Dây chuyền sản xuất mì ăn liền bằng phần mềm s7300 và WinCC

Chương 2: Các thiết bị chính Chương 3: Thiết kế chương trình với S7-300 Chương 4: Thiết kế mạng SCADA cho hệ thống dây chuyền phân loại sản phẩm Quy Nhơn, Ngày 29 tháng 12 năm 2011 Giảng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Giáo viên hướng dẫn : Ks Nguyễn An Toàn Khoa: Kỹ thuật và Công nghệ

Bộ môn: Kỹ thuật Điện

Mục tiêu của đề tài:

Điều khiển và giám sát dây chuyền sản xuất mì ăn liền dùng S7-300 và phầnmềm WinCC

Nội dung cơ bản dự kiến thực hiện:

Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất mì ăn liền

Chương 2: Các thiết bị chính

Chương 3: Thiết kế chương trình với S7-300

Chương 4: Thiết kế mạng SCADA cho hệ thống dây chuyền phân loại sản

phẩm

Quy Nhơn, Ngày 29 tháng 12 năm 2011

Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện

MỞ ĐẦU

Trong thời đại hiện nay, cùng với sự phát triển xã hội, quá trình công nghiệp hóa cũng phát triển một cách mạnh mẽ và không ngừng Những công trình công nghiệp lớn và trọng điểm đều được áp dụng ở mức độ tự động hóa tương đối cao Mọi thành tựu về

tự động hóa đều phải được thực hiện trên nền tảng của lý thuyết điều khiển tự động Chính vì vậy, lý thuyết điều khiển tự động là yếu tố quyết định của mọi quá trình tự đó

Tự động hoá có mặt từ khâu thiết kế đến khâu đóng gói sản phẩm trong một dâychuyền sản xuất Tự động thiết kế CAD không chỉ cần thiết kế sản phẩm, mà còn dùng

để mô phỏng, tính toán, phân tích.Ngày nay, người ta rất quan tâm đến một dạng pháttriển nữa của CAD Đó là CAE (Computer Aide Engineering) CAE dùng để phân tích

kĩ thuật và tìm lời giải hợp lí nhất ngay trong giai đoạn thiết kế Một dạng phát triểnnữa của CAD là công nghệ tạo mẫu nhanh RPT (Rapid Prototyping Technology).Theo công nghệ này, các thông tin về sản phẩm được thiết kế trên máy tính và sẽchuyển trực tiếp sang thiết bị RPT để tạo ngay ra mẫu vật 3 chiều.Như vậy, chỉ riêngmột vấn đề nhỏ của kĩ thuật tự động hoá, CAD đã có thể làm thay đổi nhiều quá trìnhsản xuất Khi mới ra đời, CAD đã được một cơ quan khoa học của Mỹ đánh giá nhưmột công nghệ mới “làm tăng năng suất lên gấp bội, mà chưa công nghệ nào đạt tới”,đồng thời dẫn ra ví dụ minh hoạ về việc rút ngắn thời gian thiết kế một chiếc máy bay

từ 1,5 năm với hơn 1 ngàn kĩ sư, xuống còn vài tuần với một nhóm nhỏ kỹ sư Ngàynay, CAD vẫn trên đà phát triển mới.Một ứng dụng nữa của kĩ thuật tự động hoá là cóthể dùng máy tính trực tiếp điều khiển đến từng thiết bị, từng dây chuyền sản xuấtcũng như toàn bộ hệ thống sản xuất Từ việc điều khiển số NC (Numerical Control),

các “máy tính nhúng” trong các bộ điều khiển các thiết bị, là một bước đường dài của

sự phát triển làm tăng sự ổn định và hiệu quả sử dụng lên rõ rệt.Một trong những đặctrưng của trình độ tự động hoá hiện đại là mức độ xử lí thông minh trong các tìnhhuống xẩy ra ở quá trình công nghệ Vì vậy, cần có những sensor tinh xảo để nhận biết

về các tình huống đó Ngày nay, trên cơ sở những thành tựu của hệ thống tích hợpkhoa học Micro và Nano (Micro Nanoscience Integrated Systems) nhiều tổ hợp cácsensors tạo ra các cụm cảm biến đa năng, cho phép nhanh chóng nhận thức môi trường

và tình huống từ nhiều thông tin cùng một lúc

Vài nét đặc trưng của ngành tự động hoá hiện đại vừa điểm qua, càng tô đậm vaitrò chủ đạo của nó trong nền kinh tế kĩ thuật hiện đại

Ngày nay, nhiều người đã thừa nhận rằng, nói đến công nghiệp hoá, hiện đại hoákhông thể không nói đến tự động hoá, mà linh hoạt hoá là một trong những tiêu chíquan trọng để đánh giá hệ thống tổ chức sản xuất đáp ứng yêu cầu cạnh tranh khốc liệttrên thị trường Những bước đi từ số hoá đến máy tính hoá hệ thống sản xuất, dịch vụngày càng thực hiện theo con đường mềm hoá, linh hoạt hoá để thích nghi với thịtrường biến động Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS (Flexible Manufacturing Systems)trở thành biểu tượng cho nền sản xuất hiện đại Hệ thống sản xuất tự động này chophép đáp ứng nhanh với yêu cầu thay đổi mẫu mã và đặc tính kĩ thuật của sản phẩmtrong thị trường cạnh tranh Hệ thống sản xuất linh hoạt cũng rất thích hợp với quy môsản xuất vừa và nhỏ Hệ thống sản xuất tích hợp với máy tính CIM (ComputerIntegrated Manufacturing) trở thành cốt lõi cho hệ thống quản lý công nghệ và kinh tế

của các doanh nghiệp hiện đại Như vậy, càng ngày tự động hoá càng nổi lên với vaitrò chủ đạo, dẫn dắt nhiều ngành kinh tế kĩ thuật phát triển.

Bản thân tự động hoá là một liên ngành Nó không thuộc một ngành kinh tế kĩ thuậtriêng biệt nào, nhưng lại có mặt ở hầu hết các ngành kinh tế kĩ thuật Nếu hình ảnh

“máy tính nhúng” (embeded) trong từng thiết bị và trong cả doanh nghiệp hiện đại làmột hình ảnh đẹp đã phổ biến khắp nơi, thì cũng có thể nói rằng, ngày nay tự động hoá

đã “nhúng” trong hầu hết các ngành kinh tế kĩ thuật

Từ cuối thế kỉ 18, người châu Âu đã bắt đầu sản xuất và sử dụng sản phẩm mìsợi.Và nó trở thành thực phẩm truyền thống của các nước châu âu, đặc biệt là ở Ý vàPháp Sau đó, sản phẩm du nhập vào châu Á Và sau đó, để tiết kiệm thời gian chếbiến, người châu Á ( đầu tiên là Nhật ) đã đưa ra công nghệ sản xuất mì chuẩn bị bữa

ăn nhanh gọi là mì ăn liền Từ đó đến nay, mì ăn liền đã không ngừng được cải tiến vàphát triển về sản lượng và chất lượng Công nghệ sản xuất mì ăn liền luôn được nângcao

Em xin được giới thiệu đề tài “Điều khiển giám sát quy trình sản xuất mì ănliền” sử dụng S7-300 và được mô phỏng trên WinCC Dây chuyền đóng gói này làdây chuyền tự động nên nó sẽ giảm bớt được sức lao động so với việc làm thủ công vàđồng thời làm tăng năng suất sản xuất cũng như chất lượng cà phê sẽ tốt hơn và ổnđịnh hơn

Vì thực hiện đề tài này với mục đích nghiên cứu và học hỏi thêm về phần mềmS7-300 và Wincc, nên chưa được hoàn hảo so với những công nghệ mới hiện nay trên

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong trường Đại Học Quy Nhơn nói chung và các thầy cô trong Khoa Kỹ thuật và Công Nghệ nói riêng đã truyền đạt kiến thức cho em trong suốt thời gian học tập Đặc biệt, em xin cảm ơn Thầy Nguyễn An Toàn đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện giúp em hoàn thành đồ án môn học này

Quy Nhơn, ngày…tháng….năm 2014

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Phạm Hữu Nhân

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 2

1.1 PHÂN LOẠI CÁC LOẠI MÌ: 7

1.2 SƠ ĐỒ CÁC BƯỚC THỰC HIỆN CỦA QUY TRÌNH SẢN XUẤT MÌ ĂN LIỀN: 8

1.3 NGUYÊN LIỆU CHÍNH ĐỂ CHẾ BIẾN MÌ: 8

CHƯƠNG 2 : CÁC THIẾT BỊ CHÍNH 10

2.1 BỒN TRỘN NGANG: 10

2.1.1 Đặc điểm bồn trộn ngang: 10

2.1.2Thông số kỹ thuật: 10

2.2 CÔNG NGHỆ BĂNG TẢI: 10

2.2.1Giới thiệu về băng tải: 10

2.2.2Những yêu cầu đối với hệ thống truyền động băng tải: 11

2.2.3Ứng dụng: 11

2.3 TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG TRONG BĂNG TẢI: 12

2.4 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ: 14

2.4.1 Bộ nghịch lưu dòng ba pha: 15

2.4.2Bộ nghịch lưu áp ba pha: 16

2.5 MÁY CHIÊN MÌ: 18

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN 20

3.1 GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC: 20

3.1.1 Khối tổ chức (Organization Block - OB): 29

3.3.2 Phương pháp LAD (Ladder diagram): 32

3.3.3 Ngôn ngữ S7-GRAPH: 32

3.2 Mô phỏng trạng thái đầu vào đầu ra trên PLCSIM 49

CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ MÔ HÌNH SCADA DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT H2SO4 57

4.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SCADA 57

4.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WINCC 58

4.3 LẬP TRÌNH WINCC: 60

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 70

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MÌ ĂN LIỀN

1.1 PHÂN LOẠI CÁC LOẠI MÌ:

Mì dạng ống.

Mì dạng sợi tròn (phổ biến).

Mì dạng sợi phở

1.2 SƠ ĐỒ CÁC BƯỚC THỰC HIỆN CỦA QUY TRÌNH SẢN XUẤT MÌ

ĂN LIỀN:

Hình 1.1 Sơ đồ quy trình sản xuất mì ăn liền

2.2 NGUYÊN LIỆU CHÍNH ĐỂ CHẾ BIẾN MÌ:

Nguyên liệu chính để sản xuất mì ăn liền là bột mì.Bột mì được chế biến từhạt lúa mì,tùy theo chủng loại hạt lúa mì mà ta có:

Bột mì đen: chế biến từ hạt lúa mì đen, thường dung làm bánh mì đen, loạibánh mì này chỉ thích hợp với một số vùng trên thế giới do có vị chua

Bột mì trắng: chế biến từ hạt lúa mì trắng, dựa vào chất lượng bột, chia rathành các hạng bột: thượng hạng, loại I, loại II và loại nghiền lẫn Nước tachỉ nhập loại I và loại thượng hạng

 Thành phần bột mì dao động trong khoảng khá rộng, tùy thuộc vào loạibột và thành phần hóa học của hạt mì Trong thành phần hóa học của hạt mì

có cả chất hữu cơ và vô cơ Chất hữu cơ chiếm tới 83-85%, trong đó chủ yếu

là glucid, protid, lipid, vitamin, sắc tố và cnzym Chất vô cơ chiếm khoảng15-17% gồm nước và chất khoáng

Vai trò của bột mì trong sản xuất mì ăn liền:

Đưa nguyên liệu vào

Cân đo định lượng

Trộn bột

Cán bột Hấp bột

Cắt mì

Đóng hộp

Là nguồn gluten và tinh bột chính của mì ăn liền.

Là chất tạo hình, tạo độ khung, hình dáng; góp phần xác định trạng thái:

độ cứng, độ đặc, độ dai và độ đàn hồi cho sợi mì

 Glucid: Chiếm khoảng 70-90% chất khô, gồm đường (0,6 – 1,8%), dextrin(1 – 1,5%), hemicellulose (2 – 8%), tinh bột (80%), pentose (1,2 –3,5%), rafinose và fructose (0,5 – 1,1%)

 Protid: Protid trong bột mì là protid không hoàn hảo, gồm có hai dạng đơngiản và phức tạp

Dạng đơn giản gọi là protein, bao gồm bốn loại: albumin, globulin,prolamin và glutelin

Dạng phức tạp gọi là protein gồm có glucoproteit, nuclcoprotcit,cromoprotcit

Cũng như các ngũ cốc khác (trừ yến mạch), trong bột mì lượng prolamin

và glutelin chiếm một tỉ lệ khá cao Prolamin (còn gọi là gliadin, chiếm

40 – 50% protid), glutelin (còn gọi là glutenin, chiếm 34 – 55% protid).Khi nhào bột hai thành phần này hút nước tạo mạng lưới phân bố đềutrong khối bột nhào Mạng này vừa dai, vừa đàn hồi, được gọi là glutcn.Nhờ đó mà bột mì nhão, có tính dai,dễ cán, cắt định hình nên được dungtrong sản xuất mì sợi và mì ăn liền

Chất lượng gluten ướt được đánh giá dựa trên các chỉ tiêu cảm quan vàcác chỉ tiêu vật lý như: màu sắc, độ dai, độ căng đứt, độ đàn hồi

 Lipid: Hàm lượng chất béo trong bột mì khoảng từ 2 – 3%, trong đó ¾ làchất béo trung tính, còn lại là phosphatit, stearin, sắc tố và vitamin tantrong chất béo Trong quá trình bảo quản bột, chất béo dễ bị phân hủy,giải phóng axit béo tự do, ảnh hưởng đến độ axit và vị của bột, đồng thờiảnh hưởng đến tính chất gluten

 Gia vị: Bột ngọt, đường, muối, bột súp, hành, tiêu, tỏi, ớt, dầu ăn, bộttrứng, bột tôm…nằm trong thành phần nước trộn bột và trong gói bộtnêm, được pha chế khác nhau tùy theo từng loại sản phẩm: mì gà, mìtôm, mì chay…làm nên hương vị riêng, làm tang giá trị cảm quan chotừng loại mì

CHƯƠNG 2 : CÁC THIẾT BỊ CHÍNH

2.1 BỒN TRỘN NGANG:

Hình 2.1 Bồn trộn ngang 2.1.1 Đặc điểm bồn trộn ngang:

Bồn trộn ngang là một hệ thống bồn trộn đa năng với các ứng dụng trong các phân đoạn chế biến mì, nước giải khát, thực phẩm và hóa chất cung cấp nhanh chóng trộn và có thể được thiết kế theo nhu cầu của khách hàng Kích động tốc độ cao được thực hiện với khuấy lồng sóc và kinh tế xoắn bánh ổ đĩa khuấy Thông qua việc sử dụng một tốc độ thay đổi tùy chọn, động cơ truyền động yêu cầu chu trình chế biến khác nhau có thể lập trình có thể được đáp ứng.

2.2 CÔNG NGHỆ BĂNG TẢI:

2.2.1Giới thiệu về băng tải:

Băng tải là thiết bị vận chuyển liên tục dùng để chở hàng dạng hạt, cụctheo phương nằm ngang hoặc mặt phẳng nghiêng (góc nghiêng không lớn hơn30)

Băng tải hoạt động được là nhờ vào động cơ chính và cơ cấu truyền độngchính

Khống chế tự động một hệ truyền động băng tải phải theo yêu cầu côngnghệ mà đối tượng phục vụ

Các loại băng tải thường dùng trong các dây chuyền:

 Băng tải bố NN

 Băng tải con lăn

 Băng tải cáp thép

 Băng tải bố EP

2.2.2Những yêu cầu đối với hệ thống truyền động băng tải:

Chế độ làm việc của băng tải là chế độ dài hạn với phụ tải (sản phẩmhay bán sản phẩm) hầu như không thay đổi Theo yêu cầu công nghệ, khôngyêu cầu điều chỉnh tốc độ Trong các phân xưởng sản xuất theo dây chuyền cónơi yêu cầu dải điều chỉnh tốc độ D = 2 : 1 để tăng nhịp độ làm việc của toàn bộdây chuyền khi cần thiết

Hệ truyền động băng tải cần đảm bảo khởi động đầy tải Mômen khởiđộng của động cơ Mkđ = (1,6  1,8)Mđm Bởi vậy, nên chọn động cơ có hệ sốtrượt lớn, rãnh stator sâu để có mômen mở máy lớn

Nguồn cung cấp cho động cơ truyền động băng chuyền cần có dunglượng đủ lớn, đặc biệt là đối với công suất động cơ có công suất  30kW, đểkhi mở máy không ảnh hưởng đến lưới điện và quá trình khởi động được thựchiện nhẹ nhàng và dễ dàng hơn

Các yêu cầu chính khi thiết kế hệ thống khống chế băng tải là:

 Thứ tự khởi động của băng tải ngược chiều với dòng dịch chuyểncủa vật phẩm

 Dừng băng tải bất kỳ nào đó chỉ được phép khi băng băng tảitrước đó đã dừng.

 Phải có cảm biến về tốc độ của mỗi băng tải và cảm biến báo cótải trên băng tải hoặc trong các thùng chứa

2.2.3 ng d ng: Ứng dụng: ụng:

Ngày nay, băng tải được ứng dụng rất rộng rãi trong đời sống hằng ngày

và trong công nghiệp: dây chuyền tự động, nhà máy chuyển cát, hệ thống trộn

bê tông nhựa đường, định lượng phối liệu trong các nhà máy xi măng

Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, việc điều khiển băng tảitrong dây chuyền sản xuất bằng đóng cắt các rơle tự động ở các phân xưởng,nhà máy dần dần thay thế bằng các thiết bị chuyên dùng có kích thước gọnnhẹ, tốc độ điều khiển nhanh, chống nhiễu tốt, giá thành cạnh tranh và có khảnăng lập trình, đó chính là PLC - một trong những bộ điều khiển số mạnh nhấthiện nay Việc điều khiển và khống chế băng tải bằng PLC đang được ứngdụng rộng rãi Em chọn đề tài này cho đồ án tốt nghiệp của mình cũng xuấtphát từ những khả năng đó của PLC

2.3 TÍNH CH N CÔNG SU T Đ NG C TRUY N Đ NG TRONG ỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG TRONG ẤT ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG TRONG ỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG TRONG Ơ TRUYỀN ĐỘNG TRONG ỀN ĐỘNG TRONG ỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG TRONG

BĂNG T I: ẢI:

Tính chọn công suất động cơ truyền động thiết bị vận tải liên tục thường theocông suất cản tĩnh Chế độ quá độ không tính vì số lần đóng cắt ít, không ảnhhưởng đến chế độ tải của động cơ truyền động Phụ tải của thiết bị vận tải liên tụcthường ít thay đổi trong quá trình làm việc nên không cần thiết phải kiểm tra theođiều kiện phát nóng quá tải Trong điều kiện làm việc nặng nề của thiết bị, cầnkiểm tra theo điều kiện mở máy

Sau đây là phương pháp tính chọn công suất động cơ truyền động băng tải:

Hình 2.2 Sơ đồ tính toán lực của băng tải

Hình vẽ cho thấy: Một lực bất kỳ f theo phương thẳng đứng đặt trên mặt

phẳng nghiêng, có thể phân tích thành 2 phần:

Trong đó:

fn - vuông góc với mặt phẳng

ft - song song với mặt phẳng nghiêng

Khi tính chọn công suất động cơ truyền động băng tải, thường tính theo các

thành phần sau:

a Công suất P1 để dịch chuyển vật liệu

b Công suất P2 để khắc phục tổn thất do ma sát trong các ổ đỡ, ma sát giữa

băng tải và các con lăn khi băng tải chạy không

c Công suất P3 để nâng băng tải (nếu là băng tải nghiêng)

Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu là :

F1 = Lcos k1g = L’k1g (2.2)

ft

 L

L’

fnf

 v

H

Vì thành phần pháp tuyến Fn = L..cos g tạo ra lực cản (ma sát) trong

các ổ đỡ và ma sát giữa băng tải và các con lăn

Trong đó :

 - Góc nghiêng của băng tải

L - Chiều dài băng tải

 - Khối lượng vật liệu trên 1m băng tải

k1 - hệ số tính đến lực cản khi dịch chuyển vật liệu k1 = 0,05

Công suất cần thiết để dịch chuyển vật liệu là :

P1 = F1 v = δ L’ k1 v g (2.3)Lực cản do các loại ma sát sinh ra khi băng tải chuyển động không tải sẽ là :

F2 = 2 L δb cosβ k2 g = 2L’ δb k2 g (2.4)

k2 - hệ số tính đến lực cản khi không tải

δb - khối lượng băng tải trên 1 mét chiều dài băng tải

Công suất cần thiết để khắc phục các lực cản ma sát :

P2 = F2 v = 2L’ δb k2 v g (2.5)Lực cần thiết nâng vật :

F3 = ± L δ sinβ g (2.6)Trong biểu thức lấy dấu cộng (+) khi tải đi lên và dấu trừ (-) khi tải đi xuống

Công suất cân bằng :

Công suất tĩnh của băng tải :

P = P1 + P2 + P3 = (δ L’ k1 + 2L’.δb k2 ± δ.H).g v (2.8)Công suất động cơ truyền động băng tải :

P

ηTrong đó :

k3 - Hệ số dự trữ về công suất (k3 = 1,2 ÷ 1,25)

η - Hiệu suất truyền động

2.4 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ:

Giới thiệu về biến tần:

Các bộ biến tần là thiết bị biến đổi nguồn điện xoay chiều ở tần số này sangnguồn điện xoay chiều ở tần số khác

Nguồn điện xoay chiều có tần số 50Hz (hoặc 60Hz) thành nguồn xoay chiều

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu nguồn dòng 3 pha

i d

R S T

Các Thyristor được điều khiển mở theo trình tự 1,2,3,4,5,6 Mỗi Thyristordẫn 1/3 chu kì (thực tế thì lớn hơn một góc trùng dẫn nữa) Tại bất kì thời điểmnào, trừ giai đoạn trùng dẫn, chỉ có 3 Thyristor dẫn dòng.

Hoạt động của sơ đồ:

Giả thiết T1, D1, T2, D2 đang dẫn dòng Lúc này điện áp trên các tụ:

UAB = Ucmax, UBC = O, UCA = -Ucmax ; UA’B’ = 0, UB’C’ = Ucmax, UC’A’ = -Ucmax

6

2 t sin U 6 U

LC 3

khoảng bằng

3

trong trường hợp lý tưởng trong khoảng này dòng điện pha tải

bằng không Dòng điện trong các pha lệch nhau 23 tạo ra từ trường quay và tốc

độ của nó phụ thuộc nhịp điệu xung điều khiển của biến tần

2.4.2Bộ nghịch lưu áp ba pha:

Sơ đồ nguyên lý nghịch lưu áp ba pha:

Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu áp ba pha

Hoạt động của sơ đồ:

Ở bộ nghịch lưu áp ba pha có tất cả sáu van, các van lẻ S1, S3, S5 nằm ở phíatrên còn các van chẵn S2, S4, S6 nằm ở phía dưới, hai van trong cùng một pha thìkhông đồng thời dẫn nghĩa là van này dẫn thì van kia sẽ khóa và ngược lại Để códòng chạy qua tải thì nếu có một nhóm van có chỉ số lẻ bắt buột phải có ít nhấtmột van thuộc nhóm chẵn dẫn

Nếu van có chỉ số thuộc nhóm lẻ thông hoặc Diod ngược đi kèm nó thông thìđiện áp đầu ra tương ứng của pha đó với điểm không là Ud/2 Ngược lại nếu van cóchỉ số chẵn thông hoặc Diod đi kèm với nó dẫn thì điện áp đầu ra của pha đó đốivới điểm không là -Ud/2

Hình 2.7 Máy chiên mì dạng nhúng

Máy chiên hiện nay rất đa dạng và phong phú, tùy vào mỗi dây chuyền mànhà sản xuất áp dụng các loại máy với các tính năng khác nhau cho phù hợp nhucầu của người dùng

Đối với máy chiên mì dạng nhúng này có thể chiên mì trong khoản thời gianngắn, không làm cho mì bị vỡ vụn, giữ được hình dáng của mì như đã cắt Côngnghệ này sử dụng bộ gia nhiệt bằng điện trở gia nhiệt, giúp cho việc tăng nhiệt độtrong bồn chiên nhanh hơn rất nhiều so với việt dùng nhiên liệu chất đốt thôngthường, như vậy năng suất của dây chuyền được cải thiện Đồng thời, để đưa mìvào bồn chiên ta sử dụng 1 động cơ cấp nguồn quay thuận làm cho rá mì dichuyển xuống dưới bồn Sau khoảng thời gian đã định thì ta cho động cơ quayngược để rá mì di chuyển lên Cuối cùng là chuyển mì qua một giai công đoạnkhác bằng cách sử dụng pitong đẩy mì sang băng chuyền mới để tiếp tục

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN

3.1 GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC:

Một hệ thống điều khiển ưu việt mà chúng ta lựa chọn nhằm mục đích để điềukhiển một máy sản xuất cần phải hội đủ các yêu cầu sau: giá thành hạ, dễ thi công, sửachữa, chất lượng làm việc ổn định linh hoạt … Từ đó hệ thống điều khiển có thể lập

trình được PLC (Programable Logic Control) ra đời đã giải quyết được vấn đề trên.

Cấu hình phần cứng PLC S7-300:

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 cấutrúc module rất thuận tiện cho việc thiết kế các hệ thống gọn nhẹ và dể dàng cho việc

mở rộng hệ thống

3.1.1.1 Module nguồn PS307 của S7-300:

Hình 3.1: Thiết bị điều khiển logic khả trình SIMATIC

7-300

5 Đèn trạng thái và báo lỗi

6 Thẻ nhớ (từ CPU 313 trở lên).

Module PS307 có nhiệm vụ chuyển nguồn xoay chiều 120/230V thành nguồn mộtchiều 24V để cung cấp cho các module khác của khối PLC Ngoài ra module nguồncòn có nhiệm vụ cung cấp nguồn cho các sensor và các thiết bị truyền động kết nối vớiPLC

3.1.1.2 Khối xử lý trung tâm -Module CPU:

Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thờigian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485)…và có thể có một vài cổng vào ra số Cáccổng vào ra số có trên CPU được gọi là cổng vào ra onboard

Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau, được đặt tên theo bộ

vi xử lý có trong nó như module CPU 312, module CPU 314, module CPU 315…

a Module mở rộng: có 5 loại chính

-PS (Power Supply): Module nguồn nuôi Có 3 loại: 2A, 5A, 10A.

-SM (Signal Module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:

 DI (Digital Input): Module mở rộng các cổng vào số.

 DO (Digital Output): Module mở rộng các cổng ra số.

 DI/DO: Module mở rộng các cổng vào/ra số.

Hình 3.2: Module nguồn của S7 300

 AI (Analog Input): Module mở rộng các cổng vào tương tự.

 AO (Analog Output): Module mở rộng các cổng ra tương tự.

 AI/AO: Module mở rộng các cổng vào/ra tương tự.

-IM (Interface module): Module ghép nối Đây là loại module chuyên dụng có

nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành một khối vàđược quản lý chung bởi một module CPU

-CP (Communication Module): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các

PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính

b Cấu tạo bên ngoài của CPU SIMATIC S7-300:

SIEME NS

CPU 313

SF BAT F DC5 V FRC E RUN STO P RUN -P

STO P MRE S RUN

M L + M

Các đèn LED hiển thị các trạng thái và lổiNút chọn Mode hoạt độngNgăn chứa pin dự phòng

Điện cực dùng cho nguồn cấp và điện trở nối đất

Khe cắm memory card

MPI (Multipoint Interface)

Hình 3.4: Cấu tạo bên ngoài của PLC S7-300

RUN-P CPU thực hiện quét chương trình.Chương trình có thể được đọc từ CPU ra

thiết bị lập trình và cũng có thể nạp vào CPU

RUN CPU thực hiện quét chương trình.Chương trình có thể được đọc từ CPU ra

thiết bị lập trình nhưng không thể thay đổi chương trình đã được nạp vào bộnhớ của CPU

STOP CPU không thực hiện quét chương trình.Chương trình có thể được đọc từ

CPU ra thiết bị lập trình và cũng có thể nạp vào CPU

c Module xử lý vào/ra tín hiệu số của S7-300:

SIMENS cung cấp 3 loại module xử lý

vào/ra của tín hiệu số chính đó là:

Module có nhiệm vụ nhận các tín hiệu số từ

thiết bị ngoại vi vào vùng đệm để xử lý

Module có nhiệm vụ xuất các tín hiệu số từ vùng đệm xử lý ra thiết bị ngoại vi

- Digital input/output modules:

Hình 3.5 : Input/Output Digital

Module

Module tích hợp nhiệm vụ của cả hai loại module nói trên.

Ngoài những module xử lý vào tín hiệu số và những module xử lý ra tín hiệu sốchuyên biệt SIMENS còn đưa ra một số module tích hợp hai nhiệm vụ nói trên tạothành module xử lý vào/ra tín hiệu số (Digital input/output modules)

d Các module tích hợp các ngắt chuẩn đoán và xử lý lỗi:

Các module này có khả năng cài đặt các thông số để chuẩn đoán các lỗi Để thiếtlập các thông số này được thực hiện bằng cách sử dụng STEP7 Người lập trình cũng

có thể thay đổi các thông số này trong chương trình bằng cách sử dụng các khối SFC(System Function) Nếu sử dụng các module loại này mà không thiết lập các thông sốthì các thông số mặc định sẽ được thực thi

e Các module input/output Analog S7-300:

SIMENS cung cấp 3 loại module input/output Analog chính đó là:

- Input Analog modules: Module có nhiệm vụ chuyển các tín hiệu tương tự từ

các thiết bị ngoại vi thành các tín hiệu số để tiến hành xử lý bên trong 300

S7- Output Analog modules: Module có nhiệm vụ chuyển đổi các tín hiệu số của

S7-300 thành các tín hiệu tương tự để phục vu các quá trình hoạt động của thiết

bị ngoại vi

module nói trên

Các CPU của S7-300 chỉ xử lý được các tín hiệu số, vì vậy các tín hiệu analog đềuphải được chuyển đổi thành tín hiệu số Một tín hiệu analog được số hoá thành haiphần: phần dấu và phần giá trị của tín hiệu.

3.2 CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH PLC S7-300:

3.2.1 Vòng quét chương trình của S7-300:

PLC thực hiện chương trình theo một chu trình lặp được gọi là vòng quét (scan).Một vòng lặp được gọi là một vòng quét Có thể chia một chu trình thực hiện của S7-

300 ra làm 4 giai đoạn như hình dưới

Một điểm cần chú ý là tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra thông thường các lệnhkhông làm việc trực tiếp với các cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổngtrong vùng nhớ tham số Chỉ khi gặp lệnh yêu cầu truy xuất các đầu vào/ra ngay lậptức thì hệ thống sẽ cho dừng các công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt đểthực hiện lệnh này một cách trực tiếp với các cổng vào/ra

Các vòng quét nhanh, chậm phụ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thựchiện, vào khối lượng dữ liệu được truyền thông …trong vòng quét đó Thời gian vòngquét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao

4 Chuyển dữ liệu

từ Q tới cổng ra

Hình 3.6: Chu trình thực hiện chương trình trong

S7-3.2.2 Cấu trúc chương trình của S7-300:

Các chương trình điều khiển PLC S7-300 được viết theo một trong hai dạng sau:

- Chương trình tuyến tính (chương trình đơn khối)

- Chương trình có cấu trúc (chương trình nhảy khối)

Vòng quét

Lệnh 1 1

Lệnh 2

Lệnh cuối cùng

OB1

Hình 3.7: Lập trình tuyến tính

Loại hình cấu trúc này phù hợp với những bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ vàphức tạp PLC S7-300 có 4 loại khối cơ bản:

- Khối tổ chức OB (Oganization block): Khối tổ chức và quản lý chương trình

điều khiển

- Khối hàm chức năng FB (Function block): Là loại khối FC đặc biệt có khả

năng trao đổi một lượng dữ liệu với các khối chương trình khác

- Khối hàm (Function): Khối chương trình với những chức năng riêng giống như

một chương trình con hoặc một hàm

- Khối dữ liệu (Data block): Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chương

trình Các tham số khối do ta tự đặt

Ngoài ra còn có các khối hệ thống như : SFB, SFC, SDB.Chương trình trongcác khối được liên kết lại với nhau bằng các lệnh gọi khối, chuyển khối

Xem những phần chương trình trong các khối như là các chương trình con thì

S7-300 cho phép gọi chương trình con lồng nhau Nếu số lần gọi lồng nhau mà vượt quácon số giới hạn cho phép, PLC sẽ chuyễn sang chế độ Stop và đặt cờ báo lỗi

Hình 3.8: Chương trình điều khiển có cấu trúc

O B 1

FC 1

F B 2

FB 5

F C

B 9

F C 7

Số lệnh gọi lồng nhau nhiều nhất cho phép phụ thuộc vào từng loại module CPU

Khối OB1 luôn được PLC quét và thực hiện các lệnh từ đầu tiên đền lệnh cuốicùng và quay lại lệnh đầu tiên

3.2.3 Các khối chức năng:

Một chương trình điều khiển của S7-300 gồm có các khối logic (logic block) vàcác khối dữ liệu (data block) Các khối logic là những khối có chứa các đoạn mã, cáckhối loại này gồm có:

- Khối tổ chức (Organization Block - OB)

- Khối hàm (Function Block - FB)

- Khối hàm (Function - FC)

- Khối DB (Data block)

3.1.1 Khối tổ chức (Organization Block - OB):

Các OB thực hiện việc giao tiếp giữa hệ điều hành và chương trình điều khiển.Mỗi OB có một nhiệm vụ cụ thể khác nhau Những công việc cơ bản mà một chươngtrình yêu cầu thường là:

- Khởi động (Startup): các khối thực hiện các công việc này là OB100 vàOB101

- Thực hiện vòng quét (Scan cycle): công việc này được thực hiện bởi OB1

- Xử lý các lỗi: để CPU không chuyển về mode dừng (stop mode) khi có cáclỗi xuất hiện, người lập trình sử dụng các khối sau: OB80, OB87, OB121,OB122

- Ngoài ra các CPU còn tích hợp các OB xử lý ngắt

Khối hàm chức năng FB (Function block):

Là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi một lượng dữ liệu với các khốichương trình khác Các dữ liệu này phải được tổ chức thành khối dữ liệu riêng có têngọi là Data Block

Khối hàm FC(Function):

Khối chương trình với những chức năng riêng giống như một chương trình conhoặc một hàm

Khối dữ liệu (Data block):

Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình Các tham số khối do ta

tự đặt Có hai loại DB: shared DB và instance DB

- Shared DB là khối dữ liệu có thể được truy cập bởi tất cả các khối trong

chương trình đó

- Instance DB là khối dữ liệu được gán cho một khối hàm duy nhất, dùng để

chứa dữ liệu của khối hàm này

Ngoài ra còn có các khối hệ thống như: SFB, SFC, SDB

- SFC (system function): là các hàm được tích hợp trong hệ điều hành của CPU,

các hàm này có thể được gọi bởi chương trình khi cần

3.3 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH S7-300:

Các loại PLC nói chung có nhiều loại ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các đốitượng sử dụng khác nhau.PLC S7-300 có 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản:

- Ngôn ngữ STL (Statement List).

- Ngôn ngữ FBD (Function Block Diagram - FBD).

- Ngôn ngữ LAD (Ladder diagram).

- Ngôn ngữ S7-GRAPH

3.3.1 Phương pháp STL (Statement List):

Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính.mộtchương trình được ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định,mỗi lệnhchiếm một hàng và có cấu trúc chung “tên lệnh + toán hạng”

Phương pháp STL biểu diễn chương trình điều khiển bằng một danh sách các dònglệnh liên tiếp

3.3.2 Phương pháp FBD (Function Block Diagram - FBD):

Ngôn ngữ “hình khối”, ngôn ngữ đồ hoạ cho những người quen thiết kế mạch điềukhiển số

Tên lệnh

Toán hạng

Phương pháp FBD trình bày các phép toán logic với các ký hiệu đồ hoạ đã đượctiêu chuẩn hoá Trong hình mô tả một phép toán được biểu diễn theo phương phápFBD:

Hình 2.10: Phương pháp biểu diễn chương trình bằng FBD

3.3.2 Phương pháp LAD (Ladder diagram):

Đây là ngôn ngữ lập trình “hình thang”, dạng ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp chonhữmg người quen thiết kế mạch điều khiển logic





I0.0 I0.1

I0.2 I0.3

I0.0

Phương pháp LAD biểu thị các chức năng điều khiển bằng các loại ký hiệu sơ đồmạch như tiếp điểm, timer, counter Phương pháp này có tính trực quan mạch vì nóbiểu diễn mạch điện tương tự mạch điều khiển rơle

Khởi động chương trình S7 bằng cách: Chọn Start  All Programs  Simatic  SIMATIC Manager Cửa sổ SIMATIC Manager xuất hiện cùng với hộp thoại STEP 7 Wizard: “ Newproject”.

Bên trong hộp thoại, chọn Next Trong ô CPU nhấp chọn CPU312, rồi nhấn

Next Giao diện mới xuất hiện, chọn khối OB1 và ngôn ngữ lập trình LAD sau đó

nhấn Next

Hộp thoại xuất hiện, đặt tên tại mục Project name là “quy trinh san xuat mi an lien” xong nhấn Finish hoàn thành

Ta tiếp tục click vào OB1 thì giao diện lập trình xuất hiện

Bên của sổ SIMATIC Manager ta nhấp vào biểu tượng Simlation On/Off, đây là

CPU S7-300 ảo giúp cho Ladder có thể xác định được trạng thái của các đầu vào, đầu

ra, timer, counter…

3.5 CÁC NGÕ VÀO/RA (input/output)

chưa nước và bồn chứa bột

vật đi vào máy cắt mì

vật rơi vào bồn chiên mì

vật đi vào máy làm nguội