GIỚI THIỆU VỀ MODULE ANALOG EM 231 CỦA PLC S7-200

GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG =============================================================== LỜI CẢM ƠN  Qua thời gian làm việc đến luận văn tốt nghiệp hồn thành, đánh giá thành trình dài học tập băng ghế nhà trường Để đạt thành ngồi nỗ lực thân khơng thể khơng nhắc đến tận tình dạy bảo, giúp đỡ q thầy đặc biệt thầy HUỲNH THÁI HỒNG giúp đỡ em từ lúc chọn đề tài đến lúc hoàn thành tốt luận văn Và qua em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè tạo điều kiện vật chất tinh thần suốt thời gian qua Với kiến thức đạt trình học tập trường khơng đủ em tin tảng để tạo nên thành công cho tương lai sau Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn thầy cô trường ĐH Tôn Đức Thắng, khoa Điện-Điện Tử thầy HUỲNH THÁI HỒNG nhiệt tình giúp đỡ để đạt thành ngày hôm Tp Hồ Chí Minh, Ngày 12 tháng 07 năm 2008 Sinh viên thực NGUYỄN HỮU DUY =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY………………………………………………………….1 GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG =============================================================== LỜI MỞ ĐẦU Đất nước ta q trình cơng nghiệp hóa đại hóa Vì ngành tự động hóa chiếm vai trị khơng nhỏ tiến trình phát triển đất nước Ngành tự động hóa hỗ trợ tốt người làm nhiều lĩnh vực từ kinh tế, y tế, giáo dục, quốc phòng đến nhiều lĩnh vực khác hàng không, vũ trụ Trong lĩnh vực cơng nghiệp làm tăng suất, chất lượng sản phẩm với PLC có nhiều khả ứng dụng nhiều ưu điểm bật chiếm vai trị quan trọng q trình điều khiển sản xuất Vì lẽ mà em chọn đề tài “hệ thống chiết rót định lượng dung dịch” làm đề tài luận văn tốt nghiệp, đề tài thiết thực ứng dụng rộng rãi Tuy nhiên thân sinh viên với kiến thức thực tế cịn hạn chế nên có thiếu sót hạn chế điều khơng thể tránh khỏi Vì vậy, mong đón nhận ý kiến đóng góp, bảo thầy cô, anh chị bạn để luận văn hoàn thiện XIN TRÂN THÀNH CẢM ƠN ! =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY………………………………………………………….2 GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG =============================================================== MỤC LỤC PHẦN I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương I: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Ý Tưởng 1.3 Tổng quan mơ hình chiết rót nước đóng nắp chai tự động 1.1.1 Yêu cầu đề tài 1.1.2 Nhiệm vụ LVTN 1.1.3 Sơ lược hệ thống .6 1.4 Sơ lược hệ thống…………………………………………………………………7 Chương II: SƠ LƯỢC CẤU TRÚC VÀ NGHIÊN CỨU HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT PLC 2.1 Giới thiệu sơ lược PLC S7_200: 2.1.1 Thiết bị nhập xuất 2.1.2 Cấu trúc vùng nhớ .9 2.1.3 Nguyên tắc thực chương trình 10 2.2 Cấu trúc chương trình S7-200: 10 2.3 Hoạt động PLC: 11 2.4 Giới thiệu lệnh PLC dùng chương trình: .13 2.4.1 Ngắt xử lý ngắt: 13 2.4.2 So sánh Real .16 2.4.3 Lệnh di chuyển (Move Word) .16 2.4.4 TIMER ON-DELAY (TON): 17 2.4.5 DOUBLE INTEGER to INTEGER 17 2.4.6 ROUND: 18 2.4.7 DOUBLE INTEGER to INTEGER 18 2.4.8 INTEGER to DOUBLE INTEGER: 18 2.4.9 INTEGER to REAL 19 Chương III: GIỚI THIỆU VỀ MODULE ANALOG EM 231 CỦA PLC S7-200 3.1 Đặc tính chung 20 3.2 Đầu vào:………………………………………………………………………….20 Chương IV: GIỚI THIỆU VỀ GIAO THỨC MẠNG MODBUS 4.1 Giao thức mạng Modbus: 24 =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY………………………………………………………….3 GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG =============================================================== 4.2 Cơ chế giao tiếp: 24 4.3 Sử dụng giao thức Modbus: 24 4.4 Những điều cần dùng Modbus: .25 4.5 Địa ModBus S7-200: .25 4.6 Định cấu hình cho bảng biểu tượng: .26 4.6.1 Hướng dẫn sử dụng giao thức ModBus Slave: 27 4.6.2 Lệnh cho giao thức ModBus Slave: 27 Chương V: TÌM HIỂU PHẦN MỀM WINCC 5.1 Giới thiệu phần mềm WinCC: 31 5.1.1 Tổng quan phần mềm WinCC: .31 5.1.2 Cấu trúc WinCC: .31 5.2 Các thành phần dự án WinCC .32 5.3 Các công cụ soạn thảo WinCC 33 5.3.1 Thiết kế đồ họa 33 5.3.2 Hệ thống lưu trữ hiển thị (Tag Logging): 35 5.3.3 Hệ thống cảnh báo (Alarm Logging): 37 5.3.4 Hệ thống báo cáo (Report Designer): .38 5.3.5 Hàm WinCC: 39 5.3.6 Hệ thống thiết lặp chạy mô Graphics RunTime từ thẻ Computer: 40 5.3.7 Cửa sổ chạy mô .40 5.4 Mạng truyền thông WinCC: 41 5.5 Trình tự tạo Project WinCC: 44 5.5.1 Khởi động WinCC: 44 5.5.2 Tạo Project 45 5.5.3 Cài đặt Driver kết nối với PLC 45 5.5.4 Định nghĩa tag sử dụng 45 5.5.5 Tạo giao diện người dùng 46 PHẦN II THI CƠNG MƠ HÌNH I.Tổng quan mơ hình: .47 II.Giới thiệu thiết bị sử dụng cho mơ hình: .47 2.1 PLC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC: 47 2.2.Module analog EM231: 48 2.3.RELAY: 48 =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY………………………………………………………….4 GVHD: TS HUỲNH THÁI HỒNG =============================================================== 2.4.Các cơng tắc, nút nhấn: 48 2.5.Bộ nguồn: 48 2.6.Động cơ: 48 2.7.Cảm biến lưu lượng WF 3025-10-A3 : 49 III.Sơ đồ dây tủ điện: .51 IV Giới thiệu giao diện sử dụng: 58 V Giải thuật điều khiển 59 VI Kết đạt 61 VII Chương trình điều khiển: .62 =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY………………………………………………………….5 GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG =============================================================== PHẦN I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương I: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 1.1 Giới thiệu chung Ngày thiết bị điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) thay dần cho thiết bị điều khiển cũ để thực tự động hóa hồn tồn q trình cơng nghệ, thực việc tích hợp mạng công nghiệp (Industrial Ethernet) Trên giới hãng lớn tự động hóa Omron, Allen Bradly, Siemens… không ngừng phấn đấu để đưa sản phẩm lĩnh vực với tính PLC ngày mạnh, tốc độ xử lý nhanh đáp ứng yêu cầu công nghiệp với tốn khó, độ phức tạp cao Hiện thị trường Việt Nam PLC hãng Siemenes xử dụng nhiều Từ nảy sinh vấn đề giao diện người-máy HMI (Human Machina Interface) quan trọng việc điều khiển giám sát trình sản xuất Hãng Siemens đưa phần mềm để xây dựng giao diện người máy WinCC có tính linh hoạt cao 1.2 Ý tưởng Trước ứng dụng rộng rãi PLC hệ thống cơng nghiệp, địi hỏi vấn đề giao diện người-máy nên em chọn đề tài “hệ thống chiết rót định lượng dung dịch” hệ thống điều khiển PLC giao tiếp với máy tính thơng qua phần mềm WinCC 1.3 Tổng quan đề tài chiết rót định lượng dung dịch: 1.3.1 Yêu cầu đề tài: Thiết kế thi cơng mơ hình hệ thống chiết rót định lượng dung dịch dùng PLC S7200 1.3.2 Nhiệm vụ LVTN  Tìm hiểu tổng thể đề tài  Thiết kế thi cơng mơ hình  PLC S7-200 Module Analog  Thiết kế điều khiển dung PLC =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY………………………………………………………….6 GVHD: TS HUỲNH THÁI HỒNG ===============================================================  Lập trình điều khiển  Chỉnh sửa chương trình viết báo cáo  Nộp báo cáo 1.4 Sơ lược hệ thống: Hệ thống sử dụng PLC S7-200 dùng để điều khiển trình, module EM231 dùng để đọc tín hiệu analog từ cảm biến đưa về, sử dụng phần mềm giao diện WinCC hãng SIEMENS để giám sát hệ thống, cảm biến lưu lượng dùng để định lượng dung dịch  Chức hệ thống: định lượng dung dịch vô chai  Hệ thống có khả chiết rót gạt chai khỏi băng chuyền =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY………………………………………………………….7 GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG =============================================================== Chương II: SƠ LƯỢC CẤU TRÚC VÀ NGHIÊN CỨU HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT PLC 2.1 Giới thiệu sơ lược PLC S7_200: - PLC: Programmable Logic Controller: điều khiển lập trình, PLC xếp vào họ máy tính, sử dụng ứng dụng công nghiệp thương mại - PLC đặt biệt sử dụng ứng dụng hoạt động logic điều khiển chuổi kiện, trì biến số theo giá trị khơng đổi theo hàm cho trước - PLC có đầy đủ chức tính tốn vi xử lý Ngồi ra, PLC có tích hợp thêm số hàm chuyên dùng điều khiển PID, dịch chuyển khối liệu, khối truyền thơng,… - PLC có ưu điểm:  Có kích thước nhỏ, thiết kế tăng bền để chịu rung động, nhiệt, ẩm tiếng ồn, đáng tin cậy  Rẻ tiền ứng dụng điều khiển cho hệ thống phức tạp  Dễ dàng nhanh chóng thay đổi cấu trúc mạch điều khiển  PLC có chức kiểm tra lỗi, chẩn đốn lỗi  Có thể nhân đơi ứng dụng nhanh tốn - Một PLC gồm có phần sau:  Bộ nguồn: cung cấp nguồn thiết bị module mở rộng kết nối vào  CPU: thực chương trình liệu để điều khiển tự động tác vụ trình  Vùng nhớ  Các ngõ vào/ra: gồm có ngõ vào/ra số, vào/ra tương tự Các ngõ vào dùng để quan sát tín hiệu từ bên ngồi đưa vào (cảm biến, cơng tắc), ngõ dùng để điều khiển thiết bị ngoại vi q trình  Các cổng/module truyền thơng (CP: Communication Professor): dùng để nối CPU với thiết bị khác để kết nối thành mạng, xử lý thực truyền thông trạm mạng  Các loại module chức (FM: Function Module) ví dụ module điều khiển vịng kín, module thực logic mờ… - Phân loại: PLC thường phân làm hai loại theo cấu trúc phần cứng:  PLC kiểu hộp đơn o Thường sử dụng thiết bị lập trình cỡ nhỏ o Được cung cấp dạng nguyên bao gồm nguồn, xử lý, nhớ thiết bị nhập xuất  PLC kiểu module o Kiểu module gồm module riêng cho nguồn, xử lý,… o Các module thường lập rãnh bên hộp kim loại o Sự phối hợp module cần thiết tuỳ theo công dụng ngừơi dùng xác định  linh hoạt - CPU thường có:  Bộ thuật tốn logic: xử lý liệu, thực phép toán số học (cộng, trừ) phép toán logic  Bộ nhớ (thanh ghi): dùng để lưu trữ thông tin =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY………………………………………………………….8 GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG ===============================================================  Bộ điều khiển: chuẩn thời gian phép toán 2.1.1 Thiết bị nhập xuất Tín hiệu nhập từ cảm biến là:  Tín hiệu analog: từ cảm biến nhiệt độ, áp suất,…  Tín hiệu rời rạc: từ công tắc trực tiếp, gián tiếp (công tắc điện từ, công tắc kiểu điện dung…)  Chuỗi xung: từ encoder - Tín hiệu xuất dạng:  Tín hiệu analog: điều khiển động cơ…  Tín hiệu số: điều khiển contactor, van điều khiển hướng van solenoid…  Thiết bị xuất dạng số: loại o Kiểu role: cho phép đóng dòng điện lớn, chịu gia tăng đột ngột đòng điện điện áp thời gian ngắn Khuyết điểm: vận hành chậm o Kiểu transistor: Ưu điểm: tốc độ chuyển mạch nhanh Khuyết điểm: dùng điện dc, dễ hư hỏng, thiết bị phải sử dụng cầu chì hay mạch điện tử bảo vệ Các ghép quang dùng để cách điện o Kiểu triac: Ưu điểm: điều khiển tải bên ngồi với nguồn cơng suất ac Khuyết điểm: dễ hư hỏng dòng Ln có cầu chì bảo vệ qua role, trasistor hay triac, tín hiệu từ kênh suất tín hiệu 24v, 100ma, 110v, la; 240vac,la; - Thiết bị nhập dạng số: có tín hiệu vào, diode quang phát quang, tạo xung hồng ngoại, xung transistor quang tiếp nhận đưa vào xử lý Nhờ có thiết bị mà tín hiệu nhập dải rộng cung cấp cho vi xử lý (5v): tín hiệu 5v, 24v,110v,220v - 2.1.2 Cấu trúc vùng nhớ: - Bộ nhớ S7-200 chia thành vùng với tụ có nhiệm vụ trì liệu khoản thời gian định nguồn - Bộ nhớ S7-200 có tính động cao, đọc ghi tồn vùng, loại trừ phần bit nhớ đặc biệt kí hiệu SM (Special Memory) truy cập để đọc - Các vùng nhớ S7-200: o Vùng chương trình: miền nhớ sử dụng để lưu giữ lệnh chương trình o Vùng tham số: miền lưu tham số mhư từ khóa, địa trạm o Vùng liệu sử dụng để cất liệu chương trình bao gồm kết phép tính, số định nghĩa chương trình, đệm truyền thơng… Vùng liệu có miền nhớ sau:  I: Input: ngõ vào rạc =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY………………………………………………………….9 GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG ===============================================================  Q: Output: ngõ rời rạc  M: internal Memory: vùng nhớ nội  SM: Special Memory: vùng nhớ đặc biệt  V: Variable Memory: vùng nhớ biến Vùng đối tượng: timer, đếm, đếm tốc độ cao cổng vào/ra tương tự đặt vùng nhớ cuối 2.1.3 Nguyên tắc thực chương trình - PLC thực chương trình theo chu trình vịng lặp Mõi vịng lặp gọi vịng qt Trong vịng qt, chương trình thực tư lệnh kết thúc lệnh kết thúc (MEND) - Mỗi vòng quét trải qua giai đoạn: Quét tất tín hiệu vào Thực thi chương trình Truyền thơng kiểm lỗi Cập nhật tín hiệu - Có thể lập trình cho PLC S7-200 cách sử dụng phần mềm sau STEP7Micro/WIN - Các chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình (main program) sau đến chương trình chương trình xử lý ngắt - Chương trình phận chương trình chính, thực mõi gọi từ chương trình Ưu điểm chương trình con: o Giảm kích thước chương trình o Thời gian qt giảm (nếu khơng thoả điều kiện khơng nhảy tới chương trình con) o Dễ dàng chép qua chương trình khác Các chương trình xử lý ngắt phận chương trình Chương trình phục vụ ngắt gọi có kiện ngắt xuất Sự kiện ngắt định nghĩa trước hệ thống 2.2 Cấu trúc chương trình S7-200: Có thể lập trình cho PLC S7-200 cách sử dụng phần mềm sau: =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY………………………………………………………….10 GVHD: TS HUỲNH THÁI HỒNG =============================================================== =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RĨT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY………………………………………………………….64 GVHD: TS HUỲNH THÁI HỒNG =============================================================== =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RĨT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY………………………………………………………….65 GVHD: TS HUỲNH THÁI HỒNG =============================================================== Auto =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RĨT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY………………………………………………………….66 GVHD: TS HUỲNH THÁI HỒNG =============================================================== =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RĨT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY………………………………………………………….67 GVHD: TS HUỲNH THÁI HỒNG =============================================================== =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RĨT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY………………………………………………………….68 GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG =============================================================== =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY………………………………………………………….69 GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG =============================================================== =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY………………………………………………………….70 GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG =============================================================== =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY………………………………………………………….71 GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG =============================================================== =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY………………………………………………………….72 GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG =============================================================== =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY………………………………………………………….73 GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG =============================================================== Manual =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY………………………………………………………….74 GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG =============================================================== =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY………………………………………………………….75 GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG =============================================================== Ngat_250ms =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY………………………………………………………….76 GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG =============================================================== MBUS_INT MBUS_SLAVE =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY………………………………………………………….77 GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG =============================================================== TÀI LIỆU THAM KHẢO: Tự động hóa với SIMATIC S7-200 Tác giả: Nguyễn Dỗn Phước _ Phan Xn Minh Tự động hóa công nghiệp với WinCC Tác giả: Phạm Quang Huy _ Trần Thu Hà Giáo trình cảm biến Tác giả: Phan Quốc Phô_Nguyễn Đức Chiến Các luận văn khóa trước Một số trang Website tham khảo =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY………………………………………………………….78 ... =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY? ??……………………………………………………….2 GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG ===============================================================... =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY? ??……………………………………………………….3 GVHD: TS HUỲNH THÁI HOÀNG ===============================================================... =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY? ??……………………………………………………….4 GVHD: TS HUỲNH THÁI HỒNG ===============================================================