Lập trình, điều khiển giám sát hệ thống bơm nước bằng PLC s7 200 (phòng thí nghiệm kĩ thuật điện – bm kĩ thuật điện – ĐHTL)

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Ngành kỹ thuật điện, điện tử MỤC LỤC Sinh viên: Nguyễn Đình Phát Lớp 50KTĐ Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Ngành kỹ thuật điện, điện tử MỞ ĐẦU Từ công nghiệp đời, máy móc đưa vào phục vụ sản xuất, người giải phóng khỏi lao động chân tay nhiều Bên cạnh đó, sản phẩm làm tăng lên đáng kể số lượng chất lượng ổn định Tuy nhiên, với phát triển vũ bão khoa học kỹ thuật, tự động hóa cơng nghiệp đời, bước hình thành tiến theo phát triển cơng nghiệp đại Đây bước ngoặt lớn thứ hai sản xuất hàng hóa người Con người thật giải phóng khỏi lao động chân tay hay lao động môi trường độc hại, thay vào cỗ máy thơng minh, làm việc hiệu cao Sự đời PLC (Programable Logic Controller) giúp cho việc lập trình với hỗ trợ máy tính để quản lý hoạt động hệ thống công nghiệp trở nên đơn giản Tuy nhiên việc điều khiển giám sát hoạt động hệ thống tự động hóa cơng nghiệp khơng đơn giản chút nào, phương thức giao tiếp người máy đời để đáp ứng nhu cầu điều khiển giám sát hệ thống tự động họa hồn tồn máy vi tính WinCC phần mềm hoạt động giao thức người máy, đáp ứng tất nhu cầu người cần thiết để điều khiển giám sát cách tối ưu hệ thống tự động hóa điều khiển PLC Với mục tiêu giúp sinh viên có điều kiện tiếp cận sử dụng thành thạo điều khiển khả trình PLC- S7-200 CPU 214 hãng Siemens làm quen với phần mềm WinCC thực đề tài tốt nghiệp “Lập trình, điều khiển giám sát hệ thống bơm nước PLC S7-200 (Phòng thí nghiệm Kĩ thuật điện – Bm Kĩ thuật điện – ĐHTL)” Mặc dù cố gắng nhiều để thực tốt đề tài tốt nghiệp khơng thể tránh khỏi hạn chế, sai sót, mong phê bình góp ý q thầy cô bạn sinh viên để đề tài hồn thiện Sinh viên: Nguyễn Đình Phát Lớp 50KTĐ Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Ngành kỹ thuật điện, điện tử LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến ThS Lê Trung Dũng – Bộ môn Kỹ thuật điện, Khoa Năng lượng, Trường Đại học Thủy Lợi–người định hướng đề tài tận tình hướng dẫn tơi suốt q trình thực đồ án tốt nghiệp Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy Lê Văn Tân phòng thí nghiệm Điện kĩ thuật, Đại học Thủy Lợi, người tận tình giúp đỡ, bảo tơi nhiều suốt q trình nghiên cứu, học tập hoàn thành đồ án tốt nghiệp Tơi xin cảm ơn bạn nhóm đồ án tốt nghiệp giúp đỡ, hỗ trợ nhiều suốt trình nghiên cứu thực đề tài Xin cảm ơn bạn tập thể lớp 50KTĐ hỏi thăm, ủng hộ thời gian làm đồ án tốt nghiệp Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới gia đình bạn bè– người bên cạnh lúc khó khăn, động viên, khích lệ tơi sống học tập, nghiên cứu, công việc Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày….tháng…năm 2012 Sinh viên Nguyễn Đình Phát Sinh viên: Nguyễn Đình Phát Lớp 50KTĐ Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang Ngành kỹ thuật điện, điện tử CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG, SƠ ĐỒ CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HĨA 1.1 Cơ cấu chấp hành • Hệ thống bơm nước gồm: • bình chứa dung tích 2000ml± 20ml • Hai máy bơm nước dùng để bơm nước qua lại bình chứa • Cảm biến phát trạng thái nước đầy bình chứa • Cảm biến phát trạng thái nước cạn bình chứa • Một đầu hiển thị trạng thái làm việc bơm • Một đầu hiển thị trạng thái làm việc bơm 1.2 Nguyên lý hoạt động a Chế độ auto: • Khi khởi động hệ thống chế độ auto, hệ thống trạng thái ban đầu • Bình chứa đầy nước • Các động bơm trạng thái ko tích cực • Nhấn nút Start hệ thống hoạt động sau • • • • • • Máy bơm hoạt động bơm nước sang bình Khi cảm biến áp suất báo cạn bình tích cực dừng máy bơm Máy bơm hoạt động bơm nước lại bình Khi cảm biến áp suất báo đầy bình tích cực dừng máy bơm Hệ thống lặp lặp lại chu trình bơm nước Hệ thống có nút Stop để điều khiển hệ thống tạm dừng tiếp tục chu trình nhấn nút start b Chế độ manual: Hệ thống trạng thái ban đầu • Nhấn nút điều khiển bơm bơm hoạt động, đèn báo trạng thái bơm sáng • Nhấn nút điều khiển bơm bơm hoạt động, đèn báo trạng thái bơm sáng Sinh viên: Nguyễn Đình Phát Lớp 50KTĐ Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang Ngành kỹ thuật điện, điện tử • Nhấn nút điều khiển bơm bơm dừng hoạt động, đèn báo trạng thái bơm tắt • Nhấn nút điều khiển bơm bơm dừng hoạt động, đèn báo trạng thái bơm tắt 1.3 Các cảm biến Hình 1.1: Hai cảm biến áp lực nước phát trạng thái đầy cạn Sinh viên: Nguyễn Đình Phát Lớp 50KTĐ Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang Ngành kỹ thuật điện, điện tử 1.4 Sơ đồ hệ thống Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống 1.5 Hệ thống nút bấm bảng điều khiển Hình 1.3: Bảng điều khiển nút bấm Sinh viên: Nguyễn Đình Phát Lớp 50KTĐ Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang Ngành kỹ thuật điện, điện tử CHƯƠNG 2: LẬP BIỂU ĐỒ CHỨC NĂNG TUẦN TỰ Hình 2.1: Sơ đồ chức hệ thống bơm nước 2.1 Mô tả nguyên lý hoạt động hệ thống Hệ thống rẽ nhánh làm chế độ riêng biệt tự động tay • • Chế độ auto: Bước 1: Bơm nước từ bình chứa sang bình sensor2 tích cực, PUMP1 điều khiển máy bơm • Bước 2: Bơm nước từ bình bình sensor1 tích cực, PUMP2 điều khiển máy bơm Hệ thống lặp lặp lại • Chế độ manual: - Bước 1: Bơm nước sang bình 2, điều khiển máy bơm PUMP1 Sinh viên: Nguyễn Đình Phát Lớp 50KTĐ Đồ án tốt nghiệp kỹ sư - Trang Ngành kỹ thuật điện, điện tử Bước 2: Bơm nước lại bình 1, điều khiển máy bơm PUMP2 2.2 Phần xử lý khởi động/dừng/tạm dừng (start/stop/pause) Hình 2.2: Đoạn chương trình xử lý khởi tạo/dừng/tạm dừng Hình 2.2 mơ tả phần xử lý start/stop/pause Cuộn hút nội Run điều khiển toàn hoạt động biểu đồ chức Cuộn hút dùng để xác lập trạng thái khơng tích cực đầu cần thiết tạm dừng hệ thống Đôi dùng điều kiện chuyển tiếp Điều kiện chuyển tiếp cho phép hệ thống hoạt động cần thỏa mãn để hệ thống hoạt động khởi tạo sau gặp lỗi Điều kiện khóa thỏa mãn làm cho hệ thống dừng tạm dừng 2.3 Thiết kế phần khởi tạo Hình 2.3: Nhánh khởi tạo hệ thống Điều kiện chuyển tiếp khởi tạo đưa hệ thống đến trạng thái ban đầu khơng có bước thực Khi cuộn hút nội Run tích cực hệ thống chuyển sang bước (Step1) Sinh viên: Nguyễn Đình Phát Lớp 50KTĐ Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang Ngành kỹ thuật điện, điện tử 2.4 Thiết kế điều kiện chuyển tiếp Hình 2.4: Điều kiện chuyển tiếp bước Hình 2.4 mơ tả sơ đồ thực điều kiện chuyển tiếp bước Trạng thái logic thực điều kiện chuyển tiếp cho phép thực bước đồng thời điều kiện để thoát khỏi bước thời Khi thực bước thời, điều kiện chuyển tiếp thỏa mãn bit điều khiển bước xác lập bit điều khiển bước thời khởi tạo Do hệ thống chuyển sang thực bước 2.5 Thiết kế thao tác bước Hình 2.5: Thao tác bước Bit điều khiển bước dùng để điều khiển trạng thái hoạt động bước Bước dùng để thực thao tác bước xác lập trạng thái tích cực đầu ra, định thời Cuộn hút nội Run dùng để làm Sinh viên: Nguyễn Đình Phát Lớp 50KTĐ Đồ án tốt nghiệp kỹ sư Trang 10 Ngành kỹ thuật điện, điện tử điều kiện cho thao tác cần xác lập trạng thái khơng tích cực thao tác hệ thống tạm dừng Sinh viên: Nguyễn Đình Phát Lớp 50KTĐ Hình 5.11: Giao diện làm việc hệ thống bơm nước WinCC CHƯƠNG 6: LẮP ĐẶT BÀN THÍ NGHIỆM Lắp đặt bàn thí nghiệm giai đoạn mang tính khí nhiều chiếm nhiều thời gian giai đoạn Giai đoạn lắp đặt bàn thí nghiệm chia thành bước nhỏ sau: 6.1 Vẽ mơ hình bàn thí nghiệm Sau kiểm tra chương trình LAD, ta tiến hành vẽ mơ hình bàn thí nghiệm theo chương trình LAD lập phần mềm AutoCAD với kích thước thực bàn thí nghiệm 6.2 Khoan lỗ đưa đèn nút bấm lên bàn thí nghiệm Sau thực xong việc vẽ mơ hình bàn thí nghiệm với kích thước thực, ta in mơ hình A0, dùng keo dán vào mặt bàn thí nghiệm Tiến hành khoan lỗ đặt đèn mặt bàn thí nghiệm, Mica suốt (tấm Mica đặt phía mặt bàn thí nghiệm, dùng để phủ giữ giấy in mơ hình bàn thí nghiệm) Hìn h 6.1: Khoan lỗ đưa đèn thí nghiệm mặt bàn mặt Mica 6.3 Thiết kế cấp nguồn cho bàn thí nghiệm PLC PLC S7-200 CPU 214 dùng nguồn 24V DC nên ta phải dùng biến áp từ 220V AC xuống 24V AC Sau đó, 24V AC qua mạch chỉnh lưu cầu để 24V DC Với 24V DC ta lại dùng ổn áp với IC ổn áp 7824 để điện áp 24V DC ổn định Hình 6.2: Bộ nguồn cấp cho PLC bàn thí nghiệm (biến áp, relay cuộn hút, mạch ổn áp) Hai máy bơm nước hệ thống dùng nguồn điện áp 220V nên ta dùng nguồn 220V cấp trực tiếp cho máy bơm Do đầu PLC 24V DC nên dùng Relay trung gian nối vào đầu PLC dùng làm tiếp điểm đóng ngắt điều khiển bơm hoạt động Hình 6.3: Hai Relay trung gian làm tiếp điểm đóng ngắt động bơm 6.4 Lắp đặt thiết bị nối dây Sau khoan lỗ mặt bàn thí nghiệm, kiểm tra đèn đèn nút bấm Ta tiến hành lắp đặt thiết bịlên mặt bàn thí nghiệm Sau lắp đặt xong mặt bàn ta tiến hành nối dây mặt sau (bấm đầu cốt, nối dây ) Hình 6.4: Mặt trước bàn thí nghiệm Hình 6.5: Mặt sau bàn thí nghiệm nối dây 6.5 Lắp đặt hệ thống điều khiển phần mềm WinCC Sau lắp đặt xong bàn thí nghiệm nối dây, tiến hành lắp đặt máy tính để giám điều khiển giám sát hệ thống bơm nước Hình 6.6: Máy tính điều khiển giám sát hệ thống WinCC Chúng ta có giao diện làm việc hệ thống WinCC làm việc sau: Hình 6.7: Giao diện làm việc hệ thống bơm nước WinCC KẾT LUẬN CHUNG Trong trình 15 tuần làm đề tài hệ thống bơm nước phòng thí nghiệm môn Kĩ Thuật Điện- trường ĐH Thủy Lợi, tơi ln hồn thành tiến độ mà giáo viên hướng dẫn đề a Những khó khăn khăn thuận lợi • • Thuận lợi: Được định hướng, hướng dẫn tận tình, khoa học ThS Lê Trung Dũng • Được hướng dẫn giúp đỡ tận tình cảu thầy Lê Văn Tân phòng thí nghiệm Điện Kĩ Thuật- ĐH Thủy Lợi • Sự hỗ trợ, giúp đỡ kịp thời bạn nhóm đồ án • Phòng thí nghiệm Điện Kĩ Thuật có đầy đủ dụng cụ, thiết bị cần thiết cho việc thực làm bàn thí nghiệm viết báo cáo… • Khó khăn: • Lần đầu thực sản phẩm mang tính thực tế nên nhiều bỡ ngỡ • Việc làm bàn thí nghiệm gặp nhiều khó khăn chưa có kinh nghiệm việc khoan, hàn…lắp đặt thiết bị, có nhiều vấn đề sinh thiết bị cách giải vấn đề • Vấn đề thời gian hạn hẹp đên không phát triển đề tài cách tối đa ý tưởng • Khó khăn lập trình giao diện điều khiển giám sát WinCC… u Hướng phát triển đề tài • Đề tài mơ hình nhỏ, dùng làm đạo cụ để hỗ trợ giảng dạy mơn Điều khiển ứng dụng • Đề tài có tính ứng dụng cao thực tế, phát triển thêm để ứng dụng vào hệ thống bơm nước lớn thực tế • Bàn thí nghiệm thêm bể nước cấp nước cho bình chứa, động cấp nước cho bình 1, thêm động bơm nước khỏi bình • Có thể nâng cao hướng điều khiển động bơm cơng suất lớn, dùng cơng nghiệp • Phát triển thêm hệ thống điều khiển giám sát WinCC để có hệ thống tối ưu sử dụng Tài liệu tham khảo ThS Lê Trung Dũng, giảng điều khiển ứng dụng, ĐH Thủy Lợi 2010, chương Lê Ngọc Bích- Trần Thu Hà- Phạm Quang Huy, Điều khiển giám sát với S7200- S7300 PC Access & WinCC, nxb ĐH Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh-2011 Trần Thu Hà- Phạm Quang Huy, Tự Động Hóa Trong Cơng Nghiệp với S7&WinCC, nxb Giao Thông-2007 Trần Thu Hà- Phạm Quang Huy, Giao Diện Người Và Máy- Lập Trình Với S7 WinCC, nxb Giao thông- 2008 Trần Thu Hà-Phạm Quang Huy, Tự động hóa với WinCC, nxb Hồng Đức- 2011 http://diendientu.forumh.net/f50-forum http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/gioi-thieu-phan-mem-wincc.456743.html DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hai cảm biến áp lực nước phát trạng thái đầy cạn Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống Hình 1.3: Bảng điều khiển nút bấm Hình 2.1: Sơ đồ chức hệ thống bơm nước Hình 2.2: Đoạn chương trình xử lý khởi tạo/dừng/tạm dừng Hình 2.3: Nhánh khởi tạo hệ thống Hình 2.4: Điều kiện chuyển tiếp bước Hình 2.5: Thao tác bước Hình 3.1: Định nghĩa địa biến Hình3.2: PLC S7-200 CPU 214 Hình 4.1: Lập trình Step MicroWin Hình 4.2: Mơ làm việc hệ thống với S7-200 Simulator Hình 5.1: Cấu trúc WinCC Hình 5.2 : Cấu trúc dự án đơn Hình 5.3: cấu trúc dự án nhiều người dùng Hình 5.4: Cấu trúc dự án multi-client Hình 5.5: Cửa sổ dự án WinCC Hình 5.6: Cửa sổ soạn thảo Graphics Hình 5.7: Cửa sổ soạn thảo Tag Logging Hình5.8: Cửa sổ soạn thảo Alarm Logging Hình 5.9: cửa sổ Dynamic Wizard Hình 5.9: Mơ hình truyền thơng máy tính PLC Hình 5.10: Giao diện điều khiển hệ thống bơm nước Hình 5.11: Giao diện làm việc hệ thống bơm nước WinCC Hình 6.1: Khoan lỗ đưa đèn thí nghiệm mặt bàn mặt Mica Hình 6.2: Bộ nguồn cấp cho PLC bàn thí nghiệm (biến áp, relay cuộn hút, mạch ổn áp) Hình 6.3: Hai Relay trung gian làm tiếp điểm đóng ngắt động bơm Hình 6.4: Mặt trước bàn thí nghiệm Hình 6.5: Mặt sau bàn thí nghiệm nối dây Hình 6.6: Máy tính điều khiển giám sát hệ thống WinCC Hình 6.7: Giao diện làm việc hệ thống bơm nước WinCC PHỤ LỤC A Mã nguồn Step MicroWin LD O START_PB:I0.0 Run:M0.0 AN Dung:M1.5 AN STOP_PB:I0.1 LDN MANUAL:I0.3 O Bangtay:M1.0 ALD = Run:M0.0 LD Run:M0.0 AN Step1:M0.1 AN Step2:M0.2 S LD A LD O Step1:M0.1, Step1:M0.1 Sensor1:I1.0 AUTO:I0.2 tudong:M1.1 ALD A Run:M0.0 S Step2:M0.2, R Step1:M0.1, LD A LD O Step2:M0.2 Sensor2:I1.1 AUTO:I0.2 tudong:M1.1 ALD A Run:M0.0 S Step1:M0.1, R Step2:M0.2, LD A LD A Step1:M0.1 AUTO:I0.2 MANUAL:I0.3 PUMP1_PB:I1.2 OLD LD A Bangtay:M1.0 Bom1:M0.6 OLD LD A Step1:M0.1 tudong:M1.1 OLD A Run:M0.0 = PUMP1:Q0.1 = LED1:Q0.5 LD A LD A Step2:M0.2 AUTO:I0.2 MANUAL:I0.3 PUMP2_PB:I1.3 OLD LD A Bangtay:M1.0 Bom2:M0.5 OLD LD A Step2:M0.2 tudong:M1.1 OLD A Run:M0.0 = PUMP2:Q0.2 = LED2:Q0.6 LD LED1:Q0.5 = LD = LS1:Q1.0 LED2:Q0.6 LS2:Q1.1 B Mã nguồn WinCC ... phần mềm WinCC thực đề tài tốt nghiệp Lập trình, điều khiển giám sát hệ thống bơm nước PLC S7- 200 (Phòng thí nghiệm Kĩ thuật điện – Bm Kĩ thuật điện – ĐHTL) Mặc dù cố gắng nhiều để thực tốt đề... lại chu trình bơm nước Hệ thống có nút Stop để điều khiển hệ thống tạm dừng tiếp tục chu trình nhấn nút start b Chế độ manual: Hệ thống trạng thái ban đầu • Nhấn nút điều khiển bơm bơm hoạt động,... thuật điện, điện tử CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG, SƠ ĐỒ CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA 1.1 Cơ cấu chấp hành • Hệ thống bơm nước gồm: • bình chứa dung tích 2000 ml± 20ml • Hai máy bơm nước dùng để bơm