Đồ án thiết kế hệ thống cân định lượng

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG MỤC LỤC LỜI NÓI ĐÀU PHÀN 1: Tổng quan về đề tài Chương 1: Giới thiệu hệ thống cân định lượng Chương 2: Thiết bị Chương 3: Giới thiệu PLC S7 300 Chương 4: Tổng quan hệ thống SCADA phần mềm WINCC PHẦN 2: Mô phỏng và lập trình Chương 1: Mô phỏng WINCC Chương 2: Lập trình PLC Page 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG LỜI NÓI ĐÀU Trong quá trình sản xuất tại các nhà máy, khu công nghiệp tập trung hiện nay khâu định lượng vô cùng quan trọng. Khâu định lượng giúp xác định chính xác khối lượng nguyên vật liệu, thành phẩm và bán thành phẩm tronng sản xuất. Các thiết bị định lượng có mặt trong hầu hết các khâu trong hệ thống, công đoạn sản xuất: cung ứng tồn trữ nguyên vật liệu, cấp liệu cho từng giai đoạn, cân và đóng gói sản phẩm Tự động điều khiển giám sát các quá trình sản xuất nói chung và cân định lượng nói riêng là một trong những ưu tiên hàng đầu của cac doanh nghiệp nhằm nâng cao năng suất hạ giá thành sản phấm, giảm chi phí hoạt động tăng cường khả năng cạnh tranh trong quá trình hội nhập hiện nay. Những ứng dụng và lợi ích của hệ thống cân định lượng là rất lớn vì vậy em đã lựa chọn để tài “ thiết kế hệ thống cân định lượng”. Thông qua những tìm hiểu của em về hệ thống cân định lượng còn nhiều thiếu sót mong nhận được sự đánh giá và góp ý của thầy cô. Em xin trân thành cảm ơn ! Hà nội, ngày tháng năm 2014 Page 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG PHẦN 1: TỔNG QUAN VÈ ĐÈ TÀI CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG • • • • 1.1 Giới thiệu chung Cùng với sự phát triến kinh tế, sự mở rộng sản xuất công nghiệp úng dụng của hệ thống cân định lượng ngày càng lớn. Yêu cầu cho hệ thống ngày càng đòi hỏi độ chình xác cao, sản lượng lớn. Những ứng dụng của hệ thống cân định lượng là rất nhiều, em đã chon cân định lượng trong khâu định lượng bán thành phẩm nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi là hướng tìm hiểu sâu về đề tài của mình. 1.1.1 Sản xuất thức ăn chăn nuôi Thức ăn chăn nuôi là một nhân tố quan trọng trong phát triển chăn nuôi. Ở nước ta hiện nay đã và đang sử dụng thức ăn chăn nuôi hỗn hợp công nghiệp bên cạnh sử dụng thức ăn chăn nuôi truyền thống. Thức ăn công nghiệp cần sản xuất tại các nhà máy thức ăn chăn nuôi quy mô lớn với hệ thống tự động hóa trong đó có hệ thống cân tự động trong phối trộn nguyên liệu thức ăn. Việc áp dụng cân định lượng trong khâu sản xuất giúp giảm lao động , nâng cao hiệu quả, giảm chi phí sản xuất hạ giá thành sản phẩm chăn nuôi. Thức ăn chăn nuôi gồm nhiều thành phần với tỷ lệ khác nhau vì vậy cân định lượng cần đảm bảo tính chính xác và hiệu quả. Page 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG 1.1.2 SO ĐÒ CÔNG NGHỆ NGUYỄN LIỆU PHỤ GUI NGUYÊN LIỆl'2 PHỊ'GIA 2 TÀICÌNl TAI CÂN 2 TÀI CÂN 3 TẢI CÂN 4 TẢI CẨN 5 Page 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ 2.1. TỐNG QUAN VÈ THIÉT BỊ CHỈ THỊ KHÓI LƯỢNG: Thiết bị chỉ thị khối lượng (đầu cân) có nhiều loại, do nhiều hãng sản xuất khác nhau. Tuỳ mỗi loại và yêu cầu cho từng công việc mà đầu cân có nhiều chức năng khác nhau. Tuy nhiên các chức năng cơ bản của một đầu cân vẫn là lấy tín hiệu điện áp từ loadcell, biến đối A/D, xử lý và hiến thị khối lượng cân được ra đèn Led 7 đoạn hoặc màn hình tinh thế lỏng, có thế truyền dữ liệu về máy tính hoặc ra máy in. Ngoài ra còn có các chức năng như “Auto Zero”, “Tare”, “Clear”, Đe thực hiện các chức năng như trên với độ chính xác cao, đầu cân phải có một bộ nguồn chuấn ốn định cấp cho loadcell và A/D. Thông thường A/D sử dụng là loại 16 bits hoặc cao hơn sẽ cho độ phân giải là lớn hơn một phần 65536 (216) và như vậy độ chính xác sẽ rất cao. Ngoài bộ vi xử lý đủ mạnh, đầu cân nhất thiết phải có bộ nhớ đế lưu trữ số liệu sau khi cân chỉnh. Ngoài ra tuỳ theo yêu cầu của trạm cân mà có thể có thêm thiết bị hiển thị từ xa hay không. Sau đây giới thiệu hình ảnh một số đầu cân và thiết bị hiển thị từ xa trong thực tế : Page 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG Hình 2.1: Giới thiệu hình ảnh một số loại đầu cân có trong thực tế 2.1.1. Đặc điểm đầu cân BDI -9301: - Điều chỉnh hoàn toàn dùng kỹ thuật số làm cho việc chỉnh điểm 0 và định bước cân (span) trở nên dễ dàng. Không cần phải nạp và xoá trọng lượng đặt một cách liên tục. - Có 16 hàm chức năng được điều chỉnh thông qua 16 phím nhấn. Có thế sử dụng cho rất nhiều ứng dụng cân tĩnh cũng như cân động. - Cho phép khởi động lại các giá trị mặc định tạo bởi nhà sản xuất khi có sự cố đối với hoạt động bình thường. - Chức năng kiểm tra hệ thống sẽ kiểm tra từng bộ phận của hệ thống để bảo đảm hoạt động đúng. - Hai chương trình chứa các giá trị như: Final Weight (SETPOINT), Upper Limit (HI), Lower Limit (LO), Preliminary Weight (PRELIM) và tầm bù rơi tự do (FreeFall) có thể được lun trữ. 2.1.2. Giải thích cách chỉnh cân: - Chỉnh độ phân giải: Khối lượng hiến thị lên màn hình thì dựa vào độ phân giải này. Đây là khoảng thay đối nhỏ nhất mà thiết bị có thế nhận biết được. Ví dụ nếu đặt độ phân giải nhỏ nhất là 1 thì thiết bị sẽ hiển thị cách nhau 1 đơn vị như là 101, 102, 103 Neu độ phân giải nhỏ nhất là 2 thì sẽ hiến thị 100, 102, 104 Có thế lựa chọn độ phân giải này là 1,2, 5, 10, 20 hay 50 và được giới hạn theo khối lượng tối đa được cho trong catalogue của BDI-9301. - Chỉnh Zero: Đây là cách chỉnh khi trên bàn không có vật cần cân. Thực hiện việc này là để BDI-9301 biết được một giá trị cơ sở để so sánh với khối lượng thêm vào. Có thể phải chỉnh Zero theo một chương trình thường xuyên để tránh ảnh hưởng của việc thay đổi theo nhiệt độ hay các ảnh hưởng khác. - Khối lượng tối đa: Đây là cách chỉnh khối lượng lớn nhất mà người sử dụng muốn cân. Điều này phụ thuộc vào tải trọng của loadcell hay là những giới hạn khác mà người dùng đặt. Độ phân giải sẽ phụ thuộc vào khối lượng lớn nhất này. Page 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG - Cân chỉnh bước cân (Span Calibration): Với việc chỉnh Zero nhằm mục đích đặt giá trị ban đầu là không, cân chỉnh bước cân là xác định điểm giới hạn mà có thể cân được (khối lượng lớn nhất). Điều này là để cho BDI-9301 biết hai đầu mút mà có thể cân được chính xác. BDI- 9301 sẽ tính toán giá trị cân được nếu khối lượng cần cân nằm trong hai giới hạn này. Tuy nhiên, trong thực tế có thể dùng các khối lượng chuẩn để cân chỉnh cho việc này mà không nhất thiết phải dùng khối lượng tối đa (nhưng khối lượng chuẩn càng gần giới hạn lớn nhất thì cho kết quả càng chính xác). - Sở dĩ cần cân chỉnh Zero là để A/D đọc giá trị sai lệch điện áp ban đầu khi không có vật gì ở trên bàn cân. Chỉnh bước cân là cho A/D biết được giá trị điện áp ứng với một khối lượng chuấn đặt lên bàn cân. Từ đó, bộ xử lý sẽ lấy hiệu số hai giá trị điện áp này và chia khối lượng chuẩn để ra một hệ số tương ứng cho mỗi đơn vị cân và lưu các giá trị này vào bộ nhớ. Khi có khối lượng cần cân, bộ xử lý sẽ đọc giá trị điện áp và trù’ đi điện áp ở trạng thái Zero rối chia cho hệ số đã lưu trước đó sẽ ra được khối lượng cần cân. Ngoài ra, khi cần chỉnh cho đầu cân nếu điện áp ngõ ra loadcell quá lớn lúc chỉnh Zero thì thêm một điện trở giữa EXC+ và SIG- của Loadcell như hình 2.2a. Hoặc ngược lại nếu tín hiệu ra của Loađcell quá nhỏ (lệch âm) khi cân chỉnh Zero thì trong trường họp này phải mắc thêm một điện trở phụ giữa EXC+ và SIG+ như trong hình 2.2b. Các điện trở mắc thêm này phải có giá trị điện trở lớn (thường là từ 50KQ đến 500KQ); có chất lượng cao và có hệ số nhiệt thấp. Các lỗi khi cân chỉnh trên đây và một số lỗi khác sẽ được báo lên màn hình và cách xử lý đã được hướng dẫn trong “Operation Manual” của BDI-9301. Sig- Sig- a) b) Hình 2.2: Sơ đồ chỉnh điện áp đầu cân ngõ ra loadcell Page 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG 2.2. GIỚI THIỆU VÈ LOADCELL 2.2.1. Lý thuyết về loadcell: Cảm biến lực dùng trong việc đo khối lượng được sử dụng phổ biến là loadcell. Đây là một kiểu cảm biến lực biến dạng. Lực chưa biết tác động vào một bộ phận đàn hồi, lượng di động của bộ phận đàn hồi biến đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ với lực chưa biết. Sau đây là giới thiệu về loại cảm biến này. Bộ phận chính của loadcell là những tấm điện trở mỏng loại dán. Tấm điện trở là một phương tiện để biến đổi một biến dạng nhỏ thành sự thay đổi tương ứng trong điện trở. Một mạch đo dùng các miếng biến dạng sẽ cho phép thu được một tín hiệu điện tỉ lệ với mức độ thay đổi của điện trở. Mạch thông dụng nhất sử dụng trong loadcell là cầu Wheatstone. - Nguyên lý: Cầu Wheatstone là mạch được chọn dùng nhiều nhất cho việc đo những biến thiên điện trở nhỏ (tối đa là 10%), chang hạn như việc dùng các miếng đo biến dạng. Phần lớn các thiết bị đo đạc có sẵn trên thị trường đều không ít thì nhiều dùng phiên bản của cầu Wheatstone đã được sàng lọc. Như vậy, việc tìm hiểu nguyên lý cơ bản của loại mạch này là một điều cần thiết. Page 8 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG Cho một mạch gồm bốn điện trở giống nhau Rl, R2, R3, R4 tạo thành cầu Wheatstone như trên hình trên. Đối với cầu Wheatstone này, bỏ qua những số hạng bậc cao, hiệu thế đầu ra Em thông qua thiết bị đo với trở kháng Zm sẽ là: Em = V 4(1+—) Zm Artl AR2 A.R3 + AR4 R\ R2 R3 R4 ] (V) Với: - G là biến đổi đơn vị của mỗi điện trở Ri - R là điện trở danh nghĩa ban đầu của các điện trở Rl, R2, R3, R4 (thường là 120 ohms, nhưng có thể là 350 ohms dành cho các bộ cảm biến). - V là hiệu thế nguồn. Điện thế nguồn có thể thuộc loại liên tục với điều kiện là dùng một nguồn năng lượng cung cấp thật ổn định. Các thiết bị trên thị trường đôi khi lại dùng nguồn cung cấp xoay chiều. Trong trường hợp đó phải tính đến việc sửa đổi mạch cơ bản để có thể giải điều chế thành phần xoay chiều của tín hiệu. Trong phần lớn các trường họp, Zm rất lớn so với R (ví dụ như Volt kế số, bộ khuếch đại với phần nối trục tiếp) nên biếu thức trên có thế viết lại là: 4 R\ AR2 AR3 R2 R3 AR 4 RA ] (V) Phương trình trên cho thấy là sự biến đối đơn vị điện trở của hai điện trở đối mặt nhau, ví dụ là RI và R3, sẽ là cộng lại với nhau trong khi tác động của hai điện trở kề bên nhau, ví dụ là RI và R2, lại là trừ khử nhau. Đặc tính này của cầu Wheatstone thường được dùng để bảo đảm tính ổn định nhiệt của các mạch miếng đo và cũng để dùng cho các thiết kế đặc biệt. 2.2.2. Một số Loadcell thực tế: Có nhiều loại loadcell do các hãng sản xuất khác nhau như KUBOTA (của Nhật), Global Weighing (Hàn Quốc), Transducer Techniques. Inc, Tedea - Huntleigh Mỗi loại loadcell được chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo tải trọng chịu đựng, chịu lực kéo hay nén. Tùy hãng sản xuất mà các đầu dây ra của loadcell có màu sắc khác nhau. Các màu sắc này đều được cho trong bảng thông số kỹ thuật khi mua từng loại loadcell. Trong thực tế còn có loại loadcell sử dụng kỹ thuật 6 dây cho ra 6 đầu dây. Sơ đồ nối dây của loại loadcell này có thể có hai dạng như sau: CZI-|— +ve Input (GreenỊ '— +ve Sense (Blue) Wiring Schematic Diagram (lovv cost version) +ve Input (GreenỊ +veSense CH-Ive Inpui (Black) ' -ve Sense (Brown) ■veOutput (White) +ve Output (Red) -ve Inpul ỊBIack) ■ve Sense (BrovvnỊ Page 9 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG a. Dạng nối dâyl b.Dạng nối dây 2 Hình 2.4: Các dạng nôi dây của loadcell Như vậy, thực chất loadcell cho ra 6 dây nhưng bản chất vẫn là 4 dây vì ở cả hai cách nối ta tìm hiếu ở trên thì các dây +velnput (Exc+) và +veSense (Sense+) là nối tắt, các dây -velnput (Exc-) và - veSense (Sense-) là nối tắt. CÓ nhiều kiếu hình dạng loadcell cho nhũng ứng dụng khác nhau. Do đó cách kết nối loadcell vào hệ thống cũng khác nhau trong từng trường hợp. Thông số kỹ thuật của từng loại loadcell được cho trong catalogue của mỗi loadcell và thường có các thông số như: tải trọng danh định, điện áp ra danh định (giá trị này có thể là từ 2 miliVolt/Volt đến 3 miliVolt/Volt hoặc hơn tuỳ loại loadcell), tầm nhiệt độ hoạt động, điện áp cung cấp, điện trở ngõ ra, mức độ chịu được quá tải (Với giá trị điện áp ra danh định là 2miliVolt/Volt thì với nguồn cung cấp là 10 Volt thì điện áp ra sẽ là 20 miliVolt ứng với khối lượng tối đa). Tuỳ ứng dụng cụ thể mà cách chọn loại loadcell có thông số và hình dạng khác nhau. Hình dạng loadcell có thể đặt cho nhà sản xuất theo yêu cầu ứng dụng riêng. Sau đây là hình dạng của một số loại loadcell có trong thực tế. Page 10 [...]... như là module CPU315-DP 3.1.3.2 Module mở rộng: Page 13 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG Thiết bị điều khiển khả trình SIMATIC S7-300 được thiết kế theo kiểu module Các module này sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau Việc xây dựng PLC theo cấu trúc module rất thuận tiện cho việc thiết kế các hệ thống gọn nhẹ và dễ dàng cho việc mở rộng hệ thống Số các modul được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo... lần gọi lồng nhau vượt quá con số giới hạn cho phép, PLC sẽ chuyển sang chế độ STOP và đặt cờ báo lỗi (> Hệ điều hành rc/ FC1 OB1 FC3 FB9 FB5 Số các lệnh gọi lon^nhau nhiều nhất cho phép tuỳ từng loại module CPU 24 Page 23 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG 3.1.10.1 thời gian (Timer): Đem Giói thiệu của tín 3.1.8 Bộ số sườn lên chung: hiệu logic đầu và tác... 28 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG Phương thức PROFIBUS được thiết kế cho việc truyền tốc độ cao với các thiết bị phân phối vào ra, thường cũng được gọi là các đầu vào/ra từ xa Mạng PROFIBUS thường bao gồm một thiết bị chủ và nhiều trạm vào/ra Thiết bị chủ được đặt cấu hình để nhận biết loại cũng như địa chỉ của các trạm nối vào nó.Sau đó nó tự kiểm tra các trạm theo cấu hình được đặt Thiết. .. lệnh điều khiến Page 42 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG - Thu thập dữ liệu (Data Acquisition): Thu thập dữ liệu qua đường truyền số liệu về quá trình sản xuất, sau đó tổ chức lưu trữ các số liệu như: số liệu sản xuất, chất lượng sản phẩm, sự kiện thao tác, sự cố, dưới dạng trang ghi chép hệ thống theo một cơ sở dữ liệu nhất định Cơ cấu chấp hành Hình 4.1: cấu hình của một hệ SCADA điển hình 4.2...ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PLC S7-300 3.1 TÓNG QUAN VỀ THIẾT BỊ KHẢ TRÌNH PLC: 3.1.1 Giới thiệu chung: PLC là viết tắt của Programmable Logic Control là thiết bị điều khiển Logic lập trình hay khả trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiến logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Trong lĩnh vực tự động điều khiển, bộ điều khiển PLC là thiết. .. lượng đường truyền - Cho phép thực hiện cấu trúc mạng đường thẳng cũng như hình cây - Các thành phần giao diện mạng có thể thực hiện với giá cả rất thấp - Các bộ nối phải nhỏ, gọn, đon giản và giá cả họ^-àýo AS-lnterface powersupply AS-lnterface module Actuator / sensor BD S AS-lnterface module "ÍT AS-lnterface distributor AS-lnterface bus ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG HỆ... đếm tiến: thông vói thiết bị khác: 3.1.10 Truyền 27 Page 26 Page 25 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG - ASI (Actuator Sensor Interíace) - Internet 3.1.10.2.1 Phương thức PPI: PPI là phương thức chủ tớ Các thiết bị chủ (CPU, thiết bị lập trình, ) gửi yêu cầu đến các trạm và các trạm trả lời Các trạm không bao giờ tự' gửi thôngtin lên mạng mà chỉ chờ nhận các yêu cầu của các thiết bị chủ để trả... nhanh hơn Page 11 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG - Độ tin cậy cao, chuẩn hoá được phần cứng điều khiển - Thích ứng với môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động, tiếng ồn Đứng đầu về các hệ PLC hiện nay phải kể đến các công ty AltanBrellay của Mỹ, công ty Mitsubishi, Omron của Nhật, Siemens của Đức, ABB của Thuỵ Sĩ, Schnider của Pháp Cấu trúc chung của một hệ thống PLC được... CPU, module nguồn nuôi) Một module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 rack và các rack này phải được nối với nhau bằng module IM Page 14 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG Các module ghép nối (IM) cho phép thiết lập hệ thống S7_300 theo nhiều cấu hình S7-300 cung cấp 3 loại module ghép nối sau: IM 360: Là module ghép nối có mở rộng thêm một tầng chứa 8 module đó với khoảng... start bit Hìiilú 13, Da liCu li 11 Parity bit j UI LỊ Lia lỗii^ R0Q3Q Page 30 Page 31 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG 3.2 Đe truyền dữ liệu từ PC đến PLC, PC gửi tín hiệu yêu cầu PLC nhận dữ liệu và nếu PLC SOẠN THẢO MỘT PROJECT: đồng ý nhận thì PC sẽ trong Simatic đượcPLC Khi PLC nhận được dữ đến việc thiết kế phần Khái niệm Project truyền dữ liệu đến hiếu là những gì liên quan liệu từ PC truyền . dụng và lợi ích của hệ thống cân định lượng là rất lớn vì vậy em đã lựa chọn để tài “ thiết kế hệ thống cân định lượng . Thông qua những tìm hiểu của em về hệ thống cân định lượng còn nhiều thiếu. 2 TÀICÌNl TAI CÂN 2 TÀI CÂN 3 TẢI CÂN 4 TẢI CẨN 5 Page 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ 2.1. TỐNG QUAN VÈ THIÉT BỊ CHỈ THỊ KHÓI LƯỢNG: Thiết bị chỉ thị khối lượng (đầu cân) . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG MỤC LỤC LỜI NÓI ĐÀU PHÀN 1: Tổng quan về đề tài Chương 1: Giới thiệu hệ thống cân định lượng Chương 2: Thiết bị Chương 3: Giới