nghiên cứu 4 III Giới hạn đề tài 5 IV Hướng thực hiền đề tài 5 CHƯƠNG 2 6 CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG 6 I CPU 224 AC DC Relay của PLC siemens S7 200 6 1 Khái niệm 6 2 Giới thiệu phần cứng của S7 200 6 3 Ngôn ngữ lập trình của S7–200 12 4 Một số lệnh cơ bản dùng trong S7 200 17 II Cầu Dao Điện 27 III Relay trung gian 27 IV Valve solenoid 28 V Bộ nguồn 24 VDC 29 VI Động cơ trộn 29 VII.
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỤC LỤC NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Vinh, ngày tháng năm 201 Giảng viên hướng dẫn Nguyễn Anh Tuấn GVHD: Nguyễn Anh Tuấn SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LỜI MỞ ĐẦU Đất nước ta trình phát triển với kinh tế giới Điều địi hỏi xí nghiệp khơng ngừng nâng cao sản xuất lao động, hạ giá thành sản phẩm để cạnh tranh có chỗ đứng thị trường Để làm điều nhà máy xí nghiệp ngồi việc cải cách lại cấu việc đổi dây chuyền cần thiết Vì tự động hóa áp dụng hầu hết dây chuyền sản xuất nhà máy xí nghiệp Với kiến thức sau ba năm học trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh chuyên ngành Tự Động Hóa, em phân cơng làm đồ án thiết kế điều khiển tự động Nhờ nhiệt tình giúp đỡ bảo cô giáo Nguyễn Anh Tuấnvà thầy mơn Tự Động Hóa, em hoàn thành đồ án Đồ án gồm chương: Chương 1: Tổng quan đề tài Chương 2: Các thiết bị sử dụng hệ thống Chương 3: Lưu đồ thuật tốn lập trình PLC Đồ án em hoàn thành với đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển trộn sơn tự động Em xin chân thành cảm ơn! GVHD: Nguyễn Anh Tuấn SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI I Đặt vấn đề: Hiện nay, đất nước ta bước vào thời kỳ cơng nghiệp hố, đại hóa, để q trình phát triển nhanh cần tập trung đầu tư vào dây chuyền sản xuất tự động hóa, nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất, nâng cao suất lao động cho sản phẩm có chất lượng cao Một phương án đầu tư vào tự động hoá việc ứng dụng PLC vào dây chuy ền sản xuất Đối với tính tiện ích hệ thống PLC nên điều khiển sử dung nhiều lĩnh vực khác Một ngành phát triển mạnh mẽ ngành xây dựng, việc ứng dụng PLC vào ngành xây dựng việc làm đem lại hiệu cao phù hợp, đặc biệt cơng đoạn pha chế sơn II Mục đích nghiên cứu: Sơn nguyên vật liệu chủ yếu ngành xây dựng, chủ yếu sơn phủ bề mặt nhằm bảo vệ bề mặt đối tượng sử dụng đồng thời hình thức trang trí thẩm mỹ,chính màu sắc sơn yếu tố quan tâm hàng.Đa số việc pha màu thị trường thực phương pháp thủ cơng (tức theo kinh nghiệm) Chính độ xác khơng cao, sản phẩm sản xuất đơi không theo mong muốn, tỷ lệ phế phẩm nhiều, suất thấp, lãng phí sức lao động, thời gian,… Để loại bỏ nhược điểm Cũng để tạo sản phẩm theo mong muốn, thao tác đơn giản, đưa điểu khiển lập trình PLC vào để thực cụ thể dây chuyền sản xuất tự động: “Hệ Thống Trộn Sơn Tự Động” Mơ hình sử dụng hệ thống trộn bêtông số lĩnh vực khác pha chế hoá chất, thực phẩm,… GVHD: Nguyễn Anh Tuấn SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN III Giới hạn đề tài: Từ yêu cầu Luận văn tốt nghiệp, khả kiến thức thời gian không cho phép nên em thực công việc sau: - Tìm hiểu mơ hình Pha màu thực tế Tìm hiểu nghiên cứu PLC S7 – 200 Viết chương trình Chạy chương trình PLC (CPU 224) IV Hướng thực hiền đề tài: - Nghiên cứu mơ hình máy Pha màu từ bồn chứa vật liệu (các - màu thành phần để tổng hợp nên màu bản) Ấn định sản xuất số màu (cam,rêu,nho) từ màu - (xanh,đỏ,vàng) Ấn định sản xuất khối lượng người sử dụng nhập từ giao diện Sử dụng giao diện để người sử dụng lựa chọn sản phẩm, khối lượng tỷ - lệ theo thành phần màu để có màu theo mong muốn Sử dụng timer để tính thời gian trộn xả sản phẩm Thơng qua PLC để tác động đóng mở van cấp nguyên vật liệu, máy - bơm điều khiển động khuấy trộn Lập trình điều khiển PLC CHƯƠNG CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG I CPU 224 AC-DC-Relay PLC siemens S7-200: Khái niệm: PLC (Programmable Logic Control) thiết bi lập trình thiết kế chuyên dùng công nghiệp để điều khiển tiến trình xử lí từ đơn giản đến phức tạp, tuỳ thuộc vào người điều khiển mà thực loạt GVHD: Nguyễn Anh Tuấn SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN chương trình kiện kích hoạt tác nhân kích thích (hay cịn gọi ngõ vào) tác động vào PLC qua định thời (Timer) hay kiện đếm qua đếm Khi kiện kích hoạ s4 bật ON, OFF phát chuỗi xung thiết bị bên gắn vào ngõ PLC Như t thay đổi chương trình cài đặt PLC ta thực chức khác môi trừơng điều khiển khác Hiện PLC nhiều hãng khác nhan sản xuất như: Siemens, Omron, Mitsubishi, Pesto, Alan Bradley, Shneider Hitachi, … Mặt khác PLC bổ cung thêm thiết bị mở rộng khác như: cổng mở rộng AI (Analog Input), DI (Digital Input), thiết bị thị, vào Giới thiệu phần cứng S7-200 2.1 Đặc điểm chung - S7-200 PLC cỡ nhỏ công ty Siemens - Cấu trúc S7-200 gồm CPU modul mở rộng cho nhiều ứng dụng khác Hình 1.1 hình dạng thực tế PLC S7-200 Với dịng PLC S7 - 200, SIEMEN có họ CPU sau: + Họ 21x: 212, 214, 216, 218 Với họ CPU có nhiều nhược điểm khơng phù hợp với hệ thống điều khiển đại nên sử dụng + Họ 22x: 222, 224, 226, 228 Đây dòng CPU sử dụng nhiều tốc độ xử lý cao, kết cấu linh hoạt, hỗ trợ truyền thông mạnh, có cấp bảo vệ chịu mơi trường cơng nghiệp rung, bụi, nhiễu từ trường… GVHD: Nguyễn Anh Tuấn SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 2.2 Đặc điểm thông số số loại CPU S7-200 Hình 1.2 Đặc điểm thơng số số loại CPU S7-200 • Đặc điểm ngõ vào: - Mức logic 1: 24VDC/4mA Mức logic 0: đến 5VDC/1mA Đáp ứng thời gian: 0.2ms Cách ly quang: 500VAC Địa ngõ vào: Ix.x GVHD: Nguyễn Anh Tuấn SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Hình 1.3 điện áp ngõ vào PLC S7-200 • Đặc điểm ngõ ra: - Ngõ Relay Transistor Sourcing - Điện áp tác động: 24-28VDC/2A 250VAC/8A(ngõ Relay) - Chịu dòng tải 7A - Điện trở cách ly nhỏ 100Mohm - Điện trở công tắc 200mOhm - Thời gian chuyển mạch tối đa 10ms - Địa ngõ ra: Qx.x - Khơng có chế độ bảo vệ ngắn mạch GVHD: Nguyễn Anh Tuấn SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Hình 1.4 Đặc điểm ngõ PLC S7-200 • Ghép nối PLC máy tính: sử dụng cáp PC/PPI để chuyển đổi RS232 RS485 Hình 5: Ghép nối PLC máy tính GVHD: Nguyễn Anh Tuấn SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN • Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị chấp hành: Hình 1.6 sơ đồ kết nối thực tế • Modul mở rộng ngõ vào/ra: Có thể mở rộng ngõ vào/ra PLC cách ghép nối thêm vào modul mở rộng phía bên phải CPU (CPU 224 nhiều modul), làm thành móc xích, bao gồm modul có kiểu Các modul mở rộng số hay rời rạc chiếm chỗ đệm, tương ứng với số đầu vào/ra modul Hình 7: Modul mở rộng cùa CPU 224 GVHD: Nguyễn Anh Tuấn SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 2.3 Nguyên lý hoạt động PLC Hình 1.8: Chu kì quét PLC 2.4 Cấu trúc nhớ Bộ nhớ S7 – 200 chia thành vùng : Hình 1.9: Cấu trúc nhớ GVHD: Nguyễn Anh Tuấn 10 SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Cam Tỷ Lệ(%) 45 50 Rêu 30 10 60 Nho 20 70 10 Trước chuẩn bị pha màu cần xem kỹ màu mẫu mà đối chiếu để tăng giảm màu thứ màu cho đạt tiêu chuẩn.các màu pha lẫn phải khuấy thật với cho màu sơn tan hoàn toàn.pha chế màu sơn phải theo công thức tỷ lệ phần trăm bảng hướng dẫn.Tuy nhiên cần phải linh hoạt tăng giảm để đạt màu sắc thích hợp đẹp mắt,vì thùng sơn màu thùng sơn đặc màu sắc đậm thùng sơn lỗng Khi pha chế màu sơn cần ý không pha lẫn màu sơn gốc dầu với sơn gốc nhựa tổng hợp,vì thành phần hóa học hai loại sơn khác Trong pha chế màu sơn gặp trường hợp sơn đặc không đủ độ nhớt theo tiêu chuẩn cần pha dung mơi dầu sơn theo loại sơn để đảm bảo độ nhớt sau pha chế màu sơn Sau pha chế màu xong cần phải xem thử để kiểm tra màu sơn trước đưa vào sơn hàng loạt sản phẩm Cơ sở trình trộn: Khái niệm cơng dụng q trình trộn: Máy trộn dùng để đạt mục đích sau đây: Tạo thành hỗn hợp đồng hai hay nhiều chất rắn lỏng lại với Trong cơng nghiệp hố chất,cơng nghiệp thực phẩm q trình trộn ứng dụng nhiều để tạo sản phẩm đồng II ĐIỀU KHIỂN MÁY TRỘN MÀU SƠN DÙNG PLC S7-200: Quy trình xử lý điều khiển GVHD: Nguyễn Anh Tuấn 31 SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN - Bật công tắc nguồn cho hệ thống hoạt động Chọn tỉ lệ màu cần sản xuất PLC điều khiển cho van chứa nguyên vật liệu lần lược mở theo thứ tự mà sản phẩm khối lượng chọn PLC điều khiển động trộn lần luợt chế độ Sau trộn xong,hệ thống cho sản phẩm mong muốn hệ thống hoạtđộng theo dây chuyền khép kín, đến hệ thống dừng hoạt động bơm nuớc làm bể Ký hiệu chức thiết bị: QUY ĐỊNH NGÕ RA NGÕ VÀO Thiết bị Địa ngồi máy Kí Hiệu Chức I0.0 Nút ấn NutOn Mở nguồn cho hệ thống I0.1 Nút ấn NutOff Cắt nguồn cho hệ thống I0.2 Nút ấn Màu cam Chọn tỉ lệ màu cam I0.3 Nút ấn Màu rêu Chọn tỉ lệ màu rêu I0.4 Nút ấn Màu nho Chọn tỉ lệ màu nho I0.5 Nút ấn Xả nuớc Làm bể trộn sau mổi mẻ trộn Q0.0 Q0.1 Đèn Đèn Q0.2 Van điện Q0.3 Van điện GVHD: Nguyễn Anh Tuấn D_On D_Off Van Van Báo trạng thái hệ thống hoạt động Báo trạng thái hệ thống tắt nguồn Cấp sơn màu vàng Cấp sơn màu đỏ 32 SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Q0.4 Van điện Van_3 Q0.5 Motor Dong co1 Cấp sơn màu xanh Động làm việc chế độ trộn thô Q0.6 Motor Dong co2 Q1.0 Van điện Van Van xả sơn thành phẩm Q1.1 Dong co Dong co3 Động bơm nuớc làm bê trộn Q1.2 Van điện GVHD: Nguyễn Anh Tuấn Van Động làm việc chế độ trộn tinh Van xả nuớc bể trộn 33 SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Mơ hình hệ thống pha màu tự động: Mơ hình hệ thống pha màu tự động hệ thống hoàn toàn tự động điều khiển điều khiển lập trình PLC siemens S7-200 CPU 224 GVHD: Nguyễn Anh Tuấn 34 SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN a Các bồn chứa màu bản: b Các valve xả màu thành phần: c Bồn định lượng: GVHD: Nguyễn Anh Tuấn 35 SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Xác định khối lượng theo tỉ lệ đặt trước cảm biến áp suất điều khiển d Cảm biến áp suất van xả hỗn hợp: Cảm biến áp suất điều khiển trình hoạt động hệ thống valve xả hỗn hợp xuống để trộn e Bồn chứa động trộn hỗn hợp: GVHD: Nguyễn Anh Tuấn 36 SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Bồn chứa hỗn hợp màu động trộn hỗn hợp để có màu chuẩn f Tủ điều khiển hệ thống: GVHD: Nguyễn Anh Tuấn 37 SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN III LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN: Bắt đầu Nhập tỷ lệ sơn Mở sơn vàng vào Mở sơn đỏ vào Tỷ lệ vàng Mở sơn xanh vào S Tỷ lệ đỏ Tỷ lệ xanh S S Đ Đ Đ Trộn thô S 30s Xả sơn Đ Trộn tinh Kết thúc S 70s Đ GVHD: Nguyễn Anh Tuấn 38 SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN IV CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG: GVHD: Nguyễn Anh Tuấn 39 SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GVHD: Nguyễn Anh Tuấn 40 SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GVHD: Nguyễn Anh Tuấn 41 SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN V Viết chương trình cụ thể pha trộn màu cam tỉ lệ (Vàng : 45%; Đỏ : 50%; Xanh : 5%) Hệ thống trộn sơn gồm bể chứa sơn vàng , đỏ , xanh , bể tích 80 lít sơn thành phẩm thùng tích 20 lít 1.Đặt địa vào ĐỊA CHỈ KÝ HIỆU THIẾT BỊ CHỨC NĂNG I0.0 Stop Nút ấn Cắt nguồn cho hệ thống I0.1 Start Nút ấn Mở nguồn cho hệ thống Q0.0 Van Van điện Cấp sơn màu vàng Q0.1 Van Van điện Cấp sơn màu đỏ Q0.2 Van Van điện Cấp sơn màu xanh Q0.5 Motor Đông Động làm việc chế độ trộn thô Q0.6 Motor Động Động làm việc chế độ trộn tinh 2.Viết chương trình GVHD: Nguyễn Anh Tuấn 42 SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GVHD: Nguyễn Anh Tuấn 43 SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN KẾT LUẬN GVHD: Nguyễn Anh Tuấn 44 SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu thực đề tài, với bảo tận tình giáo Nguyễn Anh Tuấn nỗ lực thân, đến em hoàn thành đầy đủ công việc mà đồ án yêu cầu Trong q trình làm đồ án em tích lũy số kiến thức để nâng cao trình độ Tuy nhiên, thời gian có hạn nên đề tài nghiên cứu cịn có số hạn chế định Em mong nhận góp ý xây dựng thầy để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Vinh , tháng năm 201 Sinh viên Bùi Đức Mạnh GVHD: Nguyễn Anh Tuấn 45 SVTH: Bùi Đức Mạnh ... Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Mơ hình hệ thống pha màu tự động: Mơ hình hệ thống pha màu tự động hệ thống hoàn toàn tự động điều khiển điều khiển lập trình PLC siemens S7-200 CPU... ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Bồn chứa hỗn hợp màu động trộn hỗn hợp để có màu chuẩn f Tủ điều khiển hệ thống: GVHD: Nguyễn Anh Tuấn 37 SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN... ĐIỀU KHIỂN MÁY TRỘN MÀU SƠN DÙNG PLC S7-200: Quy trình xử lý điều khiển GVHD: Nguyễn Anh Tuấn 31 SVTH: Bùi Đức Mạnh ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN - Bật công tắc nguồn cho hệ thống hoạt động