Đồ án tốt nghiệp: Hệ thống chiết rót Hệ thống chiết rót Mục tiêu nghiên cứu của đồ án này nhằm nắm được khả năng lập trình PLC. Lập trình đọc được giá trị từ cảm biến nhiệt độ và cảm biến khoảng cách về PLC. Lập trình điều khiển hệ thống chiết rót chai. Thiết kế được hệ SCADA giám sát trên PLC S71200.
TRANG BÌA TRANG BÌA MỤC LỤC TRANG BÌA TRANG BÌA MỤC LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO PHẦN MỞ ĐẦU A Đặt vấn đề B Mục tiêu đề tài C Giới hạn đề tài PHẦN NỘI DUNG Chƣơng 1.1 Tổng quan đề tài 1.2 Phƣơng pháp thực CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Quy trình hoạt động hệ thống 2.2 Lý thuyết PLC A PLC S7-200 10 B PLC S7-1200 15 2.3 TIA -WinCC 17 2.4 Giao thức truyền thông TCP/IP 28 2.5 Ethernet 29 CHƢƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT 32 3.1 Thiết kế khí hệ thống 32 3.1.1 Yêu cầu khí hệ thống 32 3.1.2 Thiết kế khí 32 3.2 Thiết kế điện cho hệ thống 32 3.2.1 Yêu cầu hệ thống điện 32 3.2.2 Sơ đồ khối hệ thống 32 3.2.3 Phân tích khối điện hệ thống 33 3.2.4 Thiết bị điện khối 34 3.2.5 Sơ đồ đấu nối 34 3.3 Thiết kế phần mềm 35 3.3.1 Yêu cầu lập trình hệ thống 35 3.3.1 Lƣu đồ giải thuật 35 3.3.2 Sơ đồ đấu dây 36 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 37 4.1 Địa biến đấu nối 37 4.2 Chƣơng trình 38 4.3 Nhận xét 43 PHẦN KẾT LUẬN 44 A KẾT LUẬN 44 B HƢỚNG PHÁT TRIỂN 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHẦN MỞ ĐẦU A Đặt vấn đề Hiện vai trò cơng nghệ Tự Động Hóa kinh tế quốc dân nghiệp phát triển xã hội to lớn Tự động hóa mang lại nhiều tiện ích muôn màu muôn vẻ sống văn minh đại Chính Đảng Nhà nƣớc ta xác định tự động hóa bốn hƣớng cơng nghệ cao cần ƣu tiên phát triển Góp phần vào cơng phát triển dòng, điều khiển trở nên nhỏ gọn tiện ích Trong khơng thể khơng thể khơng kể đến dòng PLC tập đồn Siemens đặt biệt PLC S7-1200 với khả giám sát điều khiển thu thập liệu hệ thống( SCADA ) mạnh mẽ Đã góp phần thúc đẩy phát triển nhà máy, xí nghiệp đặc biệt nhà máy sản xuất bia nhà máy góp phần lớn vào kinh tế nƣớc nhà Trong nhà máy bia có nhiều cơng đoạn cần xự xác cao cần đến xữ lý cao nhà máy bia sử dụng PLC Siemens chuyên dụng S7-1200 đƣợc sử dụng vào cơng đoạn chiết rót B Mục tiêu đề tài + Nắm đƣợc khả lập trình PLC + Lập trình đọc đƣợc giá trị từ cảm biến nhiệt độ cảm biến khoảng cách PLC + Lập trình điều khiển hệ thống chiết rót chai + Thiết kế đƣợc hệ SCADA giám sát PLC S7-1200 C Giới hạn đề tài Đề tài tập trung vào việc tìm hiểu PLC S7-1200 thơng qua việc đọc tài liệu manual lập trình mơ PLC TIA cho vấn đề xữ lý số liệu analog song song thiết kế hệ SCADA giám sát phần mềm WinCC TIA Vì mà đề tài có giới hạn phạm vi nghiên cứu dòng PLC S7-1200 lập trình phần mềm TIA cho hệ thống chiết rót nƣớc thơng qua cảm biến nhiệt độ khoảng cách PHẦN NỘI DUNG Chƣơng Tổng quan đề tài Đề tài trình khảo sát nghiên cứu thiết kế SCADA cho hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lƣợng phận quan trọng quy trình sản xuất, phân loại sản phẩm hợp quy thị trƣờng 1.1 Trong công ty sản xuất bia để đảm bảo khối lƣợng nhƣ chất lƣợng gói mì trƣờng thành phần mì thƣờng khơng thể thiếu nhƣ khối lƣợng giá trị dinh dƣỡng đến ngƣời tiêu dùng Để đáp ứng yêu cầu đề tài sử dụng cảm biến khối lƣợng đƣa tín hiệu analog PLC S7-1200 giám sát điều khiển trình phân loại 1.2 Phƣơng pháp thực Sử dụng sensor nhiệt để giám sát trình nấu Tìm hiểu PLC S7-1200 Siemens lập trình nhƣ phần cứng PLC S7-1200 Tìm hiểu loadcell nhƣ phần cứng mơ hình Ứng dụng phần mềm TIA vào lập trình cho mơ hình chiết rót CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Quy trình hoạt động hệ thống Hệ thống khởi động Nạp liệu vào lò nung Vận chuyển chay vào chiết rót Khởi động nung Kiểm tra mực nƣớc chiết rót Nấu nguyên liệu nhiệt độ đặt khoảng thời Xả van cho nguyên liệu xuống bồn chiết rót đồng thời tắt nung 2.2 Lý thuyết PLC - Năm 1642, Pascal phát minh máy tính khí dùng bánh răng.Đến năm 1834 Babbage hồn thiện máy tính khí "vi sai" có khả tính tốn với độ xác tới số thập phân - Năm 1808, Joseph M.Jaquard dùng lỗ bìa thẻ kim loại mỏng, xếp chúng máy dệt theo nhiều chiều khác để điều khiển máy dệt tự động thực hiệncác mẫu hàng phức tap - Trước năm 1904, Hoa Kỳ Đức sử dụng mạch rơle để triển khai máy tính điện tử giới - Năm 1943, Mauhly Ackert chế tạo "cái máy tính" gọi "máy tính tích phân số điện tử" viết tắt ENIAC Máy có: 18.000 đèn điện tử chân không, 500.000 mối hàn thủ công, chiếm diện tích 1613 ft2, cơng suất tiêu thụ điện 174 kW, 6000 nút bấm, khoảng vài trăm phích cắm Chiếc máy tính phức tạp thao tác vài phút lỗi hư hỏng xuất Việc sữa chữa lắp đặt lại đèn điện tử để chạy lại phải đến tuần Chỉ tới áp dụng kỹ thuật bán dẫn vào năm 1948, đưa vào sản xuất công nghiệp thời gian sau máy tính điện tử lập trình lại sản xuất thương mại hoá Sự phát triển máy tính kèm theo kỹ thuật điều khiển tự động - Mạch tích hợp điện tử - IC - năm 1959 - Mạch tích hợp gam rộng - LSI - năm 1965 - Bộ vi xử lý - năm 1974 - Dữ liệu chương trình - điều khiển - Kỹ thuật lưu giữ Những phát minh đánh dấu bước quan trọng định việc phát triển ạt kỹ thuật máy tính ứng dụng PLC, CNC, lúc khái niệm điều khiển khí điện tử phân biệt Đến cuối thập kỷ 20, người ta dùng nhiều tiêu để phân biệt loại kỹ thuật điều khiển, thực tế sản xuất đòi hỏi điều khiển tổng thể hệ thống máy tính khơng điều khiển đơn lẻ máy PLC viết tắt Programmable Logic Controller, thiết bị điều khiển lập trình đƣợc (khả trình) cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình Ngƣời sử dụng lập trình để thực loạt trình tự kiện Các kiện đƣợc kích hoạt tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC qua hoạt động có trễ nhƣ thời gian định hay kiện đƣợc đếm PLC dùng để thay mạch relay (rơ le) thực tế PLC hoạt động theo phƣơng thức quét trạng thái đầu đầu vào Khi có thay đổi đầu vào đầu thay đổi theo Ngơn ngữ lập trình PLC Ladder hay State Logic Sự đời hệ điều khiển PLC làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển nhƣ quan niệm thiết kế chúng, hệ điều khiển dùng PLC có nhiều ƣu điểm nhƣ sau: - Giảm 80% số lƣợng dây nối - Công suất tiêu thụ PLC thấp - Có chức tự chuẩn đốn giúp cho cơng tác sửa chữa đƣợc nhanh chóng dễ dàng - Chức điều khiển thay đổi dễ dàng thiết bị lập trình (máy tính, hình) mà khơng cần thay đổi phần cứng khơng có u cầu thêm bớt thiết bị vào, - Số lƣợng rơle timer nhiều so với hệ điều khiển cổ điển.Số lƣợng tiếp điểm chƣơng trình sử dụng khơng hạn chế - Thời gian hồn thành chu trình điều khiển nhanh (vài ms) dẫn đến tăng cao tốc độ sản xuất - Chƣơng trình điều khiển in giấy vài phút giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì sửa chữa hệ thống - Lập trình dễ dàng, ngơn ngữ lập trình dễ học.Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa - Dung lƣợng nhớ lớn để chứa đƣợc chƣơng trình phức tạp - Hồn tồn tin cậy mơi trƣờng công nghiệp - Giao tiếp đƣợc với thiết bị thơng minh khác nhƣ: máy tính, nối mạng, Modul mở rộng Độ tin cậy cao, kích thƣớc nhỏ Giá cạnh tranh đƣợc Đặc trƣng PLC khả lập trình đƣợc, số IP dãy quy định cho phép PLC hoạt động môi trƣờng khắc nghiệt công nghiệp, yếu tố bền vững thích nghi, độ tin cậy, tỉ lệ hƣ hỏng thấp, thay hiệu chỉnh chƣơng trình dễ dàng, khả nâng cấp thiết bị ngoại vi hay mở rộng số lƣợng đầu vào nhập đầu xuất đƣợc đáp ứng tuỳ nghi khả xem tiêu chí cho nghĩ đến thiết kế phần điều khiển trung tâm cho hệ thống hoạt động tự động Từ ƣu điểm nêu trên, PLC đƣợc ứng dụng nhiều lĩnh vực khác công nghiệp nhƣ: Hệ thống nâng vận chuyển, dây chuyền đóng gói, robot lắp giáp sản phẩm, điều khiển bơm, chuyền xử lý hố học, cơng nghệ sản xuất giấy v.v Khi tính đến giá PLC khơng thể khơng kể đến giá phận phụ thiếu nhƣ thiết bị lập trình, máy in, băng ghi việc đào tạo nhân viên kỹ thuật Nói chung phần mềm để thiết kế lập trình cho mục đích đặc biệt đắt Ngày nhiều hãng chế tạo PLC cung cấp trọn đóng gói phần mềm đƣợc thử nghiệm, nhƣng việc thay thế, sửa đổi phần mềm nhu cầu tránh khỏi, đó, cần thiết phải có kỹ phần mềm Phân bố giá cho việc lắp đặt PLC thƣờng nhƣ sau: - 50% cho phần cứng PLC - 10% cho thiết kế khn khổ chƣơng trình - 20% cho soạn thảo lập trình - 15% cho chạy thử nghiệm - 5% cho tài liệu Việc lắp đặt PLC khoảng 1/2 giá thành đầu tiên, nghĩa hầu nhƣ chi phí phần cứng A PLC S7-200 PLC S7-200 sản phẩm phổ biến đƣợc sử dụng rộng rãi PLC từ viết tắt Programable Logic Controller, thiết bị điều khiển logic - lập trình đƣợc, cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển logic thơng qua, ngơn ngữ lập trình., PLC S7-200 thiết bị hãng Siemens, cấu trúc theo kiểu modul 10BASEF (Cáp quang, độ dài tối đá 2000m, số trạm tối đa: 1024) Các tên đƣợc sử dụng với ý nghĩa nhƣ sau: Hình Cấu trúc mạng kỹ thuật truyền dẫn Cơ chế giao tiếp: Sự phổ biến Ethernet nhờ tính mở Thứ nhất, Ethernet quy định lớp vật lý lớp MAC nên cho phép hệ thống khác tùy ý thực giao thức dịch vụ phía Thứ hai, phƣơng pháp truy nhập ngẫu nhiên không yêu cầu trạm phải biết cấu hình mạng nên bổ sung tách trạm khỏi mạng mà khơng làm ảnh hƣởng tới phần lại Thứ ba, việc chuẩn hóa sớm giúp cho nhà cung cấp sản phẩm thực dễ dàng Trong Ethernet, không kể đến chia chuyển mạch tất trạm có vai trò bình đẳng nhƣ Mỗi trạm có địa Ethernet riêng biệt, việc thực giao tiếp mạng sử dụng giao thức nhƣ: NetBUI, IPX/SPX TCP/IP Tùy theo giao thức cụ thể, cƣớc (tên, địa chỉ) bên gửi bên nhận đƣợc dịch sang địa chi Ethernet trƣớc đến lớp MAC Bên cạnh giao tiếp tay đơi, Ethernet hỗ trợ phƣơng thức giao tiếp đồng loạt (multicast broadcast) Multicast gửi thông báo đến số mạng, trongkhi Broadcast gửi thông báo đến tất trạm Bảng Cấu trúc khung MAC theo chuẩn IEE 802.3 byte Mở đầu (55H.55H) byte SDF (D5H) 2/6 byte Địa đích 2/6 byte Địa nguồn byte Độ dài/ kiểu gõ 46-1500 byte Dữ liệu PAD byte FCS IEEE 802.3/Ethernet có cấu trúc gồm lớp lý lớp MAC nên điện gọi khung MAC Mở đầu khung byte có giá trị giống 55H Tín hiệu tƣơng ứng có dạng tuần hồn để bên nhận đồng nhịp với bên gửi Do việc động xảy lần cho điện Tiếp theo byte SFD (Start of Frame Delimiter) chứa dãy bit 10101011, đánh dấu bắt đầu điện Sau byte chứa địa đích địa nguồn, địa có từ byte đến byte Theo sau mã địa byte mã giao thức, cụ thể 0800H giao thức IP, 0806H giao thức ARP Tiếp theo liệu có độ dại tối thiểu 46 byte Ô cuối khung MAC chứa mà CRC 32 bit với đa thức: G (x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1 CHƢƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT 3.1 Thiết kế khí hệ thống 3.1.1 Yêu cầu khí hệ thống 3.1.2 Thiết kế khí 3.2 Thiết kế điện cho hệ thống 3.2.1 Yêu cầu hệ thống điện 3.2.2 Sơ đồ khối hệ thống Khối nguồn Khối cảm biến Khối xữ lý điều khiển Khối đệm Khối chấp hành Nguồn 24V Cảm biến khoảng cách Cảm biến nhiệt CPU (PLC S7-1200) Van cấp liệu đầu Van vận chuyển liệu nóng Đốt liệu Van Rót ( Điện trở nhiệt ) 3.2.3 Phân tích khối điện hệ thống Khối nguồn: Nguồn cấp cho thiết bị điện hệ thống điện điều khiển Khối cảm biến: Nhận phát chuyển đổi trả tín hiệu hệ thống giá trị nhiệt độ, khoảng cách, vật tới Khối xử lý điều khiển: Nhận tín hiệu trả từ khối cảm biến xử lý tín hiệu điều khiển thiết bị chấp hành theo lập trình logic sẳn có Khối đệm: Chuyển đổi điện dòng điện điều khiển thiết bị có cơng suất lớn cơng suất đầu khối điều khiển Khối chấp hành: Gồm van, trở nhiệt, động điện chấp hành truyền tải nung nấu nguyên liệu 3.2.4 Thiết bị điện khối 3.2.4.1 Nguồn chuyển đổi 220VAC sang 24VDC 3.2.4.2 Cảm biến quang hồng ngoại 3.2.4.3 PLC S7-1200 3.2.4.4 Thiết bị Chấp hành Van Điện trở nhiệt Động điện 3.2.4.5 Thiết bị công suất Relay Biến Tần SCR 3.2.5 Sơ đồ đấu nối 3.3 Thiết kế phần mềm 3.3.1 Yêu cầu lập trình hệ thống 3.3.1 Lưu đồ giải thuật BEGIN S Run Đ Nhiệt độ nhiệt độ khoảng giá tị Đủ thời gian xả van Chay đến S Đ S Có nguyên liệu Đ Rót END Dừng đợi 3.3.2 Sơ đồ đấu dây CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 4.1 Địa biến đấu nối Name Chay ChayR Dung RunP DungR ChayMoPhong MoPhong ChayThucTe MoPhongR ThucTeR TermMax TermMin Tearm KhoangCachMAx KhoangCachMin KhoangCach SanLuong ThoiGianRot Lua ChoPhepNhietDo ThoiGianDot DuThoiGian DaXa XaVan1O TimeChai ChaiDen XaVan2 DaXaVan2 Tag_1 DungLuong RsBT BT TGD TGR TimeRot Data Type Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Bool Int Int Int Int Int Int Int Time Bool Bool Time Bool Bool Bool Time Bool Bool Bool DWord Word Bool Time DInt DInt Time Logical Address %M0.0 %I0.0 %M0.1 %M0.2 %I0.1 %M0.3 %M0.4 %M0.5 %M0.6 %I0.4 %MW20 %MW22 %MW24 %MW26 %MW28 %MW30 %MW32 %MD34 %M0.7 %M1.0 %MD2 %M1.1 %M1.2 %M1.3 %MD6 %M1.4 %M1.5 %M1.6 %MD70 %MW10 %M1.7 %MD12 %MD16 %MD38 %MD42 4.2 Chƣơng trình 4.3 Nhận xét PHẦN KẾT LUẬN A KẾT LUẬN B HƢỚNG PHÁT TRIỂN