Báo cáo đồ án tốt nghiệp, mô hình điều khiển giám sát hệ thống cân định lượng trong sản xuất, tính toán thiết kế mô hình, xây dựng giao diện điều khiển và giám sát trên HMI. điều khiển bằng PLC S71200, HMI weintek. Loadcell đôi, encoder speed
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN HỌC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Khánh Người hướng dẫn : Th.S Ngô Thị Thu Hương TP HCM – 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN HỌC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HĨA Đề tài: THIẾT KẾ MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Khánh Lớp: Tự Động Hóa K59 Người hướng dẫn : Th.S Ngơ Thị Thu Hương TP HCM – 2022 LỜI CẢM ƠN Trong trình làm đồ án tốt nghiệp với hướng dẫn tận tình Th.S Ngơ Thị Thu Hương với Thầy/Cô Bộ môn Điều khiển học, Khoa Điện - Điện tử quan tâm, tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp thời hạn nội dung đề Qua thời gian giúp em hệ thống lại kiến thức học trường đồng thời học tập thêm kiến thức mới, cách vận dụng vào thực tiễn bước đầu làm quen với công việc người kỹ sư sau Đồ án tốt nghiệp sản phẩm thiết kế đầu tay người sinh viên khơng thể tránh thiếu xót mặt lý luận chưa phù hợp với thực tế Em mong nhận bảo thầy để có thêm kinh nghiệm sau Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.S Ngô Thị Thu Hương người trực tiếp hướng dẫn em suốt trình làm đồ án tồn thể Thầy/ Cơ trường Em xin trân trọng cảm ơn! Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022 Sinh viên Nguyễn Duy Khánh i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU xiii PHẦN MỞ ĐẦU xiv Lý chọn đề tài xiv Mục tiêu đề tài xiv Đối tượng phạm vi nghiên cứu xiv 3.1 Đối tượng nghiên cứu xiv 3.2 Phạm vi nghiên cứu xv Phương pháp nghiên cứu xv Kết cấu đề tài xv CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hệ thống cân định lượng 1.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống cân định lượng 1.1.1 Kết cấu hệ thống cân băng tải 1.1.2 Nguyên lý tính lưu lượng cân tải Nguyên lý tính lưu lượng a b Đo trọng lượng băng tải 1.3 Phân loại hệ thống cân định lượng 1.3.1 Phương pháp cân định lượng gián đoạn theo mẻ 1.3.2 Phương pháp cân định lượng liên tục 1.3.3 Nhận xét ii Ứng dụng cân định lượng liên tục nhà máy sản xuất xi măng 1.4 1.4.1 Công đoạn chuẩn bị nguyên liệu 1.4.2 Công đoạn phối nghiền nguyên liệu 1.4.3 Công đoạn nung luyện clinke 1.4.4 Công đoạn nghiền clinke thành xi măng đóng bao xi măng CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 2.1 Cấu trúc hệ thống cân định lượng 11 2.2 Giới thiệu điều khiển logic khả trình S7 1200 12 2.2.1 a Giới thiệu 12 Khái niệm 12 b Một số dịng PLC S7 1200 thơng dụng 13 2.2.2 Sơ đồ chân PLC S7-1215C 14 2.2.3 Ứng dụng 15 Giới thiệu hệ điều chỉnh tốc độ động không đồng 16 2.3 2.3.1 a Cấu tạo nguyên lý động không đồng 16 Cấu tạo 16 b Nguyên lý làm việc 16 2.3.2 Đặc tính động khơng động bộ: 17 2.3.3 Điều chỉnh tốc độ động điện không đồng 18 2.3.4 Cơng thức tính chọn động khơng đồng 18 Sơ đồ cấu trúc hệ truyền động 18 a b Tính chọn cơng suất động 18 2.4 Khái quát biến tần 19 2.4.1 Khái niệm 19 2.4.2 Nguyên lý hoạt động biến tần 19 2.4.3 Điều chỉnh tần số động biến tần 20 iii Giới thiệu cảm biến khối lượng 21 2.5 2.5.1 Khái niệm 21 Cấu tạo nguyên lý cảm biến định lượng 22 2.5.2 a Cấu tạo 22 b Nguyên lý hoạt động 23 2.5.3 Thông số kỹ thuật cảm biến khối lượng 23 2.5.4 Cơng thức tính khối lượng LoadCell 25 Cảm biến tốc độ Encoder 26 2.6 2.6.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động 26 2.6.2 Đo tốc độ băng tải 27 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 28 3.1 Giới thiệu hệ thống nghiên cứu 28 3.1.1 Giới thiệu 28 3.1.2 Mô tả chức hệ thống 29 Chức khối điều khiển giám sát 29 a b Chức khối xử lý trung tâm 29 Chức khối chấp hành 29 c d Chức khối đo lường 29 3.2 Thiết kế hệ thống phần cứng 30 3.2.1 Thành phần hệ thống cân định lượng 30 3.2.2 Băng tải cấp liệu 30 a Lựa chọn lăn kích thước băng tải 30 b Lựa chọn phương thức truyền động điều khiển tốc độ cho băng tải cấp liệu 32 c Lựa chọn công suất động 33 iv d Lựa chọn biến tần 35 Lựa chọn phương pháp xác định tốc độ băng tải 36 e 3.2.3 Bộ điều khiển 36 Lựa chọn điều khiển 36 a b Tín hiệu đầu vào – hệ thống 37 3.2.4 Các thiết bị đo lường 37 Lựa chọn cảm biến khối lượng khuếch đại tín hiệu 37 a b Lựa chọn cảm biến đo tốc độ băng tải 38 3.2.5 Màn hình HMI 38 3.2.6 Thiết kế mạch động lực 40 a Lựa chọn nguồn cấp 40 b Mạch động lực 40 b Sơ đồ cấp nguồn 41 3.2.7 Thiết kế mạch điều khiển 42 Sơ đồ nối dây cảm biến với điều khiển 42 a b Sơ đồ điều khiển động băng tải 43 Sơ đồ kết nối đọc xung phản hồi từ Encoder 44 c d Sơ đồ kết nối với PLC S7 1200 45 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG THUẬT TỐN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 47 4.1 Giới thiệu thành phần phần mềm 47 4.2 Xây dựng chương trình cho điều khiển S7 1200 48 4.2.1 Lưu đồ thuật toán tổng quát hệ thống 48 4.2.2 Cấu hình thiết bị điều khiển S7 1200 49 4.2.3 Lập trình xử lý tín hiệu Analog từ cảm biến loadcell 50 4.2.4 Lập trình truyền thơng biến tần qua tín hiệu tương tự 51 v 4.2.5 Lập trình điều khiển động phễu 53 4.2.6 Lập trình xử lý tốc độ động băng tải 54 4.2.7 Lập trình chế độ hoạt động thủ cơng 56 4.2.8 Chương trình chế độ hoạt động tự động 59 4.3 Thiết kế giao diện điều khiển giám sát hình Human-Machine Interface 60 4.3.1 Thiết lập kết nối HMI điều khiển 60 4.3.2 Giao diện hình giám sát 63 4.3.3 Giao diện hình điều khiển động băng tải 64 4.3.4 Giao diện thông thông số định lượng 65 4.3.5 Giao diện điều khiển chế độ tự động 65 4.3.6 Giao diện hình hiệu chỉnh thơng số cân 66 Hiệu chỉnh cảm biến khối lượng 67 4.4 4.4.1 Hiệu chỉnh điểm không 67 4.4.2 Kiểm tra hiệu chỉnh điện 67 CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỬ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 68 2.1 Xây dựng mơ hình thử nghiệm 68 5.1.1 Giới thiệu sơ lược hệ thống 68 5.1.2 Phần cứng 68 5.1.3 Phần mềm 69 Các kết đạt 70 2.2 5.2.1 a Thiết kế phần cứng mơ hình 70 Cơ cấu băng tải 71 b Các thiết bị đo lường 71 c 5.2.2 Tủ điều khiển 72 Phân tích kết chạy mơ hình 73 vi a Lần cân thứ 74 b Lần cân thứ hai 75 c Lần cân thứ ba 75 5.2.3 Đánh giá kết mơ hình 76 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 6.1 Kết đạt 77 6.2 Kiến nghị 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 PHỤC LỤC 1 Thông số thiết kế băng tải Chương trình điều khiển Một số hình ảnh thực nghiệm 11 vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AC Alternating Current DC Direct Current AO/AI Analog Output/Input DI/DO Digital Input/Digital Output CPU Central Processing Unit HSC High Speed Counter HZ Hertz HMI Human Machine Interface PLC Programmable Logic Controller RTU Remote Terminal Unit KĐB Không Đồng Bộ IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor PWM Pulse Width Modulation viii