Báo cáo chuyên Đề học phần kỹ thuật lập trình plc nâng cao thiết kế hệ thống Điều khiển trộn sơn tự Động sử dụng plc s7 200

Đa số việc pha trộn dung dịch hiện nay trên thị trường đều được thực hiện theo phương pháp thủ công ,theo kinh nghiệm nên đồ chính xác không cao, chất lượng và năng suất thấp .Để loại bỏ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ

KHOA CƠ KHÍ VÀ CÔNG NGHỆ

BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ HỌC PHẦN KỸ THUẬT LẬP TRÌNH PLC NÂNG CAO

Họ và tên sinh viên: Võ Hoàng Nhật

Nguyễn Tấn Thắng

Mã số sinh viên : 21L1040019

21L1040018

Lớp: Kỹ thuật cơ điện tử K55

Nhóm: 1

Giáo viên giảng dạy: TS Khương Anh Sơn

MỤC LỤC

Câu 1 : Thiết kế hệ thống điều khiển trộn sơn tự động sử dụng PLC S7-200.

1

1.1 Lí do chọn đề tài 1

1.2 Mục tiêu của đề tài 1

1.2.1 Mục tiêu chung 1

1.2.2 Mục tiêu cụ thể 1

1.3 Các nội dung nghiên cứu trước đây 1

1.4 Nội dung cần nghiên cứu 1

1.5 Kết quả nghiên cứu 2

1.5.1 Giới thiệu tóm tắt về hệ thống 2

1.5.2 Nguyên lí hoạt động của mô hình 3

1.5.3 Lập trình hệ thống điều khiển tự động bằng PLC 3

1.5.4 Kết quả mô phỏng trên PLC 7

1.6 Tài liệu tham khảo 8

Câu 2 Bài báo khoa học 8

2.1 Tóm tắt của bài báo và nội dung cốt lõi của bài báo 9

2.2 Những tham khảo của bài báo về kết quả nghiên cứu từ các tác giả trước 9

2.3 Kết quả mà bài báo đã thực hiện được, và nhận xét 10

2.3.1 Thiết kế được phần cứng phao báo hiệu từ xa 10

2.3.2 Thiết kế được trạm trung gian truyền nhận dữ liệu 11

2.3.3 Xây dựng được phần mềm giám sát tọa độ phao tiêu từ xa 12

2.3.4 Xây dựng được sơ đồ thuật toán và thiết kế được giao diện điều khiển và giao diện website 12

2.3.5 Tiến hành thử nghiệm 13

2.4 Bài học đạt được qua việc nghiên cứu bài báo đó 14

Phụ lục ảnh

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ hệ thống trộn dung dịch 2

Hình 1.2 Khởi động hệ thống 4

Hình 1.3 Tiến hành Set quá trình trộn 4

Hình 1.4 Cài đặt Timer 5

Hình 1.5 Xả dung dịch sau khi trộn 5

Hình 1.6 Kết thúc 1 mẽ trộn 6

Hình 1.7 Cài đặt bộ đếm 6

Hình 1.8 Dừng hệ thống hoặc kết thúc khi trộn được 3 mẻ 7

Hình 1.9 Mô phỏng hệ thống trên phần mềm PC SIMU 7

Hình 1.10 Mô phỏng hệ thống trộn dung dịch trên PLC S7 -200 8

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 10

Hình 2.2 Tủ điều khiển và giám sát phao 10

Hình 2.3 Trạm truyền và nhận dữ liệu trung gian 11

Hình 2.4 Thuật toán gọi giữ liệu từ phao tiêu 12

Hình 2.5 Giao diện hiển thị tọa độ phao tiêu 13

Câu 1 : Thiết kế hệ thống điều khiển trộn sơn tự động sử dụng PLC S7-200 1.1 Lí do chọn đề tài.

Trong công cuộc đẩy mạnh công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước ,việc đầu tư và ứng dụng các dây chuyền sản xuất tự động hóa nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất và nâng cao năng suất lao động cho ra sản phẩm chất lượng cao nhằm đáp ứng nhu cầu của khách hàng là rất quan trọng

Một trong những ngành đang phát triển mạnh mẽ hiện nay đó là ngành thực phẩm và việc ứng dụng các dây chuyền sản xuất từ động trong lĩnh vực này là không thể thiếu trong đó có công nghệ và kỹ thuật pha trộn dung dịch lỏng

Đa số việc pha trộn dung dịch hiện nay trên thị trường đều được thực hiện theo phương pháp thủ công ,theo kinh nghiệm nên đồ chính xác không cao, chất lượng và năng suất thấp Để loại bỏ những nhược điểm trên cũng như để tạo ra những sản phẩm theo mong muốn hiện nay PLC được sự dụng rộng rải để điều khiển hệ thống pha trộn dung dịch với những ưu điểm việc trội như giá thành hạ,

dễ thi công lắp đặt, dễ sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định linh hoạt,…

Xuất phát từ vấn đề thực tế hiện nay và bản thân muốn tìm hiểu về PLC để

bổ sung thêm hiểu biết của mình nên em chọn đề tài “ Thiết kế hệ thống pha trộn dung dịch lỏng tự động sử dụng PLC S7-200

1.2 Mục tiêu của đề tài

1.2.1 Mục tiêu chung

- Thiết kế được hệ thống pha trộn dung dịch lỏng tự động sử dụng PLC S7-200

1.2.2 Mục tiêu cụ thể

- Nghiên cứu các đặc tính hoạt động của hai pha lỏng – lỏng

- Tính toán và lựa chọn được các linh kiện có trong hệ thống.

- Viết được chương trình, chạy chương trình trên PLC

- Vẽ và mô phỏng được hệ thống trên phần mềm PC SIMU và PLC S7-200

- Lắp ráp được thành mô hình hoàn chỉnh và thực nghiệm

1.3 Các nội dung nghiên cứu trước đây.

- Bùi Văn Trinh,Đồ án tốt nghiệp - Trường đại học dân lập Hải Phòng.[1]

- Nguyễn Thanh Hà,Đồ án tốt nghiệp - Trường đại học dân lập Hải Phòng.[2]

- Nguyễn Văn Trung, Đồ án tốt nghiệp - Trường đại học quản lí và công nghệ Hải Phòng.[3]

1.4 Nội dung cần nghiên cứu.

- Tìm hiểu mô hình pha trộn dung dịch trong thực tế và các sản phẩm tương tự

- Tìm hiểu và nghiên cứu PLC S7 –200

- Tính toán và lựa chọn các linh kiện cần dùng trong hệ thống

- Tìm hiểu và nghiên cứu các phần mềm mô phỏng

- Viết chương trình, chạy chương trình trên PLC

- Vẽ và mô phỏng được hệ thống trên phần mềm PC SIMU và PLC S7-200.

- Lắp ráp thành mô hình hoàn chỉnh và chạy thực nghiệm

1.5 Kết quả nghiên cứu

1.5.1 Giới thiệu tóm tắt về hệ thống.

- Cấu tạo:

+ Bồn chứa dung dịch

+ Bộn trộn

+ Cảm biến: Cảm biến nhận biết vị trí ( Cảm biến tiệm cận)

+ Thiết bị đóng cắt mạch điện: Rơ le trung gian

+ Thiết bị đóng xả sơn: Van điện từ

+ Động cơ sử dụng trong hệ thống: Động cơ một chiều,động cơ điện một chiều

có giảm tốc

+ Thiết bị điều khiển ( PLC )

+ Nút nhấn

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ hệ thống trộn dung dịch.

Khuấy trộn trong môi trường lỏng là một quá trình được sử dụng phổ biến trong công nghiệp thực phẩm cũng như trong nhiều ngành sản xuất khác (hóa chất, dầu khí, công nghệ sinh học, ) Nó được dùng để tạo các hỗn hợp có độ đồng nhất cao (các hệ huyền phù, nhũ tương), để tăng cường các quá trình truyền nhiệt, truyền chất, hoặc thúc đẩy các quá trình phản ứng khác (lên men)

- Quy trình làm việc được thực hiện như sau:gồm 3 bước

+ Bước 1: Nạp nhiên liệu vào bồn

Quá trình nạp nhiên liệu của 2 bồn chứa 2 lạo dung dịch khác nhau hoạt động cùng lúc để.Thời gian nạp nhiên liệu được kiểm soát bằng cảm biến mức cao đảm bảo rằng lượng nhiên liệu nạp đủ vào bồn trộn

+ Bước 2 : Trộn

Quá trình trộn được thực hiện ngay sau khi nhiên liệu được nạp đủ vào bồn trộn và được trộn bằng động cơ có gắn cánh trộn chân vịt.Sử dụng Timer thời gian để cài đặt thời gian trộn

+ Bước 3 : Xả dung dịch sau trộn ra ngoài

Quá trình xả nhiên liệu ra ngoài thông qua van điện từ đặt dưới bồn trộn và được thực hiện sau khi trộn xong.Quá trình xả được kiểm soát bởi cảm biến mức thấp và sau khi xả hết dung dịch sau khi trộn ra ngoài thì đóng van điện từ lại tiếp tục mẻ trộn tiếp theo

Hệ thống trộn dung dịch lỏng ở đây được thực hiện 3 lần liên tục.Sau 3 lần thì hẹ thống Reset hệ thống lại từ đâu

1.5.2 Nguyên lí hoạt động của mô hình.

Hệ thống pha trộn dung dịch gồm 2 máy bơm hoạt động theo nguyên lý như sau: Khi bấm nút START thì bơm P1 và bơm P2 cùng hoạt động đồng thời

và van điện từ V1,V2 mở ra bơm dung dịch vào thùng trộn đến khi mức hồn hợp trong dung dịch đạt đến mức Ll, mức này được phát hiện bởi cảm biến S1 Khi cảm biến này ngừng hoạt động thì dừng bơm, đồng thời động cơ SM hoạt động khuấy trộn hoạt động trong 25s tiếp theo Khi trộn xong tiến hành mở van V ra

để đưa toàn bộ hỗn hợp dung dịch ra bế chứa ngoài, đáy bể trộn có cảm biến S2 khi cảm biến S2 tác động sẽ đóng van V lại , kết thúc 1 mẻ trộn và tiến hành trộn

mẻ tiếp theo Quá trình trộn được thực hiện 3 lần thì sẽ dừng hệ thống hoặc khi

ta nhấn nút STOP

1.5.3 Lập trình hệ thống điều khiển tự động bằng PLC.

Để viết chương trình điều khiển hệ thống trộn dung dịch dùng PlC S7-200

ta dung phần mềm STEP7 Micro win V4 và sử dụng ngôn ngữ LAD.[4]

* Bảng trạng thái

Bảng 1.1 Bảng trạng thái đầu vào và đầu ra của hệ thống.

7 Q0.2 SM Động cơ trộn

* Chương trình điều khiển và giải thích Network:

Network 1:

Hình 1.2 Khởi động hệ thống

- Giải thích Network :Khi ta nhấn I0.0 thay đổi trạng thái từ mức thấp lên mức cao thì động cơ Q0.0 và Q0.1 có điện bơm dung dịch từ buồng chứa 1 đồng thời khi đó van điện từ V1 mở ra để bơm dung dịch vào bồn trộn

- Lưu ý : Do bơm P1, P2 và V1,V2 hoạt động cùng lúc nên ta đặt set ở đây là 2

Network 2 :

Hình 1.3 Tiến hành Set quá trình trộn.

- Giải thích Network: Khi cảm biến mức cao I0.3 tác động ta Reset bơm P1,P2 (Q0.0,Q0.1) đồng thời ta Set Q0.2 lên mức cao tiến hành trộn dung dịch

- Lưu ý: Ở đây ta sử dụng 1 lệnh xung sườn lên P để giúp phát hiện tín hiệu của cảm biến.Lệnh Set và Reset sau nó được thực hiện khi tín hiệu đầu vào của cảm biến nhận mức cao (tức là mức 1)

Network 3 :

Hình 1.4 Cài đặt Timer

- Giải thích Network: Khi động cơ trộn hoạt động thì Timer T37 hoạt động với thời gian cài đặt là 25s

Network 4 :

Hình 1.5 Xả dung dịch sau khi trộn.

- Giải thích Network: Khi Timer T37 đếm xong 25s thì tiến hành tắt động cơ trộn ( Reset Q0.2) đồng thời bật van điện từ V ( Set Q0.3 ) khi đó dung dịch sau khi trộn được đưa ra ngoài

Network 5:

Hình 1.6 Kết thúc 1 mẽ trộn

- Giải thích Network 5: Khi cảm biến mức thấp ( I0.2 ) tác động thay đổi tín hiệu từ mức cao xuống mức thấp thì khi đó đóng van V lại ( Reset Q0.3) và tiến hành bật lại bơm P1 , P2 và V1 , V2 ( Set Q0.0), kết thúc 1 mẽ trộn.Quá trình được lưu lại vào bộ nhớ M0.0

- Lưu ý : Vì I0.2 là cảm biến mức thấp nên chúng ta sử dụng thêm 1 lệnh xung sườn xuống N để phát hiện tín hiệu của I0.2 để các lệnh sau nó hoạt động

Network 6 :

Hình 1.7 Cài đặt bộ đếm

- Network 6 :Cài đặt bộ đếm.Sau khi trộn xong 1 mẻ dung dịch được lưu vào M0.0 thì bộ đếm CTU tăng lên 1,ta cài đặt bộ đếm là 3 ,Khi bộ đếm đạt giá trị ta cài đặt thì tự động Reset.Dừng hệ thống

Network 7 :

Hình 1.8 Dừng hệ thống hoặc kết thúc khi trộn được 3 mẻ

- Giải thích Network 7 : Khi ta nhấn STOP (I0.1) thay đổi trạng thái từ mức thấp lên mức cao hoặc là bộ đếm đạt giá trị cài đặt thì ta Reset lại hệ thống

1.5.4 Kết quả mô phỏng trên PLC.

Hình 1.9 Mô phỏng hệ thống trên phần mềm PC SIMU

Hình 1.10 Mô phỏng hệ thống trộn dung dịch trên PLC S7 -200

1.6 Tài liệu tham khảo

[1]ISSUU,2022.Thiết kế mô hình pha trộn dung dịch sử dụng PLC s7-200, từ

website: https://issuu.com/arliemuller/docs/4?

fbclid=IwY2xjawEKEdRleHRuA2FlbQIxMAABHfCYW2ovj7kkAHTdQTeQ6raOSJCP40L mvyXM1IoROQEtNtHc0cNpkeK1Q_aem_Zb76zf5H9t4kepT1R-cvYw

[2]Slideshare,2019. Thiết kế hệ thống trộn sơn tự động dùng PLC S7- 200,từ website :

https://fr.slideshare.net/slideshow/luan-van-thiet-ke-he-thong-tron-son-tu-dong-dung-plc-s7-200-hay/160200272?

fbclid=IwY2xjawEKEVZleHRuA2FlbQIxMAABHQx6PA4psVizoJRXWbMIiH0xA6DM4x MJzYwlIiqFhsAbWjLSfka6nm0JiQ_aem_HevfAtWJm5Zm098kRseY0g#5

[3] BiBiKids, 2023 Tìm hiểu và thiết kế chương trình điều khiển hệ thống pha trộn dung dịch dùng Plc S7-200, từ website : https://tailieu5s.net/viewer-5641- do-an-tim-hieu-va-thiet-ke-chuong-trinh-dieu-khien-he-thong-pha-tron-dung-dich-dung-plc-s7200.html

[4]Đào Việt Trung,2022, từ website: https://www.youtube.com/watch?

[5] Ngô Trí Dương (Nguyễn Văn Điều),2018.Giáo trình PLC.Nhà xuất bản học

viện Nông Nghiệp

[6] Khương Anh Sơn,2022.Bài giảng kỹ thuật lập trình PLC,Trường đại học

Nông Lâm Huế

Câu 2 Bài báo khoa học

- Tên bài báo “ Sử dụng bộ điều khiển PLC trong thiết kế hệ thống giám sát phao tiêu hàng hải thông minh ”

- Tác giã : Nguyễn Văn Hùng* , Phạm Tấn Dũng, Nguyễn Thị Thanh Thanh Tâm, Đặng Hữu Công, Nguyễn Mạnh Hùng, Bùi Đức Nhật

- Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam

- Thuộc TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI năm 2023

2.1 Tóm tắt của bài báo và nội dung cốt lõi của bài báo.

Bài báo giới thiệu về hệ thống giám sát phao báo hiệu hàng hải để giám sát thông số của phao bao gồm: Chu kỳ chớp tắt của phao, tọa độ, dòng điện sạc pin mặt trời Bên cạnh đó, một số cảm biến được sử dụng trong công việc để đo và thu thập dữ liệu nhằm dự đoán chất lượng nước, đáy biển và các sinh vật sống trong đó Hệ thống thu thập dữ liệu theo thời gian về trung tâm quản lý để giám sát, lưu trữ từ xa thông qua internet

2.2 Những tham khảo của bài báo về kết quả nghiên cứu từ các tác giả trước

- Phạm Tuấn Anh (2012), Hệ thống kiểm soát phao báo hiệu hàng hải từ xa qua mạng di động GSM, Tạp chí Giao thông vận tải, Số tháng 11/2012

- Bellsolà Olba, X., Daamen, W., Vellinga, T., Hoogendoorn, S.P (2020), Risk Assessment Methodology for Vessel Traffic in Ports by Defining the Nautical Port Risk Index Journal of Marine Science and Engineering Vol.8 (1)

https://doi.org/10.3390/jmse8010010

- Kao, S.-L., Lin, J.-L., Tu, M.-R (2020), Utilizing the fuzzy IoT to reduce Green Harbor emissions Journal of Ambient Intelligence and Humanized Computing Vol.11 https://doi.org/10.1007/s12652-020-01844-z

- Cristina Albaladejo, Pedro Sánchez*, Andrés Iborra, Fulgencio Soto, Juan A López and Roque Torres (2010), Wireless Sensor Networks for Oceanographic

https://doi.org/10.3390/s100706948

- Cristina Albaladejo, Pedro Sánchez*, Andrés Iborra, Fulgencio Soto, Juan A López and Roque Torres (2012), A Low-Cost Sensor Buoy System for Monitoring Shallow Marine Environments, Sensors, Vol.12

https://doi.org/10.3390/s120709613

- Chiung-Hsing, Yi-Chen Wu, Kang-Pyng Yu; Miin-Jong Hao, Shouh Ren Tsas (2021), Monitoring River Pollution of Marine Environmen, 2021 International Symposium on Intelligent Signal Processing and Communication Systems (ISPACS) https://doi.org/10.1109/ISPACS.2021.9651056

- Guo, Z.; Hong, F.; Feng, H.; Chen, P.; Yang, X.; Jiang, M OceanSense (2008), Sensor Network of “Realtime Ocean Environmental Data Observation

and Its Development Platform In Proceedings”, International Workshop on UnderWater Networks, San Francisco, CA, USA, pp.101-105

2.3 Kết quả mà bài báo đã thực hiện được, và nhận xét.

2.3.1 Thiết kế được phần cứng phao báo hiệu từ xa

Sau khi nghiên cứu cấu trúc hệ thống phao tiêu, nhóm tác giả lựa chọn phần cứng và tính toán thời gian hoạt động của ắc quy trong điều kiện thời tiết bất thường như bảng 2.1:

Bảng 2.1 Tọa độ phao tiêu thực

4 Cảm biến nước tích hợp 1

Kết quả sau khi dựa vào thông số các thiết bị đã lựa chọn được số thiết bị

và thiết kế sơ đồ nguyên lý cho hệ thống như Hình 2.1

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống

Hình 2.2 Tủ điều khiển và giám sát phao

Cấu tạo phần cứng phao được thể hiện như Hình 5 bao gồm các thiết bị như:

- Bộ điều khiển PLC: Có chức năng thu thập dữ liệu từ bộ giải mã GPS và cảm biến chất lượng nước

- Thiết bị giải mã bản tin NMEA GPS để lấy tọa độ cho phao tiêu từ vệ tinh

- Cảm biến nước: Là loại cảm biến có chức năng thu thập thông số môi trường nước

- Nguồn ắc quy: Được cung cấp năng lượng bởi tấm pin mặt trời thông qua bộ sạc cấp nguồn cho hệ thống

- Bộ phát tín hiệu RF: Có khả năng truyền tín hiệu đi xa với khoảng cách lớn

2.3.2 Thiết kế được trạm trung gian truyền nhận dữ liệu

Trong phần này để truyền nhận dữ liệu từ các phao tiêu trên luồng, khu vực cảng cần phải có thiết bị truyền và nhận dữ liệu từ xa Một trạm thu thập từ xa được thiết kế như hình 2.3

Trạm bao gồm thiết bị truyền nhận dữ liệu thông qua sóng RF Thiết bị trung tâm xử lý dữ liệu và đưa lên Cloud để lưu trữ Thiết bị cấp nguồn bằng ắc quy với thời gian hoạt động lên tới 14 ngày trong điều kiện ảnh hưởng bởi thời tiết Sau khi thiết kế, chế tạo phần cứng nhóm đã xây dựng phần mềm giám sát

hệ thống phao tiêu thông minh này

Hình 2.3 Trạm truyền và nhận dữ liệu trung gian

2.3.3 Xây dựng được phần mềm giám sát tọa độ phao tiêu từ xa

Nhóm tiến hành xây dựng phần mềm giám sát hệ thống phao tiêu với chức năng giám sát vị trí, trạng thái hoạt động của phao

Để xây dựng chính xác các tọa độ của phao tiêu, nhóm đã khảo sát tuyến luồng Hải Phòng, kết hợp với dữ liệu hải đồ điện tử để lấy tọa độ Tọa độ phao được lấy trực tiếp từ hải đồ kết hợp so sánh với GPS từ thiết bị trong phần mềm này dữ liệu tọa độ, trạng thái được nhóm xây dựng dựa trên hệ thống phao báo hiệu trên kênh Hà Nam, Hải Phòng với trên 20 phao tiêu

Giao diện hệ thống được thể hiện như Hình 8 Hình dưới thể hiện trạng thái hoạt động của các phao trên kênh Hà Nam Nếu các phao bị sự cố nào đó đèn sẽ báo đỏ và nhấp nháy, lịch sử báo động sẽ lưu lại và có thể truy suất bởi người vận hành

2.3.4 Xây dựng được sơ đồ thuật toán và thiết kế được giao diện điều khiển

và giao diện website

Trên hình 2.4 thể hiện thuật toán gọi dữ liệu từ máy tính vận hành Sau thời gian khởi tạo, hệ thống nhận mật mã nếu đúng sẽ truy suất đến phao và lấy thông tin dữ liệu của phao đó Tối đa đối với một trạm trung gian có thể quản lý truy xuất dữ liệu 254 phao Dưới đây là phần mềm giám sát vị trí phao được thể hiện như hình 2.5