(TIỂU LUẬN) xây dựn mô hình cân băng định lượng nguyên liệu đầu vào trong nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi

Báo cáo đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC NHIỆM VỤ THIẾT KẾ MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan ngành thức ăn chăn nuôi 1.2.Tổng quan công đoạn dây truyền sản xu 1.3 Tổng quan hệ thống cân băng định lượng nhà máy 1.4 Cấu tạo hệ cân băng định lượng 1.5.Mục tiêu, phạm vi nghiên cứu đề tài đồ 1.6.Kết luận chương Chương II: TÍNH TỐN LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐỘNG LỰC VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC 2.2.1 Lựa chọn phương thức truyền động băng tải 2.2.2 Tính chọn cơng suất động cho mơ hình cân băng định lượng đề tài 2.3 Lựa chọn biến tần 2.3.1 Vai trò biến tần hệ thống băng tải cân băng định lượng 2.3.2 Tính chọn cơng suất biến tần 2.4 Lựa chọn Aptomat 2.4.1 Vai trò Aptomat hệ thống cân băng định lượng 2.4.2 Tính chọn Aptomat 2.5 Thiết kế mạch động lực cho hệ thống Chương III: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ CẢM BIẾN VÀ THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN GVHD: SV: Phạm Khắc Hải Báo cáo đồ án tốt nghiệp 3.1.Bộ điều khiển 3.1.1 Phương án điều khiển dùng vi xử lí 3.1.2 Phương án điều khiển PLC 3.1.3 Module truyền thông 3.3.Màn hình điều khiển giám sát 3.2.Cảm biến đo khối lượng 3.2.1 Tính chọn tải trọng cảm biến đo khối lượng 3.1.3 Thiết bị khuếch đại tín hiệu Loadcell 3.3.Cảm biến đo tốc độ 3.3.1 Lựa chọn phương pháp đo tốc độ 3.3.2 Tính chọn Encoder 3.4.Thiết kế mạch điện điều khiển cho hệ thống Chương IV: THIẾT KẾ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 4.1.Lưu đồ giải thuật điều khiển 4.2.Lưu đồ thuật tốn chương trình tính lưu lượ 4.3.Lưu đồ thuật tốn chương trình tính tốc độ Chương V: HỒN THIỆN THIẾT KẾ MƠ HÌNH VÀ GIÁM SÁT 5.1.Mơ hình thực nghiệm 5.2.Hiệu chỉnh khuếch đại tín hiệu loadcell 5.3.Xây dựng chương trình điều khiển 5.3.1 Cấu hình phần cứng PLC S7-1200 5.3.2 Lập trình PLC S7-1200 TIA Portal 5.3.3 Lập trình trình xử lí tín hiệu xung tốc độ cao từ Encoder 5.3.4.Lập trình xử lí tín hiệu Analog 5.3.5.Lập trình giao thức truyền thơng Modbus RTU 5.3.6.Lập trình PID 5.4.Thiết kế giao diện giám sát điều khiển HM KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI GVHD: SV: Phạm Khắc Hải Báo cáo đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK K55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 PHỤ LỤC 96 GVHD: SV: Phạm Khắc Hải Báo cáo đồ án tốt nghiệp K55 Lớp: TĐH & ĐK - DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT PLC: Programmable Logic Controller HMI: Human Machine Interface HSC: High Speed Counter CPU: Central Processing Unit MCB: Miniature Circuit Breaker STL: Statement List FBD: Fuction Block Diagram SCL: Structured Control Language PID: Proportional Integral Derivative NO: Normally Open NC: Normally Closed GVHD: SV: Phạm Khắc Hải Báo cáo đồ án tốt nghiệp DANH M Hình 1 Sơ đồ công nghệ tổng quan Hình Thức ăn dạng cám Hình Thức ăn chăn ni dạng viên Hình Cân băng định lượng thực tế Hình Cấu tạo cân băng định lượng Hình Kích thước mơ hình cân băng định lượng Hình 2 Động Oriental 4IK25A-S Hình Biến tần LS 004 IG5A-2 0.4kw Hình Sơ đồ chân đấu động lực Hình Sơ đồ chân điều khiển Hình Sơ đồ đấu dây biến tần L Hình 7Giao diện bàn phím biến Hình 8Các nhóm lệnh biến Hình MCB 2P 6A Mitsubishi BH-D6 Bảng 10 Thông số kĩ thuật 10 MCB 2P 6A Mitsubishi BH-D6 Hình 11 Sơ đồ mạch động lực Hình Động khơng đồng Hình 3.6 PLC S7-1200 1214C AC/DC/RLY Hình CM 1241 RS422/RS485 Hình SIMATIC HMI KTP400 BASIC Hình Loadcell YZC-133 Hình 3 Bơ khch đai tin hiê Hình Encoder Omron E6C2-CWZ6C Hình Sơ đồ đấu dây Encoder Omron GVHD: SV: Phạm Khắc Hải Báo cáo đồ án tốt nghiệp Hình Mơ hình hệ thống cân băng định lượng Hình 5.2 Hệ thống điều khiển Hình Màn hình điều khiển giám sát Hình Cơ cấu cân Loadcell Hình 5 Động truyền động cho băng tải Hình Chuẩn bị vật cân mẫu 3kg Hình Đặt vật cân mẫu lên Hình Mối quan hệ khối lượng với tín hiệu analog Hình Giao diện Portal view Hình 10 Giao diện Project view Hình 11 Tạo project Cân băng định lượng Hình 12 Lựa chọn cấu hình CPU cho project Hình 13 Cấu hình cho PLC Hình 14 Cài địa IP cho PLC S7-1200 Hình 15 Sử dụng Bits đặc biệt Hình 16 Cấu hình cho điếm HSC hoạt động Hình 17 Thiết lập chức cho HSC Hình 18 Thiết lập đầu vào tín hiệu xung HSC1 Hình 19 Thiết lập địa Vùng nhớ chứa giá trị đếm HSC1 Hình 20 Cấu hình kênh Analog PLC S7-1200 Hình 21 Lựa chọn module CM 1241 RS422/485 Hình 22 Ghép nối Module CM1241 RS422/485 với PLC S7-1200 Hình 23 Thiết lập thơng số truyền thơng cho Module CM1241 RS422/485 Hình 24 Giao diện download chương trình xuống PLC S7-1200 Hình 25 Tìm kiếm PLC mạng Hình 26 Tao block cho chương trình Hình 27 Giao diện tạo khối chương trình GVHD: SV: Phạm Khắc Hải Báo cáo đồ án tốt nghiệp Hình 28 Các khối chương trình PLC Hình 29 Giao diện Mơi trường lập trình PLC TIA Portal Hình 30 Chương trình khởi chạy băng tải Hình 31 Tiếp điểm thường đóng, thường hở Hình 32 Cuộn coil/ Ngõ Hình 33 Lệnh Set , Reset Hình 34 Lệnh so sánh Hình 35 Khối xử lý xung tốc độ cao CTRL_HSC Hình 36 Chuyển đổi giá trị xung Encoder đếm Hình 37 Lệnh chuyển đổi kiểu liệu (CONV) Hình 38 Lệnh CALCULAT Hình 39 Tính tốc độ dịch chuyển băng tải Hình 40 Lệnh NORM_X Hình 41 Quy đổi tín hiệu Analog sang tín hiệu số Hình 42 Lệnh SCALE_X Hình 43 Khối MB_COMM_LOAD Hình 44 Khối Data block kèm với khối MB_COMM_LOAD Hình 45 Thêm bit FirstScan Hình 46 Định danh phần cứng Module SM1241 RS422/485 Hình 47 Chọn cổng PORT Hình 48 Khối MB_MASTER Hình 49 Khối Data block kèm với khối MB_MASTER Hình 50 Thêm Data block MB_MASTER_DB vào MD_DB Hình 51 Khai báo bit điều khiển truyền liệu Hình 52 Khai báo địa biến tần LS IG5A Hình 53 Chọn chế độ GHI liệu xuống biến tần Hình 54 Địa ghi biến tần LS IG5A Hình 55 Gán địa ghi cho DATA_ADDR GVHD: SV: Phạm Khắc Hải Báo cáo đồ án tốt nghiệp Hình 56 Khối liệu chứa giá trị truyền Hình 57 Gán giá trị cho thơng số DATA_PTR Hình 58 Lựa chọn khối PID_Compact Hình 59 Khối PID_Compact Hình 60 Khối Data block kèm với PID_Compact Hình 61 Tạo khối Cyclic interrupt Hình 62 Thiết lập Basic setting Hình 63 PID Parameter PID_Compact Hình 64 Cấu hình tham số khối PID Hình 65 Quy đổi tín hiệu analog sang giá trị tần số Hình 66 Bắt đầu trình Commissioning Hình 67 Bắt đầu chạy Pretuning Hình 68 Bắt đầu trình Fine tuning Hình 69 Bộ số PID tìm Hình 70 Nạp hệ số PID vào khối PID_Compact Hình 71 Thêm hình HMI Hình 72 Thay đổi địa IP HMI Hình 73 Kết nối truyền thông HMI PLC Hình 74 Chọn hình để thiết kế Hình 75 Đặt Button lên hình HMI Hình 76 Đặt tên cho nút nhấn Hình 77 Tạo kiện nhấn Button Hình 78 Tạo kiện nhả Button Hình 79 Tạo I/O field Hình 80 Gắn Tag cho I/O field Hình 81 Thiết kế hồn thiện giao diện hình HMI Hình 82 Giao diện HMI hoạt động GVHD: SV: Phạm Khắc Hải Báo cáo đồ án tốt nghiệp K55 Lớp: TĐH & ĐK - GVHD: SV: Phạm Khắc Hải Báo cáo đồ án tốt nghiệp K55 Lớp: TĐH & ĐK - DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng Thông số lựa chọn động Bảng 2.Thông số kĩ thuật động nhà sản xuất cung cấp Bảng Thông số kĩ thuật hộp số Bảng Sơ đồ chân biến Bảng Giải thích kí hi Bảng Nhóm Drive gr Bảng Nhóm FU group Bảng Nhóm FU group Bảng 9.Nhóm I/O grou Bảng 10 Thơng số kĩ thuật 10 MCB Bảng Thông số kĩ thuật Loadcell YZC-133 43 Bảng Thông số kĩ thuật Bô khuêch đai tin hiêu loadcell RW-ST01A .45 Bảng 3 Thông số kĩ thuật Encoder Omron E6C2-CWZ6C 2000P/R 47 Bảng Các lệnh so sánh .69 Bảng Tham số CTRL_HSC 70 Bảng Tham số lệnh NORM_X 72 Bảng Tham số lệnh SCALE_X 73 Bảng 5 Bảng chức chân khối MB_COMM_LOAD 74 Bảng Bảng chức chân MB_MASTER 76 Bảng Tham số khối PID_Compact 83 10 GVHD: SV: Phạm Khắc Hải i Báo cáo đồ án tốt nghiệp 5.4 Với d thời gian tích phân, Thiết kế giao diện giám sát điều khiển HMI Trên Tia portal có tích hợp sẵn phần thiết kế giao diện HMI giúp tiện lợi cho người lập trình Hỗ trợ thiết kế hình vận hành, hình báo lỗi, hình đăng nhập Bước Khởi tạo hình HMI để thiết kế : Nhấn đúp vào Add new device ▶ HMI ▶ 4” Display ▶ KTP 400 Basic ▶ 6AV2 123-2DB03-0AX0 ▶ Version hình ▶ Bỏ chọn chế độ Start device wizard ▶ OK Hình 71 Thêm hình HMI Bước 2.Thay đổi địa IP HMI, ta chọn HMI_1 ▶ Device configuration ▶ Enthernet ▶ General ▶ PROFINET interface [1] ▶ Enthernet adresses Trong phần Set IP adress in the project, chọn IP adress 88 GVHD: SV: Phạm Khắc Hải Báo cáo đồ án tốt nghiệp K55 Lớp: TĐH & ĐK - Hình 72 Thay đổi địa IP HMI Bước Thực kết nối truyền thông PLC S7-1200 Simatic HMI: Device configuration ▶ Network view ▶ Connections ▶ HMI Connection Thực thao tác giữ chuột kéo nhả cổng Enthernet PLC Enthernet HMI Hình 73 Kết nối truyền thơng HMI PLC Bước Thiết kế giao diện điều khiển cho HMI cách chọn HMI_1 [KTP 400 Basic PN] ▶ Screens ▶ Screen_1 Hình 74 Chọn hình để thiết kế Màn hình thiết kế với Toolbox phía bên phải Vào Element , chọn biểu tượng button 89 GVHD: SV: Phạm Khắc Hải Báo cáo đồ án tốt nghiệp K55 Lớp: TĐH & ĐK - Hình 75 Đặt Button lên hình HMI Thiết lập thuộc tính cho button cách vào thuộc tính General button hình trang bên, phần Text when button is “not press” ta đặt tên cho button RUN Hình 76 Đặt tên cho nút nhấn Sau chọn thuộc tính Events ▶ Press Vào Add function gõ Setbit sau chọn hàm Setbit , sau nhấp vào biểu tượng chọn tag, cửa sổ mưới xuất Chọn PLC_1 [CPU 1214C AD/DC/Rly]˅’▶ PLCđểhồnTagthành▶Defaultviệc tạoag tablehàm Setbit,chọn chotag sựONkiệnHMIbuttonsađóđượcnhấpnhấpvào dấu ‘ 90 GVHD: SV: Phạm Khắc Hải Báo cáo đồ án tốt nghiệp K55 Lớp: TĐH & ĐK - Tương tự, ta tạp hàmHìnhreset5.77khiTạorờisựconkiệntrỏkhikhỏinhấnbuttonButtonON Hình 78 Tạo kiện nhả Button Tiếp đó, để hiển thị nhập thơng số, sơ liệu ,ta kéo I/O field vào Hình 79 Tạo I/O field Để gắn Tag cho I/O field, ta vào Properties ▶ General ▶ Tag, dẫn tới Tag ta cần hiển thị tương tự Button Sau đó, ta tùy chỉnh thuộc tính I/O field theo ý muốn Hình 80 Gắn Tag cho I/O field 91 GVHD: SV: Phạm Khắc Hải Báo cáo đồ án tốt nghiệp K55 Lớp: TĐH & ĐK - Hình 81 Thiết kế hồn thiện giao diện hình HMI Sau thiết kế xong, ta tiến hành tải chương trình thiết kế xuống HMI Gắn cáp Enther kết nối PLC với HMI qua cổng Profinet Hình 82 Giao diện HMI hoạt động mô 92 GVHD: SV: Phạm Khắc Hải Báo cáo đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK K55 Chạy thực nghiệm Vì phễu mơ hình thực nghiệm chứa khoảng ( ) liệu công suất động nhỏ nên sinh viên thực nghiệm sau: cho vào phễu ( ) liệu sau thay đổi giá trị Setpoint quan sát giá trị lưu lượng thực tế hình Sau trình thực nghiệm sinh viên nhận thấy: Động bắt đầu quay biến tần cấp tần số từ 15Hz trở lên, đặt lưu lượng nhỏ tần số biến tần không đủ lớn để làm động quay Còn lưu lượng lớn động chạy nhanh, mơ hình khí rung lắc nhiều dẫn đến sai số vận hành Sau chạy thử sinh viên thấy khoảng lưu lượng từ: 0.25( /ℎ) – 0.5( /ℎ) mơ hình chạy ổn định nên sinh viên tiến hành thực nghiệm khoảng giá trị cụ thể mức lưu lượng 0.25 ( /ℎ),0.3 ( /ℎ),0.4 ( /ℎ),0.5 ( /ℎ) Chạy với Setpoint 0.3 (T/h) Hình 83 Hiển thị giao diện thiết bị HMI 93 GVHD: SV: Phạm Khắc Hải Báo cáo đồ án tốt nghiệp K55 Lớp: TĐH & ĐK - Hình 84 Hề thống cân băng định lượng hoạt động Bảng Bảng sai số mơ hình mức lưu lượng 0.3 (T/h) STT 10 11 12 Từ bảng số liệu sinh viên có sai số trung bình mức lưu lượng 0.3 ( /ℎ): =(0 × + 0.01 × + 0.03 x + 0.04 + 0.05 + 0.07 x 2)/ 12× 100 = 2.75% 94 GVHD: SV: Phạm Khắc Hải Báo cáo đồ án tốt nghiệp K55 Lớp: TĐH & ĐK - KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 1.Kết luận Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu tích cực đề tài “Xây dựng mơ hình cân băng định lượng ngun liệu đầu vào nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi”, em hoàn thành đạt số kết chính, là: - Nắm quy trình cơng nghệ hệ thống cân băng tải nhà máy sản xuất thức ăn chăn ni - Tìm hiểu ngun lý hoạt động cách lựa chọn thiết bị điện phù hợp với yều cầu Trên sở xây dựng mơ hình hệ thống cân băng định lượng bao gồm: Hệ thống băng tải trang thiết bị cần thiết như: điều khiển PLC S7-1200,động không đồng ba pha, biến tần, thiết bị đo tốc độ khối lượng nguyên liệu băng - Xây dựng thuật tốn lập trình chương trình điều khiển cho PLC thiết kế giao diện chương trình điều khiển giám sát hình HMI Giao tiếp truyền thông PLC S7-1200 với biến tần qua mạng truyền thông Modbus RTU 2.Hướng phát triển đề tài - Nghiên cứu ảnh hưởng nhiễu tác động để nâng cao chất lượng hệ thống Tích hợp hệ thống cân băng tải với hệ thống điều khiển q trình cơng nghiệ - Phát triển thêm hệ thống giám sát Wed sever ứng dụng thiết bị d - động Em xin chân thành cảm ơn thầy bạn sinh viên đóng góp ý kiến,giúp em hồn thành tốt đề tài nghiên cứu Đặc biệt, em biết ơn cô giáo Ths Phạm Thị Lý nhiệt tình hướng dẫn, bảo em kinh nghiệm kiến thức thực tế để đề tài hoàn thành cách tốt 95 GVHD: SV: Phạm Khắc Hải Báo cáo đồ án tốt nghiệp Lớp: TĐH & ĐK K55 Do điều kiện thời gian kiến thức nhiều hạn chế nên đề tài khơng tránh khỏi sai sót, mong đóng góp ý kiến chân tình thầy bạn sinh viên để đề tài hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Quang Hồi, Trang bị điện – điện tử MÁY CÔNG NGHIỆP CHUYÊN DÙNG, NXB GDVN, 2011 [2] Lê Hùng Lân, Lý thuyết điều khiển tự động, NXB ĐHGTVT, 2000 [3] Nguyễn Doãn Phước, Lý thuyết điều khiển tuyến tính, NXB KHKTHN, 2005 [4] Trần Văn Hiếu, Thiết kế hệ thống HMI/SCADA với TIA PORTAL, NXB KH&KT, 2017 [5] Trần Văn Hiếu, Tự động hóa PLCS7-1200 với TIA PORTAL, NXB KH&KT, 2015 [6] Siemens AG, S7-1200 Programmable controller system manual, 2012 [7] Siemens AG , HMI devices Basic Panels Operating Instructions,2012 [8] LS Industrial Systems, SV-IG5A User manual [9] http://plcvietnam.com.vn [10] https://support.industry.siemens.com 96 GVHD: SV: Phạm Khắc Hải Báo cáo đồ án tốt nghiệp K55 Lớp: TĐH & ĐK PHỤ LỤC Code điều khiển mơ hình: Khối chuyển đổi dãy giá trị đầu khối PID ( 0-27648) dãy giá trị biến tần ( 0-6000 ứng với 0-60 Hz ) Khối xuất giá trị PID chuyển đổi xuống biến tần điều khiển tốc độ động Khối lấy giá trị trừ giá trị mặc định 97 GVHD: SV: Phạm Khắc Hải Báo cáo đồ án tốt nghiệp K55 Lớp: TĐH & ĐK - Khối điều khiển động hoạt động Khối xử lý xung tốc độ cao CTRL_HSC Khối cấu hình cổng truyền thơng RS422/485 98 GVHD: SV: Phạm Khắc Hải Báo cáo đồ án tốt nghiệp K55 Lớp: TĐH & ĐK - Khối PID Khối chuyển đổi khối lượng cân nặng 99 GVHD: SV: Phạm Khắc Hải Báo cáo đồ án tốt nghiệp K55 Lớp: TĐH & ĐK - Khối tính tốc độ dịch chuyển băng tải Khối tính lưu lượng nguyên liệu thực tế 100 GVHD: SV: Phạm Khắc Hải ... sản xuất thức ăn chăn nuôi đặc biệt cần đến dây truyền cân định lượng nguyên liệu đầu vào Việc định lượng nguyên liệu đầu vào cho mẻ thức ăn đạt tiêu chuẩn chất lượng Việc định lượng nguyên liệu. .. hệ thống cân định lượng lớn em lựa chọn để tài “ Xây dựn mơ hình cân băng định lượng nguyên liệu đầu vào nhà máy sản xuất thức ăn chăn ni” Thơng qua tìm hiểu em hệ thống cân định lượng nhiều thiếu... doanh nghiệp Hiện cân băng định lượng ứng dụng rộng rãi nhà máy dây truyền như: Nhà máy sản xuất thạch cao, nhà máy xi măng, nhà máy phân bón, nhà máy gạch Ngồi ra, cân băng ứng dụng vào doanh nghiệp