Đề tài thiết kế hệ thống điều khiển giám sát dây chuyền trạm trộn bê tông ứng dụng plc s7 1200

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN TRẠM TRỘN BÊ TÔNG ỨNG DỤNG PLC S7-1200 Giáo viên hướng dẫn: ThS Hà Trung Kiên Nhóm sinh viên: Lê Quang Nam Đinh Hồi Nam Nguyễn Hồi Nam Lớp: TĐH3 Khóa : K14 Hà Nội – Năm 2023 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH Lời mở đầu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ HỆ THỐNG TRẠM TRỘN BÊ TƠNG 11 1.1 Tổng quan bê tơng 11 1.1.1 Phân loại bê tông 11 1.1.2 Các thành phần cốt liệu bê tông tươi .12 1.1.3 Q trình đơng cứng bê tông biện pháp bảo quản 13 1.1.4 Ứng dụng bê tông 14 1.2 Tổng quan trạm trộn bê tông 14 1.2.1 Giới thiệu trạm trộn bê tông xi măng 15 1.2.2 Phân loại trạm trộn bê tông xi măng 15 1.2.3 Cấu tạo chung trạm trộn bê tông xi măng 15 1.2.4 Nguyên lý hoạt động 17 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PLC – S7 1200 VÀ PHẦN MỀM LẬP TRÌNH PLC TIA – PORTAL V15 18 2.1 Khái quát chung PLC .18 2.1.1 Lịch sử hình thành 18 2.1.2 Các loại PLC thông dụng .18 2.1.3 Ngơn ngữ lập trình .19 2.1.4 Cấu trúc phương thức thực chương trình PLC 19 2.1.5 Ứng dụng PLC .21 2.2 PLC – S7 1200 .21 2.2.1 Cấu trúc 21 2.2.2 Phân vùng nhớ 23 2.2.3 Tập lệnh S7 - 1200 .24 2.2.4 Sơ đồ đấu dây .26 2.3 Phần mềm Tia – Portal v15 27 2.3.2 Giới thiệu SIMATIC STEP Basic .27 2.3.2 Các bước tạo project .28 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRẠM TRỘN BÊ TƠNG CĨ CÔNG SUẤT 35M3/H SỬ DỤNG PLC S7-1200 31 3.1 Phương án thiết kế hệ thống trạm trộn bê tơng có cơng suất 35m3 /h 31 3.2 Sơ đồ mạch động lực .32 3.3 Sơ đồ mạch điều khiển 34 3.4 Sơ đồ đấu dây 36 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN CHỌN THIẾT BỊ .38 4.1 Tính tốn thiết kế mạch lực 38 4.1.1 Mạch lực động dẫn động buồng trộn .38 4.1.1 Mạch lực động kéo băng tải 39 4.1.2 Mạch lực động bơm nước 40 4.1.3 Mạch lực động vít tải xi măng 40 4.1.4 Mạch lực động máy nén khí 41 4.1.5 Tính chọn aptomat tổng 41 4.1.6 Tính chọn khởi động mềm 42 4.2 Tính tốn thiết kế mạch điều khiển 43 4.2.1 Mạch điều khiển động dẫn động buồng trộn 43 4.2.2 Mạch điều khiển động kéo băng tải 43 4.2.3 Mạch điều khiển động bơm nước 43 4.2.4 Mạch điều khiển động vít tải xi măng .43 4.2.5 Mạch điều khiển động máy nén khí 44 4.2.6 Tính chọn rơ le trung gian 44 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU 45 5.1 Xây dựng thuật toán điều khiển 45 5.1.1 Sơ đồ khối chung toàn hệ thống 45 5.1.2 Sơ đồ khối tổng quan hoạt động hệ thống chế độ tự động 46 5.1.3 Sơ đồ khối tổng quan hoạt động hệ thống chế độ tay 47 5.1.4 Sơ đồ khối cân đá 48 5.1.5 Sơ đồ khối cân cát 48 5.1.6 Sơ đồ khối cân nước .49 5.1.7 Sơ đồ khối cân xi măng 49 5.1.8 Sơ đồ khối cân phụ gia 50 5.1.9 Sơ đồ khối hoạt động băng tải .51 5.1.10 Sơ đồ khối hoạt động thùng trộn .52 5.1.11 Sơ đồ khối hoạt động van xả bê tông 53 5.2 Lập trình điều khiển cho PLC S7 – 1200 .53 5.2.1 Xác định đầu vào/ra 53 5.2.2 Cấu hình phần cứng thiết bị 56 5.2.3 Giới thiệu khối hàm FC 58 5.2.4 Lập trình PLC – S7 1200 58 5.3 Thiết kế giao diện điều khiển 80 5.3.1 Cấu hình thiết bị 80 5.3.2 Thiết kế giao diện điều khiển hình .82 5.3.3 Thiết kế giao diện hình thơng báo 82 5.3.4 Màn hình cảnh báo lỗi 83 5.3.5 Màn hình đồ thị 83 CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 84 6.1 Download chương trình xuống PLC SIM 84 6.2 Màn hình .85 6.3 Chế độ tự động 86 6.4 Chế độ tay .89 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN HƯỚNG PHÁT TRIỂN 91 7.1 Kết luận 91 7.1.1 Kết đạt 91 7.1.2 Điểm hạn chế 91 7.2 Hướng phát triển 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Phân loại bê tơng theo khối lượng thể tích 12 Bảng 1.2: Thành phần tỉ lệ cốt liệu theo mác bê tông 13 Bảng 1.3: Thời gian cho phép vận chuyển bê tông theo mức nhiệt độ .14 Bảng 1.4: Các phương pháp định lượng 16 Bảng 2.1: Một số loại PLC thông dụng .18 Bảng 2.2: Một số CPU S7 - 1200 22 Bảng 2.3: Phân vùng nhớ 23 Bảng 2.4: Tập lệnh xử lý bít 24 Bảng 2.5: Tập lệnh Timer, Counter 24 Bảng 2.6: Tập lệnh toán học 25 Bảng 2.7: Tập lệnh di chuyển 26 Bảng 3.1: Bảng địa sơ đồ đấu dây 37 Bảng 4.1: Tính chọn khởi động mềm hãng ABB 42 Bảng 5.1: Bảng địa tín hiệu từ loadcell 53 Bảng 5.2: Bảng địa tín hiệu input 53 Bảng 5.3: Bảng địa tín hiệu output 54 Bảng 5.4: Bảng địa biến phụ 54 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Trạm trộn bê tơng nhựa nóng 14 Hình 1.2: Trạm trộn bê tơng xi măng 15 Hình 1.3: Kết cấu giá đỡ thép 17 Hình 2.1: Sơ đồ khối PLC 19 Hình 2.2: Sơ đồ đấu dây CPU 1214C AC/DC/Relay 26 Hình 2.3: Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/Relay 27 Hình 2.4: Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/DC 27 Hình 2.5: Biểu tượng phần mềm TIA - Portal V15 28 Hình 2.6: Creat new project .28 Hình 2.7: Đặt tên cho dự án .28 Hình 2.8: Configure a device .29 Hình 2.9: Add new device 29 Hình 2.10: Chọn loại CPU 30 Hình 2.11: Một project tạo 30 Hình 3.1: Sơ đồ công nghệ trạm trộn bê tông 31 Hình 3.2: Sơ đồ mạch động lực 32 Hình 3.3: Sơ đồ mạch điều khiển .34 Hình 3.4: Sơ đồ đấu dây .36 Hình 5.1: Sơ đồ tổng quan q trình trộn bê tơng tự động 46 Hình 5.2: Sơ đồ tổng quan q trình trộn bê tơng tay .47 Hình 5.3: Sơ đồ khối trình cân đá .48 Hình 5.4: Sơ đồ khối trình cân cát 48 Hình 5.5: Sơ đồ khối trình cân nước 49 Hình 5.6: Sơ đồ khối trình cân xi măng 49 Hình 5.7: Sơ đồ khối trình cân phụ gia .50 Hình 5.8: Sơ đồ khối hoạt động băng tải .51 Hình 5.9: Sơ đồ khối hoạt động thùng trộn 52 Hình 5.10: Sơ đồ khối hoạt động van xả bê tông 53 Hình 5.11: Tổng quan phần cứng 56 Hình 5.12: PLC S7 – 1200 AC/DC/RL .56 Hình 5.13: Module mở rộng analog 57 Hình 5.14: Module mở rộng đầu vào .57 Hình 5.15: Module mở rộng đầu vào 58 Hình 5.16: Cấu hình thiết bị .81 Hình 5.17: Kết nối PLC máy tính 81 Hình 5.18: Thiết kế giao diện hình 82 Hình 5.19: Màn hình cảnh báo hồn thành q trình trộn 82 Hình 5.20: Màn hình cảnh báo lỗi .83 Hình 5.21: Màn hình đồ thị 83 Hình 6.1: Start Simulation 84 Hình 6.2: Nhấn nút load .84 Hình 6.3: Start Simulation 85 Hình 6.4: Start Simulation 85 Hình 6.5: Start Simulation 86 Hình 6.6: Màn hình chế độ tự động 86 5.3 Thiết kế giao diện điều khiển Cấu hình thiết bị 83 84 Hình 5.35: Kết nối PLC máy tính 85 Thiết kế giao diện điều khiển hình Hình 5.36: Thiết kế giao diện hình Thiết kế giao diện hình thơng báo Hình 5.37: Màn hình cảnh báo hồn thành q trình trộn 86 Màn hình cảnh báo lỗi Hình 5.38: Màn hình cảnh báo lỗi Màn hình đồ thị Hình 5.39: Màn hình đồ thị 87 CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ MƠ PHỎNG 6.1 Download chương trình xuống PLC SIM Từ giao diện hình hàm main Kích vào biểu tượng (Start Simulation) Hình 6.40: Start Simulation Chương trình giả lập PLC khởi động có giao diện hình ảnh Kích vào lựa chọn “Load” Hình 6.41: Nhấn nút load Sau cửa sổ Tích chọn vào “Start all” Sau ấn “Finish” 88 Hình 6.42: Start Simulation 6.2 Màn hình Từ giao diện thiết kế hình chính, ta nhấn chuột vào biểu tượng Start Simulation Hình 6.43: Start Simulation Sau phần mềm thực mô giao diện hiển thị điều khiển giám sát có hình thức sau: 89 Hình 6.44: Start Simulation 6.3 Chế độ tự động Để thực q trình trộn bê tơng tự động, ta click chuột vào nút “AUTO” có màu xanh Giao diện điều khiển giám sát chế độ tự động hiển thị Hình 6.45: Màn hình chế độ tự động 90 Ở phía bên trái khu vực nhập thông số theo dõi thông số nguyên vật liệu thời điểm tức thời Khu vực bên phải nơi mơ q trình cân, xả trộn bê tông Bước 1: Chọn mác trộn Bước 2: Cài đặt thông số 91 Bước 3: Sau đèn điều kiện vận hành sáng nhấn chọn start để chạy chế độ tự động Bước 4: Giao diện tự động sau 92 Bước 5: Sau trộn xong số mẻ đặt hệ thống hiển thị thông báo sau: 6.4 Chế độ tay Chế độ điều khiển tay nút nhấn tủ trường điều khiển Scada thông qua Các switch chuyển mạch Bước 1: Chọn chế độ vận hành sang chế độ tay 93 Bước 2: Tại thiết bị có Switch, nhấn chọn bật tắt thiết bị cần điều khiển tay (On: Bật, Off: tắt) 94 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN HƯỚNG PHÁT TRIỂN 7.1 Kết luận 7.1.1 Kết đạt Đồ án chúng em hoàn thành với tiến độ đề ra, đáp ứng yêu cầu đặt nhiệm vụ thiết kế Trong trình nghiên cứu làm đồ án, chúng em đạt số kết quả: - Hiểu nguyên lý hoạt động, cách vận hành giấm sát điều khiển trạm trộn bê tơng có cơng suất 35m3 /h - Nắm tính PLC S7 – 1200 số module mở rộng S7 – 1200 - Biết sử dụng phần mềm TIA – Portal v15 để viết chương trình cho PLC - Đã thiết kế giao diện, điều khiển giám sát hệ thống tự động phần mềm giám sát WinCC 7.1.2 Điểm hạn chế - Do điều kiện khách quan, đồ án chúng em khơng xây dựng mơ hình thực tế mà thực mô phần mềm - Do chưa có kinh nghiệm nên vài chỗ cịn chưa tối ưu, thiếu tính khách quan 7.2 Hướng phát triển - Đề tài dừng việc thiết kế điều khiển giám sát hệ thống mô nên chưa phản ánh quy mô thực tế hệ thống Vì để hệ thống ứng dụng thực tế cần : Thu thập thêm liệu thực tế thiết bị cần thiết liên quan Giải vấn đề sai số mặt định lượng đo lường để áp dụng đề tài vào thực tế sản xuất Xây dựng sở liệu hoàn chỉnh đầy đủ thơng số để quản lý trực tiếp dễ dàng máy tính Thực xây dựng chương trình kết nối với máy in để in hóa đơn thơng tin mẻ trộn sau hoàn thành mẻ trộn 95 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO S7 – 1200 System Manual_SIEMENS Đề cương giảng “Khí cụ điện”_Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội Giáo trình “Cơng nghệ bê tơng xi măng”_GS.TS Nguyễn Tấn Quý Giáo trình “Trang bị điện 1”_Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội Giáo trình “Cung cấp điện”_TS Trần Quang Khánh Đề cương giảng “Đo lường cảm biến”_Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Giáo trình “Máy điện 1”_Trường Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội Đặng Thái Minh, “Dictionnaire vietnamien - franỗais Les mots vietnamiens dorigine franỗaise 97