Đề tài tốt nghiệp hệ thống pha, trộn sơn tự động dùng plc s7 1200

MỤC LỤC MỤC LỤC I LỜI CÁM ƠN III LỜI MỞ ĐẦU IV NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .V CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHA SƠN TỰ ĐỘNG 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Giới hạn đề tài: 1.4 Hướng thực đề tài: 1.5 Một số mơ hình ngồi thực tế .2 CHƯƠNG 2: MƠ TẢ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 2.1 Quy trình điều khiển máy trộn 2.2 Quy trình điều khiển rót sơn CHƯƠNG 3: CẢM BIẾN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH 3.1 Thiết bị cảm biến 3.1.1 Phân loại cảm biến: 3.1.1.1 Cảm biến tiếp xúc .6 3.1.1.2 Các loại cảm biến không tiếp xúc .6 3.1.2 Tìm hiểu số loại cảm biến: 3.2 Thiết bị đóng cắt 10 3.2.1 Khái niệm chung rơle 10 3.2.2 Các phận (các khối) rơle 10 3.2.3 Phân loại rơ le 11 3.2.5 Các thông số rơle 12 3.2.6 Rơle trung gian: 13 3.3 Thiết bị đóng xả van 14 3.3.1 Van điện từ 14 3.3.2 Tổng quan động điện chiều: 15 3.3.2.1 Cấu tạo, phân loại động điện chiều: 15 3.3.2.2 Đặc tính động điện chiều 18 3.3.2.3 Ảnh hưởng tham số đến đặc tính 21 3.3.2.3.1 Ảnh hưởng điện trở phần ứng: .21 3.3.2.3.2 Ảnh hưởng điện áp phần ứng: .22 3.3.2.3.3 Ảnh hưởng từ thông 23 3.3.3 Tổng quan động giảm tốc 24 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN 25 4.1 Giới thiệu plc s7-1200 tia portal .25 4.1.1 Tổng quan PLC S7-1200: 25 4.1.1.1 Những module phần cứng PLC S7-1200: 27 i 4.1.1.1.1 Rack: 28 4.1.1.1.2 Sign Board PLC S7-1200: 28 4.1.1.1.3 Module xuất / nhập tín hiệu số: 29 4.1.1.1.4 Module xuất / nhập tín hiệu tương tự 29 4.1.1.1.5 Module truyền thông: 30 4.1.1.2 Quy trình thiết kế hệ thống điều khiển: 30 4.1.2 Làm việc với phần mềm SIMATIC TIA Portal: .30 4.1.2.1.2 Cấu trúc lập trình: .31 4.1.2.1.3 Khối tổ chức OB – OGANIZATION BLOCKS 31 4.1.2.1.5 Giới thiệu số tập lệnh S7-1200: 32 4.2 Giới thiệu wincc v12 .39 4.3 Giới thiệu hmi 42 4.4 Phân công vào ra: .44 4.5 Lưu đồ thuật toán 45 4.5.1 : Thuật toán chọn màu sơn để pha 45 4.5.2 Thuật toán bơm nước rửa .46 4.6 Sơ đồ đấu nối plc s7-1200 47 CHƯƠNG 5: MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 48 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 54 6.1 Kết luận 54 6.2 Hướng phát triển 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 PHỤ LỤC: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 56 ii LỜI CÁM ƠN Ngày nay, nước ta đẩy mạnh cơng nghiệp hóa – đại hóa, hội nhập kinh tế Quốc tế nhằm đưa đất nước phát triển, mục tiêu đến năm 2020 trở thành nước công nghiệp Song song với việc trọng phát triển ngành kinh tế việc cập nhật, nắm bắt cơng nghệ đại ngày phát triển toàn thể nhân loại quan trọng Sinh viên chủ nhân tương lai Đất nước, xã hội Đồ án Tốt nghiệp dấu mốc quan trọng sinh viên trước trường, kết tích luỹ q trình học tập, vận dụng kiến thức học vào thực tế, giúp cho sinh viên thực hóa khả sáng tạo thân, tự tin trường Và q trình hồn thành đề tài tốt nghiệp: “Hệ thống pha, trộn sơn tự động dùng PLC S7-1200”, thân em học hỏi nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý báu thực đề tài với giúp đỡ nhiệt tình thầy mơn Tự Động Hóa - khoa Điện Tuy có nhiều cố gắng q trình thực đề tài khơng tránh khỏi sai sót, mong quý thầy cô bỏ qua giúp đỡ để em hồn thành tốt nhiệm vụ củng cố kiến thức ngày vững vàng nhằm trang bị kiến thức cần thiết để tạo bước đệm trường làm Em xin chân thành cảm ơn thầy mơn Tự Động Hóa - khoa Điện đặc biệt T.S Giáp Quang Huy quan tâm, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi giúp em hồn thành đề tài thời hạn giao Đà Nẵng, ngày tháng năm 2015 Sinh viên thực TRẦN HOÀI BẢO iii LỜI MỞ ĐẦU Trong công đẩy mạnh Cơng nghiệp hóa – đại hóa Đất nước, việc đầu tư ứng dụng dây chuyền sản xuất, tự động hóa nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất nâng cao suất lao động, cho sản phẩm chất lượng, đáp ứng nhu cầu khách hàng quan trọng Một ngành phát triển mạnh mẽ ngành xây dựng việc ứng dụng dây chuyền sản xuất tự động hóa lĩnh vực khơng thể thiếu có cơng nghệ kỹ thuật pha, trộn sơn Sơn nguyên vật liệu chủ yếu ngành xây dựng, chủ yếu sơn phủ bề mặt nhằm bảo vệ bề mặt đối tượng đồng thời hình thức trang trí thẩm mỹ Chính vậy, màu sắc sơn yếu tố quan tâm hàng đầu Đa số việc pha màu thị trường thực phương pháp thủ công (theo kinh nghiệm) Chính độ xác khơng cao, sản phẩm tạo không mong muốn, tỷ lệ phế phẩm nhiều, suất thấp, lãng phí sức lao động, thời gian… Để loại bỏ nhược điểm trên, để tạo sản phẩm theo mong muốn, ứng dụng, đưa điểu khiển lập trình PLC vào để thực cụ thể dây chuyền sản xuất tự động.Vì em nhận đề tài “Hệ thống pha, trộn sơn tự động dùng PLC S7- 1200” nhằm tìm hiểu kỹ vể dây chuyền Với kiến thức học suốt thời gian qua với giúp đỡ tận tình TS Giáp Quang Huy quý thầy cô, bạn bè gia đình, chúng em hồn thành việc nghiên cứu thi cơng mơ hình “Hệ thống pha trộn sơn tự động dùng PLC S7 - 1200” Do kiến thức có hạn, kinh phí hạn hẹp thời gian không cho phép nên đồ án chúng em sâu vào nội dung sau:  Tổng quan công nghệ pha sơn tự động  Mô tả quy trình cơng nghệ  Cảm biến cấu chấp hành  Thiết kế điều khiển  Kết luận hướng phát triển đề tài iv NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 2015 Giáo viên hướng dẫn TS Giáp Quang Huy v Đồ án tốt GVHD: Giáp Quang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHA SƠN TỰ ĐỘNG 1.1 Đặt vấn đề: Hiện nay, đất nước ta bước vào thời kỳ công 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 chuyền 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 công đoạn pha chế sơn 1.2 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 đầu Đa số việc pha màu thị trường thực phương pháp thủ công (tức theo kinh nghiệm) Chính độ xác không cao, sản phẩm sản xuất 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 1.3 Giới hạn đề tài: Từ yêu cầu đề tài, khả kiến thức chúng em thực công việc sau: Tìm hiểu mơ hình Pha màu thực tế Tìm hiểu nghiên cứu PLC S7 – 1200 Viết chương trình, chạy chương trình PLC (CPU 1214) Tìm hiểu phần mền Win CC Viết giao diện phần mền Win CC, kết nối giao tiếp giao diện Wincc, hình HMI chương trình PLC Thi cơng mơ hình phần cứng SVTH: Trần Hồi Bảo_Lớp Đồ án tốt GVHD: Giáp Quang 1.4 Hướng thực 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, xanh cây, lam, thẩm, chàm) từ màu (đỏ, vàng, xanh) Ấn định sản xuất lượng sản phẩm người sử dụng nhập từ giao diện Sử dụng giao diện để người sử dụng lựa chọn sản phẩm 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 điều khiển động khuấy trộn Vẽ giao diện mơ hình bảng điều khiển, bảng mã màu để dễ dàng việc giám sát điều khiển Kết nối giao diện Wincc, giám sát hệ thống qua hình HMI chương trình PLC Thi cơng mơ hình điều khiển mơ hình hồn tồn hoạt động 1.5 Một số mơ hình ngồi thực tế Hình 1.1 Hệ thống pha màu sơn Seamaster SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp Đồ án tốt GVHD: Giáp Quang Hình 1.2: Hệ thống máy pha màu tự động đại Solite Paint SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp Đồ án tốt GVHD: Giáp Quang CHƯƠNG 2: MÔ TẢ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ Hình 2.1: Sơ đồ cơng nghệ Quá trình vận hành gồm giai đoạn điều khiển máy trộn sơn điều khiển rót sơn 2.1 Quy trình điều khiển máy trộn: Sơ đồ cơng nghệ cho thấy: bình trộn nơi trộn để tạo màu sơn khác nơi rửa sơn sau kết thúc q trình trộn mẻ Trong sơ đồ cho thấy có đường ống để đưa ba loại sơn màu khác (Gồm màu theo thứ tự: Đỏ, vàng, xanh) làm sở cho việc tạo màu sơn mong muốn Quy trình làm việc thực sau: Trước tiên van xả loại sơn khác màu vào bồn, loại sơn thứ xả vào bình van điện từ khoảng thời gian t1, loại sơn thứ hai xả vào bình qua van điện từ khoảng thời gian t2, loại sơn thứ ba xả vào bình van điện từ khoảng thời gian t3 Các van dừng đưa sơn vào bình bơm đủ khoảng thời gian định sẳn bắt đầu trình trộn Quá trình điều khiển động trộn, thời gian giây Sau trộn xong, sản phẩm đưa rót thẳng vào bình chứa trung gian SVTH: Trần Hồi Bảo_Lớp Đồ án tốt GVHD: Giáp Quang 2.2 Quy trình điều khiển rót sơn: Khâu rót sơn hộp thực sau chương trình trộn sơn kết thúc, hộp sơn đặt băng tải, có hai cảm biến để báo q trình rót sơn tự động Các cảm biến dùng qua trình rót sơn: - Cảm biến 1: báo hộp sơn đến vị trí để rót sơn Cảm biến 2: báo hộp sơn đến cuối băng tải cần đưa Khi trình trộn sơn kết thúc, ta thực rót sơn vào hộp Khi sơn trộn xong, băng tải chạy để đưa hộp sơn đến vị trí để rót sơn Cảm biến báo hộp sơn đến vị trí băng tải ngưng van rót sơn mở để đưa sơn xuống hộp khoảng thời gian t ta tính trước để đảm bảo sơn rót đầy vào hộp van đóng lại ngưng rót sơn đồng thời băng tải chạy lại để đưa hộp sơn cuối băng tải đồng thời hộp sơn đến vị trí rót Hình 2.2: Mơ hình màu RYB Ở ta nhập số tương ứng với màu cần chọn vào Wincc, hình HMI để, để điểu khiển thời gian xả ba van tương ứng SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp Đồ án tốt GVHD: Giáp Quang 4.3 Giới thiệu hmi * HMI gì? HMI viết tắt Human-Machine-Interface, có nghĩa thiết lập giao tiếp người điều hành máy móc thiết bị Nói cách xác, cách mà người “giao diện” với máy móc HMI… Hình 4.6: Hệ thống quản lý, giám sát dung HMI thực tế Hình 4.7: HMI dùng Đồ án SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp Đồ án tốt GVHD: Giáp Quang Tương tự giao diện Wincc, giao diện HMI có Screen nhỏ nhập số liệu, nút ấn,…giúp người dùng quản lý, giám sát hệ thống tùy chọn, nhập, quản lý số liệu, hệ thống cách triệt để tiện dụng, thay đổi u cầu mà khơng cần thay đổi chương trình, cần thao tác hình HMI,…(vì điều kiện kinh phí có hạn nên chúng em dùng HMI hình inch, có màu bản,…) Hình 4.8: Bảng mã màu HMI Hình 4.9: Bảng thích màu HMI SVTH: Trần Hồi Bảo_Lớp Đồ án tốt GVHD: Giáp Quang Hình 4.10: Nhập liệu HMI 4.4 Phân công vào ra: Địa Chỉ Kiểu tín hiệu Q0.5 Q1.0 Đầu Đầu I0.0 I0.1 I0.4 I0.2 I0.7 I1.0 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Đầu vào Đầu vào Đầu vào Đầu vào Đầu vào Đầu vào Đầu Đầu Đầu Đầu Đầu SVTH: Trần Hồi Bảo_Lớp Giải thích Nút ấn màu xanh Nút ấn màu cam Nút ấn màu lam Nút ấn yêu cầu nước rửa Cảm biến rót Cảm biến Van xả đỏ Van xả vàng Van xả xanh Động khấy Van xả màu nước sau rửa Động kéo băng tải Van xả nước rửa Đồ án tốt GVHD: Giáp Quang 4.5 Lưu đồ thuật toán 4.5.1 : Thuật toán chn mu sn pha bắt Đ ầu Khuấy sơn 5s I0.0=1 Chọn màu Tạo thời gian xanh rót tạo màu xanh Chạy băng tải I0.0=0 I0.1=1 Chọn màu Tạo thời cam gian rót I0.7=1 I0.1=0 I0.4=1 Chọn màu lam Tạo thời gian rót Cảmbiến vị Dừng băng tải mở trírót =1 van rót I0.7=0 I0.4=0 Nhập tỉlệt ơng ứng bảng mà màu vào winc Sai ENTER=1 Đ úng Đ atín hiệu nhậptừ wincc vào tính toán vàđaratimer cho van Van hoạt động theo timer đà tính toán SVTH: Trn Hoi Bo_Lp Cảmbiến vị trícuối =1 I1.0=1 Dừng băng tải đợ i lấy sản phẩmra I1.0=1 Counter đếm số cảmbiến cuối =3 Dừng hệthống Đồ án tốt GVHD: Giáp Quang 4.5.2 Thuật toán bơm nc ra: bắt Đ ầu I0.2=0 Nút yêu cầu n c rửa I0.2=1 Khởi động van xản c rửa Đ ộng cơkhuấy 5s Chạy băng tải Cảm biến vị I0.7=1 trírót Dừng băng tải mở van rót I0.7=0 I1.0=1 Cảmbiến vị trícuối Dừng băng tải đợ i lấy n c thải I1.0=0 Sai Counter đếm số cảm biến cuối Đ úng Dừng hệthống SVTH: Trn Hoài Bảo_Lớp Đồ án tốt GVHD: Giáp Quang 4.6 Sơ đồ đấu nối plc s7-1200 4V D C n ó t Ê n mµu l a m n ú t y ê u c ầu n c r a 24VDC C ¶ m b i Õn 24V DC n ó t Ê n mµu c a m C ¶ m bi Õn nót Ên màu x anh l c ây 24V DC L+ M L+ M 1M DIa 24VDC 24VDC DIb 24VDC INPUT 2M ANALOG I 24VDC OUTPUT DQa DQb 1L 2L 24V DC 24V DC vanx¶n ớcr ả v a n x ả đỏ (r e d ) 24V DC DC 24VDC bă n g c h u y Òn 24V DC v a n x ¶ v µ n g (y e l l o w ) độ n g c k h u ấ y 24V DC v a n x ả màu t r é n 24VDC v a n x ¶ x a n h (bl u e) SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp Đồ án tốt GVHD: Giáp Quang CHƯƠNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM Hình 5.1: Mơ hình tổng thể SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp Đồ án tốt GVHD: Giáp Quang Hình 5.2: Van xả Hình 5.3: Cảm biến vị trí SVTH: Trần Hồi Bảo_Lớp Đồ án tốt GVHD: Giáp Quang Hình 5.4: Rơle trung gian Hình 5.5: Động chiều có giảm tốc SVTH: Trần Hồi Bảo_Lớp Đồ án tốt GVHD: Giáp Quang Hình 5.6: Bộ KIT PLC S7-1200 Hình 5.7: Bộ nguồn 24 VDC SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp Đồ án tốt GVHD: Giáp Quang Hình 5.8: Động khuấy SVTH: Trần Hồi Bảo_Lớp Đồ án tốt GVHD: Giáp Quang Hình 5.9: HMI dùng hệ thống để quan sát, giám sát SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp Đồ án tốt GVHD: Giáp Quang CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận: Sau ba tháng nghiên cứu tìm hiểu, với hướng dẫn tận tình thầy GIÁP QUANG HUY với giúp đỡ nhiệt tình thầy khoa Điện, mơn Tự Động Hóa ủng hộ gia đình bạn bè em hoàn thành Đồ án Tốt nghiệp Một lần em xin chân thành cảm ơn tất người! * Qua đồ án, em tìm hiểu số vấn đề sau: - Pha chế màu sơn - Biết cách sử dụng lập trình phần mềm TIA PORTAL với PLC-S7 1200 viết chương trình ứng dụng - Mơ Wincc, HMI - Thiết kế lắp ráp mơ hình pha trộn sơn * Tuy nhiên hạn chế như: - Mơ hình mang tính nghiên cứu chưa tiến đến dây chuyền công nghệ thực tế Từ mơ hình phát triển lên thực tế cịn phải thay đổi nhiều cấu tạo,khung mơ hình, phải thay đổi nhiểu tốn cơng nghệ nhằm nâng cao tính ổn định hệ thống tiết kiệm điện năng, giảm chi phí dây truyền - Các thiết bị sử dụng chưa đạt tính xác cao, cịn mang tính tương đối - Các khâu mơ hình thiếu chưa sát với thực tế - Do thời gian kiến thức có hạn nên cịn nhiều chức phần mềm TIAPORTAL WinCC, HMI chưa khai thác tối đa 6.2 Hướng phát triển: Em hy vọng lớp khóa sau có hội làm đề tài đề tài tương tự mở rộng đề tài với số gợi ý sau: Được tham quan, tìm hiểu kỹ công nghệ sản xuất nhà máy, máy pha trộn sơn thực tế để nâng cao tính hiệu mơ hình Kết hợp kỹ thuật, công nghệ pha trộn bảo quản sơn tránh tác nhân mơi trường bên ngồi làm ảnh hưởng tới chất lượng sơn Khai thác thêm tính ưu việt phần mềm TIAPORTALV12 WinCC V12, HMI việc thiết kế mô thực tế Tìm hiểu thêm mạng truyền thơng cơng nghiệp SCADA SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp Đồ án tốt GVHD: Giáp Quang TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình mơn học “Điều khiển logic” – Th.S Lâm Tăng Đức, Th.S Nguyễn Kim Ánh, Đại học Đà Nẵng – Trường ĐH Bách Khoa – Khoa Điên – Bộ môn tự động - đo lường Giáo trình “Điều khiển logic” – Th.S Khương Công Minh, Đại học Đà Nẵng – Trường ĐH Bách Khoa http://plcvietnam.com.vn/forum/forum.php http://www.siemens.com.vn/ SVTH: Trần Hoài Bảo_Lớp Đồ án tốt GVHD: Giáp Quang PHỤ LỤC: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN SVTH: Trần Hồi Bảo_Lớp