Nghiên cứu, thiết kế và mô phỏng dây chuyền sản xuất thuốc lá tự động dùng wincc và plc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT THUỐC LÁ TỰ ĐỘNG DÙNG WINCC VÀ PLC Mã số: TR:2020-06/KCN Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Thị Hiền Đồng Nai, tháng năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT THUỐC LÁ TỰ ĐỘNG DÙNG WINCC VÀ PLC Mã số: TR:2020-06/KCN Chủ nhiệm đề tài ThS Nguyễn Thị Hiền Đồng Nai, tháng năm 2021 DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI STT Họ tên Chức vụ Nguyễn Thị Hiền Giảng viên Vũ Hoàng Nghiên Giảng viên i MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iii DANH MỤC HÌNH ẢNH iv THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU vi Chương MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 1.2 Tính cấp thiết .1 1.3 Mục tiêu 1.4 Cách tiếp cận 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .2 1.7 Nội dung nghiên cứu 1.8 Kế hoạch thực đề tài Chương THIẾT LẬP PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO PLC 2.1 Các thao tác 2.2 Chương trình Chương 3: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ BẰNG WINCC KẾT HỢP ĐIỀU KHIỂN VỚI S7_300 13 3.1 Thiết kế công nghệ Win CC .13 3.1.1 Mở giao diện WinCC 13 3.1.2 Chọn DRIVER 15 3.1.3 Tạo biến cho dự án 16 3.2 Tạo giao diện 19 3.2.1 Lấy đối tượng giao diện 20 3.2.2 Thiết lập thuộc tính cho thiết bị 23 Chương MÔ PHỎNG WINCC KẾT HỢP VỚI PLC 28 4.1 Thiết lập mô 28 4.2 Hoạt động dây chuyền sản xuất thuốc 31 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT PLC: Programmable logic controller Bộ điều khiển logic khả trình SCADA: Supervisory Control And Hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu Data Acquisition HMI: Human Machine Interface Giao diện người - máy WinCC: Windows Control Center Trung tâm điều khiển chạy Windows iii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Chọn chương trình Simatic Manager Hình 2.2: Chọn Next Hình 2.3: Chọn loại CPU Hình 2.4: Chọn dạng lập trình LAD Hình 2.5: Đặt tên dự án Hình 2.6: Chọn khối OB1 Hình 2.7: Chọn FC82 RSET BIT_LOGIC Hình 3.1: Chọn mở WinCC Hình 3.2: Mở dự án chọn dạng dự án Hình 3.3: Đặt tên dự án Hình 3.4: Chọn Graphics Designer Hình 3.5: Chọn loại driver Hình 3.6: Đặt tên chọn số kết nối Hình 3.7: Chọn kết nối Hình 3.8: Đặt biến cho dự án Hình 3.9: Đặt tên chọn thơng số cho biến Hình 3.10: Tạo đối tượng giao diện Hình 3.11: Cách đổi tên picture Hình 3.12: Giao diện WinCC Hình 3.13: Cách lấy đối tượng giao diện Hình 3.14: Lấy đối tượng bồn trộn Hình 3.15: Một cách tương tự để lấy đối tượng khác Hình 3.16: Lấy đối tượng Button Hình 3.17: Các cảm biến Hình 3.18: Giao diện hồn thiện Hình 3.19: Thiết lập thuộc tính cho đối tượng Hình 3.20: Thiết lập thuộc tính để liên kết đến PLC Hình 3.21: Cách chọn Tag Hình 3.22: Gán biến cho thiết bị Hình 3.23: Chọn tham số iv Hình 3.24: Thiết lập cho nút STOP (1) Hình 3.25: Thiết lập cho nút STOP (2) Hình 3.26: Cách gán Tag Hình 3.27: Thiết lập giá trị Hình 4.1: Mở chương trình mơ Hình 4.2: Giao diện chương trình mơ Hình 4.3: Chọn khối hàm để nạp chương trình Hình 4.4: Nạp chương trình cho khối OB1 Hình 4.5: Chế độ RUN Hình 4.6: Mơ hình mơ hồn thiện Hình 4.7: Hoạt động mơ hình mơ v THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế mô dây chuyền sản xuất thuốc tự động dùng WinCC PLC - Mã số: TR:2020-06/KCN - Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Thị Hiền Điện thoại: 0976 367 428 Email: nguyenthihien@dntu.edu.vn - Đơn vị quản lý chuyên môn: Khoa Công nghệ - Thời gian thực hiện: Từ tháng năm 2020 đến tháng năm 2021 Mục tiêu: Ứng dụng phần mềm WinCC PLC mô hệ thống SCADA dây chuyền sản xuất thuốc tự động Nội dung chính: Cách sử dụng phần mềm WinCC, cách lập trình PLC thành phần dây chuyền sản xuất thực tế Kết đạt (khoa học, đào tạo, kinh tế - xã hội, ứng dụng, ) - Mô dây chuyền sản xuất thuốc tự động có đầy đủ khâu giám sát điều khiển từ xa giúp thực hóa hoạt động công ty, doanh nghiệp - Tạo môi trường học tập nghiên cứu cho người học giảm chi phí cho nhà trường - Truyền cảm hứng cho giảng viên sinh viên ham tìm tịi, học hỏi tự hợp tác để tạo sản phẩm riêng vi Chương MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu SCADA hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu, nói cách khác hệ thống hỗ trợ người việc giám sát điều khiển từ xa, cấp cao hệ điều khiển tự động thơng thường Để điều khiển giám sát từ xa hệ SCADA phải có hệ thống truy cập, truyền tải liệu hệ giao diện người – máy (HMI) Nếu nhìn nhận SCADA theo quan điểm truyền thống hệ thống mạng thiết bị có nhiệm vụ tuý thu thập liệu từ trạm xa truyền tải khu trung tâm để xử lý Trong hệ thống hệ truyền thông phần cứng đặt lên hàng đầu cần quan tâm nhiều Trong năm gần tiến vượt bậc công nghệ truyền thông công nghiệp công nghệ phần mềm công nghiệp đem lại nhiều khả giải pháp nên trọng tâm công việc thiết kế xây dựng hệ thống SCADA lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện giải pháp tích hợp hệ thống 1.2 Tính cấp thiết SCADA hệ kết hợp phần cứng phần mềm để tự động hoá việc quản lý giám sát điều khiển cho đối tượng sản xuất công nghiệp Tuỳ theo yêu cầu cụ thể toán tự động hoá ta xây dựng hệ SCADA thực số nhiệm vụ tự động hoá như: thu thập giám sát từ xa đối tượng, điều khiển đóng cắt từ xa lên đối tượng, điều chỉnh tự động từ xa với đối tượng cấp quản lý Nhằm mô hệ SCADA để hiểu rõ cách quản lý vận hành dây chuyền sản xuất thực tế, nhóm chọn thực mơ dây chuyền sản xuất thuốc tự động 1.3 Mục tiêu Ứng dụng phần mềm WinCC PLC mô hệ thống SCADA 1.4 Cách tiếp cận Đọc tài liệu hướng dẫn cài đặt sử dụng phần mềm WinCC Tham khảo số ứng dụng có sử dụng WinCC Thực mô Tham khảo ý kiến đồng nghiệp Chỉnh sửa hoàn thiện 1.5 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết, tìm hiểu thực tế, ứng dụng phần mềm để thực mô Viết toàn văn đề tài 1.6 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Các phận dây chuyền sản xuất tự động thực tế Lập trình PLC Phần mềm WinCC 1.7 Nội dung nghiên cứu Cách sử dụng phần mềm WinCC Cách lập trình PLC 1.8 Kế hoạch thực đề tài STT Nội dung công việc Kết đạt (1) (2) Nghiên cứu cách lập trình PLC Tìm hiểu phận dây chuyền sản xuất thuốc (3) Viết chương trình cho PLC Tìm hiểu WinCC Lập trình phần mềm PLC liên kết tới winCC Hồn thiện dây chuyền mơ Viết toàn văn đề tài Sơ đồ khối dây chuyền Tìm đối tượng cần dùng Gắn vị trí đảm bảo chắn Dây chuyền hoạt động tốt Cuốn báo cáo Thời gian bắt đầu, kết thúc (4) 7/2020 đến 10/2020 11/2020 đến 12/2020 12/2020 1/2021 đến 2/2021 2/2021 đến 3/2021 3/2021 Hình 3.12: Giao diện WinCC 3.2.1 Lấy đối tượng giao diện Để lấy thiết bị giao diện thiết kế, ta vào thư viện, ta nhấn chuột trái vào view  chọn Library, cửa sổ Library xuất hình Trong thư viện ta lấy thiết bị để thiết kế dự án Hình 3.13: Cách lấy đối tượng giao diện Để lấy bồn ta chọn thiết kế sau: 20 Nhấn chuột trái vào Siemens HMI Symbol Library, nhấn phím T bàn phím để chọn thư viện Tank, giao diện thiết bị để lấy bồn xuất hiện, ta chọn Air tank cách giữ chuột trái kéo giao diện thiết kế Sẽ kết sau: Hình 3.14: Lấy đối tượng bồn trộn Và tương tự ta chọn hình cần cho mơ cho dây chuyền sản xuất thuốc dây chuyền khác theo u cầu cơng việc Hình 3.15: Một cách tương tự để lấy đối tượng khác Tiếp tục, ta tạo Nút nhấn nhìn phía bên góc phải hình ta nhấp hai lần chuột trái vào chỗ button cửa sổ ta sau ta đặt tên cho nút nhấn STOP Khi ta đánh tên cho nút nhấn ta chỉnh Font cho phù hợp với chương trình gõ tiếng việt 21 Hình 3.16: Lấy đối tượng Button Tương tự cơng tắc cảm biến cịn lại Ta công tắc cảm biến sau: Hình 3.17: Các cảm biến Thiết kế hồn chỉnh giao diện sau: 22 Hình 3.18: Giao diện hồn thiện 3.2.2 Thiết lập thuộc tính cho thiết bị Khi muốn thiết lập thuộc tính cho thiết bị ta cần nhấn chuột phải vào thiết bị chọn Properties Hình 3.19: Thiết lập thuộc tính cho đối tượng Cửa sổ trạng thái thiết bị xuất Object Properties 23 Hình 3.20: Thiết lập thuộc tính để liên kết đến PLC Ở ta thiết lập thuộc tính để liên kết với S7_300 ta chọn hình Mục Control Properties chọn SymbolAppearance nhấn chuột phải vào ô kế bên chọn Tag Mục ta chọn mục đích để biểu tượng hay biến xuất có tác động mức (tức chúng hoạt động) bên S7_300 Hình 3.21: Cách chọn Tag Cửa sổ Tags Project ta chọn biến để gán cho thiết bị Động (DC3) 24 Hình 3.22: Gán biến cho thiết bị Sau chọn xong ta nhấn OK tiếp tục nhấn chuột phải vào bên cạnh chọn 250ms Xong phần thiết lập thuộc tính cho DC3 liên kết với S7_300 Đối với thiết bị khác làm tương tự giống DC3: Với thiết bị DC2 ta chọn liên kết với S7_300 ta chọn DC2 Hình 3.23: Chọn tham số Tương tự bước gán thuộc tính ta muốn gán thuộc tính cho thiết bị ta chọn biến tương ứng với thiết bị 25 Thiết lập thuộc tính cho nút nhấn: Thiết lập thuộc tính cho nút STOP Nhấn chuột phải vào nút nhấn chọn Properties cửa sổ Object Properties lên sau ta chọn bên thẻ kiện Events Mouse Press left Chọn để thiết lập thuộc tính nút nhấn ta nhấn chuột trái vào Hình 3.24: Thiết lập cho nút STOP (1) Tiếp tục ta nhấn chuột phải vào nơi có mũi tên hình bên chọn C_Action… cửa sổ Edit Action ta thiết lập thuộc tính nhấn nút nhấn có tác động tương ứng sảy Chúng ta chọn thư mục Tag Set  Settagbit Hình 3.25: Thiết lập cho nút STOP (2) Sau chọn settagbit cửa sổ Assigning Parameters chọn mục Tag_name  Tag Selection 26 Hình 3.26: Cách gán Tag Khi cửa sổ Tags Project ta chọn biến stop Xong ta nhấn OK hình trả cửa sổ Assigning Parameters tiếp tục ta chọn giá trị cho nút stop nhấn Hình 3.27: Thiết lập giá trị Tiếp tục nhấn Ok để hồn tất q trình thiết lập thuộc tính cho nút STOP Đối với nút nhấn lại ta chọn tương tự Nút START chọn biến START Nút CB1DAY ta chọn biến CB1DAY………… Tương tự cho nút nhấn lại ta chọn cho phù hợp biến nút nhấn 27 Chương MÔ PHỎNG WINCC KẾT HỢP VỚI PLC 4.1 Thiết lập mô Mở chương trình mơ PLC S7 Simulation lên cách trở cửa sổ SIMATIC Manager nhấn vào biểu tượng cơng cụ Hình 4.1: Mở chương trình mơ Khi hình lên cửa sổ S7_PLCSimulation Hình 4.2: Giao diện chương trình mơ Đây S7_Simulation PCL thực tế bên ngồi Muốn sử dụng ta phải nạp chương trình Quay lại với cửa số lập trình S7 LAD/STL/FBD nhấn download cho S7_PLCSIM 28 Khi cửa sổ lập trình ta nhấn chuột vào biểu tượng Quay trở lại S7_PCLSim nhấn chuột vào biểu tượng để nạp chương trình để nạp chương trình cho OB1 Hàm FC82 để sử dụng cho chương trình Hình 4.3: Chọn khối hàm để nạp chương trình Hình 4.4: Nạp chương trình cho khối OB1 Đang cửa sổ S7_PLCSIM ta đánh dấu chọn vào chuyển CPU qua chế độ RUN Hình 4.5: Chế độ RUN 29 Sau mở cửa sổ Graphics Designer lên nhấn vào biểu tượng Run_Time để tiến hành mơ chạy Khi cửa sổ RUN-Time xuất ta tiến hành mô thực nghiệm Được kết sau: Hình 4.6: Mơ hình mơ hồn thiện 30 Tiến hành q trình mơ điều khiển giám sát quy trình sản xuất thuốc kết hợp giữu WinCC S7_ 300 ta kết sau: Hình 4.7: Hoạt động mơ hình mơ 4.2 Hoạt động dây chuyền sản xuất thuốc Dây chuyền sản xuất thuốc hoạt động theo trình tự sau: Nhấn nút START khởi động dây chuyền sản xuất Khi nguyên liệu cân đủ tác động LOADCELL Nút LOADCELL tác động kích hoạt băng chuyền đưa nguyên liệu vào bồn trộn Khi cảm biến báo nguyên liệu đầy bồn trộn bơm hương liệu kích hoạt Hương liệu bơm vào bồn trộn đồng thời động bồn trộn kích hoạt Bồn trộn bắt đầu trộn nguyên liệu hương liệu Tùy vào yêu cầu sản xuất mà hương liệu bơm thời gian thích hợp điều chỉnh ngắt bơm hương liệu cảm biến Bồn trộn tiếp tục trộn nguyên liệu hương liệu khoảng 30 phút cho hương liệu thấm vào nguyên liệu tạo hương vị riêng cho mẻ thuốc 31 Sau 30 phút kể từ sau bơm hương liệu ngừng hoạt động động kích hoạt mở van xả bồn trộn đồng thời băng chuyền hoạt động đưa ngun liệu vào lị sấy khơ điện Nếu nhiệt độ lị sấy khơ bị q nhiệt cảm biến lị tác động tắt lị sấy khơ tự động mở lại lị sấy khơ sau phút Nguyên liệu sau qua lò sấy khô chứa thùng chứa Nguyên liệu đầy bồn chứa cảm biến tác động dừng băng chuyền kích hoạt băng chuyền Nguyên liệu sau vào đầy ngăn chứa máy vấn thuốc cảm biến tác động ngưng băng chuyền kích hoạt máy vấn thuốc, máy cắt thuốc, băng chuyền 4, băng chuyền bồn phế liệu Sau bánh thuốc cắt băng chuyền đưa đến bồn chứa Phần vụn thuốc sau cắt băng chuyền đưa đến bồn đựng phế liệu để xe nâng mang Khi bánh thuốc đầy bồn chứa cảm biến tác động kích hoạt băng chuyền 6, máy đóng gói, băng chuyền 7, máy đóng bao kính Cảm biến làm nhiệm vụ đếm 20 bánh thuốc kích hoạt băng chuyền đưa Box hàng đủ 20 bánh thuốc chuyển Box trống đến Box trống đến vị trí cảm biến tác động làm ngừng băng chuyền để Box trống nhận đủ 20 bánh thuốc Trên quy trình sản xuất Để ngừng trình giai đoạn tắt lò ta nhấn STOP 32 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết đạt Sau trình làm việc miệt mài, nhóm tác giả hồn thiện việc thiết kế mô dây chuyền sản xuất thuốc tự động chức năng: - Dây chuyền có đầy đủ khâu từ nguyên liệu đầu vào đến thành phẩm đầu đóng gói, vận chuyển - Dây chuyền có đầy đủ cảm biến cần thiết cho phép vận hành kiểm tra khâu tồn dây chuyền - Có đầy đủ chức hệ SCADA - Có giao diện người – máy để thao tác - Ứng dụng phần mềm WinCC PLC vào mô - Là sản phẩm để học viên, sinh viên tham khảo Kiến nghị Dây chuyền mô thực theo quy trình chưa có khâu tái sử dụng phế liệu nên có them khâu đề tài hoàn thiện 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giao diện người - máy = HMI (Human machine interface) Lập trình với S7 WINCC 6.0, Trần Thu Hà, NXB Hồng Đức, 2011 [2] Thực hành PLC 1, Đại học công nghệ Đồng nai, Lưu hành nội bộ, 2018 [3] http://trithuctot.com [4] http://toc.123doc.net [5] https://haophuong.net/mo-hinh-he-thong-scada 34 ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT THUỐC LÁ TỰ ĐỘNG DÙNG WINCC VÀ PLC. .. Hoạt động dây chuyền sản xuất thuốc Dây chuyền sản xuất thuốc hoạt động theo trình tự sau: Nhấn nút START khởi động dây chuyền sản xuất Khi nguyên liệu cân đủ tác động LOADCELL Nút LOADCELL tác động. .. Hoạt động mơ hình mơ v THƠNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế mô dây chuyền sản xuất thuốc tự động dùng WinCC PLC