đồ án thiết kế hệ thống trộn mẻ

Trong đó ngành tự động hóa chiếm một vai trò rất quan trọng không những giảm nhẹ sức lao động cho con người mà còn góp phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất lao động, cải thiện chất

ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRỘN MẺGiảng viên hướng

dẫn: Vũ Minh Quang

Tên sinh viên: LƯU CÔNG NHẬT HIẾU

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay trước những sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, việc áp dụng khoa học công nghệ vào trong thực tế sản xuất đang được phát triển rộng rãi về mặt quy mô lần chất lượng Trong đó ngành tự động hóa chiếm một vai trò rất quan trọng không những giảm nhẹ sức lao động cho con người mà còn góp phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm, chính vì thé ngành tự động hóa ngày càng khẳng định được vị trí cũng như vai trò của mình trong các ngành công nghiệp và đang được phổ biến rộng rãi trong các hệthống công nghiệp trên toàn thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng.

Chiếm một vai trò rất quan trọng trong ngành tự động hóa đó là kỹ thuật điều khiếnlogic lập trình viết tắt là PLC Nó đã và đang phát triển mạnh mẽ và ngày càng chiếm vị trí rất quan trọng trong các ngành kinh tế quốc dân Không những thay thế được cho kỹ thuật điều khiển cơ cấu hoặc kỹ thuật rơ le trước kia mà còn chiếmlĩnh nhiều chức năng phụ khác.

Xuất phát từ thực tế đó, trong quá trình học tập tại trường Đại Học Thủy Lợi, được chỉ dạy bởi các giảng viên bộ môn Tự động hóa và đặc biệt là Thầy Vũ Minh Quang, em đã nhận được đồ án môn học với đề tài: “Thiết kế hệ thống tra dầu sản phẩm” Việc hoàn thành đề tài này sẽ không tránh được nhưng sai sót Em rất mong được sự phê bình, đánh giá của các thầy cô để em có thể rút ra được kinh nghiệm cũng như phát triển thêm đề tài.

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ

I, Hệ thống điều khiển theo mẻ

P-12 Hệ thống điều khiển theo mẻ Thiết kế biểu đồ chức năng của hệ thống điều khiển theo mẻ Hình P6.11 mô tả dây chuyền sản xuất theo mẻ bao gồm 4 bình chứa và các bơm luân chuyển dung dịch trong hệ thống Mỗi bình chứa đều có cảm biến phát hiện tình trạng đầy và cạn trong bình chứa Bình chứa 2 có thêm bộ phận gia nhiệt và cảm biến nhiệt Bình chứa 3 có bộ phận khuấy để trộn hai chất l ng được bơm từ bình chứa 1và 2 với nhau Bình chứa 3 và 4 có dung tích gấp đôi bình chứa 1 và 2

Hoạt động của hệ thống như sau Bình chứa 1 và 2 được cấp đồng thời alkali và polymer bằng các động cơ bơm Bơm 1 và 2 ngừng hoạt động khi cảm biến đầy phát hiện trạng thái đầy của bình chứa Bộ phận gia nhiệt ở bình chứa 2 hoạt động, tăng nhiệtcho polymer tới 60 C, ngừng gia nhiệt khi cảm biến nhiệt tác động Sau đó bơm 3 và 4 hoạt động bơm chất l ng sang bình chứa 3 Khi có chất l ng trong bình chứa 3, bộ phận khuấy hoạt động Động cơ bơm 3 ngừng hoạt động khi bình chứa 3 đầy hoặc bình chứa 1 cạn Tương tự, động cơ bơm 4 ngừng hoạt động khi bình chứa 3 đầy hoặc bình chứa 2cạn Động cơ khấy ngừng hoạt động sau khi ngừng động cơ 3 và 4 một khoảng là 90 giây Động cơ bơm 5 hoạt động bơm chất l ng sang bình chứa 4 Động cơ bơm 5 ngừng hoạt động khi bình chứa 4 đầy hoặc bình chứa 3 cạn Cuối cùng hệ thống kết thúc bằng hoạt động của bơm 6 đưa chất l ng vào bồn chứa Hệ thống hoạt động không tự động lặp lại, người vận hành sẽ quyết định khởi tạo lại hệ thống

Khi nhấn nút khởi động (tích cực) lần đầu tiên, hệ thống hoạt động theo trình tự như ở phần trên đã mô tả Khi nhấn nút dừng (không tích cực), hệ thống ngừng hoạt động Khingừng hoạt động, trừ các đầu ra STIRRER và HEATER điều khiển động cơ khuấy và bộ phận gia nhiệt, các đầu ra khác cần xác lập trạng thái không tích cực Khi ngừng hoạtđộng, động cơ khuấy và bộ phận gia nhiệt cần duy trì hoạt động Do vậy các giá trị đếm của bộ định thời phải được lưu trữ Khi hệ thống đang ngừng, nhấn nút khởi động thì hệthống sẽ tiếp tục hoạt động tại trạng thái trước khi dừng.

Hệ thống có nút khởi động lại, khi tích cực sẽ khởi tạo lại hệ thống Khi nhấn nút RESET_UP (tích cực), các bước trong chương trình được khởi động lại và chờ người vận hành khởi động chu kì hoạt động mới của hệ thống Giả thiết rằng, nếu nhấn nút khởi động lại khi hệ thống đang hoạt động thì người vận hành phải mở các van khóa để xả hết các chất l ng trong bình chứa bằng tay Sau khi khởi động lại, người vận hành phải nhấn nút khởi động để hệ thống hoạt động trở lại Nút khởi động lại không có tác

dụng khi hệ thống chưa hoàn toàn dừng lại

II, Tìm hiểu về PLC2.1 Khái niệm về PLC

PLC (viết tắt của Programmable Logic Controller) là thiết bị cho phép lập trình thực hiện các thuật toán điều khiển logic Bộ lập trình PLC nhận tác động các sự kiện bên ngoài thông qua ngõ vào (input) và thực hiện hoạt động thông qua ngõ ra (output) PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào Khi có sự thay đổi bất kỳ từ ngõ vào, dựa theo logic chương trình ngõ ra tương ứng sẽ thay đổi.

2.2 Cấu tạo của PLC

Thông thường hệ thống PLC có các bộ phận chính sau:

Bộ nhớ chương trình: RAM, ROM, ngoài ra có thể sử dụng vùng nhớngoài – EPROM.

Bộ xử lý trung tâm CPU.

Module input/output Thông thường module I/O được tích hợp trênPLC, khi có nhu cầu mở rộng I/O có thể lắp module I/O.

2.3 Ưu điểm và nhược điểm của PLC

Hỗ trợ các chuẩn mạng truyền thông công nghiệp, tạo sự kết nối và traođổi dữ liệu giữa các thiết bị trong và ngoài nhà máy đáp ứng tiêu chuẩncông nghiệp 4.0.

Nhược điểm:

Giá thành cao: Chi phí sản phẩm cao hơn so với chi phí mạch relaythông thường Tuy nhiên, hiện nay thị trường VN đã có mặt rất nhiềuhãng PLC của Đức, Nhật Bản, Mỹ, Trung Quốc… dẫn đến giá thànhcạnh tranh hơn so với trước.

Chi phí phần mềm lập trình: Chi phí mua licence phần mềm lập trìnhtùy thuộc vào hãng sản xuất Hiện nay có 2 dạng: hãng sản xuất chophép sử dụng miễn phí và hãng sản xuất yêu cầu mua licence.

Yêu cầu người sử dụng có kiến thức về lập trình PLC: Để thiết bị PLCđáp ứng tốt trong điều khiển, người sử dụng cần có kiến thức căn bản vềlập trình PLC.

2.4 Vai trò của PLC trong tự động hóa

Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang đặt ra thách thức không nhỏ đối với các doanh nghiệp Trong dây chuyền sản xuất của doanh nghiệp, PLC không đơn thuầnlà thiết bị điều khiển đáp ứng về logic và tốc độ mà còn về truyền thông, trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị điều khiển khác, tạo nên một mạng lưới khép kín.

2.5 Sự khác nhau giữa PLC và bộ điều khiển khác

Hệ thống điều khiển thông thường Hệ thống điều khiển bằng PLC– Khi muốn thay đổi chương trình phải

lắp đặt lại toàn bộ.– Khó bảo trì, sửa chữa.

– Sự thay đổi ngõ vào, ra và điều khiểnhệ thống dễ dàng hơn nhờ các phầnmềm trên máy tính hoặc console.– Bảo trì và sửa chữa dễ dàng.– Độ bền và tin cậy cao.

– Các module rời cho phép thay thế vàmở rộng khi cần thiết.

– Công suất tiêu thụ ít hơn, tốc độ hoạtđộng của hệ thống nhanh hơn.

2.6 PLC chọn cho đề tàiPLC S7-300

Bộ lập trình PLC S7-300 CPU 314C-2PN/DP – 6ES7314-6EH04-0AB0

Hệ thống PLC mini mô-đun cho phạm vi hiệu suất thấp và trung bìnhVới nhiều loại mô-đun toàn diện để thích ứng tối ưu với nhiệm vụ tự động hóaSử dụng linh hoạt thông qua việc triển khai đơn giản các cấu trúc phân tán và mạng đa năng

Xử lý thân thiện với người dùng và thiết kế không phức tạp không có quạtCó thể mở rộng mà không gặp vấn đề gì khi nhiệm vụ tăng lên

Mạnh mẽ nhờ một loạt các chức năng tích hợp

Ứng dụng: (Bộ lập trình PLC S7-300 CPU 314C-2PN/DP – 6ES7314-6EH04-0AB0)S7-300

SIMATIC S7-300 là hệ thống PLC mini dành cho phạm vi hiệu suất thấp hơn và trung bình.

Thiết kế mô-đun và không có quạt, việc thực hiện đơn giản các cấu trúc phân tán và xử lýthuận tiện làm cho SIMATIC S7-300 trở thành giải pháp thân thiện và hiệu quả về chi phícho các tác vụ đa dạng nhất trong phạm vi hiệu năng cấp thấp và trung bình.

Các lĩnh vực ứng dụng của SIMATIC S7-300 bao gồm:Máy móc đặc biệt

Máy dệtMáy đóng gói

Sản xuất thiết bị cơ khí nói chungTòa nhà điều khiển

Sản xuất máy công cụHệ thống cài đặt

Ngành điện / điện tử và các ngành nghề lành nghề

Một số CPU được phân cấp hiệu suất và một loạt các mô-đun toàn diện với một loạt các chức năng thân thiện với người dùng cho phép bạn chỉ sử dụng những mô-đun cần thiết cho ứng dụng của mình Trong trường hợp mở rộng nhiệm vụ, bộ điều khiển có thể được nâng cấp bất kỳ lúc nào bằng các mô-đun bổ sung.

SIMATIC S7-300 có thể được sử dụng phổ biến:

Phù hợp tối đa cho ngành công nghiệp nhờ khả năng tương thích điện từ cao và khả năng chống sốc và rung động cao.

Thông số

Thông số kỹ thuật:

SIMATIC S7-300, CPU 314C-2PN/DP, CPU tích hợp với 192 KBYTE bộ nhớ làm việc, 24 ngõ vào số/16 ngõ ra số, 4 ngõ vào tương tự, 2 ngõ ra tương tự, 1 PT100, 4 bộ đếm tốc độ cao (60 KHZ),1 cổng giao tiếp MPI/DP 12MBIT/S,2.cổng giao tiếp ETHERNET PROFINET, với 2 cổng RJ45 ,yêu cầu 2 bộ nối dây 40 chân

III, HMI (Human Machine Interface)

3.1 HMI là gì?

HMI (Màn hình HMI) là từ viết tắt của cụm từ tiếng anh “Human Machine Interface”, được dịch là “giao diện người & máy” HMI là một giao diện (màn hình) có chức năng hiển thị và điều khiển nhằm mục đích giúp người vận hành có thể dễ dàng kiểm soát các thiết thị và máy móc

Theo tính năng nâng cao: SCADA, Cloud, Web Server, SQL, Email &SMS, Remote, 3G/4G/Wifi, …

3.3 Cấu tạo của HMI

Dựa theo các cách phân loại HMI phía trên, tựa chung chúng ta có thể thấy đượcHMI bao gồm 3 phần chính:

Phần cứng: màn hình, chíp, nút nhấn, thẻ nhớ và các cổng kết nối.

Phần mềm: viết chương trình, cấu hình phần cứng, thiết lập truyền thôngvà thiết kế giao diện HMI.

Truyền thông: bao gồm các cổng kết nối, giao thức truyền thông như:USB, RS232/422/485, Ethernet, CANbus, MODBUS, MQTT,EtherNet/IP, CANopen, SNMP, và các tính năng nâng cao, mở rộng.3.4 Ứng dụng

Công nghiệp sản xuất, chế tạo máy, nâng cấp hệ thống và máy móc tựđộng

Sản xuất, nâng cấp các dây chuyền tự động hóa công nghiệp

Tự động hóa tòa nhà, điều khiển, quản lý, giám sát BMS, HAVC, BTS, Công nghệ điều khiển bơm công nghiệp, xử lý nước, nước thảiQuản lý, giám sát năng lượng điện, dầu, khí, gas,

Trường đại học, trung tâm đào tạo, dạy nghềNhà thông minh (smart home)

Quan trắc môi trường: hiển thị, theo dõi, thu thập dữ liệu và giám sát từxa

3.5 Sensor đo mức nước

Dải đo: 0-2m, 0-6m, 0-10m, 0-20mNguồn cung cấp: 18 … 36 V DC

Output: 4-20mA, 0-10V, HART® RS-485 with protocol Modbus RTU.Độ sai số: 0,15% trên toàn dải đo.

Nhiệt độ hoạt động: -30 đến 70oC đối với dải đo 0-2m và 0-6m, từ -30 đến 60oC đối với dải đo 0-10m và 0-0m

CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY VÀ LADI, Sơ đồ đấu dây

II, Sơ đồ Grafcet

b, Lập trình LAD

c, Thiết kế HMI