MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .................................................................. 3 1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................ 3 1.3. Nội dung đề tài .................................................................................................... 3 1.4. Giới hạn đề tài ..................................................................................................... 4 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ......................................................... 4 CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM ....................................... 5 2.1. Phần cứng ............................................................................................................ 5 2.1.1. Giới thiệu plc s7_300 simens.............................................................................. 5 2.1.2. Loadcell VLC137S ............................................................................................ 7 2.1.3. IC INA128 khuyếch đại điện áp ........................................................................ 8 2.1.4. Nút nhấn .............................................................................................................. 9 2.1.5. Van khí nén 4V31010 ...................................................................................... 10 2.1.6. Piston MDBB100 100A53S............................................................................ 12 2.1.7. Rơ le nhiệt ......................................................................................................... 13 2.1.8. Động cơ trộn khuấy .......................................................................................... 14 2.2. Phần mềm mô phỏng TIA PORTAL V13 ...................................................... 14 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG .................................................................... 15 3.1. Sơ đồ khối của hệ thống và quy trình hoạt động ........................................... 15 3.2. Quy trình hoạt động của dây chuyền ............................................................. 15 3.3. Sơ đồ kết nối ...................................................................................................... 16 3.3.1. Sơ đồ khối kết nối hệ thống ............................................................................. 16 3.3.2. Sơ đồ kết nối chi tiết ......................................................................................... 18 CHƯƠNG 4: GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN .................... 19 4.1. Giải thuật điều khiển ........................................................................................ 19 4.2. Bảng kí hiệu Symbol Table .............................................................................. 21 4.3. Chương trình điều khiển ................................................................................. 22 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN .......................................................................................... 26 CHƯƠNG 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................. 27
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN MƠN HỌC ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Đề tài: ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRỘN VÀ CÂN ĐỊNH LƯỢNG CÀ PHÊ Sinh viên thực hiện: TPHCM, ngày 02 tháng năm 2019 MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 1.3 Nội dung đề tài 1.4 Giới hạn đề tài 1.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM 2.1 Phần cứng 2.1.1 Giới thiệu plc s7_300 simens 2.1.2 Loadcell VLC-137S 2.1.3 IC INA128 khuyếch đại điện áp 2.1.4 Nút nhấn 2.1.5 Van khí nén 4V310-10 10 2.1.6 Piston MDBB100- 100-A53S 12 2.1.7 Rơ le nhiệt 13 2.1.8 Động trộn khuấy 14 2.2 Phần mềm mô TIA PORTAL V13 14 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 15 3.1 Sơ đồ khối hệ thống quy trình hoạt động 15 3.2 Quy trình hoạt động dây chuyền 15 3.3 Sơ đồ kết nối 16 3.3.1 Sơ đồ khối kết nối hệ thống 16 3.3.2 Sơ đồ kết nối chi tiết 18 CHƯƠNG 4: GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 19 4.1 Giải thuật điều khiển 19 4.2 Bảng kí hiệu Symbol Table 21 4.3 Chương trình điều khiển 22 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 26 CHƯƠNG 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Ngày ngành chế biến lương thực, thực phẩm nước ta ngày phát triển nhờ vào tiến khoa học kỹ thuật phát triển kinh tế Để tối ưu hố cơng nghệ chế biến lương thực, thực phẩm việc tự động hóa sản xuất ln vấn đề cần quan tâm, đảm bảo đáp ứng nhu cầu to lớn thị trường tiêu thụ Hiện nay, nhiều công ty, xí nghiệp sản xuất nước tương quy mơ vừa nhỏ lại trang bị cho xưởng hoạt động dây chuyền tự động cỡ trung, đáp ứng suất cần thiết mà cơng ty, xí nghiệp yêu cầu Tỷ lệ pha trộn 30% Arabica 70% Robusta thích hợp cho người thích gu đắng muốn hương thơm nhiều Thưởng thức dòng sản phẩm cà phê phối trộn nguyên chất Arabica Robusta, bạn có thêm có trải nghiệm phong phú, tính lạ hấp dẫn giới cà phê mà bạn phải khám phá nhiều Việc áp dụng PLC vào điều khiển hệ thống sản xuất nhằm tăng suất lao động, tiết kiệm nhân công giảm giá thành sản phẩm 1.2 Mục tiêu đề tài - Tìm hiểu cấu hệ thống thiết bị phù hợp cho cấu - Sử dụng tốt phần mềm thiết kế chương trình cho plc - Biết kết nối phần cứng cho plc sử dụng - Thiết kế chương trình hoạt động cho dây chuyền sản suất 1.3 Nội dung đề tài Nội dung đề tài bao gồm mục sau: - Lựa chọn PLC sử dụng cho đề tài - Các thiết bị sử dụng kết nối - Phần mềm sử dụng để viết chương trình - Viết chương trình phù hợp cho đề tài - Sử dụng phầm mền mô hoạt động dây chuyền sản xuất - Các hướng phát triển cho đề tài 1.4 Giới hạn đề tài Dây chuyền sản xuất sản phẩm cà phê thành phẩm dây chuyền có quy mơ lớn bao gồm nhiều quy trình liên kết với quy trình đóng gói, quy trình in ấn Đề tài giới hạn việc cân loại hạt cà phê theo tỉ lệ mà không thực giai đoạn rang xay hay đóng gói cà phê 1.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Dây chuyền sản xuất áp dụng vào hoạt động sản xuất cho công ty sản suất pha chế cà phê nhằm tăng suất lao động giảm giá thành sản phẩm CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM 2.1 Phần cứng 2.1.1 Giới thiệu plc s7_300 simens PS 307 (Power supply): Module nguồn nuôi Công suất tiêu thụ :57W Ngõ vào: Điện áp: 120/230VAC Tần số: 50Hz 60Hz Dòng điện: 0.9A Uvào: 120V 0.5 A Uvào: 230V Ngõ ra: Điện áp: 24VDC Dòng điện :2A Module CPU 312C: Điện áp đinh mức CPU: 24VDC Dịng điện tiêu thụ: 500mA Cơng suất: 6W Số kênh tích hợp: 10 DI/6DO Ngõ vào: Điện áp định mức: 24VDC Dòng điện định mức: 6mA Ngõ ra: Dòng điện định mức: 500mA SM 334 analog I/O modules: Điện áp: 24 VDC Đầu vào: Số kênh (AI):4 Độ phân giải: bit Dãy điện áp: 0-10V Dãy dòng điện: 0-20ms Đầu ra: Số kênh (AO): Dãy điện áp: 0-10V Dãy dòng điện: 0-20mA 2.1.2 Loadcell VLC-137S Cảm biến lực VLC-137S: ứng dụng cân bồn, cân phễu, cân silo… o Cấu trúc Cấu tạo loadcell gồm điện trở strain gauges R1, R2, R3, R4 kết nối thành cầu điện trở Wheatstone hình dán vào bề mặt thân loadcell o Nguyên lý hoạt động Một điện áp kích thích cung cấp cho ngõ vào loadcell điện áp tín hiệu đo hai góc khác Tại trạng thái cân (trạng thái không tải), điện áp tín hiệu số khơng gần không bốn điện trở gắn phù hợp giá trị Đó lý cầu điện trở Wheatstone gọi mạch cầu cân Khi có tải trọng lực tác động lên thân loadcell làm cho thân loadcell bị biến dạng (giãn nén), điều dẫn tới thay đổi chiều dài tiết diện sợi kim loại điện trở strain gauges dán thân loadcell dẫn đến thay đổi giá trị điện trở strain gauges Sự thay đổi dẫn tới thay đổi điện áp đầu o Thông số kỹ thuật: Tải trọng: 200kg Độ nhạy ngõ ra: 2mV/V Sai số không tải: ± 1% Điện trở ngõ vào: 400Ω ± 20 Ω Điện trở ngõ ra: 350 Ω ± Ω Quá tải cho phép loadcell hoạt động bình thường: 150% F.S Mức tải tối đa: 300% F.S Điện áp kích thích: 10VDC/AC Điện áp kích thích lớn nhất: 15VDC/AC Điện trở cách điện: ≥ 2000MΩ o Sơ đồ kết nối 2.1.3 IC INA128 khuyếch đại điện áp o Cấu trúc o Nguyên lý hoạt động Mạch khuyếch đại thuật tốn là q trình biến đổi đại lượng (dòng điện điện áp) từ biên độ nhỏ thành biên độ lớn mà không làm thay đổi dạng IC INA128 sử dụng op-amp hoạt động dựa nguyên lí mạch khuyếch đại không đảo mạch khuyếch đại vi sai Độ lợi : G = 1+ 50𝑘Ω 𝑅𝐺 Chọn RG = 250 (Ω) để khuếch đại lên 200 lần o Thông số kỹ thuật Nguồn đầu vào : ± 2.5V đến ± 18V Điện áp offset: 50µV IC có chân nối Độ lợi : G = 1+ 50𝑘Ω 𝑅𝐺 Điện áp tối đa cho phép: ± 40V o Sơ đồ kết nối 2.1.4 Nút nhấn Cấu trúc Nút tác động Hệ thống tiếp điểm Tiếp điểm chung Tiếp điểm thường mở (NO) Tiếp điểm thường đóng (NC) Lị xo phục hồi Nguyên lý hoạt động Khi ta dùng tay ấn nút số (1) xuống tiếp điểm thường mở đóng lại, thả tay lực lò xo số (6) phục hồi tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu, mạch điện họat động bình thường nhờ tiếp điểm trì cơng tắc tơ hay relay trung gian Thông số kỹ thuật Nút nhấn có đèn Loại nút lồi, nhấn nhả Điện áp định mức: 24VDC Tiếp điểm thường mở (NO): Sơ đồ kết nối 2.1.5 Van khí nén 4V310-10 Cấu trúc Cơ cấu điện từ Piston Trục piston có vịng chắn khí Thâm van Cuộn dây Cửa đẩy khí piston Đầu nối điện Nguyên lý hoạt động Van 5/2 có cổng làm việc vào (cửa 1), (cửa 4), hai cửa xả riêng cho trạng thái (3 5) Ở vị trí ban đầu piston bên phải (hình a) cửa nối cửa 2, cửa nối cửa cửa bị đóng Khi dịng điện tác động vào piston sang vị trí bên trái (hình b) lúc cửa nối cửa 3, cửa nối cửa 4, cửa bị đóng 10 2.1.7 Rơ le nhiệt Cấu tạo Địn bẫy Tiếp điểm thường đóng Tiếp điểm thường mở Vít chỉnh dịng điện tương tác Thanh lưỡng kim Dây đốt nóng Cần gạt Nút phục hồi Nguyên lý hoạt động + Ở chế độ khơng tải, định mức: Dịng điện qua lưỡng kim dây đốt nóng Nhiệt lượng lưỡng kim cong không đáng kể, rơ le chưa tác động Mạch làm việc bình thường + Ở chế độ tải Nhiệt độ dây đốt nóng lưỡng kim tang cao Mở tiếp điểm thường đóng, đóng tiếp điểm thường mở Ngắt điện khỏi mạch bảo vệ an tồn cho thiết bị Thơng số kỹ thuật Số cực: Dòng điện làm việc: 16-22A Dùng khởi động từ: MC-9b ~ MC~40a Hãng sản xuất: LS 13 2.1.8 Động trộn khuấy Thông số kỹ thuật: Cơng suất motor 1/8Hp = 0.1kw Đường kính trục cốt 18 mm Tỉ số truyền (Ratio) 1/5 tương đương ~300 vịng/phút Kiểu lắp: Mặt bích úp xuống Điện áp: 3pha 220V/380V 2.2 Phần mềm mô TIA PORTAL V13 Là phần mềm cho phép viết chương trình điều khển thiết bị dự án Khi viết chương trình có nhiều ngỏ vào gỏ ra, nên cấu hình phần cứng trước Một ưu điểm TIA PORTAL có khả hiển thị địa cách trực quan cho người viết chương trình Với cách thứ 2, bạn phải tự ghi nhớ địa thiết bị Và bạn gọi địa nhờ phần mềm TIA PORTAL Trong việc cấu hình phần cứng, khơng xác định địa mà cịn thay đổi thuộc tính Modules (VD: việc thay đổi địa MPI PLC) 14 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Sơ đồ khối hệ thống quy trình hoạt động 3.2 Quy trình hoạt động dây chuyền - Nhấn nút ON hệ thống bắt đầu hoạt động: van mở cho hạt cà phê loại chạy xuống thùng - Dưới đáy thùng có loadcell van đóng mở tự động: + Khi loadcell 70kg đóng van mở van Van cho hạt cà phê loại chạy xuống + Khi loalcell 100kg đóng van mở van Van mở cho chất phụ gia vào, loadcell 101kg đóng van Đồng thời động trộn chạy với chu kì quay trái phút, dừng 10s, quay phải phút, dừng 10s - Sau chu kì động dừng Van đáy thùng tự động mở cho hỗn hợp pha chạy xuống để dây chuyền khác thực công đoạn - Nhấn nút OFF hệ thống ngừng hoạt động tất van đóng lại, động dừng Nhấn ON hệ thống hoạt động lại vị trí dừng - Nếu xảy q tải đóng van, ngắt động cơ, đèn báo cố sáng 15 3.3 Sơ đồ kết nối 3.3.1 Sơ đồ động lực Động Van Van 16 Van Van 3.3.2 Sơ đồ khối kết nối hệ thống Ống dẫn khí Van Van Piston Ống dẫn khí Piston Nguồn 24VDC Van Ống dẫn khí Piston Nút nhấn Van Nguồn 10VDC Loadcell PLC IC Khuếch Đại Contactor Thuận Contactor Nghịch Đèn ON OFF Đèn cố 17 Ống dẫn khí Piston 3.3.3 Sơ đồ kết nối chi tiết 220V Van KT KN ON OFF FAULT 20 MV2+ V0 V- IN V+ IN V+ V- RG RG 250 Ohm 10V DC 10V DC 24V DC 18 MV2+ M IC INA128 V0 Van LOADCELL VLC – 137S V- IN V+ IN V+ V- Van 10V DC RG RG 24V DC Van 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 L+ M L+ M 24VDC L+ M 24V DC L+ MV0+ M0MI0+ MV1+ M1MI1+ MV2+ M2MI2+ MV3+ M3MI3+ QV0 MANA QI0 QV1 MANA QI1 WHITE - L N OL 250 Ohm GREEN + RUN STOP MRES OFF IC INA128 10V DC RED + CPU313C SM 334 ON BLACK - PS307 – 2A 2L+ 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 2M 1L+ 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 1M WHITE - MCB GREEN + RED + BLACK - LOADCELL VLC – 137S L N L+ M CHƯƠNG GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 4.1 Giải thuật điều khiển BEGIN Van 1,2,3,4 đóng Mở Van Đóng van NHẤN ON? N M = 101kg? Y N Y Mở Van Đóng van Động quay thuận N M = 70kg? Y Đủ 2phút? Mở Van Đóng Van N Y Động dừng N M = 100kg? Đủ 10s? Y Y 19 N 4 Động quay nghịch M=0kg? N Y Đủ 2phút? N Đóng van Y N Động dừng Bị tải? Y Đủ 10s? N Đóng Van 1, 2, 3, Dừng động Bật đèn FAULT Y Đủ chu kì N NHẤN OFF? Y Mở van N Y Đóng Van 1, 2, 3, Dừng động Tắt đèn ON_OFF 20 4.2 Bảng kí hiệu Symbol Table BẢNG TRẠNG THÁI SYMBOL Address Symbol Display Format I0.0 ON Nút nhấn ON I0.1 OFF Nút nhấn OFF I0.2 OL Quá tải Q0.0 Van Van xả bồn Q0.1 Van Van xả bồn Q0.2 Van Van xả bồn Q0.3 Van Van đáy Q0.4 KT Động quay thuận Q0.5 KN Động quay nghịch Q0.6 ON_OFF_LAMP Đèn ON_OFF Q0.7 FAULT_LAMP Đèn báo cố 21 4.3 Chương trình điều khiển 22 23 24 25 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Sau tiến hành mô hệ thống hoạt động tương đối ổn định chưa có nhiều kinh nghiệm kiến thức thực tế lĩnh vực nên chưa sát thực tế Nhưng mô tả phần quan trọng hệ thống chương trình mơ cách trực quan qua chương trình Tia Portal KIẾN THỨC THU ĐƯỢC Sau thực đề tài hiểu rõ cách viết chương trình cách kết nối phần cứng cho PLC S7-300 Hiểu thêm loại module PLC, loadcell, piston,…và cách kết nối chúng với PLC Vận dụng hàm PLC Có thể mơ hệ thống cách trực quan sinh động tác vụ nhà máy phần điều khiển Analog loại điều khiển thông dụng Tuy nhiên, chương trình phát triển năm nên thư viện chưa phong phú cập nhật sau có thêm nhiều phụ kiện mơ tốt HƯỚNG PHÁT TRIỂN Đề tài phát triển thêm theo hướng trộn khác trộn xi măng, trộn thức uống Kết hợp thêm quy trình xay hạt cho nhiễn, thêm băng tải đóng thành gói sản phẩm Cuối cho em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn tận tình Thầy giúp nhóm hồn thành đồ án , đặc biệt góp ý chi tiết lựa chọn phần cứng giúp cho nhóm có thêm kiến thức quý báu để làm sở tiếp tục phát huy sau 26 CHƯƠNG 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO Tự động hoá với s7-300 : Nguyễn Doãn Phước , Phan Xuân Minh, NXB Khoa Học Kĩ Thuật, 2000 Giáo trình PLC S7 - 300: Lý thuyết ứng dụng, Nguyễn Xuân Quang, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật T.P Hồ Chí Minh, 2006 Simatic S7-300 Điều khiển hệ thống Đại học SPKT Tp Hồ Chí Minh Các đồ án tham khảo mơn điều khiển lập trình Giáo trình hệ thống giám sát Scada – Nguyễn Văn Thái Website tham khảo: Kênh Youtube Ngọc Automation: https://www.youtube.com/channel/UCvoeYwp6cxdrbx_5b0xibWQ Trang hỗ trợ, giải đáp thắc mắc Siemens: https://support.industry.siemens.com Diễn đàn tự động hóa Việt Nam https://plcvietnam.com.vn 27