81 được hoàn thiện. Chưa đo được số liệu cụ thể để tổng hợp hệ thống. c) Mặt nhận thức Qua quá trình nghiên cứu, tìm hiểu các tài liệu để thực hiện đề tài ngoài những hiểu biết vô cùng quan trọng về sự phát triển của công nghệ tự động hoá, việc ứng dụng của tự động hoá vào sản xuất… Đề tài còn giúp tôi có thêm kiến thức thực tế về áp dụng tự động hoá trong nông nghiệp, một lĩnh vực vô cùng quan trọng và cũng là nhiệm vụ của một kỹ sư tự động hoá nông nghiệp. 2. Kiến nghị Trong quá trình thiết kế mô hình thực tế, do thời gian và nhận thức còn hạn chế về trang thiết bị nên không tiến hành đo được số liệu cụ thể. Kính mong bộ môn cùng Khoa Cơ điện tạo điều kiện tốt hơn nữa về thời gian cũng như thiết bị dể đề tài có thể hoàn thiện tốt hơn và có tính ứng dụng thực tế cao. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 1 Mở đầu 1. Đặt vấn đề. Đất nớc ta đang vào thời kì công nghiệp hoá hiện đại, hoá đất nớc. Đảng và nhà nớc đã chủ động khuyến khích các doanh nghiệp ứng dụng các thành tựu của khoa học kỹ thuật vào quá trình sản xuất nhằm đa đất nớc phát triển. Trong đó tự động hoá đóng một vai trò quan trọng trong nhiệm vụ chung của đất nớc. Trong nền kinh tế nớc ta sản xuất nông nghiệp chiếm một phần lớn trong nền kinh tế đất nớc, mà sản phẩm sản xuất ra có sức cạnh tranh thấp. Để nâng cao chất lợng sản phẩm, tăng sức cạnh tranh và giải quyết sản phẩm đầu ra cho nhân dân là việc hết sức quan trọng. Với xuất phát điểm có trình độ khoa học kỹ thuật và nền kinh tế lạc hậu nên việc sản xuất nông nghiệp của nớc ta chủ yếu là sản xuất thủ công, năng suất không cao, chất lợng sản phẩm không đồng đều, không đáp ứng đợc với yêu cầu của thực tiễn trong nền kinh tế hiện nay. Từ những yêu cầu cấp thiết đó việc ứng dụng tự động hoá vào các dây chuyền sản xuất là một điều tất yếu nhằm giải phóng sức lao động và tăng năng suất, hiệu quả kinh tế. Tự động hoá sản xuất đã đợc ứng dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp và nông nghiệp. Trong ngành nông nghiệp nớc ta, tự động hoá quá trình sản xuất đã đợc ứng dụng vào các quá trình sản xuất nh bia, rợu, chè, dứa, nớc hoa quảđã thu đợc kết quả rất tốt nhằm thúc đẩy nền kinh tế nớc nhà. Đợc sự quan tâm đầu t của Đảng và Nhà nớc Công ty thực phẩm xuất khẩu Đồng Giao đã đa vào ứng dụng các dây chuyền sản xuất tự động , đặc biệt là dây chuyền sản xuất nớc dứa cô đặc và thu đợc thành tích rất lớn. Từ việc ứng dụng các dây chuyền sản xuất vào thực tế các công ty cần có những kỹ s vận hành các dây chuyền sản xuất đó. Để có những con ngời có khả năng vận hành và làm chủ các dây chuyền sản xuất. Chính vì vậy, việc nghiên cứu và ứng dụng tự động hoá vào trong các dây chuyền sản xuất đồng thời tạo ra các chuyên gia về lập trình cũng nh tự động hoá, sẽ góp phần tích cực vào công cuộc xây dựng đất nớc. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 2 Nh vậy tự động hoá là sự lựa chọn của các ngành sản xuất nhằm tạo ra sản phẩm có chất lợng, có khả năng cạnh tranh tốt. Đối với nớc ta nó là công cụ quan trọng nhằm phục vụ sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc. 2. Mục đích nghiên cứu. - Tìm hiểu về PLC. - Nghiên cứu về phần mềm S7 200. - Nghiên cứu về dây chuyền công nghệ sản xuất nớc dứa cô đặc. - ứng dụng phần mềm SIMATIC S7 200 để thành lập chơng trình điều khiển mô hình tự động điều khiển quá trình gia nghiệt tại khâu tiệt trùng của dây chuyền sản xuất nớc dứa cô đặc. 3. Nội dung của đề tài. Do hạn chế về thời gian và các điều kiện khách quan nên đề tài chỉ nghiên cứu các nội dung chính sau. - Tìm hiểu hoạt động sản xuất, kinh doanh của công ty thực phẩm suất khẩu Đồng Giao. - Tìm hiểu dây chuyền sản xuất nớc dứa cô đặc. - Tìm hiểu về PLC. - Tìm hiểu kỹ thuật lập trình PLC S7 200. - Xây dựng sơ đồ thuật toán điều khiển tự động quá trình gia nhiệt của khâu tiệt trùng trong dây chuyền sản xuất nớc dứa cô đặc. - Lập trình điều khiển bằng PLC, S7 200. - Thiết kế lắp giáp mô hình. - Kết nối và chạy thử mô hình. 4. Phơng pháp nghiên cứu. Với mục đích và nội dung của đề tài để tiến hành làm đề tài dựa trên phơng pháp nghiên cứu sau: - Kế thừa kết quả nghiên cứu đã có của các phần mềm để lập trình. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 3 - Kế thừa mô hình dây chuyền sản xuất đã có sẵn trong thực tiễn cụ thể là dây chuyền sản xuất nớc dứa cô đặc. - Sử dụng các cách lập trình khác nhau để tìm ra phơng pháp đơn giản nhất, hiệu quả nhất. - Viết chơng trình điều khiển. -Dụng cụ thiết bị làm đề tài gồm có: +Máy tính cá nhân PC. + Bộ điều khiển S7 200 với khối xử lý CPU224. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 4 Chơng 1 . Tổng quan 1.1. Giới thiệu chung về PLC. - Kỹ thuật điều khiển tự động đang phát triển mạnh và ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong các ngành kinh tế quốc dân. Tự động hoá ngày càng đóng vai trò quan trọng trong sản xuất. Dựa trên sự phát triển của tin học, cụ thể là sự phát triển của kỹ thuật máy tính mà kỹ thuật điều khiển đã phát triển đến trình độ cao, đem lại hiệu quả kinh tế. Đã có rất nhiều kiểu điều khiển ra đời nh điều khiển bằng cơ cấu cam, điều khiển bằng rơ le Nhng phát triển mạnh mẽ và có khả năng phục vụ rộng rãi hơn cả là bộ điều khiển PLC. - Bớc đầu phát triển PLC chỉ đơn thuần đợc thiết kế để thay thế cho các hệ điều khiển dùng Rơ le, công tắc tơ đơn thuần. Tuy nhiên trong quá trình phát triển PLC là thiết bị có khả năng lập trình mềm dẻo thay thế cho các mạch logic cứng, các PLC phát triển rất nhanh chóng cả phần cứng và phần mềm. Về phần cứng các bộ xử lý nhanh và có dung lợng lớn đã thay thế cho các bộ vi xử lý tốc độ thấp và dung lợng nhỏ. Các cổng vào ra đã đợc tăng lên cả số lẫn tơng tự. Với số lợng lớn các đầu vào/ra(số, tơng tự) giúp cho PLC giờ đây không chỉ thích hợp cho điều khiển logic mà có thể sử dụng hiệu quả trong quá trình điều khiển liên tục, đặc biệt có thể thực hiện cả những chức năng điều khiển phức tạp nh luật điều khiển PI, PIDVề mặt cấu trúc PLC ngày nay đợc chế tạo theo module để có thể mở rộng theo yêu cầu. Về phần mềm, cú pháp lệnh của các PLC ngày nay phát triển phong phú không đơn giản là các lệnh logic mà còn cả các lệnh toán học, truyền thông, bộ đếm, bộ định thờiCác loại PLC nói chung thờng có nhiều loại ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các đối tợng sử dụng khác nhau. Nhng ngày nay thông dụng nhất vẫn là ba cách lập trình là: STL ngôn ngữ liệt kê lệnh, LAD ngôn ngữ hình thang, FBD ngôn ngữ hình khối. Nh vậy, bộ PLC là thiết bị điều khiển sử dụng bộ nhớ để lập trình và lu giữ cấu trúc lệnh thông qua các cổng vào ra để thực hiện các chức năng điều khiển. 1.1.1. Vai trò của bộ điều khiển PLC. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 5 Trong một hệ thống điều khiển tự động,PLC có vai trò rất quan trọng là nơi giữ các thuật toán điều khiển nơi thu nhận các tín hiệu từ các cảm biến và đa ra tín hiệu điều khiển. Cũng nh rất nhiều thiết bị điều khiển khác nhau, nh các Rơ le đơn giản đế các thiết bị điều khiển phúc tạp thì PLC đợc sử dụng rộng rãi và có vai trò nh sau: - PLC đợc xem nh trái tim trong một hệ thống điều khiển tự động đơn lẻ với chơng trình điều khiển đợc chứa trong bộ nhớ của PLC, PLC sẽ xác định trạng thái của hệ thống qua các tín hiệu hồi tiếp từ thiết bị nhập. Sau đó da trên chơng trình logic để xác định tiến trình hoạt động, đồng thời đa ra những tín hiệu điều khiển tơng ứng đế các thiết bị xuất. - Trong hệ thống điều khiển tự động,bộ điều khiển PLC đợc coi nh bộ não có khả năng điều hành toàn bộ hệ thống điều khiển với chơng trình nạp vào trong PLC. - PLC có thể đợc sử dụng cho những yêu cầu điều khiển đơn giản và đợc lập đi lập lại theo chu kỳ, hoặc liên kết với máy tính chủ khác hoặc máy tính chủ thông qua hệ thống mạng truyền thông, để thực hiện các quá trình xử lý phức tạp. - Mức độ thông minh của một hệ thống điều khiển phụ thuộc chủ yếu vào khả năng của PLC để đọc đợc các dữ liệu khác nhau từ các cảm biến cũng nh các thiết bị nhập bằng tay. - Liên kết, ghép nối và đóng mở mạch phù hợp với chơng trình. - Phân phát các lệnh điều khiển đó đến địa chỉ thích hợp. - Một hệ thống điều khiển sẽ không có ý nghĩa thực tế nếu không giao tiếp đợc với các thiết bị xuất, thiết bị chấp hành. Nh vạy, PLC có vai trò quan trọng rất lớn trong ngành điều khiển tự động ngày nay đợc ứng dụng rộng rãi và ngày càng phát triển hoàn thiện hơn. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 6 1.1.2.Ưu điểm của việc dùng PLC trong tự động hoá. Trớc đây việc điều khiển thực hiện bằng các Rơle điện tử nối với nhau bằng dây dẫn điện trong bảng điều khiển, trong nhiều trờng hợp số lợng dây rất lớn lên rất bất tiện và thời gian làm việc của các Rơle có giới hạn. Sự ra đời của bộ PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển cũng nh các quan niệm thiết kế về chúng, hệ điều khiển dùng PLC có các u điểm nh sau: - Chuẩn bị vào hoạt động nhanh. Thiết kế kiểu Môdule cho phép thích nghi đơn giản với bất kỳ mọi chức năng điều khiển. Khi bộ điều khiển và các phụ kiện đã đợc lắp ghép PLC vào t thế sẵn sàng làm việc ngay. - Độ tin cậy cao và ngày càng tăng. Độ tin cậy của PLC ngày càng cao và tuổi thọ ngày càng tăng. Việc bảo dỡng định kỳ không phải thực hiện đối với PLC. - Dễ dàng thay đổi hoặc soạn thảo chơng trình. Việc lập trình đơn giản, chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình mà không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt các thiết bị xuất nhập. - Sự đánh giá các yêu cầu là đơn giản. nếu biết đợc số đầu vào và đầu ra cần thiết, thì có thể đành giá kích cỡ yêu cầu của bộ nhớ là bao nhiêu. Từ đó có thể dễ dàng và nhanh chóng lựa chọn loại PLC, phù hợp với yêu cầu. - Xử lý t liệu tự động. Trong nhiều bộ PLC, việc xử lý t liệu đợc tiến hành tự động làm cho việc thiết kế điện tử trỏ lên đơn giản. - Tiết kiệm không gian. Hệ thống điều khiển xử dụng PLC đòi hỏi ít không gian hơn so với hệ điều khiển Rơle tơng đơng, trong nhiều trờng hợp không gian đợc thu hẹp lại. - Khả năng tái tạo. Bộ PLC có thể sử dụng thuận lợi cho các máy đã làm việc ổn định mà càn có thể đáp ứng nhu cầu của các thiết bị mẫu đầu tiên mà ngời ta có thể thay đổi cải tiến trong quá trình vận hành. - Sự cải biến thuận tiện. Những dây truyền điều khiển nếu chỉ muốn cải biến một bộ phận nhỏ trong chức năng điều khiển, có thể đợc cải tạo một cách đơn giản băng cách sao chép,cải biến hoặc thêm vào những phần mới so với kỹ thuật điều Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 7 khiển bằng Rơle ở dây có thể giảm thời gian lắp ráp, do có thể lập trình các chức năng điều khiển trớc hoặc trong khi lắp ráp bảng điều khiển. - Hệ thống điều khiển sử dụng PLC lắp đặt đơn giản hơn hệ dùng Rơle và giảm: + 80% số lợng dây nối + Công suất tiêu thụ điện năng của PLC là rất thấp có chức năng chuẩn đoán do đó giúp cho công tác sửa chữa đợc nhanh chóng và dễ dàng. + Số lợng Rơle và Timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển, số lợng tiếp điểm trong chơng trình sử dụng không hạn chế. + Thời gian hoàn thành một chơng trình điều khiển rất nhanh (vài ms) dẫn đến nâng cao năng suất sản xuất. + Có thể làm việc trong nhiều môi trờng khác nhau. + Có thể tính toán giá trị kinh tế của hệ thống điều khiển tự động trớc khi lắp đặt. + Đợc ứng đụng điều khiển trong phạm vi rộng rãi trong nhiều lĩnh vực. 1.1.3 Giá trị kinh tế của PLC. Ngày nay trong thời đại kinh tế việc đầu t một dây truyền sản xuất ngoài yếu tố kỹ thuật chúng ta cũng phải xét đến kinh tế ( chi phí đầu t ) của phơng án. Sự ra đời của PLC có một giá trị kinh tế to lớn và đó là u điểm rõ rệt so với điều khiển bằng Rơle, thực tế việc sử dụng hệ PLC thấp hơn nhiều so với hệ điều khiển băng Rơle. Mặt hạn chế của PLC đòi hỏi có một đội ngũ nhân viên, có một trình độ kỹ thuật cao, có kinh nghiệm, hiểu biết về PLC để thiết kế lập trình và điều khiển. Tuy nhiên với u điểm hơn hẳn so với hệ điều khiển bằng Rơle thì hệ điều khiển bằng PLC đợc sử dụng rộng rãi và ngày càng phát triển. Dới đây là những u và khuyết điểm của hệ điều khiển băng PLC và điều khiển bằng rơle cả về kinh tế lẫn kỹ thuật: Điều khiển bằng Rơle Điều khiển băng PLC Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 8 Ưu điểm: - Lắm biết đợc và tin cậy trong thời gian dài. - Lắm biết đợc mức độ tin cậy. - Nhiều bộ phân đã tiêu chuẩn hoá. -Rất ít nhạy cảm với nhiễu. - Kinh tế với hệ thống nhỏ. Nhợc điểm: - Thời gian lắp đặt lâu - Thay đổi khó khăn. - Khó theo dõi và kiểm tra các hệ thống lớn, phức tạp. - Có h hao trong sử dụng, do đó cần bảo quản thờng xuyên. - Kích thớc lớn. Tốn nhiều dây dẫn. - Công suất tiêu thụ lớn. - Công nhân sửa chữa tay nghề cao. Ưu điểm: - Độ tin cậy cao nhờ sử dụng các phần tử tiếp xúc. - Thay đổi dễ dàng qua công nghệ phích cắm. - Kích thớc nhỏ, lắp đặt đơn giản. - Thay đổi nhanh quy trình điều khiển mà không cần thay đổi phần cứng. - Có thể nối mạng với máy tính Nhợc điểm: -Giá thành tạo dựng cao bộ thiết bị lập trình thờng giá đắt Những u điểm trên của bộ điều khiển bằng PLC giúp nó đứng vững và ngày càng phát triển trong các ngành sản xuất. Đặc biệt nó đợc ứng dụng trong nhiều ngành sản xuất và đã thay thế toàn bộ hệ điều khiển băng Rơle trong các đây truyền sản xuất hiện đại. Báo cáo tốt nghiệp Lê Mạnh Hùng Lớp tự động hoá 46 Khoa cơ điện Trờng DHNNI - HN 9 1.1.4 Cơ sở và khả năng phát triển của PLC PLC phát triển trên cơ sở công nghệ máy tính và dựa trên sự kế thừa các hệ điều khiển cổ điển bằng Rơle, trục cam Sơ đồ thể hiện cơ sở phát triển của PLC. Các phần tử đầu vào Bộ điều khiển Phần tử chấp hành Từ sự khắc phục các nhợc điểm trớc của các hệ thống điều khiển trớc cùng sự phát triển của khoa học công nghệ tích hợp PLC hiện nay có dung lợng rất lớn và có tốc đọ xử lý nhanh. Làm cho PLC trơ thành phần tử tự động hoá thông dụng đáp ứng tất cả các yêu cầu công nghệ. Sự phát triển của khoa học kỹ thuật và sự cạnh tranh của các hãng sản xuất làm cho giá thành của PLC ngày càng hạ, làm cho việc đầu t ban đầu đợc thấp, đem lại hiệu quả kinh tế. Do vậy PLC có khả năng phát triển rộng rãi và ứng dụng trong nhiều ngành sản xuất công nghiệp cũng nh nông nghiệp. 1.1.5 ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC Do PLC có rất nhiều u điểm, hiên nay PLC đợc ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau nh: Rơle Công tắc tơ Rơle thời gian Bộ đếm. Động cơ, công tắc tơ Van thuỷ lực, khí nén bộ hiển thị PLC ộng cơ, công tắc tơ Van thuỷ lực, khí nén bộ hiển thị Nút ấn. Công tắc Công tắc hành trình cảm biến quang điện Nút ấn. Công tắc Công tắc hành trình cảm biến quang điện . xuất. - Trong hệ thống điều khiển tự động, bộ điều khiển PLC đợc coi nh bộ não có khả năng điều hành toàn bộ hệ thống điều khiển với chơng trình nạp vào trong PLC. - PLC có thể đợc sử dụng cho. tế. Tự động hoá sản xuất đã đợc ứng dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp và nông nghiệp. Trong ngành nông nghiệp nớc ta, tự động hoá quá trình sản xuất đã đợc ứng dụng vào các quá trình sản. rộng rãi và ứng dụng trong nhiều ngành sản xuất công nghiệp cũng nh nông nghiệp. 1.1.5 ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC Do PLC có rất nhiều u điểm, hiên nay PLC đợc ứng dụng trong rất