điều khiển hệ thống cân trộn nguyên liệu sử dụng plc s7 200

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CÂN TRỘN NGUYÊN LIỆU SỬ DỤNG PLC S7 - 200 S K C 0 9 MÃ SỐ: T2010 - 10 S KC 0 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CÂN TRỘN NGUYÊN LIỆU SỬ DỤNG PLC S7-200 Mã số: T2010 – 10 Chủ nhiệm đề tài: GV ThS Nguyễn Tấn Đời TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 11 NĂM 2010 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CÂN TRỘN NGUYÊN LIỆU SỬ DỤNG PLC S7-200 Mã số: T2010 – 10 Chủ nhiệm đề tài: GV ThS Nguyễn Tấn Đời TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 11 NĂM 2010 DANH SÁCH NHỮNG ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH Khoa Điện Điện Tử, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Công ty Đông Á MỤC LỤC TRANG Phần Mở đầu ……………………………………… I Tình hình nghiên cứu nước II Tính cấp thiết đề tài III ……………………… ……………………………………… Mục tiêu ……………………………………………… IV Cách tiếp cận ……………………………………………… V Đối tượng nghiên cứu ……………………………………………… VI Nội dung nghiên cứu ……………………………………………… ……………………………………………… Phần Nội Dung Chương 1: Giới thiệu PLC Siemens ………………………………… Chương 2: Giới thiệu Loadcell ……………………………… 19 Chương 3: Giới thiệu đầu cân EX2002 ……………………………… 22 Chương 4: Thiết kế thi công mô hình trạm cân trộn Chương 5: Điều khiển mô hình trạm cân Chương 6: Kết đạt ……………………… 38 44 ……………………………………… 48 Tính khoa học Khả triển khai ứng dụng thực tế Hiệu kinh tế xã hội Phần Kết luận … …… ……………………………………………… 48 ……………………… 48 ……………………………………… 48 ……………………………………………… 49 I Kết luận ……………………………………………… 49 II Đề nghị ……………………………………………… 49 ……………………………………………… 50 Phụ lục I Hình ảnh hệ thống hoạt động II Chương trình PLC DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢNG BIỂU Hình 1: cấu trúc PLC Hình 2: cấu trúc CPU Hình 3: PLC S7-200 Hình 4: ghép nối S7-200 với máy tính Hình 5: cấu tạo Loadcell Hình 6: sơ đồ nối dây Loadcell Hình 7: sơ đồ mạch cầu Loadcell Hình 8: Loadcell tải lớn Hình 9: Loadcell tải nhỏ Hình 10: đầu cân CKW55 Hình 11: đầu cân WE2004 Hình 12: đầu cân EX2002 Hình 13: sơ đồ nối dây EX2002 Hình 14: hệ thống dùng Loadcell Vi xử lý Hình 15: hệ thống dùng Loadcell PLC Hình 16: hệ thống dùng Loadcell, đầu cân PLC Hình 17: sơ đồ khối hệ thống cân trộn Hình 18: mô hình trạm cân trộn Hình 19: sơ đồ kết nối PLC thiết bị THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VIỆT NAM: Đề tài Điều khiển hệ thống cân trộn nguyên liệu sử dụng PLC S7200 trình bày phương pháp dùng để xử lý tín hiệu từ Loadcell công nghiệp Phương pháp thực dựa đặc tính điều khiển hiệu PLC công nghiệp, kết hợp tính cho phép giao tiếp PLC đầu cân Kết đạt vấn đề sau - Giao tiếp Loadcell đầu cân - Giao tiếp đầu cân PLC S7-200 - Thi công mô hình trạm cân - Điều khiển mô hình hoạt động tốt Phương pháp thực mang tính thực tiễn cao, ứng dụng hệ thống điều khiển thiết bị thực tế ENGLISH: Topic Using PLC S7-200 controll the mixer system presented a method to proccess loadcell signal This based on the effect of controll on PLC (Programmable Logic Controller) anh the interface of PLC and Dingo Excell 2002 Results are the following: - Interfacing of loadcell anh Dingo Excell 2002 - Interfacing of Dingo Excell and PLC S7-200 - Produce a Mixer system model - Operate the model This approach is very effective in fact, can be used in some industry systems PHẦN MỞ ĐẦU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC: I - Vấn đề điều khiển thiết bị công nghiệp PLC phổ biến nhiều nước giới - Hấu hết trạm cân trộn sử dụng PLC Loadcell điều khiển - Một số hệ thống sử dụng Module Ananlog PLC, nhiên gặp khó khăn xử lý nhiễu, số hệ thống sử dụng đầu cân - Đây lãnh vực mẽ có xu hướng phát triển mạnh ngành công nghiệp Việt Nam II TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: - Đáp ứng nhu cầu thực tế - Hầu hết trạm cân trộn bên sử dụng đầu cân giao tiếp PLC - Một số nghiên cứu giảng viên sinh viên lãnh vực lại sử dụng module Analog, hiệu không cao - Có yêu cầu chuyển giao công nghệ từ cá nhân đơn vị sản xuất bên MỤC TIÊU: III - Tham gia phong trào NCKH - Nâng cao trình độ - Phục vụ giảng dạy lý thuyết thực hành PLC - Tạo sản phẩm đáp ứng nhu cầu thị trường điều khiển cân trộn - Chuyển giao công nghệ CÁCH TIẾP CẬN, PHƢƠNG PHÁP PHẠM VI NGHIÊN CỨU IV - Khảo sát số trạm cân trộn thực tế, so sánh với thực tế trường - Nghiên cứu lý thuyết, thực mô thi công thực tế - Nghiên cứu lý thuyết giao tiếp đầu cân PLC S7200 - Thi công mô hình dạng bảng đèn, - viết chương trình điều khiển S7200 TRANG - ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU: V - Phần mềm Step7 MicroWIN, PLC S7200 - Đầu cân EX-2002 - Loadcell - Giao tiếp loadcell đầu cân - Giao tiếp PLC đầu cân - Mô hình trạm cân trộn VI NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: - Tìm hiểu hệ thống cân trộn nguyên liệu - Thực kết nối loadcell đầu cân - Thi công mô hình cân trộn nguyên liệu - Viềt chương trình điều khiển PLC S7200 TRANG - PHẦN NỘI DUNG Chƣơng 1: GIỚI THIỆU VỀ PLC SIEMENS 1.1 Giới thiệu chung PLC: - PLC (Programmable Logic Controller) thiết bị điều khiển logic khả trình, sử dụng phổ biến điều khiển thiết bị công nghiệp - Cấu trúc PLC gồm thành phần sau:  Nguồn cung cấp: tích hợp sẵn bên PLC làm riêng bên Có nhiều cấp điện áp khác tùy loại PLC, gồm 110VAC 220VAC 24VDC  CPU (Central Processing Unit): xử lý trung tâm làm việc máy tính, dùng để lưu trữ xử lý chương trình người dùng  I/O (Input/Ouput): ngõ vào/ra giúp PLC giám sát trình đưa tác động thích hợp  Đèn báo: dùng để báo trạng thái PLC, gồm nguồn, chạy chương trình, lỗi hệ thống Các cảnh báo cần thiết trình chẩn đoán cố Cấu trúc tổng quát PLC hình Hình 1: Cấu trúc PLC Một CPU bao gồm thành phần hình Hình 2: Cấu trúc CPU TRANG - - Thi công hệ thống: Xuất phát từ hệ thống cân trộn thực tế, tác giả thực hệ thống dạng mô hình, dùng đèn để biểu thị cho hoạt động đóng mở van, motor bơm trộn - Mô hình hệ thống gồm đèn báo, loadcell, đầu cân PLC Bồn chứa: o Gồm bồn nhỏ chứa loại nguyên liệu khác o bồn lớn chứa nguyên vật liệu từ bồn nhỏ đưa xuống o Mỗi bồn có hệ thống van đóng mở để nguyên liệu đưa xuống xả theo điều khiển PLC Bồn trộn: - Chứa nguyên vật liệu từ bồn đưa xuống thực trộn nguyên liệu thông qua hệ thống motor trộn Val: - Thực chức đóng mở ống dẫn nguyên liệu xuống bồn từ bồn Động trộn: - Trộn nguyên liệu bồn trộn Sơ đồ hệ thống theo hình 17: Khối điều khiển Mô hình (cơ cấu chấp hành) Indicator Nguồn Loadcell Hình 17: Sơ đồ khối thống cân trộn TRANG - 43 Chức khối nhƣ sau: - Mô hình (cơ cấu chấp hành): tượng trưng cho hoạt động hệ thống cân trộn thực tế Ở gồm bồn chứa, van động - Loadcell: kết nối với mô hình, đo khối lượng nguyên liệu bồn chứa đưa tín hiệu khối lượng xử lý - Indicator: lấy tín hiệu từ Loadcell, thực biến đổi A/D chuyển sang khối lượng để hiển thị xuất tín hiệu lên cho PLC xử lý - Khối điều khiển: gồm bảng nút ấn điều khiển PLC S7-200, nhận tín hiệu từ Indicator, điều khiển hệ thống cân trộn hoạt động - Nguồn: cung cấp nguồn cho khối TRANG - 44 Sơ đồ mô hình nhƣ hình 18: Bồn Bồn Van Van Bồn Cân Loadcell Van BỒN TRỘN Van ĐC Trộn Hình 18: sơ đồ mô hình hệ thống cân trộn TRANG - 45 Chƣơng 5: ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 5.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống: Nguyên liệu thô từ Bồn Bồn cho vào Bồn cân, sau cho xuống Bồn trộn Động hoạt động trộn nguyên liệu theo thời gian đặt trước, sau xả nguyên liệu trộn 5.2 Sơ đồ kết nối PLC: Hình 19: sơ đồ kết nối PLC thiết bị 5.3 Qui trình điều khiển: - Bảng điều khiển có nút chọn công thức trộn khác (thể qua khối lượng khác nguyên liệu thô Bồn Trong phần này, đề tài thực việc định khối lượng theo công thức cứng cho sẵn - Nhấn ba nút chọn công thức A, B, C để lựa chọn công thức loại nguyên liệu cần trộn, sau nhấn START hệ thống bắt đầu hoạt động Trình tự sau: TRANG - 46 o Van mở cho nguyên liệu từ Bồn xuống Bồn cân theo khối lượng định sẵn, sau cân đủ nguyên liệu Van đóng lại o Tiếp theo Van mở cho nguyên liệu Bồn xuống Bồn Cân theo khối lượng chọn trước, cân đủ nguyên liệu Van đóng o Tiếp theo Van mở cho nguyên liệu xuống bồn trộn Động hoạt động trộn nguyên liệu theo thời gian định sẵn o Sau Van mở xả nguyên liệu o Sau xong chu trình, hệ thống làm việc lặp lại - Khi nhấn STOP, toàn hệ thống dừng - Khi xảy lỗi đóng mở Van1 Van2 làm bồn cân tải, hệ thống dừng 5.4 Thông số cụ thể theo công thức: - - - Công thức A: o Nguyên liệu Van 1: 1Kg o Nguyên liệu Van 2: 2Kg o Thời gian trộn: 15s o Thời gian Van mở: 30s Công thức B: o Nguyên liệu Van 1: 2Kg o Nguyên liệu Van 2: 4Kg o Thời gian trộn: 15s o Thời gian Van mở: 60s Công thức C: o Nguyên liệu Van 1: 2Kg o Nguyên liệu Van 2: 2Kg o Thời gian trộn: 20s o Thời gian Van mở: 40s TRANG - 47 Chƣơng 6: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC Tính khoa học: Đề tài thực công việc sau: - Trình bày cách thiết lập thông số cho đầu cân EX2002 - Cách kết nối Loadcell, đầu cân PLC S7200 - Thiết kế thi công mô hình trạm cân trộn - Điều khiển mô hình trạm cân trộn Khả triển khai ứng dụng thực tế: Đề tài sử dụng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên, học viên cao học - quan tâm điều khiển khối lượng công nghiệp Làm tài liệu tham khảo giảng dạy môn học điều khiển lập trình, - thực tập PLC Hiệu kinh tế xã hội: Đề tài giải vấn đề quan tâm nay, xử lý tín hiệu nhỏ loadcell, chống nhiễu hệ thống Nội dung đề tài liên kết lý thuyết PLC học thực tế sử dụng PLC điều khiển cân trộn TRANG - 48 PHẦN KẾT LUẬN KẾT LUẬN: I Điều khiển khối lượng vấn đề quan tâm nhà máy sản xuất liên quan đến cân trộn nguyên liệu Đề tài đưa phương pháp điều khiển trạm cân trộn, sử dụng đầu cân giao tiếp PLC Cụ thể đề tài đạt số kết sau: - Kết nối phần cứng loadcell, đầu cân PLC S7200 - Thiết lập thông số cho đầu cân EX2002 - Thi công mô hình trạm cân trộn - Điều khiển mô hình trạm cân trộn PLC S7200 thông qua kết nối PLC với Loadcell đầu cân II ĐỀ NGHỊ: - Tiếp tục nghiên cứu vấn đề điều khiển khối lượng sử dụng PLC - Mở rộng thêm hệ thống ứng dụng khác liên qua đến cân trộn TRANG - 49 PHẦN PHỤ LỤC Một số hình ảnh hệ thống: I Mô hình cân trộn: TRANG - 50 Thiết bị điều khiển: TRANG - 51 Hệ thống cân trộn: TRANG - 52 II Chƣơng trình PLC: Chƣơng trình chính: TRANG - 53 TRANG - 54 Chƣơng trình con: Công thức A: Công thức B: Công thức C: TRANG - 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Doãn Phước, Tự động hóa với SIMATIC S7-200, NXB KHKT, 2006 [2] Nguyễn Tấn Đời, Bài giảng Điều khiển lập trình 1, ĐH SPKT TPHCM, 2006 [3] Nguyễn Tấn Đời, Bài giảng Điều khiển lập trình 2, ĐH SPKT TPHCM, 2007 [4] Siemens, Simatic S7-200 Programmable Controller, 2000 [5] Dingo, EX2002 Operation Manual, 2003 [6[ Các tài liệu download từ Internet TRANG - 56 [...]... Hình 10: Đầu cân CKW55 – OHAUS WE2004 – INFINITY: chuyên dùng trong các nhà máy đóng gói, bao bì Hình 11: Đầu cân WE2004 – INFINITY TRANG - 22 3.2 Đầu cân EX 2002 : a Giới thiệu: - Đầu cân được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống cân có trọng lượng dưới 10Kg - Đây là một trong những thiết bị hiển thị khối lượng có độ chính xác cao, do công ty Excell Precision sản xuất Hình 12: Đầu cân EX -2002 Dingo –... chương trình, dữ liệu ngõ ra sẽ được cập nhật từ các giá trị tạm thời, gọi là xuất dữ liệu cho ngõ ra Sau đó PLC sẽ khởi động lại quá trình bằng cách khởi động việc kiểm tra lỗi Quá trình này lặp lại từ 10 đến 100 lần/giây 1.2 PLC S7- 200: a Khái niệm: S7- 200 là PLC cỡ nhỏ của hãng Siemens Có cấu trúc theo kiểu module và có các module mở rô ̣ng Các module này đươc sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau... Loadcell sử dụng trong các hệ thống cân tải trọng từ vài kg đến vài trăm kg: Hình 9: LoadCell tải trọng nhỏ TRANG - 21 Chƣơng 3: GIỚI THIỆU VỀ ĐẦU CÂN EX 2002 3.1 Giới thiệu chung: - Là loại thiết bị có vai trò khuếch đại, chuyển đổi A/D tín hiệu từ Loadcell để hiển thị khối lượng - Một số loại đầu cân thực tế: CKW55 – OHAUS: chuyên dùng trong các dây chuyền đóng gói sản phẩm, cân bồn, dây chuyền cân trộn. .. Constant Constant f Ngôn ngữ lập trình S7- 200: - Các CPU S7- 200 có nhiều loại lệnh khác nhau cho phép người lập trình giải quyết các yêu cầu về điều khiển tự động hóa Có 2 tập lệnh cơ bản trong CPU S7- 200 là SIMATIC và IEC1131-3 - Phần mềm lập trình cho PLC trên máy tính cũng cho phép ta lập trình bằng các loại lệnh này Có 2 vấn đề cần quan tâm khi viết chương trình cho PLC: - o Chọn loại tập lệnh nào:... hãng Siemens Có cấu trúc theo kiểu module và có các module mở rô ̣ng Các module này đươc sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau Hình vẽ 3 mô tả một PLC S7- 200 Hình 3: Hình dạng PLC S7- 200 TRANG - 4 b Đặc điểm : Đặc điểm và thông số của các loại PLC S7- 200 được giới thiệu trong bảng sau: Đặc trƣng CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 226 Kích thước(mm) 90x80x62 90x80x62 120.5x80x62 190x80x62 Bô ̣ nhớ chương... Đầu cân EX -2002 Dingo – EXCELL b Đặc tính: - Tự động xử lý dữ liệu, kết nối với PLC để kiểm soát hệ thống bên ngoài - Xử lý theo khối hoặc theo chức năng - Điều khiển hoạt động bằng tay hoặc tự động - Xác lập được số chu kỳ hoạt động - Tính tổng cộng được khối lượng và số chu kỳ - Tín hiệu ngõ ra ở dạng điện áp - Bộ lọc có thể điều chỉnh - Sử dụng giao thức truyền RS232 - Độ cảm ứng ngõ vào: trên 0,12... 50 giờ 50 giờ 190 giờ 190 giờ c Ghép nối PLC S7- 200: Để ghép S 7 -200 với các máy tính PC qua cổ ng RS -232 cầ n có cáp nố i PC /PPI với bô ̣ chuyể n đổ i từ RS232 sang RS485, theo hình vẽ 4 Hình 4: Ghép nối S7- 200 với máy tính qua cổ ng RS232 TRANG - 5 d Module mở rộng: - Có thể mở rộng ngõ vào/ra của PLC bằng cách ghép nối thêm vào PLC các module mở rộng về phía bên phải của... quyền, thông thường người sử nên chọn mức Password cao nhất Số kí tự trong Password tối đa là 8 kí tự Trường hợp PLC đã cài Password thì người không có password,không thể upload chương trình từ PLC, nhưng ngược lại có thể Download chương trình mới xuống PLC bằng cách gõ “clearplc” khi phần mềm hỏi TRANG - 11 Password khi download, trường hợp khi ta gõ “clearplc” thì toàn bộ dữ liệu cũ sẽ hoàn toàn mất... quét lớn nhất (millisecond) - SMB28 đến SMB29 : Điều chỉnh giá trị Analog - SMB28 : Giá trị điều chỉnh ngõ thứ 1 của Analog, khi chương trình chuyển từ Stop/Run - SMB29 : Giá trị điều chỉnh ngõ thứ 2 của Analog, khi chương trình chuyển từ Stop/Run - SMB30 và SMB130 : Thanh ghi điều khiển FreePort TRANG - 15 TRANG - 16 - SMB34 và SMB35 : Thanh ghi điều khiển ngắt thời gian - SMB34 : Ngắt thời gian cho... hoặc điều rộng xung theo tỷ lệ PWM - SMB86 đến SMB94 (dành cho port 0), SMB186 đến SMB194 (dành cho port 1) : nhận tín hiệu điều khiển Các byte này được dùng để đọc trạng thái và điều khiển tin tức nhận được TRANG - 17 - SMB98: báo Lỗi trên Module mở rộng I/O, SMB98 tăng mỗi khi bits parity lỗi được kiểm tra ở Module mở rộng Giá trị này sẽ được xoá mỗi khi bật nguồn hoặc có thể xoá bởi người sử dụng