Thiết kế hệ thống cân băng định lượng trên nền công nghệ PLC và WinCC

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…

194 LỜI NÓI ĐẦU 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 phẩm, 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 băng định lượng trên nền công nghệ PLC và WinCC”. 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 ! Page 1 294 PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG 1.1 Giới thiệu chung Cùng với sự phát triển kinh tế, sự mở rộng sản xuất công nghiệp ứng 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 Page 2 394 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. 1.1.1Sản 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. 1.1.2 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ Page 3 494 Page 4 594 CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ 2.1. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CHỈ THỊ KHỐI 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 đổi A/D, xử lý và hiển thị khối lượng cân được ra đèn Led 7 đoạn hoặc màn hình tinh thể lỏng, có thể truyền dữ liệu về máy tính hoặc ra máy in. Ngoài ra còn có các chức năng như “Auto Zero”, “Tare”, “Clear”,… Để thực hiện các chức năng như trên với độ chính xác cao, đầu cân phải có một bộ nguồn chuẩn ổn 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 để 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 694 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. Page 6 794 - Có 16 hàm chức năng được điều chỉnh thông qua 16 phím nhấn. Có thể 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 lưu trữ. 2.1.2. Giải thích cách chỉnh cân: - Chỉnh độ phân giải: Khối lượng hiển thị lên màn hình thì dựa vào độ phân giải này. Đây là khoảng thay đổi nhỏ nhất mà thiết bị có thể 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.… Nếu độ phân giải nhỏ nhất là 2 thì sẽ hiển thị 100, 102, 104… Có thể 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 Page 7 894 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. - 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 chuẩn 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 Page 8      994 đọc giá trị điện áp và trừ 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 Loadcell quá nhỏ (lệch âm) khi cân chỉnh Zero thì trong trường hợp 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 50KΩ đến 500KΩ); 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. Page 9 1094 Hình 2.2: Sơ đồ chỉnh điện áp đầu cân ngõ ra loadcell 2.2. GIỚI THIỆU VỀ 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. Page 10 [...]... khiển PLC là thiết bị có khả năng lập trình được sử dụng rộng rãi Kỹ thuật PLC được sử dụng từ những năm 60 cà được sử dụng chủ yếu để điều khiển và tự động hoá quá trình công nghệ hoặc các quá trình sản xuất trong công nghiệp Đặc trưng của PLC là sử dụng vi mạch để xử lý thông tin, nó cũng giống như con vi xử lý xong việc lập trình và tốc độ thuận tiện Page 16 Page 17 of 94 hơn, xử lí nhanh hơn và dễ... (Distributed Port) như là module CPU315-DP 3.1.3.2 Module mở rộng: 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 Page 21 Page 22 of 94 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 từng ứng dụng... 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 thể hiện trên sơ đồ hình 3.1 Bộ đệm Bus địa chỉ Bus điều khiển Bộ nhớ chương trình EEPROM tuỳ chọn Bộ nhớ chương trình EEPROM pin Nguồn CPU bộ vi xử lý Bộ đệm Bộ đệm Bộ nhớ hệ thốngnhớ Dữ liêu... dễ dàng thay đổi công nghệ, cải tạo dựa trên chương trình và phần mở rộng Các nối ghép logic cần thiết trong quá trình điều khiển xử lí bằng phần mềm do người dùng lập nên và cài vào Cùng với lí do này nên chúng ta giải quyết các bài toán tự động hoá một cách dễ dàng, khác nhau nhưng cùng chung một bộ điều khiển và chỉ thay đổi phần mềm tức là các phương trình khác nhau Các ưu thế của PLC trong tự động... lệnh vào/ra, thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo Việc truyền thông gữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý Ở một số module CPU, khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra 3.1.6 Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các... cao Tuy nhiên tốc độ cũng bị ảnh hưởng bởi cách lập trình cho PLC 3.1.3.1 Module CPU Page 20 Page 21 of 94 Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485)… và có thể còn có một vài cổng vào ra số Các cổng vào ra số có trên module CPU được gọi là cổng vào ra onboard PLC S7_300 có nhiều loại Hình 3.2: Module CPU module CPU khác... hiểu ở trên thì các dây +veInput (Exc+) và +veSense (Sense+) là nối tắt, các dây -veInput (Exc-) và -veSense (Sense-) là nối tắt Có nhiều kiểu hình dạng loadcell cho những 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, ... Khối vào ra Bus địa chỉ Bus hệ thống vào/ra Mạch chốt Bộ đệm Mạch giao tiếp Mạch cách ly Mạch cách ly Kênh ngõ vào Page 18 Kênh ngõ ra Hình 3.1: Sơ đồ cấu trúc bên trong PLC Panel lập trình Page 19 of 94 Page 19 Page 20 of 94 3.1.2 Bộ nguồn: Bộ nguồn cung cấp điện cho PLC hoạt động, việc chọn bộ nguồn dựa trên dòng tiêu thụ của điện áp một chiều (5 VDC hoặc 24 VDC) Dòng tiêu thụ của các phân tử PLC. .. được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi Page 30 VÒNG QUÉT Page 31 of 94 Chuyển dữ liệu từ cổng vào Q Thời gian cần Thực hiện chương trình hiện được một vòng quét gọi là thời gian vòng thiết để PLC thực quét (Scan time) Chuyển dữ liệu từ cổng vào tới Icố định, không phải vòng quét nào Thời gian vòng quét không cũng thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau Mà tuỳ thuộc vào... tham trị với hệ điều hành và với các khối chương trình khác (Local Block) Tại một thời điểm nhất định vùng Work memory chỉ chứa một khối chương trình Sau khi khối chương Page 28 Data block register Status word Page 29 of 94 DI (instance) Status trình đó được thực hiện xong thì hệ điều hành sẽ xoá nó khỏi Work memory và nạp Hình 3.5: Phân chia các vùng ô nhớ trong CPU vào đó khối chương trình kế tiếp đến . 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 băng định lượng trên nền công nghệ PLC và WinCC . Thông qua những tìm hiểu của em về hệ thống. THIỆU HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG 1.1 Giới thiệu chung Cùng với sự phát triển kinh tế, sự mở rộng sản xuất công nghiệp ứng 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 Page 2 394 nhiều, em đã chon cân định lượng trong khâu định lượng bán thành phẩm nhà máy sản