Xây dựng, thiết kế hệ thống cân định lượng và đóng bao tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2008 XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƢỢNG VÀ ĐÓNG BAO TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP HẢI PHÕNG - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2008 XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƢỢNG VÀ ĐÓNG BAO TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP Sinh viên: Phạm Văn Cƣờng Ngƣời hƣớng dẫn: TS Nguyễn trọng Thắng HẢI PHÕNG - 2017 Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc o0o BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Phạm Văn Cƣờng – MSV : 1312102008 Lớp : ĐC1701- Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp Tên đề tài : Xây dựng, thiết kế hệ thống cân định lƣợng đóng bao tự động NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp (về lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính toán vẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán Địa điểm thực tập tốt nghiệp : CÁC CÁN BỘ HƢỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn thứ nhất: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hƣớng dẫn : Nguyễn Trọng Thắng Tiến sĩ Trƣờng Đại học dân lập Hải Phòng Toàn đề tài Ngƣời hƣớng dẫn thứ hai: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hƣớng dẫn : Đề tài tốt nghiệp đƣợc giao ngày tháng .năm 2017 Yêu cầu phải hoàn thành xong trƣớc ngày tháng .năm 2017 Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh viên Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Cán hƣớng dẫn Đ.T.T.N Phạm Văn Cƣờng T.S Nguyễn Trọng Thắng Hải Phòng, ngày tháng năm 2017 HIỆU TRƢỞNG GS.TS.NGƢT TRẦN HỮU NGHỊ PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƢỚNG DẪN 1.Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất lƣợng Đ.T.T.N ( so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T.T.N, mặt lý luận thực tiễn, tính toán giá trị sử dụng, chất lƣợng vẽ ) Cho điểm cán hƣớng dẫn ( Điểm ghi số chữ) Ngày……tháng…….năm 2016 Cán hƣớng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƢỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Đánh giá chất lƣợng đề tài tốt nghiệp mặt thu thập phân tích số liệu ban đầu, sở lý luận chọn phƣơng án tối ƣu, cách tính toán chất lƣợng thuyết minh vẽ, giá trị lý luận thực tiễn đề tài Cho điểm cán chấm phản biện ( Điểm ghi số chữ) Ngày……tháng…….năm 2017 Ngƣời chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đƣợc đề tài kết nỗ lực thân suốt thời gian theo học trƣờng, đặc biệt từ bắt tay vào trình nghiên cứu Để đƣợc thành công nhƣ ngày hôm em không quên đƣợc giúp đỡ giảng dạy nhiệt tình Thầy cô khoa Điện – Điện tử Trƣờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng Các Thầy cô đội ngũ trƣớc am hiểu lĩnh vực khoa học kỹ thuật tận tình giảng dạy giúp chúng em hoàn thành đƣợc nhiều đề tài Luận văn hay có ứng dụng nhiều thực tế Và điều kể đến thành công em ngày hôm nhiệt huyết tận tình hƣớng dẫn Thầy Nguyễn Trọng Thắng Và cuối chúng em xin ghi ơn công lao cha mẹ sinh cho chúng em đƣợc ăn học đến ngày hôm để có hội tiếp cận với lĩnh vực khoa học, nhờ động viên thƣờng xuyên quan tâm đủ mặt phía gia đình động lực giúp chúng em vực qua mặt tâm lý, chán nản để em tâm hoàn thành tốt đƣợc đề tài Hải Phòng, ngày tháng 06 năm 2017 Sinh viên Phạm Văn Cƣờng MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.2 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG CÂN VÀ ĐÓNG GÓI CHƢƠNG 2CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 13 2.1 GIỚI THIỆU PLC S7 200 CPU 224 13 2.1.1 Tổng quát PLC 13 2.1.2 Cấu trúc , nguyên lý hoạt động PLC 15 2.1.2.1 Cấu trúc 15 2.1.2.2 Nguyên lý hoạt động PLC 15 2.1.3 Xử lý chƣơng trình 18 2.1.4 PLC SIMATIC S7-200 CPU 224 19 2.2 GIỚI THIỆU VỀ HMI 22 2.2.1 Các thiết bị HMI truyền thống 23 2.2.2 Các thiết bị HMI đại 23 2.3 THIẾT BỊ SỬ LÝ TÍN HIỆU TƢƠNG TỰ 26 2.3.1 Giới thiệu loadcell 26 2.3.1.1 Cấu tạo 27 2.3.1.2 Nguyên lý hoạt động 28 2.3.1.3 Các thông số kỹ thuật 29 2.3.1.4 Ứng dụng loadcell vào đề tài 30 2.3.2 Bộ khuếch đại Loadcell chuẩn công nghiệp 31 2.3.3 Module analog 32 2.3.3.1 Giới thiệu chung module analog 32 2.3.3.2 Nguyên lý hoạt động chung cảm biến tín hiệu đo chuẩn công nghiệp 32 2.3.3.3 Giới thiệu module analog EM235 33 CHƢƠNG THIẾT KẾ, XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 41 3.1 THIẾT KẾ TỦ ĐIỀU KHIỂN 41 3.2 XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH PLC 46 3.2.1 Giới thiệu phần mềm STEP7 MicroWin 46 3.2.2 Chƣơng trình điều khiển plc 54 3.3 XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH HMI 69 3.3.1 Giới thiệu phần mềm WINCC FLEXIBLE 2008 69 3.3.2 Giao diện hình HMI 75 KẾT LUẬN 80 LỜI CẢM ƠN TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 Hình 3.18 Chƣơng trình PLC 3.3 XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH HMI 3.3.1 Giới thiệu phần mềm WINCC FLEXIBLE 2008 Phần mềm WinCC Flexible 2008 phần mềm chuyên dụng để thiết kế hệ thống HMI tự động hóa công nghiệp hãng SIEMENS công cụ thay cho phần mềm ProTool không phát hành WinCC Flexile 2008 tƣơng thích với hệ điều hành nhƣ: -Microsoft Window XP -Microsoft Window Vista Business (32bit), Ultimate (32bit) Cả hai hệ điều hành có khả đa nhiệm cao, đảm bảo pản ứng nhanh với việc xử lí ngắt độ an toàn chống liệu bên mức độ cao Chức WinCC flexible 2008 : - Thiết kế lập trình hệ thống tự động hóa, trình điều khiển giám sát quy trình sản xuất - Mô hình ảnh kiện xảy trình hoạt động cách trực quan giúp hệ thống dễ kiểm tra sửa chữa - Ngoài WinCC Flexile 2008 cung cấp nhiều chức khác nhƣ : hiển thị thông báo hay báo cáo trình số liệu hay đồ họa , xử lí thông tin đo lƣờng , bảng ghi báo cáo WinCC Flexile 2008 cho phép ngƣời sử dụng có khả truy nhập vào hàm giao diện chƣơng trình ứng dụng API hệ điều hành Ngoài , cso thể kết hợp WinCC Flexile 2008 công cụ phát triển nhƣ : Visual C++ hay Visual Basics để tạo hệ thống có tính đặc thù cao,tinh vi, gắn riêng với cấu hình cụ thể Do có tính chất mở thƣờng xuyên đƣợc cập nhật, phát triển nên WinCC Flexile 2008 lập trình cho hệ thống HMI thị trƣờng sản xuất WinCC Flexile 2008 tạo giao diện ngƣời máy (HMI) dựa cow sở giao tiếp ngƣời với hệ thống máy, thiết bị điều khiển (PLC, CNC ) thông qua hình ảnh , sơ đồ, hình vẽ, hay câu chữ mang tính trực quan Có thể giúp ngƣời vận hành theo dõi trình làm việc, thay đổi thông số , công thức trình hoạt động, hiển thị giá trị thời nhƣ giao tiếp với trình công nghệ hệ thống qua hình máy tính goặc Panel hình cảm ứng mà không cần trực tiếp với phần cứng hệ thống Giao diện HMI giúp ngƣời vân hành giám sát trình sản xuất cách dễ dàng nhanh chóng, bóa động hệ thống có cố Từ máy tính trung tâm , điều khiển hoạt động toàn dây chuyeend sản xuất đƣợc lập trình WinCC Flexile 2008 Dựa HMI giám sát tất liệu vào (I/O) cách xác.Do WinCC Flexile 2008 phần mềm thiết kế giao diện HMI cần thiết thiếu hệ thống tự động hóa phức tạp đại Đặc điểm bật WinCC Flexible so với WinCC SCADA hỗ trợ tính mạnh cho việc thiết kế giao diện, thiết lập giao diện nhƣ lập trình loại hình HMI Hình 3.19 Một số hình đƣợc tích hợp WinCC Flexile 2008  Thuộc tính bật WinCC Flexible WinCC Flexible cung cấp giao thức kết nối HMI s7200, s7-300 s7-400 Các kết nối qua MPI, DP, Profibus, Ethernet Hình 3.20 Thiết lập giao tiếp HMI PLC s7-200 WinCC Flexible giao tiếp với thiết bị thông qua Tag WinCC Flex thực tính toán truyền liệu thông qua tag xuống thiết bị, liệu thu nhận từ thiết bị đƣợc thông qua tag PLC Có loại tag: tag nội tag ngoại - Tag nội: Đƣợc sử dụng để tính toán, lƣu trữ nội WinCC, tag nội không giao tiếp với điều khiển lập trình bên WinCC quản lý tag nội thông qua tên tag kiểu liệu tƣơng ứng Chính chƣơng trình tên tag phải độc - Tag ngoại: Là vùng nhớ bên điều khiển lập trình thiết bị mô Tag ngoại gắn với địa kiểu liệu định WinCC quản lý tag ngoại thông qua tên tag địa Hình 3.21 Thiết lập tag kết nối Giao tiếp ngƣời máy thông qua hình Vì việc thiết kế giao diện cho phù hợp với mục đích sử dụng điều quan trọng WinCC Flexible cung cấp hầu hết công cụ thiết kế phục vụ cho việc thiết kế giao diện diều khiển giám sát Hình 3.22 Giao diện thiết kế WinCC Flexible  Menubar: Là nơi dùng để điều khiền hoạt động việc thiết kế Nó cung cấp công cụ nhƣ thiết lập thông số cho giao diện  Standar Toolbar: Là nơi chứa nút cho phép thực lệnh cách nhanh chóng  Tool: Cung cấp cho đối tƣợng chuẩn nhƣ ( Polygon, Ellipse, Rectangle,…), đối tƣợng thong minh ( OL control, OLE Elêmnt, I/O Field,…) đối tƣợng Windows ( Button, Check Box,…)  Project: nơi cung cấp dịch vụ điều khiển hoạt động giao diện nhƣ tao ngắt, tạo các report…  Kịch (Scrip) : Scrip nơi mà ta tạo hoạt động có kích hoạt Scrip đƣợc hỗ trợ viết ngôn ngữ Visual Basic Trong Scrip hỗ trợ số cú pháp chuẫn lệnh Hình 3.23 Khởi tạo Scrip Một số hàm hay sử dụng chƣơng trình: - Inverbit - Setbit - Resetbit - SetbitInTag - ReSetbitInTag Cú pháp: ReSetbitInTag (Tag,bit) Ý nghĩa: Đặt giá trị False cho vị trí bit đƣợc xác định Tag - StopRuntime 3.3.2 Giao diện hình HMI Hình 3.24 Màn hình hiển thị HMI Màn hình phần giao diện để ngƣời vận hành khởi động hệ thống, quan sát tình trạng cân cài đặt hệ thống Có nút ON để khởi động cân khởi động hệ thống, nút SETTING để vào giao diện cài đặt Hiển thị cân ta có khối lƣợng bột thùng cân đèn báo trình xả xuống thùng cân ( SLOW), trình cân (FAST), trình xả từ thùng cân xuống đóng gói(OPEN) Nút OPEN để xả thùng cân trƣớc bắt đầu trình cân ta lƣu giá trị analog kg nút ZERO Hình 3.25 Màn hình phần Setting Trong giao diện SETTING ta có nút chức VẬN HÀNH HIỆU CHỈNH Vận hành để ta thay đổi tham số trình cân nhƣ khối lƣợng cần cân , thời gian xả tốc độ rung Hiệu chỉnh phần ta hiệu chỉnh lại cân để tránh cân sai sau thời gian hoạt động Hình 3.26 Màn hình cài đặt thông số cân Phần cài đặt thông số cân ta thay đổi khối lƣợng cân , thời điểm bù, tốc độ rung thời gian xả cân để cho phù hợp với nhiều loại trọng lƣợng khác Hình 3.27 Màn hình hiệu chỉnh cân Phần hiệu chỉnh cân ta thực chình điều chỉnh sai sót máy Khi cân đƣợc làm ta nhấn nút ZERO để lấy giá trị analog tƣơng ứng Kg, sau ta đặt cân chuẩn Vd: 5Kg ta nhập 5000 g nhấn xác nhận để ta lấy giá trị analog tƣơng ứng vs 5Kg Quá trình thực với hai cân KẾT LUẬN Đây đề tài hay có ứng dụng thực tế cao Nhờ việc nghiên cứu đề tài củng cố cho em nhiều kiến thức kỹ Đề tài giúp em tiếp xúc với cảm biến trọng lƣợng loadcell đƣợc sử dụng nhiều hệ thống cân bồn , cân điện tử, cân trọng tải xe tìm hiểu đƣợc cấu chấp hành quan trọng xilanh khí nén Về phần điều khiển giúp em biết nhiều kiến thức PLC S7 200 hình điều khiển HMI Đồng thời trang bị cho em kỹ sử dụng phần mềm quan trọng nhƣ: AutoCad 2007, STEP7 MicroWin, WINCC FLEXIBLE 2008 kỹ xây dựng dự án TÀI LIỆU THAM KHẢO Th.S Châu Chí Đức (2008), Kỹ thuật điều khiển lập trình PLC SIMATIC S7-200, Nhà xuất Thành phố Hồ Chí Minh GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn, Nguyễn Tiến Ban (2007), Điều khiển tự động hệ thống truyền động điện, Nhà xuất khoa học – kỹ thuật Trần Thu Hà - Phạm Quang Huy (2008) , Giao diện Người – Máy HMI lập trình với S7 200 WinCC, Nhà xuất Hồng Đức Nguyễn Hoàng Dũng (2008) , Lập trình ứng dụng PLC S7 200, Đại học Cần Thơ Nguyễn Hoàng Dũng (2009), Điều khiển giám sát thu thập liệu dùng WinCC, Đại học Cần Thơ http://en.wikipedia.org/wiki/Strain gauge http://www.plcvietnam.com.vn http://www.siemens.com http://www hmivietnam.com/ ... GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2008 XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƢỢNG VÀ ĐÓNG BAO TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG... phí hoạt động tăng cƣờng khả cạnh tranh trình hội nhập Những ứng dụng lợi ích hệ thống cân định lƣợng lớn em lựa chọn đề tài “ Thiết kế , xây dựng hệ thống cân định lượng đóng bao tự động Thông... lập hệ thống cân, tính toán giao tiếp với giao diện HMI Giao diện HMI hiển thị trọng lƣợng cân mẻ chức thiết lập thông số ban đầu cho hệ thống cân 1.2 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG CÂN VÀ ĐÓNG GÓI Hệ thống