Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát trên nền wincc và PLC s7 300 cho quá trình cấp liệu nhà máy bia

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC ====o0o==== LUẬN VĂN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TRÊN NỀN WINCC VÀ PLC S7-300 CHO QUÁ TRÌNH CẤP LIỆU NHÀ MÁY BIA Giáo viên hướng dẫn Học viên Chuyên ngành Lớp MSHV : GS.TS Phan Xuân Minh : Phạm Thanh Tùng : Điều khiển Tự động hóa : 11BĐKTĐ : CB110345 Hà Nội, 09-2013 LỜI CAM ĐOAN Tên : Phạm Thanh Tùng Sinh ngày : 04/10/1978 Học viên lớp : 11BĐKTĐ Khóa : 2011B Ngành : Điều khiển tự động hóa Trường : Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin cam đoan đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát WinCC PLC S7-300 cho trình cấp liệu nhà máy bia” GS.TS Phan Xuân Minh hướng dẫn công trình nghiên cứu riêng Ngoài tài liệu tham khảo đưa cuối luận văn, đảm bảo không chép công trình kết người khác Nếu phát có sai phạm với điều cam kết xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Học viên Phạm Thanh Tùng Phạm Thanh Tùng – CB110345 MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Danh mục bảng biểu………………………………………………………… Danh mục hình vẽ……………………………………………………………….4 MỞ ĐẦU…………………………………………………………………………….5 Chƣơng - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO QUÁ TRÌNH CẤP LIỆU NHÀ MÁY BIA……………………………………………………….7 1.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển dây chuyền cấp liệu nhà máy bia……………7 1.1.1 Dây chuyền cấp liệu………………………………………………………… 1.1.2 Hệ thống điều khiển cho trình cấp liệu nhà máy bia…………………… 1.2 Yêu cầu công nghệ hệ thống điều khiển dây chuyền cấp liệu nhà máy bia…9 1.2.1 Yêu cầu công nghệ chế độ vận hành tay…………………………………9 1.2.1.1 Điều khiển nhập nguyên liệu……………………………………………… 1.2.1.2 Điều khiển xuất nguyên liệu……………………………………………… 14 1.2.2 Yêu cầu công nghệ chế độ vận hành tự động……………………………… 17 1.3 Phát biểu toán điều khiển giám sát cho dây chuyền cấp liệu nhà máy bia18 1.3.1 Bài toán điều khiển………………………………………… ………………18 1.3.1.1 Chế độ điều khiển tay…………… ………………………………….18 1.3.1.2 Chế độ điều khiển tự động…………………………………………………19 1.3.2 Bài toán giám sát…………………………………………………………… 19 Chƣơng - THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ……… ……………….21 2.1 Thiết kế tổng quan hệ thống…………………………… …………………….21 2.2 Thiết bị trình……………………………………………………………….21 2.2.1 Động truyền động cho băng tải……………………………………….21 2.2.2 Van nhập xuất liệu……………………………………………………… 23 2.3 Thiết bị cảm biến……………………………………………………………….25 2.3.1 Cảm biến cảm ứng từ…………………………………………………………25 Phạm Thanh Tùng – CB110345 2.3.1 Cảm biến đo khối lượng malt silo………………….………………… 26 2.4 Lựa chọn giải pháp phần cứng……………………………….…………………26 2.4.1 Lựa chọn PLC……………………………………………….……………… 26 2.4.2 Lựa chọn máy tính PC……………………………………………………… 28 2.4.3 Lựa chọn giao tiếp PC-PLC………………………………………………… 30 2.5 Bảng ghép nối phần tử vào/ra…………………………………………… 32 2.6 Thiết kế chương trình điều khiển………………………………………………44 2.6.1 Chương trình OB1………………………………………………………… 44 2.6.2 Chương trình FC1…………………………………………………………….46 2.6.3 Chương trinh FC2…………………………………………………………….47 2.6.4 Chương trình FC3…………………………………………………………….52 Chƣơng - XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TRÊN NỀN WINCC CHO QUÁ TRÌNH CẤP LIỆU NHÀ MÁY BIA…………………… 56 3.1 Giới thiệu………………………………………………………………………56 3.2 Xây dựng phần mềm điều khiển giám sát sử dụng WinCC………………… 56 3.2.1 Khởi động WinCC……………………………………………………………56 3.2.2 Tạo dự án mới………………………………………………………… 57 3.2.3 Tạo biến giao tiếp với PLC để điều khiển, giám sát cho dây chuyền cấp liệu.58 3.2.4 Thiết kế giao diện điều khiển cho dây chuyền cấp liệu………………………68 3.2.5 Thiết lập nút ấn điều khiển cho giao diện điều khiển giao diện điều khiển silo…………………………………………………………….71 3.2.6 Giám sát băng tải hoạt động cảnh báo tải động cơ……………….77 3.2.7 Giao diện điều khiển giám sát dây chuyền cấp liệu nhà máy bia…… 80 3.2.8 Lưu trữ hiển thị thông tin lượng malt silo………………………82 KÊT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………………………… 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………….88 PHỤ LỤC CÁC BẢN VẼ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN……………………89 Phạm Thanh Tùng – CB110345 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Bảng thông số động truyền động cho băng tải gầu tải…… …22 Bảng 2.2 Bảng yêu cầu cấu hình máy tính PC……………………………… 28 Bảng 2.3 Bảng ghép nối phần tử vào/ra cho PLC…………………………… 32 Phạm Thanh Tùng – CB110345 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Dây chuyền cấp liệu nhà máy bia………………………………………….7 Hình 1.2 Tủ điều khiển dây chuyền cấp liệu nhà máy bia………………………… Hình 1.3 Màn hình điều khiển giám sát chế độ vận hành tự động………… 17 Hình 2.1 Tổng quan hệ thống điều khiển dây chuyền cấp liệu nhà máy bia……….21 Hình 2.2 Biến tần họ SK hãng Control Techniques……………………………24 Hình 2.3 Cảm biến từ tiệm cận E2E-X5F1………………………………… ……25 Hình 2.4 Cảm biến FMP40…………………………………………………………26 Hình 2.5 Bộ điều khiển PLC S7-300……………………………………………….27 Hình 2.6 Kiểu truyền thông MPI………………………………………………… 31 Hình 2.7 Cáp truyền thông PC-PLC……………………………………………… 31 Phạm Thanh Tùng – CB110345 MỞ ĐẦU Trong thời đại ngày nay, với phát triển không ngừng khoa học công nghệ, hệ thống tự động hóa đóng vai trò quan trọng dây chuyền sản xuất công nghiệp Hiện nước ta trình công nghiệp hóa, đại hóa nên việc áp dụng hệ thống tự động hóa vào sản xuất trở nên cấp thiết Việc ứng dụng phát triển thành khoa học kỹ thuật vào sản xuất nhằm đem lại suất cao, chất lượng sản phẩm tốt vô quan trọng Chính tác giả chọn đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát WinCC PLC S7-300 cho trình cấp liệu nhà máy bia” với mục đích nâng cao mức độ tự động hoá dây chuyền cấp liệu trình sản xuất bia giúp giảm chi phí vận hành, sửa chữa giảm thiểu sai sót người vận hành gây góp phần nâng cao suất lao động chất lượng sản phẩm Toàn quy trình công nghệ trình cấp liệu nhà máy bia trước đưa vào xử lý điều khiển giám sát hình máy tính, cho phép người vận hành điều khiển tủ điều khiển vận hành tự động từ máy tính trung tâm Các thông tin trình hiển thị lưu trữ thuận tiện cho việc theo dõi xử lý Luận văn phát triển dựa hệ thống dây chuyền cấp liệu công ty cổ phần rượu bia nước giải khát Hà nội HABECO với thiết bị sẵn có cấu chấp hành, cảm biến điều khiển trung tâm Luận văn sử dụng phần mềm WinCC hãng SIEMENS Nội dung luận văn bao gồm phần sau: Chương 1: Tổng quan hệ thống điều khiển cho trình cấp liệu nhà máy bia Chương 2: Thiết kế hệ thống tự động hoá Chương 3: Xây dựng hệ thống điều khiển giám sát WinCC cho trình cấp liệu nhà máy bia Phạm Thanh Tùng – CB110345 Sau thời gian làm việc, nghiên cứu với nỗ lực thân, đặc biệt giúp đỡ, hướng dẫn tận tình GS TS Phan Xuân Minh tác giả hoàn thành luận văn Do kinh nghiệm thực tế hạn chế nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong nhận bảo, góp ý bạn bè quý thầy cô để luận văn hoàn thiện Hà Nội, ngày … tháng… năm 2013 Học viên Phạm Thanh Tùng Phạm Thanh Tùng – CB110345 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO QUÁ TRÌNH CẤP LIỆU NHÀ MÁY BIA 1.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển dây chuyền cấp liệu nhà máy bia 1.1.1 Dây chuyền câp liệu Dây chuyền cấp liệu nhà máy bia bao gồm băng tải xy lô để chứa nguyên liệu Hình 1.1: Dây chuyền cấp liệu nhà máy bia Nguyên liệu Malt từ xe chở nhập vào phễu chứa (đổ thủ công) Từ đây, gạo vận chuyển từ băng tải số chuyển sang gầu tải để đưa lên băng tải xích số cho trình nhập liệu Từ băng tải xích số malt chảy xuống băng tải 3, 4, 5, qua hệ thống van vào băng tải tương ứng Từ băng tải xích 3, 4, 5, 6, malt đưa vào silo chứa qua van vào silo Phạm Thanh Tùng – CB110345 Malt xuất để cung cấp cho khu vực nhà xử lý nguyên liệu qua hệ thống van băng tải xuất nguyên liệu Nếu muốn xuất malt từ silo van xuất silo mở cho malt chảy xuống băng tải số số 8, malt từ băng tải số số chảy xuống băng tải số vào nhà xử lý nguyên liệu 1.1.2 Hệ thống điều khiển cho trình cấp liệu nhà máy bia Hệ thống điều khiển dây chuyền cấp liệu nhà máy bia điều khiển tủ điều khiển trung tâm sử dụng PLC S7-300 Hình 1.2: Tủ điều khiển dây chuyền cấp liệu nhà máy bia Người vận hành tuỳ theo quy trình nhập hay xuất nguyên liệu vận hành theo quy trình sử dụng nút nhấn tủ điều khiển, nghĩa nhấn nút mở van khởi động băng tải tương ứng Phạm Thanh Tùng – CB110345 Ở cột Value, nhấp chọn mục Tag_Name Từ trình đơn xổ xuống chọn Tag selection 75 Phạm Thanh Tùng – CB110345 Trên hộp thoại Tags-Project, chọn biến tương ứng, sau chọn OK Trở lại hộp thoại Assigning Parameter, mục value nhập thông số 1, click OK để chấp nhận Với nút ấn DUNG XUAT làm tương tự, ý hộp thoại Assigning Parameter, mục value nhập thông số 76 Phạm Thanh Tùng – CB110345 Như thiết lập thuộc tính cho nút ấn, lục chạy chương trình, ấn nút BAT DAT XUAT cua silo 1, bit M50.0 PLC có giá trị 1, khởi động trình XUAT tự động Nếu ấn nút DUNG XUAT, bit M50.0 có giá trị 0, trình xuất dừng lại Các nút ấn BAT DAU NHAP DUNG NHAP làm tương tự Chúng ta thiết kế tương tự cho tất giao diện điều khiển silo từ silo đến silo 3.2.6 Giám sát băng tải hoạt động cảnh báo tải động Để giám sát hoạt động băng tải thiết lập thuộc tính cho băng tải để băng tải hoạt động, băng tải nhấp nháy Click chuột phải vào hạt băng tải, menu thả xuống chọn Properties Hộp thoại Object Properties xuất chọn Tab Properties Cọn thuộc tính nhấp nháy Flashing Ở thuộc tính nhấp nháy (Flashing Background Active) chọn Yes Ở cột Static nhấp chuột phải vào biểu tượng bóng đèn màu trắng Từ trình đơn xổ xuống chọn Tag 77 Phạm Thanh Tùng – CB110345 Hộp thoại Tag-Project xuất hiện, chọn NHAP -> NHAPSILO1 Chọn Ok để chấp nhận Làm tương tự, cho băng tải khác, từ băng tải đến băng tải Quá trình thiết lập thuộc tính cho băng tải xuất tương tự, thay chọn biến nhập chọn biến xuất 78 Phạm Thanh Tùng – CB110345 Thiết lập thuộc tính để cảnh báo tải động cơ: Nhấp chuột phải vào biểu tượng động cần thiết lập, menu thả xuống chọn Properties Hộp thoại Object Properties xuất chọn Flashing Ở mục Flashing Background Active, chọn Yes cột Static Trong cột Dynamic chọn biến QUATAIBT9 Làm tương tự để thiết lập thuộc tính cho động băng tải lại 79 Phạm Thanh Tùng – CB110345 3.2.7 Giao diện điều khiển giám sát dây chuyền cấp liệu nhà máy bia Sau thực xong bước có giao diện điều khiển giám sát cho dây chuyền cấp liệu nhà máy bia hình Lúc này, khối lượng malt hiển thị silo, để điều khiển silo bấm vào nút DKSILO silo đó, chẳng hạn nút ĐKSILO8, xuất giao diện hình dưới: 80 Phạm Thanh Tùng – CB110345 Lúc ta bấm vào nút BAT DAU NHAP, băng tải hoạt động van tương ứng mở để vận chuyển malt vào silo Nếu băng tải hoạt động sáng lên Khối lượng malt hiển thị thay đổi theo khối lương malt đo silo Nếu muốn dừng nhập, người vận hành bấm nút DUNG NHAP, van đóng băng tải dừng lại (các băng tải tối đi) Quá trình xuất diễn tương tự, nhiên ta điều chỉnh lưu lượng malt xuất cách hiệu chỉnh chiết áp gắn với van xuất tủ điều khiển Các chiết áp điều khiển biến tần để thay đổi tốc độ quay động van xuất, qua lưu lượng malt xuất thay đổi Nếu xảy tải động động có màu đỏ băng tải trước tự động dừng lại để đảm bảo lượng malt không bị dồn ứ băng tải Người vận hành biết tình trạng cố để khắc phục 81 Phạm Thanh Tùng – CB110345 3.2.8 Lƣu trữ hiển thị thông tin lƣợng malt silo Trước tiên tạo file ảnh Tag Logging Silo Graphics Designer Mở cửa sổ soạn thảo Tag Logging cách nhấp chuột phải vào biểu tượng chọn Open Sau thời gian, cửa sổ soạn thảo Tag Logging xuất hình dưới: Nhấp phải vào mục Timer, chọn New Hộp thoại Timer Properties xuất Thiết lập thông số ổ hình dưới: 82 Phạm Thanh Tùng – CB110345 Để tạo lưu trữ, nhấp chuột phải vào mục Archives Từ trình đơn xổ xuống chọn Archive Wizard Hộp thoại Creating An Archive xuất hiện, chọn Next Hộp thoại Creating An Archive: Step-1- xuất hiện, bên mục Archive Name, nhập tên GAOSILO1 Dưới mục Archive Type chọn kiểu lưu trữ Process Value Archive Nhấn Next để tiếp tục Hộp thoại Creating An Archive: Step-2- xuất hiện: Chọn biến lưu trữ cách nhấp nút Select Hộp thoại Tags-Project xuất hiện, chọn biến cần lưu trữ Ở GAOSILO1 Nhấp OK để chấp nhận 83 Phạm Thanh Tùng – CB110345 Trở lại hộp thoại Creating An Archive: Step-2-, biến GAOSILO1 chọn Nhấp Finish để kết thúc thiết lập Lúc cửa sổ soạn thảo Tag Logging, tên lưu trữ GAOSILO1 thông số biến thiết lập Mở cửa sổ Process Tag Properties: Chọn thông số hình dưới: Nhấn Save để lưu giữ đóng cửa sổ Tag Logging cách chọn File->Exit 84 Phạm Thanh Tùng – CB110345 Mở cửa sổ soạn thảo file ảnh Tag Logging Silo1 Graphics Designer Trên bảng đối tượng Object Palette, nhấp chọn Smart Object-> Control Sau di chuyển chuột hình kéo vẽ hình chữ nhật có kích thước phù hợp Hộp thoại Insert a Control xuất Trong hộp thoại chọn WinCC Online Trend Control Chọn xong nhấp OK để chấp nhận Hộp thoại Properties of WinCC Online Trend Control xuất hiện, Dưới mục Window Title nhập tên BIEU DO Đánh dấu chọn hai mục Display ruler (hiển thị thước) Load Archive data (lưu tải liệu) Trên tab Curves, mục Name nhập tên BIEU DO Trong khung Selection of Archives/Tag chọn Archive Tag nhấn nút Selection Chọn biến GAOSILO1, nhấp OK để chấp nhận Làm tương tự để tạo Table Window để hiển thị lưu trữ thông tin 85 Phạm Thanh Tùng – CB110345 Sau thực xong biến GAOSILO1 lưu trữ, ta hiển thị lưu giữ biến máy tính Thông tin hiển thị biểu đồ bảng, ta cất giữ thông tin biến để tiện theo dõi xử lý sau Nhấn vào nút STOP sau nhấn vào nút có biểu tượng máy in, chọn thư mục tên file để lưu trữ 86 Phạm Thanh Tùng – CB110345 KẾT LUẬN Luận văn “Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát WinCC PLC S7-300 cho trình cấp liệu nhà máy bia” dựa hệ thống có dây chuyền cấp liệu công ty cổ phần rượu bia nước giải khát Hà nội HABECO Bên cạnh đó, luận văn sử dụng phần mềm HMI (Human Machine Interface) phổ biến WinCC hãng SIEMENS Luận văn dựa phương pháp nghiên cứu ứng dụng để phát triển hệ thống để chức điều khiển tay tủ điều khiển trung tâm điều khiển giám sát từ máy tính với chức điều khiển tự động trình nhập xuất nguyên liệu, giám sát hoạt động phần tử van, băng tải, cảnh báo cố xảy với động truyền động, hiển thị lưu trữ liệu Luận văn trình bày đầy đủ từ quy trình thiết vẽ kỹ thuật, chương trình điều khiển, phần mềm giám sát để áp dụng dây chuyền thực tế Do thời gian lực có hạn, luận văn chưa bao quát hết tình huống, vấn đề xảy dây chuyền tự động hiển thị hoạt động van xuất nguyên liệu hình máy tính, truyền thông PLC biến tần để thông báo độ mở van xuất cho phép giám sát lưu lượng malt qua van xuất 87 Phạm Thanh Tùng – CB110345 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Ngọc Bích - Phạm Quang Huy SCADA-Truyền thông công nghiệp Nhà xuất Dân trí 2011 [2] PGS TS Trần Thu Hà – Phạm Quang Huy Tự động hoá với WinCC Nhà xuất Hồng Đức 2011 [3] PGS TS Trần Thu Hà – Phạm Quang Huy Tự học S7 WinCC hình ảnh Nhà xuất Hồng Đức 2012 [4] Nguyễn Doãn Phước - Phan Xuân Minh - Vũ Vân Hà Tự động hoá với SIMATIC S7-300 Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 2000 [5] Công ty cổ phần rượu bia nước giải khát Hà nội HABECO Tài liệu hướng dẫn vận hành, bảo trì hệ thống nhập xuất silo chứa nguyên liệu 2010 88 Phạm Thanh Tùng – CB110345 PHỤ LỤC CÁC BẢN VẼ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN 89 ... số vào nhà xử lý nguyên liệu 1.1.2 Hệ thống điều khiển cho trình cấp liệu nhà máy bia Hệ thống điều khiển dây chuyền cấp liệu nhà máy bia điều khiển tủ điều khiển trung tâm sử dụng PLC S7- 300... QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO QUÁ TRÌNH CẤP LIỆU NHÀ MÁY BIA 1.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển dây chuyền cấp liệu nhà máy bia 1.1.1 Dây chuyền câp liệu Dây chuyền cấp liệu nhà máy bia bao... TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO QUÁ TRÌNH CẤP LIỆU NHÀ MÁY BIA …………………………………………………….7 1.1 Giới thiệu hệ thống điều khiển dây chuyền cấp liệu nhà máy bia …………7 1.1.1 Dây chuyền cấp liệu ………………………………………………………