Điều khiển lò ấp trứng dùng tia portal s7300

Ngày nay điều khiển lập trình đang có ứng dụng ngày càng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội, đặc biệt là trong kỹ thuật tự động hóa.. Trong những năm trở lại đây, có

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

- -ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC

TP.HCM, tháng 12 năm 2017

–

LỜI NÓI ĐẦU

Thế kỷ 21 mở ra một thời đại mới, thời đại khoa học công nghệ đòi hỏi con người luôn luôn không ngừng tìm tòi học tập để tiến bộ Thiết bị và công nghệ luôn được

đổi mới tiên tiến hiện đại để góp phần nâng cao chất lượng cũng như các máy móc, thiết bị hoạt động có hiệu quả, an toàn ổn định Ngày nay điều khiển lập trình đang

có ứng dụng ngày càng rộng rãi trong các lĩnh vực kỹ thuật và đời sống xã hội, đặc

biệt là trong kỹ thuật tự động hóa

Trong hoạt động sản xuất nông nghiệp hiện nay, việc tự động hóa khâu sản xuất làrất quan trọng Trong những năm trở lại đây, có nhiều ứng dụng của điều khiển lập trình vào hoạt động chăn nuôi…Một trong những yếu tố của ngành nông nghiệp là

chăn nuôi gia cầm với một khâu quan trọng là ổn định trong khâu sản xuất con giống,

mà cụ thể là việc ấp nở con giống từ trứng gia cầm Từ thực tế thấy được tầm quan

trọng của việc ấp nở con giống từ trứng gia cầm và đặc biệt là việc ổn định nhiệt độ lò

ấp trứng Vì thế nhóm em đã lựa chọn đề tài “ Điều khiển nhiệt độ ấp trứng dùng PLC

”

Với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo hướng dẫn, cùng với sự nỗ lực của nhóm, đến nay đề tài của nhóm em đã hoàn thành Trong quá trình làm bài do kinh nghiệm còn hạn chế, các tài liệu tham khảo có hạn nên nhóm em không tránh khỏi những

thiếu sót Nhóm chúng em rất mong được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô để bài làmcủa nhóm em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy TS Trương Đình Nhơn đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành đề tài này với kết quả tốt nhất

Nhóm em xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiện

Phạm Tuấn An Mai Xuân Hồng

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngày tháng năm 2015 Giáo viên hướng dẫn

TS Trương Đình Nhơn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1 Tổng quan:

Ngày nay do sự phát triển của khoa học kỹ thuật đang tác động đến các lĩnhvực, đặc biệt là lĩnh vực tự động hóa đã tạo ra bước nhảy vọt vượt bậc trong nhiềulĩnh vực của đời sống xã hội Ngay cả trong trồng trọt, chăn nuôi cũng đã áp dụngkhoa học công nghệ để đạt năng suất cao nhất Là sinh viên năm cuối với nhữngkiến thức đã được học em mong muốn tạo ra một hệ thống tự động áp dụng trong

chăn nuôi Đó là đề tài Điều khiển nhiệt độ ấp trứng dùng PLC Người ta thường

cho trứng ấp ở nhiệt độ cố định cho phép Tuy nhiên nhiệt độ trong lò luôn thayđổi và phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường Vì vậy nhóm em mong muốn đượcnghiên cứu thiết kế ra hệ thống ổn định nhiệt độ lò ấp trứng không phụ thuộc vàonhiệt độ môi trường

2 Tính cấp thiết:

Nghiên cứu các hệ thống ấp trứng thủ công hiện tại, tìm ra ưu và nhược điểm của hệ thống thủ công, rồi thiết kế một hệ thống tự động ổn định nhiệt độ có đảm bảo nhiệt độ ổn định theo khoa học

3 Mục tiêu đề tài:

- Thiết kế hệ thống ổn định nhiệt độ trong lò theo đối tượng là trứng gà (vịt)

- Mục tiêu hệ thống là ấp trứng gà (vịt), dựa vào phần cứng của hệ thống đã có

4 Nội dung đề tài:

- Tìm hiểu phần mềm S7-1200

- Phân tích và chọn phương án thi công

- Thiết kế hệ thống

- Xây dựng hệ thống

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Thiết bị phần cứng

2.1.1 PLC S7-1200:

 SIMATIC S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic khả trình (PLC) có thể

kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hoá với quy mô nhỏ và vừa Thiết kế nhỏgọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh giúp chúng ta có nhiều giải pháp hoànhoản hơn cho những ứng dụng sử dụng với SIMATIC S7-1200

 Đơn giản trong cài đặt, lập trình và vận hành, có thể sử dụng cho cácnhiệm vụ điều khiển đơn giản vá phức tạp

 Đa ứng dụng, có thể sử dụng như một hệ thống đơn lẻ hoặc trong mộtmạng với hệ thống phân phối

 Có thể tận dụng các thiết bị cũ để tiết kiệm chi phí

 Có tính năng thời gian thực hết sức mạnh mẽ, dễ dàng cho việc ứngdụng thời gian thực cho hệ thống

 Cấu trúc của S7-1200 bao gồm:một bộ vi xử lí ( microprocessor), một nguồn

cung cấp tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO)

 S7-1200 tích hợp sẵn một cổng truyền thông PROFINET cho phép kết nối máy

tính với màn hình HMI hay bộ truyền thông PLC – PLC, kết nối với các thiết bịkhác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở, bộ giao tiếp PROFIBUS và kết nối PTP( point to point)

 Các tính năng về đo lường, điều khiển vị trí , điều khiển quá trình với: 6 bộ

đếm tốc độ cao( high speed counter); 2 ngõ ra PTO 100KHz điều khiển tốc độ

và vị trí động cơ bước hay bộ lái servo(servo drive); ngõ ra điều rộng xungPWM điều khiển tốc độ động cơ , vị trí valve hay điều khiển nhiệt độ ;16 bộđiều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số điều khiển ( auto –tune functionality)

 S7-1200 có các loại module mở rộng : communication module( CP), signal

board (SB), signal module (SM)

2.1.2 Cấu trúc bên trong của PLC S7-1200

- CPU 1214C DC/DC/DC

General specifications and features

Digital input current consumption

(24VDC)

4 mA/input used

- S7-1200, CPU 1214 DC/DC/DC bao gồm:

 14 digital input (DI) 24V DC

 10 digital output (DO) 24V DC

 2 analog input (AI) 0-10V DC

 Nguồn cấp DC 20.4 – 28.8V DC

 Truyền thông mở rộng MODBUS, Profibus, hỗ trợ chuẩn Ethernet vàTCP/IP

2.1.3 Các thiết bị kết nối sử dụng

a) bóng đèn nhiệt sấy halogen

1- Vỏ thủy tinh thạch anh2- Dây tóc tim cốt3- Dây tóc tim pha4- Giá đỡ

5- Các tiếp điểm

Đèn halogen sử dụng phần lớn thủy tinh thạch anh để làm bầu đèn vì chúng chịu được nhiệt độ và áp suất rất cao (khoảng 5 đến 7 bar) cao hơn thủy tinh bình

thường làm cho dây tóc đèn sáng hơn và tuổi thọ cao hơn bóng đèn thường Bên trong chứa khí halogen (thành phần chính là khí argon và nitơ) và một sợi dây tóc bằng vonfram Bóng đèn lấy điện năng của ô tô và đốt nóng sợi dây tóc đến

khoảng 2.500 độ C, còn sợi dây tóc khi nóng đỏ lên sẽ phát sáng đèn halogen có tim đèn nhỏ hơn so với bóng thông thường Điều này cho phép điều chỉnh tiêu

điểm chính xác hơn so với các loại bóng bình thường

Để tăng độ sáng cho bóng đèn halogen không quá khó, nhưng muốn độ sáng của bóng đèn càng lớn thì nhiệt độ của dây tóc phải càng cao Điều này làm cho số

phân tử kim loại bị bay hơi tăng mạnh, kết quả là tuổi thọ của dây tóc bóng đèn sẽ giảm

Điện áp (v): 36,72,110,120,220,240,380 V

Công suất (w): 150 ~ 2500 W Chiều dài (mm): 200 ~ 1500 mm

Đường kính (mm): ф10, 12,14,18,20,23,25,28 mm

Hồng ngoại bước sóng (mm):2.0 ~ 4um Nhiệt độ màu (k): 800 ~ 1500K

Hiệu suất chuyển đổi nhiệt (%): ≥ 95%

Nhiệt độ làm việc tối đa: ≤ 500 ℃

Hiệu suất chuyển đổi của bức xạ nhiệt: ≥ 70%

Nhiệt độ nóng tối đa: ≤ 900 ℃

b) Động cơ DC 24V:

D91F-30B4 ĐỘNG CƠ 1 CHIỀU 24VDC 150W EXCEM

Gồm có 3 phần chính stator( phần cảm), rotor ( phần ứng), và phần chỉnh lưu (chổithan và cổ góp)

- Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện

- Rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều

- Bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển độngquay của rotor là liên tục Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và

một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp

c) Role trung gian:

-Mã sản phẩm: LY4N-DC24 của hãng omron, nguồn 24VDC

Công thức điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ của PT100:

Pt100 được tích hợp các bộ chuyển đổi tín hiệu để hiệu suất của chúng là cao nhất và đơng giản hơn trong việc lắp đặt, vận hành Các ngõ ra của bộ chuyển đồi theo tiêu chuẩn công nghiệp là4mA-20mA và 0V-10V.

Bộ biến đổi nhiệt độ pt100 sang 0-10v MST110U:

g) Cảm biến độ ẩm ES2-HB OMRON:

Một số thông số chính của ES2-HB OMRON:

h) Máy tạo ẩm siêu âm

Thông Số Kỹ Thuật Máy Tạo Ẩm 1 Vỉ 10 Mắt:

Xuất xứ: CHINA cao cấp Tình trạng: Hàng mới 100% Tên gọi: Máy Tạo Ẩm

10 Mắt Điện áp sử dụng: 48 V

Công suất : 240 W

Lưu lượng phun: 3,5 - 5 L/H Số mắt phun: 10 mắt

Kích thước mắt: 20mm Cảm biến mực nước: Có

Mực nước phù hợp: Cách 2 đầu tạo sóng từ 1mm – 25mm Tiếng ồn: 36 – 45db Kích thước: 253mm x 90mm x 56mm Trọng lượng: 1,75 kg

ƯU ĐIỂM

1 Sản phẩm bằng thép không rỉ, chống ăn mòn, chống nước, chống quá

nhiệt, giảm tiếng ồn.

2 Vỉ tạo độ ẩm dùng sóng siêu âm, làm mát bên trong nhà.

3 Công nghệ mới cho hạt sương mịn chỉ bằng 1/10 sợi tóc, tăng độ ẩm

nhanh, rất được ưa chuộng ở nhiều nước.

4 Sử dụng công nghệ sóng âm với tần số cao dưới tác dụng của sóng siêu

âm phần tử nước không giao động với tần số nên tự tách ra dưới dạng những hạt sương rất nhỏ đường kính khoảng 1 micro và dễ dàng hòa nhập vào không khí dưới dạng sương mù.

5 Sản phẩm dễ dàng di chuyển, có thể mang theo du lịch vì gọn nhẹ, thuận tiện.

6 Máy tạo ẩm phun sương bằng cách sử dụng sóng siêu âm là được coi là công nghệ hiện đại đơn giản và an toàn nhất.

7 Máy tạo độ ẩm

(http://bomnuocmini.com/may-tao-am-3-vi-10-mat-thung-inox-304-loai-de- trong-phong-am) dạng sương mù, không tạo giọt,

không để lại hơi nước trên bề mặt đồ vật, an toàn cho thiết bị điện trong phòng.

8 Tạo ẩm bằng công nghệ siêu âm

9 Chạy liên tục 15-16h, tự động ngắt khi hết nước và báo hiệu bằng đèn khi hoạt động.

10 Không gây tiếng ồn, dễ sử dụng, vệ sinh và dễ mang đi.

11 Máy tạo ẩm bằng sóng siêu âm không gây tiếng ồn.

12 Hạt sương rất nhỏ hập thụ rất tốt nhiệt năng và bụi trong không khí, làm môi trường mát mẻ và trong lành hơn.

2.2 Phần mềm sử dụng

Phần mềm dùng để lập trình cho PLC S7-1200 là TIA Portal TIA Portal là phầnmềm cơ sở tích hợp tất cả các phần mềm lập trình cho các hệ thống tự động hóa vàtruyền động điện Phần mềm tích hợp các sản phẩm SIMATIC khác nhau trongmột phần mềm ứng dụng; ví dụ, Simatic Step 7 V13 để lập trình các bộ điều khiểnSimatic Simatic WinCC V13 để cấu hình các màn hình HMI và chạy SCADA trênmáy tính, giúp tăng năng suất và hiệu quả làm việc

Giao diện phần mềm TIA Portal

TIA Portal giúp cho các phần mềm này chia sẻ cùng một cơ sở dữ liệu, tạo nên sựthống nhất trong giao diện và tính toàn vẹn cho ứng dụng Tất cả các bộ đều khiểnPLC, màn hình HMI, các bộ truyền động của Siemens đều được lập trình, cấu hìnhtrên TIA portal Việcnày giúp giảm thời gian, công sức trong việc thiết lập truyềnthông giữa các thiết bị này

Hai phần mềm quan trọng trong TIA Portal là Simatic Step 7 và Simatic WinCC

CHƯƠNG 3 GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ

3.1 Sơ đồ mô hình tổng quát của hệ thống:

Khối cảm biến

Khối xử lý trung

Sơ đồ tổng quát của hệ thống

3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Trứng gà sau khi đã được xếp vào giá trong máy , nhấn nút ON thời gian bắt

đầu tính , ứng với từng giai đoạn phát triển của trứng máy sẽ đặt các thông số nhiệt độ, độ ẩm để trứng phát triển trong môi trường tốt nhất phù hợp nhất cho

tỉ lệ nở trứng cao nhất

3.3 Sơ đồ kết nối chi tiết hệ thống

3.3.1 Mạch động lực

Khối cấp nhiệt Khối

cài đặt

3.3.2 Sơ đồ kết nối plc

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ ỨNG DỤNG

4 Chương trình với ngôn ngữ LAD

Dựa vào hệ thống thực tế để tạo ra giao diện mô phỏng bằng phần mềm

WinCC Đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật

- Thiết kế thành công giao diện HMI cho hệ thống trên Wincc

- Phát triển kỹ năng tư duy sáng tạo, khả năng học hỏi và giải quyết vấn đề

Khai thác được sức mạnh công nghệ thông tin trong việc tìm kiếm tài liệu nghiên cứu

HUỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

-Phát triển mô hình thành một sản phẩm thực tế đáp ứng được nhu cầu của người lao động với mức chi phí rẻ và đạt chất lượng yêu cầu

HẠN CHẾ

Vì kiến thức bản thân còn nhiều hạn chế nên đồ án này không tránh khỏi nhữngthiếu sót chúng em xin từng bước hoàn thiện sau Rất mong sự chỉ bảo của các thầy cô

và góp ý của các bạn để tập đồ án này được hoàn thiện hơn

Sau cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy Ts Trương Đình Nhơn đã hướng

dẫn, giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án đúng tiến độ

Sinh viên thực hiện

Phạm Tuấn An

Mai Xuân Hồng

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Giáo trình Điều khiển lập trình, trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, 9/2010

2 Giáo trình Đo lường cảm biến, Lê Chí Kiên, trường ĐH Sư Phạm Kỹ thuật

TP.HCM