lập trình điều khiển , giám sát cho lò nhiệt trong nhà máy bia sử dụng s7-300 ( hệ thống scada )

1 Mục lục Mục lục 1 Phần mở đầu 8 1. Lý do chọn đề tài 8 2. Mục đích 9 3. Nội dung thực hiện 9 Chơng 1: Giới thiệu về quy trình công nghệ sản xuất Bia 9 Chơng 2: Tổng quan về thiết bị điều khiển PLC 9 Các bớc thiết kế một hệ thống điều khiển dùng PLC 9 Chơng 3 : Khái quát về hệ SCADA và phần mềm WinCC 9 Chơng 4: Chơng trình lập trình điều khiển, giám sát cho lò nhiệt trong nhà máy bia sử dụng PLCS7-300 9 4. ý nghĩa khoa học và thực tiễn 9 5. Hớng phát triển của đề tài 10 6. Phơng pháp thực hiện 10 PHầN NộI DUNG 11 Chơng 1 11 Giới thiệu Về QUI TRìNH CÔNG NGHệ SảN XUấT BIA 11 1.1. Thành phần 11 1.1.1. Gạo 11 1.1.2. Malt 11 1.1.3. Men 12 1.1.4. Hoa Hupblon 12 1.1.5. Nớc 12 1.2. Quy trình công nghệ sản xuất Bia 13 Hình 1.1: Quy trình công nghệ sản xuất Bia 13 2 1.3. Sơ đồ khối công nghệ sản xuất bia 15 Hình 1.2: Sơ đồ khối công nghệ sản xuất Bia 15 1.3.1. Nhà nghiền 15 Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị nhà nghiền 16 a) Nghiền gạo (Van V2, V7 đóng) 17 b) Nghiền malt (Van V1, V6 đóng) 17 c) Làm vệ sinh 17 1.3.2. Nhà nấu 18 Hình 1.4: Quá trình trao đổi nhiệt ở Tank nấu gạo 18 Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Tank nấu 19 Hình 1.6 : Nguyên lý hoạt động của khâu trộn 22 1.3.3. Nhà lên men và lọc bia 23 Hình 1.7 : Quá trình hạ nhiệt 23 Hình 1.8 : Nguyên lý hoạt động 23 1.3.4. Nhà chiết 25 Hình 1.9: Nguyên lý hoạt động nhà chiết 25 a) Máy rửa chai 26 Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy rửa chai 26 b) Máy chiết 26 Hình 1.11: Hoạt động của cơ cấu nâng chai bằng cam và con lăn 27 Hình 1.12: Hoạt động của máy chiết bia 28 c) Máy đóng nắp chai 28 Hình 1.13: Nguyên lý hoạt động máy đóng nắp 29 Hình 1.14: Hình chiếu bằng hoạt động máy đóng nắp chai 29 d) Máy thanh trùng 30 Hình 1.15: Sơ đồ hoạt động máy thanh trùng 30 Hình 1.16: Bố trí nhiệt độ trong các ngăn 31 e) Máy dán nhãn 32 Hình 1.17: Nguyên lý hoạt động của máy dán nhãn 32 f) Máy in ngày sản xuất 33 Hình 1.18: Nguyên lý hoạt động của máy in ngày sản xuất 33 3 g) Máy bốc chai 33 Chơng 2 34 tổng quan về thiết bị điều khiển PLC S7-300 34 2.1. Giới thiệu chung 34 Hình 2.1: Cấu trúc của một bộ điều khiển PLC 35 2.2. Các modul PLC S7-300 37 Hình 2.2 : Cấu hình một thanh rack các modul của một trạm PLC S7-300 37 2.2.1. Modul CPU 37 Hình 2.3: Một số CPU của PLC S7-300 38 2.2.2. Modul mở rộng 38 Hình 2.4 : Một số modul mở rộng của PLC S7-300 40 2.3. Ngôn ngữ lập trình 41 2.4. Tập lệnh 42 2.4.1. Nhóm lệnh logic tiếp điểm 42 2.5. Bộ nhớ 49 2.5.1. Vùng nhớ chơng trình 49 2.5.2. Vùng nhớ hệ thống 49 2.5.3. Vùng nhớ dữ liệu 50 Hình 2.5: Phân chia các vùng ô nhớ trong CPU 51 2.6. Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các modul mở rộng 51 Hình 2.6: Nguyên lý trao đổi dữ liệu giữa CPU và các modul mở rộng 52 2.7. Bộ thời gian (Timer) 52 2.8. Bộ đếm (Counter) 53 2.9. Các bớc thiết kế một hệ thống điều khiển dùng PLC 54 2.9.1. Xác định quy trình công nghệ 54 2.9.2. Xác định ngõ vào, ngõ ra 54 2.9.3. Viết chơng trình 54 2.9.4. Nạp chơng trình vào bộ nhớ 54 2.9.5. Chạy chơng trình 55 2.10. Truyền thông giữa PLC và PC 55 4 Hình 2.7: Mô tả PC đọc thông tin về bộ nhớ và trạng thái hoạt động của PLC 56 Hình 2.8: PC ghi dữ liệu về bộ nhớ và trạng thái hoạt động của PLC 56 Hình 2.9: PC gửi dữ liệu đến máy tính 57 2.11. Soạn thảo một Project 57 2.11.1. Cài đặt phần mềm 57 2.11.2. Lập trình 57 Hình 2.10 : Cách mở một dự án 58 Hình 2.11 : Chọn Next màn hình để mở một dự án 58 Hình 2.12 : Chọn CPU dùng trong dự án 59 Hình 2.13 : Chọn khối, ngôn ngữ dùng trong dự án 59 Hình 2.14 : Đặt tên cho dự án 60 Hình 2.15 : Khai báo cấu hình phần cứng 60 Hình 2.16 : Chọn Install HW Updates trong hộp thoại Options 61 Hình 2.17 : Chọn Install trong hộp thoại Install Hardware 61 Hình 2.18 : Chọn loại CPU, IO Modul, dùng trong dự án 62 Hình 2.19: Mở cửa sổ để viết chơng trình 62 2.11.3. Download và mô phỏng 63 Hình 2.20 : Thực hiện download chơng trình 63 2.12. Truyền thông trên MPI 63 2.12.1. Công dụng 63 Hình 2.21: Cấu trúc mạng MPI 63 Hình 2.21 : Các lựa chọn địa chỉ truyền thông 64 Hình 2.22 : Màn hình sau khi chọn địa chỉ truyền thông 65 Hình 2.23 : Chọn địa chỉ truyền thông 65 Hình 2.24 : Download địa chỉ truyền thông xuống PLC 66 2.12.2. Tính năng 66 Chơng 3 67 KHáI QUáT Về Hệ SCADA Và PHầN MềM WinCC 67 3.1.Tổng quan về hệ SCADA 67 Hình 3.1: Cấu hình của một hệ SCADA điển hình 68 5 3.2. Tổng quan v ph n m m thiết kế WinCC 68 3.2.1. Giới thiệu chung 68 Hình 3.2: Đặc tính mở của phần mềm WinCC 69 3.2.2. Các đặc điểm chính 70 3.2.3. Các cấu hình hệ thống cơ bản 71 3.2.4. Các chức năng SCADA cơ bản 72 3.2.5. Các chức năng cơ bản 73 3.3. Truyền thông trong môi trờng WinCC 76 3.3.1. Bản chất truyền thông giữa máy tính (PC) và PLC 76 Hình 3.3: Bản chất của quá trình truyền thông trong WinCC 76 3.3.2. Hàm truyền thông cơ bản 78 3.4. Cài đặt phần mềm 79 3.5. Thiết kế giao diện 79 Hình 3.4: Biêủ tợng của WinCC 79 Hình 3.5: Tạo một Project mới 80 Hình 3.6: Các cách kết nối giữa PC và PLC 80 Hình 3.7: Chọn kết nối giữa một PC và một PLC 81 Hình 3.8: Đa các th viện vào dự án 81 Hình 3.9: Chọn kiểu màn hình HMI 82 Hình 3.10: Lựa chọn thiết bị cần lập trình 82 Hình 3.11: Màn hình giao diện của WinCC 83 Hình 3.12: Cửa sổ khai báo các trờng của Project 84 Hình 3.13: Cách lấy thanh công cụ 84 Hình 3.14: Thanh công cụ 85 Hình 3.15: Các cách kết nối 85 Hình 3.16: Thông tin kết nối 86 Chơng 4 87 CHƯƠNG TRìNH LậP TRìNH ĐIềU KHIểN, GIáM SáT CHO Lò NHIệT TRONG NHà MáY BIA Sử DụNG PLC S7- 300 87 4.1. Lập trình điều khiển nhiệt độ Tank nấu gạo 87 6 4.1.1. Quy trình công nghệ 87 Hình 4.1: Sơ đồ thuật toán điều khiển nhiệt độ của Tank nấu gạo 87 4.1.2. Lựa chọn thiết bị 88 Hình 4.2: Giao diện giám sát nhiệt độ, thời gian 88 Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý Thermocouple 88 Bảng 4.1: Một số loại cặp nhiệt thông dụng 89 Hình 4.4: Sơ đồ nguyên lý Thermocouple khi nối với dụng cụ đo 89 4.1.3. Xác định địa chỉ vào, ra cho PLC 91 Bảng 4.2: Định địa chỉ đầu vào 91 Bảng 4.3: Định địa chỉ đầu ra 92 4.1.4. Chơng trình điều khiển 92 4.2. Thiết kế giao diện điều khiển sử dụng phần mềm WinCC 98 4.2.1. Giao diện điều khiển hệ thống 98 Hình 4.5: Giao diện khởi động hệ thống 98 Hình 4.6: Đặt tên cho Button_2 98 Hình 4.7: Chọn màn hình khi nhấn nút Start 99 Hình 4.8: Đặt tên cho Button_4 99 Hình 4.9: Thoát khỏi màn hình khi nhấn nút Exit 99 Hình 4.10: Viết chữ vào Text Field 100 Hình 4.11: Giao diện điều khiển của hệ thống 100 4.2.2. Xây dựng chơng trình liên kết giữa WinCC và PLC 100 Hình 4.12: Đặt tên vào Tag, chọn kiểu Mode cho cảm biến nhiệt độ PT100 101 Hình 4.13: Tạo Tag cho cảm biến nhiệt 102 Hình 4.14: : Đặt tên vào Tag, chọn kiểu Mode cho nhiệt độ đặt ngỡng dới 102 Hình 4.15: Tạo Tag cho nhiệt độ đặt ngỡng dới 102 Hình 4.16: Đặt tên vào Tag, chọn kiểu Mode cho nhiệt độ đặt ngỡng trên 103 Hình 4.17: Tạo Tag cho nhiệt độ đặt ngỡng trên 103 Hình 4.18: Đặt tên vào Tag, chọn kiểu Mode cho Timer 104 Hình 4.19: Tạo Tag cho Timer 104 Hình 4.20: Đặt tên cho Button_6 104 Hình 4.21: Đặt tên cho Button_6 105 7 4.3. Thử nghiệm hệ thống điều khiển, giám sát 105 Kết luận 106 Tài liệu tham khảo 107 Danh mục bảng Bảng 4.1: Một số loại cặp nhiệt thông dụng Error: Reference source not found 8 Phần mở đầu Trong sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá, tự động hoá là không thể thiếu trong mọi lĩnh vực của ngành kinh tế quốc dân nhằm tạo ra sản phẩm có chất lợng cao cho xã hội và khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trờng. Ngay từ khi mới ra đời PLC đã trở thành cơ sở trong công nghiệp tự động hoá, đặc trng của PLC là sử dụng vi xử lý để xử lý thông tin, các nối ghép logic cần thiết trong quá trình điều khiển đợc xử lý bằng phần mềm do ngời sử dụng lập nên và cài vào. Do đó, ngời ta có thể giải quyết nhiều bài toán về tự động hoá khác nhau trên cùng một bộ điều khiển mà hầu nh không cần phải biến đổi gì ngoài việc nạp chơng trình khác nhau. PLC giám sát thờng xuyên các trạng thái của hệ thống thông qua tín hiệu báo về của các thiết bị vào, tiếp theo PLC sẽ căn cứ trên chơng trình logic để quyết định tiến hành hoạt động các đầu ra. Việc trao đổi thông tin và dữ liệu giữa trung tâm điều khiển với thế giới bên ngoài đợc thực hiện thông qua hệ thống giao diện, ngoài ra bộ điều khiển trung tâm còn có thể trao đổi thông tin với các máy tính khác. So sánh với các hệ thống điều khiển thế hệ cũ dùng rơle thì kỹ thuật PLC có u thế tuyệt đối về khả năng linh động và khả năng giải quyết những bài toán tự động hoá phức tạp . Nền kinh tế nớc ta đang ngày càng phát triển, nhu cầu về tự động hoá ngày càng cao để có thể đáp ứng đợc đòi hỏi của quá trình công nghiệp hoá- hiện đại hoá. Cũng nh để đáp ứng nhu cầu về đời sống tinh thần của con ngời thì nhà máy Bia đã ra đời. Chính vì vậy em chọn đề tài này nhằm giúp em đánh giá đợc khả năng tích luỹ kiến thức bấy lâu trong nhà trờng, cũng từ đó mà nắm vững đ- ợc kiến thức chuyên ngành, áp dụng tốt linh hoạt vào thực tiễn. 9 Trong quá trình thực hiện đồ án em phải tìm tòi, trao đổi, tổng hợp kiến thức để vận dụng vào thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát lò nhiệt trong nhà máy Bia cho phù hợp với yêu cầu của thực tế. Chơng 1: Giới thiệu về quy trình công nghệ sản xuất Bia. Nội dung chính của chơng này là tìm hiểu về quy trình công nghệ sản xuất bia nói chung. Chơng 2: Tổng quan về thiết bị điều khiển PLC. Tìm hiểu cấu trúc chung của một bộ PLC; PLCS7- 300 : các modul; ngôn ngữ lập trình ; tập lệnh, bộ nhớ, bộ thời gian (Timer), bộ đếm (Counter). Các bớc thiết kế một hệ thống điều khiển dùng PLC Soạn thảo một Project. Truyền thông giữa PLC và PC. Chơng 3Khái quát về hệ SCADA và phần mềm WinCC. Tìm hiểu về hệ SCADA; phần mền WinCC: Đặc tính mở, các đặc điểm chính, các chức năng, các cấu hình hệ thống cơ bản Thiết kế giao diện. Chơng 4: Chơng trình lập trình điều khiển, giám sát cho lò nhiệt trong nhà máy bia sử dụng PLCS7-300. Hiểu đợc quy trình công nghệ; xác định địa chỉ vào, ra cho PLC; chơng trình điều khiển; thiết kế giao diện sử dụng phần mềm WinCC; xây dựng chơng trình liên kết giữa WinCC và PLC. ý !" Ngày nay lĩnh vực tự động hoá và tin học công nghiệp là mũi nhọn của kỹ thuật hiện đại, nhiều hệ thống điều khiển tự động đã ra đời nhằm phục vụ nhiều nhu cầu khác nhau của đời sống và đợc ứng dụng rất thành công đem lại hiệu quả công 10 việc rất cao. Một trong những phơng án tốt nhất và đợc sử dụng rộng rãi hiện nay là thay thế hệ thống đó bằng bộ điều khiển PLC. Vì vậy thiết kế, điều khiển, giám sát lò nhiệt sử dụng thiết bị lập trình điều khiển PLC làm nâng cao năng suất, chất lợng của dây truyền sản xuất Bia là một điều tất yếu hiện nay. #$%&'()* Đề tài này cho ta nắm khái quát một hệ thống tự động, tuy nhiên trên thực tế có nhiều cách điều khiển, giám sát khác nhau tuỳ theo nhu cầu công nghệ mà ta thiết kế cho hợp lý. Từ những kiến thức tiếp thu đợc qua đề tài này ta có thể phát triển thành điều khiển, giám sát cho lò nhiệt trong các hệ thống điều khiển công nghiệp khác có quy mô lớn và rộng hơn. +,-&'& Trong quá trình làm đồ án sử dụng những phơng pháp sau: Phơng pháp nghiên cứu lý luận Phơng pháp nghiên cứu thực tiễn Phơng pháp thống kê toán học Phơng pháp chuyên gia Phơng pháp thực nghiệm Tuy nhiên, PLC là một lĩnh vực mới đối với sinh viên đang còn ngồi trên ghế nhà trờng cũng nh thời gian nghiên cứu tơng đối ngắn, nên mặc dù đợc thầy giáo hớng dẫn tận tình và sự nỗ lực của bản thân nhng không thể tránh khỏi những sai sót. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy giáo.(/$0cùng các thầy trong bộ môn đã tạo điều kiện và giúp đỡ em hoàn thành đề tài này. Sinh viên thực hiện ,12.3$4 [...]... 36 ng dụng : Chủ yếu trong hệ thống chiếu sáng công cộng, hệ thống chiếu sáng trong toà nh , sử dụng trong các máy xà gồ và một số máy đơn giản S7- 200: Dòng sản phẩm trung cấp, đợc sử dụng trong những ứng dụng trung bình với số lợng I/O vừa phải (khoảng 12 8) đối với dòng sản phẩm S7_200 này đã đợc tích hợp đầy đủ những hàm toán cho tất cả những ứng dụng cần thiết cho mọi hệ thống tự động, ngôn ngữ... ngữ cũng nh giao diện lập trình dễ hiểu, thân thiện, giúp cho mọi ngời đều có thể dễ dàng tiếp cận Tuy nhiên, thông thờng S7-200 vẫn đợc sử dụng cho những ứng dụng riêng l , còn trờng hợp muốn mở rộng mạng thì vẫn nên sử dụng S7_300 ng dụng: Trong các nghành đ , bê tông, gốm s , xi măng, sắt thép Có thể sử dụng cho hệ thống SCADA nhỏ ( kết nối S7_200 với máy tính thông qua PC Access, để có thể truy cập... cấp, đợc sử dụng cho những ứng dụng nh , có tác dụng thay thế cho những ứng dụng sử dụng nhiều rơle trung gian,timer nhằm giảm không gian lắp đặt tủ điện Do logo chỉ là những logic modul do vậy chỉ đợc sử dụng cho việc thay thế những mạch số đơn giản với số lợng I/O nhỏ 24 In, 16 Out Ưu điểm của Logo: Dễ sử dụng, dễ lập trình và thay đổi dữ liệu Có thể lập trình trực tiếp trên Logo bằng cách sử dụng Logo... đúng quy trình công nghệ Từ quy trình công nghệ sản xuất bia để đơn giản ta khái quát thành sơ đồ khối 15 1.3 Sơ đồ khối công nghệ sản xuất bia Gạo Malt Nhà nghiền Nhà nấu Nhà lên men và lọc Nhà chiết Hình 1.2: Sơ đồ khối công nghệ sản xuất Bia Trong đồ án này sẽ trình bày quy trình công nghệ sản xuất bia ở chế độ tự động hoàn toàn từ khâu đa nguyên liệu vào, nghiền, nấu, trộn, lên men, cho tới khâu... khác, bơm M2 (bơm nguyên liệu từ nhà nghiền ) dừng hoạt động đồng thời van V9 đóng Quá trình nấu bắt đầu, hơi nớc nóng cung cấp nhiệt cho nhà nấu Các cảm biến nhiệt độ có nhiệm vụ đo (các thông số nhiệt độ và khối lợng đợc thể hiện trên panel điều khiển ) Nhiệt độ trong tank nấu, có cảm biến nhiệt độ để theo dõi nhiệt độ từ tank nấu nhằm tăng sự đồng đều nhiệt độ trong tank Quá trình nấu kết thúc, van... tiêu yêu cầu d) Làm trong bia Để đợc bia có độ trong cần thiết phải tiến hành lọc và làm trong Có thể sử dụng nhiều thiết bị khác nhau và nhiều chất trợ lọc khác nhau Lọc tách triệt để các phần tử rắn lóng, khuyếch tán trong bia, lọc loại bỏ hầu hết các vi sinh vật, kể cả nấm men, làm cho bia có độ trong sáng đúng yêu cầu chất lợng làm ổn định và gia tăng độ bền vững sinh học, hoá học, nên bia sau khi... riêng cho ứng dụng mà ta cần Ngoài ra S7-300 còn xây dựng phần cứng theo cấu trúc modul, nghĩa là đối với S7-300 sẽ có những modul tích hợp cho những ứng dụng đặc biệt nh modul PID, modul đọc xung tốc độ cao, modul truyền thông để kết nối PLC với mạng công nghiệp hoặc mạng internet.V ì vậy ngày nay S7-300 đợc ứng dụng rất rộng rãi Với mục đích điều khiển, giám sát nhiệt độ của hệ thống tank nấu và các hệ. .. M 2, quá trình bơm nhiên liệu kết thúc khi cảm biến báo mức đầy trong tank có tín hiệu Nhiệt để cung cấp cho nhà nấu là hơi nớc nóng đợc gia nhiệt tại khu vực cung cấp nhiệt và CO2 Quy trình nấu đòi hỏi yêu cầu kỹ thuật về thông số nhiệt độ là rất cao, độ chính xác nhiệt độ trong tank nấu là yếu tố góp phần quyết định chất lợng sản phẩm bia Quá trình trao đổi nhiệt nhờ hệ thống ống dẫn hơi nớc nóng,... hiện tại nhà nghiền nh sau (thực hiện khi nguyên liệu đầy đủ trong các thùng): 17 a) Nghiền gạo (Van V 2, V7 đóng) Cảm biến mức trong thùng chứa gạo sẽ báo mức gạo, nếu mức gạo trong thùng nằm trong phạm vi cho phép thì hệ thống làm việc (nếu không đủ lợng gạo băng tải liệu hoạt động để cấp liệu) Van V3 đóng van V1 m , gạo sẽ vào cân nếu khối lợng gạo đạt mức yêu cầu thì van V1 đóng van V3 mở máy nghiền... đóng van V3 mở máy nghiền hoạt động Đồng thời van V4 mở để cho nớc trộn cùng với malt Van V7 mở (van V6 đóng) máy bơm M2 sẽ đẩy nguyên liệu sang nồi nấu malt c) Làm vệ sinh Quá trình làm vệ sinh máy thực hiện khi kết thúc một mẻ nấu, công đoạn làm vệ sinh đợc tiến hành nh sau: Máy ngừng hoạt động, các van V 1, V 2, V 3, V4 đóng Van V5 mở để cho dịch CIP vào trong máy nghiền (hai lô nghiền) làm vệ sinh . 4 87 CHƯƠNG TRìNH LậP TRìNH ĐIềU KHIểN, GIáM SáT CHO Lò NHIệT TRONG NHà MáY BIA Sử DụNG PLC S7- 300 87 4.1. Lập trình điều khiển nhiệt độ Tank nấu gạo 87 6 4.1.1. Quy trình công nghệ 87 Hình. trình điều khiển, giám sát cho lò nhiệt trong nhà máy bia sử dụng PLCS7-300. Hiểu đợc quy trình công nghệ; xác định địa chỉ vào, ra cho PLC; chơng trình điều khiển; thiết kế giao diện sử dụng. thực tiễn. 9 Trong quá trình thực hiện đồ án em phải tìm tòi, trao đổi, tổng hợp kiến thức để vận dụng vào thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát lò nhiệt trong nhà máy Bia cho phù hợp với