Điều khiển và giám sát hệ thống pha màu tự động sử dụng plc s7 200 và wincc

Điều khiển giám sát hệ thống pha trộn màu công nghiệp sử dụng PLC s7 200 cpu 224 xp. Mô phỏng và giám sát bằng wincc .ứng dụng PLC vào trong ngành xây dựng là một việc làm sẽ đem lại hiệu quả cao và rất phù hợp, đặc biệt là trong công đoạn pha chế sơn.Sơn là một trong những nguyên vật liệu chủ yếu trong ngành xây dựng,chủ yếu là sơn phủ bề mặt nhằm bảo vệ bề mặt đối tượng sử dụng đồng thời cũng là hình thức trang trí thẩm mỹ,chính vì vậy màu sắc của sơn là một yếu tố quan tâm hàng.

LỜI CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan Đồ Án: “Xây dựng sơ đồ khối điều khiển giám sát trình cho mô hình Y-0046” chúng em tự thiết kế ý tưởng hệ thống trộn sơn công nghiệp hướng dẫn giảng viên Th.s Mai Thế Thắng Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành đồ án chúng em sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép chúng em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày 30 tháng 04 năm 2016 Nhóm sinh viên thực Vũ Công Chiến Lê Văn Cường Phạm Quang Đạo Hoàng Văn Hậu Nguyễn Văn Hùng LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, đất nước ta bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, đại hóa, để trình phát triển nhanh cần tập trung đầu tư vào dây chuyền sản xuất tự động hóa, nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất, nâng cao suất lao động cho sản phẩm có chất lượng cao Một phương án đầu tư vào tự động hoá việc ứng dụng PLC vào dây chuy ền sản xuất Đối với tính tiện ích hệ thống PLC nên bộđiều khiển sử dung nhiều lĩnh vực khác nhau.Một ngành phát triển mạnh mẽ ngành xây dựng, việc ứng dụng PLC vào ngành xây dựng việc làm đem lại hiệu cao phù hợp, đặc biệt công đoạn pha chế sơn.Sơn nguyên vật liệu chủ yếu ngành xây dựng,chủ yếu sơn phủ bề mặt nhằm bảo vệ bề mặt đối tượng sử dụng đồng thời hình thức trang trí thẩm mỹ,chính màu sắc sơn yếu tố quan tâm hàng.Đa số việc pha Pha màu thị trư ờng thực phương phápthủ công (tức theo kinh nghiệm) Chính độ xác không cao, sản phẩm sản xuất đôi khikhông theo mong muốn, tỷ lệ phế phẩm nhiều, suất thấp, lãng phí sức lao động, thời gian, … Để loại bỏ nhược điểm Cũng để tạo sản phẩm theo mong muốn, thao tác đơn giản, đưa điểu khiển lập trình PLC vào để thực cụ thể dây chuyền sản xuất tự động: Mô hình sử dụng hệ thống trộn bêtông sốlĩnh vực khác pha chế hoá chất, thực phẩm, … Chương 1: Tổng quạn hệ DCS PLC 1.1 Cấu tạo hệ điều khiển giám sát • Giao diện trình: Các cảm biến cấu chấp hành,ghép nối vào /ra ,chuyển đổi tín hiệu(giao diện thiết bị điều khiển trình kĩ • thuật) Thiết bị điều khiển tự động: Các điều khiển chuyên dụng điều khiển khả trình PLC,thiết bị điều chỉnh số đơn lẻ ,máy tính cá nhân • phần mềm điều khiển tương ứng.(giao diện người vận hành máy) Hệ thống điều khiển giám sát :Các thiết bị phần mềm giao diện • máy,các trạm kĩ thuật ,các trạm vận hành,giám sát điều khiển cao cấp Hệ thống truyền thông :Ghép nối điểm - điểm,bus cảm biến/ chấp • hành,bus trường ,bus hệ thống Hệ thống bảo vệ ,cơ cấu thực chức an toàn Hình 1.1 Các thành phần hệ thống điều khiển giám sát 1.2 Hệ DCS ? Hệ DCS hệ thống điều khiển phân tán (Distributed Control System) thường sử dụng trình , hệ thống sản xuất , hệ thống động (dynamic system) Trong phần tử điều khiển không đặt vị trí trung tâm hệ thống điều khiển nhiều điều khiển hệ thống Toàn hệ thống điều khiển ,giám sát nhờ giao tiếp thông qua việc nối mạng 1.3Cấu tạo hệ điều khiển phân tán • • • • Các trạm điều khiển cục (LCS) hay trạm trình Trạm vận hành(OS) Trạm kĩ thuật công cụ phát triển(ES) Hệ thống truyền thông(files bus, system bus) Hình 1.2 Cấu trúc hệ điều khiển phân tán Ngoài cấu hình cụ thể có trạn vào từ xa Remote I/O Station ,bộ điều khiển chuyên dụng 1.4 Trạm điều khiển cục bộ(LCS) Bao gồm: • • • • • • Bộ cấp nguồn Khối xử lí trung tâm CPU Trạm điều khiển cục bộ(LCS) Giao diện bus hệ thống Giao diện bus trường(nếu sử dụng cấu trúc vào phân tán) Các modul vào số,modul an toàn cháy nổ Chức trạn điều khiển cục : • • • • • • • Điều khiển trình :điều khiển mạch vòng kín(nhiệt độ ,áp suất ,lưu lượng,độ PH,độ đậm đặc ) dựa luật PID Điều khiển trình tự Điều khiển logic Thực công thức Đặt tín hiệu đầu trạng thái an toàn xảy cố hệ thống Lưu trữ tạm thời tín hiệu trình trường hợp liên lạc với trạm vận hành Nhận biết trường hợp vượt ngưỡng giá trị đưa thông báo báo động 1.5 Trạm vận hành Trạm vận hành trạm kĩ thuật đặt phòng điều khiển trung tâm.Các trạm hoạt động song song độc lập với để tiện cho việc vận hành hệ thống phân đoạn-một xưởng sản xuất người ta lại bố trí trạm vận hành Các phần mềm chạy trạm hoàn toàn giống trạm bị cố trạm khác thay chức trạm Chức : • • • • • • Hiển thị hình ảnh chuẩn(hình ảnh tổng quan ,hình ảnh nhóm ,hình ảnh mạch vòng,các đồ thị thời gian,đồ thị khứ ) Hiển thị lưu đồ công nghệ ,bàn phím điều khiển Hỗ trợ vận hành hệ thống thông qua công cụ thao tác tiêu biểu ,các hệ thống hướng dẫn đạo trợ giúp Tạo quản lí công thức điều khiển Xử lí kiện ,sự cố Xử lí lưu trữ quản lí số liệu • • Hỗ trợ lập báo cáo tự động Chẩn đoán hệ thống ,hỗ trợ người vận hành bảo trì hệ thống 1.6 Trạm kĩ thuật Trạm kĩ thuật nơi đặt công cụ phát triển,cho phép đặt cấu hình cho hệ thống,tạo theo dõi chương trình ứng dụng điều khiển giao diện người máy,đặt giao diện cấu hình cho thiết bị trường việc tạo ứng dụng điều khiển chủ yếu thực theo phương pháp khai báo,đặt tham số ghép nối khối chức thư viện.Giống trạm vận hành thiết bị sử dụng thông dụng máy tính cá nhân Đặc tính tiêu biểu công cụ phát triển trạm kĩ thuật : • • • Các công cụ phát triển tích hợp sẵn hệ thống Công việc phát triển không yêu cầu tích hợp phần cứng DCS chỗ Các ngôn ngữ lập trình tiêu biểu sơ đồ khối hàm(FBD-Function Block Diagram) ,biểu đồ tiến trình(CFC – Continuous Function • • Chart),tương tự IEC 61131-3 FBD0 SFC Một dự án nhiều người phát triển song song Giao diện với hệ thống cấp trên(CAD/CAM,MES,PPS,ERP…) Bên cạnh nhà sản xuất cung cấp thư viện khối hàm chuyên dụng,phần mềm mô để tạo đầu vào mô giúp cho việc phát triển an toàn ,chắc chắn hơn.Trong số hệ thống người ta không phân biệt rõ ràng trạm vận hành trạm kĩ thuật mà sử dụng bàn phím có khóa chuyển qua lại hai chế độ vận hành kĩ thuật 1.7 Bus hệ thống Bus hệ thống có chức nối trạm điều khiển cục lại với với trạm vận hành trạm kĩ thuật Trong hệ thống ứng dụng người ta thường sử dụng cấu hình dự phòng cho bus hệ thống.Giải pháp mạng đặc chủng riêng công ty ,một số hệ thống mạng thông dụng : Enthernet,Profibus-Fms ControlNet Đặc điểm việc trao đổi thông tin qua bus :Lưu lượng thông tin lớn tốc độ đường truyền tương đối cao Tính thời gian thực yếu toos đặt (đặc biệt với bus điều khiển ) thời gian phản ứng nằm phạm vi 0.1 s trở lên.Số lượng trạm tham gia thường không lớn nhu cầu trao đổi liệu đột biến lớn Cấu hình tiêu biểu hệ điều khiển phân tán đại ,ngoài phần mô tả có thêm trạm sever,máy tính phân tích,máy in ,một số điều khiển chuyên dụng… Hình 1.3 Cấu hình tiêu biểu hệ điều khiển phân tán đại 1.8 Bus trường hệ thống vào /ra từ xa Khi sử dụng cấu trúc vào /ra phân tán trạm cục bổ sung modul giao diện bus để nối với trạm vào /ra từ xa(remote I/O station) số thiết bị trường thông minh.Đối với bus trường đặc điểm quan t5aam tới tính thời gian thực ,chuẩn truyền dẫn ,tính điện học linh kiện mạng ,cap truyền …Một số bus trường hỗ trợ mạnh : ProfibusDP,Foundation Fieldbus … Một trạm vào từ xa có cấu trúc không khác biệt nhiều so với trạm điều khiển cục thiếu khối xử lí trung tâm cho chức điều khiển.Trạm vào từ xa thường đặt gần trình kĩ thuật Bên cạnh phương pháp ghép nối thiết bị điều khiển với trình kĩ thuật thông qua modul vào /ra ta sử dubgj cảm biến ,cơ cấu chấp hành có giao diện bus trường 1.9 Hệ DCS PLC Thiết bị điều khiển khả trìnhPLC(Programmable Logic Cotroller) loại máy tính điều khiển chuyên dụng nha phát minh người Mỹ Richard Morley đưa lần vào năm 1968 Với cấu trúc ghép nối vào linh hoạt nguyên tắc làm việc đơn giản theo chu kì,khả lập trình lưu trữ chương trình nhớ không cần can thiệp trực tiếp đến phần cứng PLC dần trở nên thông dụng thay cho mạch logic tổ hợp cồng kềnh Ngày PLC đại không dừng lại phép toán logic đơn giản mà làm việc với tín hiệu tương tự ,các phép toán số học,thậm trí thuật toán điều khiển phản hồi ,PID điều khiển mở Các định thời,bộ đếm phép toán thông dụng thuộc phạm vi chức chuẩn PLC Việc sử dụng PLC việc điều khiển trình liên tục công nghiệp chế biến , khai thác, môi trường… trở nên phổ biếnMột số hệ DCS PLC tiêu biểu:SattLine(ABB),ProcessLogic(RockWell),ModiconTSX(Schneider Electric),PCS7(Siemens)…Thực tế ngày PLC dùng cho toán điều khiển logic điều khiển trình.Đối với PLC sử dụng hệ phân tán thường có cấu hình mạnh ,hỗ trợ điều khiển trình tự với phương pháp lập trình đại (SFC) Cấu trúc phần cứng PLC có cấu tạo tương tự máy tính gồm có vi xử lí,các nhớ làm việc nhớ chương trình,giao diện vào/ra cung cấp nguồn.Tuy nhiên điểm khác PLC thành phần giao diện người-máy hình ,chuột ,bàn phím việc lập trình phải thực cách gián tiếp thông qua máy tính riêng biệt ghép nối với CPU qua giao diện thiết bị lập trình (cổng nối tiếp RS-232 RS 485 ) Hình 1.4 Các thành phần chức PLC • Bộ xử lí trung tâm(CPU) bao gồm nhiều vi xử lí ,bộ nhớ chương trình ,bộ nhớ làm việc ,đồng hồ nhịp giao diện với thiết bị lập trình liên kết với thông qua hệ thống bus nội Nhiệm vụ CPU quản lí cổng vào /ra,xử lí thông tin thực thuật toán điều khiển Bộ nhớ chương trình thường có dạng FPROM dùng để lưu trữ hệ điều hành mã chương trình ứng dụng Dữ liệu vào phép tính toán khác lưu nhớ làm việc Ram.Đồng hồ nhịp có vai trò tạo ngắt cứng để điều khiển chương trình theo chu • kì(thông thường khoảng 0,01s tới 1000 phút) Các thành phần vào ra(I/O) đóng vai trò giao diện CPU trình kĩ thuật Nhiệm vụ chúng chuyển đổi ,thích ứng tín hiệu ,cách li gavanic thiết bị ngoại vi (cảm biến,nút ấn ,công tắc hành trình,cơ cấu chấp hành :contactor,động ,van khí , máy bơm )với CPU.Các thành phần vào kết nối với CPU qua hệ thống bus nội bus • trường Bộ cấp nguồn (PS) có chức biến đổi ổn định nguồn nuôi • (5VDC,12VDC,24VDC…) xoay chiều (110VAC,220VAC…) Ngoài thành phần PLC có thành phần chức ghép nối mở rộng , điều khiển chuyên dụng xử lí truyền thông Đối với ứng dụng lớn ta cần sử dụng PLC có thiết kế modul tính linh hoạt cao • Các module chức ( function module, FM) sử dụng để thực số nhiệm vụ điều khiển riêng, ví dụ module điều khiển PID, module điều khiển động bước, module cân,… Các module hoạt động tương đối độc lập với CPU, nhiên trao đổi liệu trình liệu tham số thông qua bus nội hàm khối hàm • gia tiếp hệ thống Các module ghép nối ( interface module, IM) sử dụng để mở rộng • hệ thống số lượng module lớn, không đủ chỗ giá đỡ Các module truyền thông ( communication module, CM) có vai trò giao diện mạng, dùng để ghép nối nhiều PLC với nhau, với thiết bị trường máy tính giám sát 10 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 [...]... 24 Chương 3 Thiết kế hệ điều khiển và giám sát cho mô hình 3.1 Xây dựng sơ đồ khối điều khiển giám sát quá trình cho mô hình Y0046 Trong cấp điều khiển giám sát ,ta sẽ xây dựng màn hình điều khiển và giám sát toàn bộ hệ thống Trong cấp điều khiển ,ta sử dụng PLC S7- 200 CPU 224 XP và module mở rộng EM 231 Module mở rộng EM 231 nhận tín hiệu tương tự từ các cảm biến đo mức và PLC nhận các tín hiệu... dụng mô hình điều khiển và giám sát hệ thống pha trộn màu Trong quá trình nghiên cứu chúng em đã áp dụng kiến thức đã học và thực tiễn để tìm hiểu về phần mềm Win CC và lập trình cho PLC S7- 200 Việc thực hiện đề tài : “ Nghiên cứu khai thác sử dụng mô hình điều khiển giám sát hệ thống pha trộn màu ” nhằm những mục đích sau : Trong đồ án này chúng em tìm hiểu được về phần mềm Win CC và PLC S72 00 của hãng... Siemens và ứng dụng vào thực tế để điều khiển một hệ thống tự 26 động. Chúng em đã tìm hiểu được quy trình thiết kế một hệ thống tự động dung PLC điều khiển Qua đó chúng em được làm quen với chương trình Step 7- Microwin và từ đó lập trình cho PLC hoạt động theo yêu cầu công việc Tìm hiểu được quy trình của một trạm trộn màu tự động, tạo ra được hệ thống pha trộn màu ứng dụng vào thực tế Giảm bớt sức lao động. .. hiệu điều khiển van điện từ ,động cơ khuấy , động cơ bàn quay Trong cấp trường ,ta sử dụng các cảm biến đo mức ,cảm biến tiệm cận ,cảm biến tiệm cận điện dung để đưa tín hiệu lên cấp điều khiển (PLC) Hình 3.1 Sơ đồ khối điều khiển giám sát 25 3.2 Các bước thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho mô hình pha trộn màu Y-0046 3.2.1 Phân tích yêu cầu công nghệ Trong lao động sản xuất ngày nay , vấn đề tự. .. những hệ thống điều khiển giám sát ,thiết kế dây truyền ,trạm trộn tự động đưa vào thay thế con người là rất cần thiết Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ ,tự động hóa các thiết bị có ứng dụng cao như Zen, Logo ,PLC và phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao diện Win CC thong qua quá trình học ,tìm hiểu về công nghệ pha trộn dung dịch Chúng em đã thực hiện đề tài Nghiên cứu khai thác và sử dụng mô... thống WinCC được bắt đầu từ đây Phần sau cung cấp thông tin về những mục sau: • • • Functionality Structure Những editors chuẩn WinCC- Giao diện giữa Người và Máy(Man and Machine) trong thiết kế Tự động (Automation Design) WinCC là một hệ thống trung lập tính công nghiệp và kỹ thuật đã dùng để điều khiển những nhiệm vụ hệ thống điều khiển và hiển thị đồ thị trong tự động hóa sản xuất và quá trình Hệ. .. 10.668 Vàng 7.762 5.828 3.881 0 3.881 Bảngtỷlệ màutheo chiều cao (mm) Sản phẩm Cam Rêu Nho Chàm Tím Hệ số tỷ lệ ×10-4 33 3.2.4 GIỚI THIỆU VỀ SIMATIC WINCC CONTROL CENTER Control Center trong hệ thống WinCC: Định vị Control Center (Trung tâm Điều khiển) bên trong Hệ thống WinCC: Trung tâm điều khiển miêu tả tầng đầu bên trong hệ thống WinCC (Windows Control Center).Tất cả các môđun(modules) của toàn bộ hệ. .. :Khảo sát mô hình pha trộn màu Y- 0046 2.1 Các thiết bị được sử dụng trong mô hình 2.1.1 PLC S7- 200 (CPU 224 XP) S7- 200 là thiết bị điều khiển logic khả trình của hang Siemens (CHLB Đức) có cấu trúc kiểu modul và có các modul mở rộng Các modul này được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau Toàn bộ nội dung chương trình sẽ lưu trong bộ nhớ của PLC, trong trường hợ bộ nhớ của không đủ ta có thể sử dụng. .. chuyển đổi công việc này : Hệ thống sử dụng dòng điện xoáy được phát ra trong vật thể kim loại nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ ,hệ thống sử dụng sự thay đổi điện dung khi vật thể tới gần ,hệ thống sử dụng nam châm và hệ thống chuyển mạch cộng từ 22 2.1.6 Cáp USB/PPI Đối với các thiết bị lập trình của hãng Siemens có các cổng giao tiếp PPI thì có thể kết nối trực tiếp với PLC thông qua một sợi cáp Tuy... Các tín hiệu vào ra 27 Loại tín hiệu Số Số Số Số Số Số Số Các biến cần điều khiển Chức năng Nút Start Khởi động hệ thống Nút Stop Dừng hệ thống Bottle is Arived Cảm biến báo có chai Bottle is Filling Cảm biến báo chai vào vị trí rót CB mixer full off Cảm biến báo bình trộn đầy Cyan valf Van rót màu xanh vào bình trộn Magebta valf Van rót màu đỏ vào bình trộn Yellow valf Van rót màu vàng vào bình trộn