Nghiên cứu về PLC s7 300 và ứng dụng thiết kế hệ thống điều khiển trạm trộn nhiên liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2015 NGHIÊN CỨU VỀ PLC S7-300 VÀ ỨNG DỤNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRẠM TRỘN NHIÊN LIỆU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP HẢI PHỊNG - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2015 NGHIÊN CỨU VỀ PLC S7-300 VÀ ỨNG DỤNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRẠM TRỘN NHIÊN LIỆU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CƠNG NGHIỆP Sinh viên: Đào Ngọc Duy Anh Người hướng dẫn: Th.S Nguyễn Đức Minh HẢI PHỊNG - 2018 Cộng hồ xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc o0o BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên : Đào Ngọc Duy Anh – MSV : 1412102039 Lớp : ĐC1802 - Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp Tên đề tài : Nghiên cứu PLC S7-300 ứng dụng thiết kế hệ thống điều khiển trạm trộn nhiên liệu 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 tốn vẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán Địa điểm thực tập tốt nghiệp : CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : Trường Đại học dân lập Hải Phòng Tồn đề tài Người hướng dẫn thứ hai: Họ tên : Học hàm, học vị : Cơ quan công tác : Nội dung hướng dẫn : Đề tài tốt nghiệp giao ngày tháng năm 2018 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng .năm 2018 Đã nhận nhiệm vụ Đ.T.T.N Sinh viên Đã giao nhiệm vụ Đ.T.T.N Cán hướng dẫn Đ.T.T.N Đào Ngọc Duy Anh Th.S Nguyễn Đức Minh Hải Phòng, ngày tháng năm 2018 HIỆU TRƯỞNG GS.TS.NGƯT TRẦN HỮU NGHỊ PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1.Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất lượng Đ.T.T.N (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T.T.N, mặt lý luận thực tiễn, tính tốn giá trị sử dụng, chất lượng vẽ ) Cho điểm cán hướng dẫn ( Điểm ghi số chữ) Ngày……tháng…….năm 2018 Cán hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp mặt thu thập phân tích số liệu ban đầu, sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính tốn chất lượng thuyết minh vẽ, giá trị lý luận thực tiễn đề tài Cho điểm cán chấm phản biện ( Điểm ghi số chữ) Ngày……tháng…….năm 2018 Người chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ CẤU TRÚC HỌ PHẦN CỨNG PLC S7-300 CỦA HÃNG SIEMENS 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC 1.1.1 Mở đầu 1.1.2 Các thành phần PLC 1.1.3 Đánh giá ưu nhược điểm PLC 1.1.4 Ứng dụng hệ thống sử dụng PLC 11 1.2 GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN S7-300 11 1.2.1 Giới thiệu chung 11 1.2.2 Các module PLC S7-300 14 1.2.2.1 Module CPU 15 1.2.2.2 Module nguồn 16 1.2.2.3 Module mở rộng 17 1.2.2.4 Module ghép nối 18 1.2.3 Kiểu liệu phân chia nhớ 19 1.2.3.1 Kiểu liệu 19 1.2.3.2 Phân chia nhớ 20 1.2.4 Vòng qt chương trình PLC S7-300 22 1.2.5 Cấu trúc chương trình PLC S7-300 23 1.2.5.1 Lập trình tuyến tính 24 1.2.5.2 Lập trình có cấu trúc 24 1.2.6 Các khối OB đặc biệt 27 1.2.7 Ngôn ngữ lập trình PLC S7-300 28 1.2.8 Bộ thời gian (Timer) 31 1.2.8.1 Nguyên tắc làm việc thời gian 31 1.2.8.2 Khai báo sử dụng 32 1.2.9 Bộ đếm (Counter) 33 1.2.9.1 Nguyên tắc làm việc đếm 33 1.2.9.2 Khai báo sử dụng 34 1.3 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH 35 1.3.1 Khai báo phần cứng 35 1.3.2 Cấu trúc cửa sổ lập trình 35 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC HỆ THỐNG PHA TRỘN VÀ THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRẠM TRỘN NHIÊN LIỆU 39 2.1 GIỚI THIỆU CÁC HỆ THỐNG PHA TRỘN 39 2.1.1 Mở đầu 39 2.1.2 Một số hệ thống pha trộn 40 2.1.2.1 Hệ thống pha trộn dầu DO dầu thực vật 40 2.1.2.2 Hệ thống pha màu 41 2.1.2.3 Hệ thống pha trộn hóa chất 42 2.1.2.4 Máy phối trộn nước có gas 43 2.1.2.5 Trạm trộn bê tông 44 2.2 GIỚI THIỆU THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRẠM TRỘN 45 2.2.1 Giới thiệu Simatic S7-300 45 2.2.2 Giới thiệu cảm biến mức 48 2.2.2.1 Giới thiệu chung 48 2.2.2.2 Các cảm biến mức thường dùng công nghiệp 49 2.2.3 Van điện từ 57 2.2.3.1 Các van khí nén 57 2.2.3.2 Loại van dùng thủy lực 59 2.2.4 Công tắc hành trình 59 2.2.5 Động điện 60 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRẠM TRỘN NHIÊN LIỆU 62 3.1 YÊU CẦU CÔNG NGHỆ CỦA HỆ THỐNG 62 3.2 THIẾT KẾ KHỐI NGUỒN MỘT CHIỀU 63 3.3 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG 65 3.4 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 66 3.5 THỐNG KÊ CÁC BIẾN ĐẦU VÀO/RA 67 3.5.1 Các biến đầu vào 67 3.5.2 Các biến đầu 67 3.6 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐẦU VÀO/RA 67 3.7 MẠCH ĐỘNG LỰC CỦA HỆ THỐNG 68 3.8 SƠ ĐỒ ĐIỆN CỦA HỆ THỐNG 69 3.9 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRẠM TRỘN NHIÊN LIỆU 71 KẾT LUẬN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 LỜI MỞ ĐẦU Đất nước ta trình phát triển với kinh tế giới Điều đòi hỏi xí nghiệp khơng ngừng nâng cao sản xuất lao động, hạ giá thành sản phẩm để cạnh tranh có chỗ đứng thị trường Để làm điều nhà máy xí nghiệp ngồi việc cải cách lại cấu việc đổi dây chuyền cần thiết Vì tự động hóa áp dụng hầu hết dây chuyền sản xuất nhà máy xí nghiệp Trong đó, kỹ thuật điều khiển logic lập trình hay gọi tắt PLC chiếm vai trò quan trọng ngành tự động hóa PLC khơng thay cho kỹ thuật điều khiển cấu cam kỹ thuật rơ le trước mà chiếm lĩnh nhiều chức phụ khác Với kiến thức sau thời gian học tập trường Đại học Dân lập Hải Phòng, bảo hướng dẫn tận tình thầy khoa Điện Tự động Công nghiệp, đặc biệt thầy giáo, Th.S Nguyễn Đức Minh, em nhận đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu PLC S7-300 ứng dụng thiết kế hệ thống điều khiển trạm trộn nhiên liệu” Đây đề tài sát với thực tế bổ ích cho sinh viên trường chúng em Đề tài thực gồm nội dung sau: Chương 1: Tổng quan PLC cấu trúc họ phần cứng PLC S7-300 hãng Siemens Chương 2: Giới thiệu hệ thống pha trộn thiết bị hệ thống điều khiển trạm trộn nhiên liệu Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển trạm trộn nhiên liệu 3.2 THIẾT KẾ KHỐI NGUỒN MỘT CHIỀU Động trộn nhiên liệu cảm biến mức sử dụng mơ hình cần cung cấp điện 24VDC 12VDC Vậy cần nguồn có điện áp 24VDC 12VDC ổn định để cung cấp cho động cảm biến mức - Sơ đồ nguyên lý khối nguồn chiều: Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn chiều - Sơ đồ chân IC LM7824 LM7812: 7824 MASS OUT IN OUT IN 7812 MASS Hình 3.2 Sơ đồ chân IC LM7824 LM7812 - Trong đó:  Chân số 1: Là chân nhận điện áp chiều đầu vào, điện áp chiều chiều phải lớn điện áp đầu IC  Chân số 2: Được nối với 0V  Chân số 3: Là chân xuất điện áp chiều ổn định - IC ổn áp 78xx IC tạo điện áp dương, đó:  78: Tạo điện áp dương  xx: Điện áp chiều - Ví dụ: IC 7824 tạo điện áp +24VDC 68 - Chức phần tử sơ đồ:  BA: Biến áp nguồn có chức tạo điện áp thích hợp cấp cho mạch chỉnh lưu  CL: Cầu chỉnh lưu có tác dụng chỉnh lưu điện áp xoay chiều điện áp chiều cấp cho mạch điều khiển  C1, C3, C4: Tụ chiều có tác dụng san phẳng điện áp chiều nhấp nhô sau cầu chỉnh lưu để tạo điện áp chiều phẳng  C2: Tụ xoay chiều có tác dụng lọc thành phần sóng bậc cao  R: Điện trở R có tác dụng giải phóng lượng tụ điện C1 điện áp U2 giảm  IC7824: Có tác dụng ổn áp tạo điện áp chuẩn 24VDC  IC7812: Có tác dụng ổn áp tạo điện áp chuẩn 12VDC - Nguyên lý hoạt động khối nguồn chiều: Điện áp 220VAC qua biến áp giảm xuống 20VAC Điện áp qua cầu chỉnh lưu chuyển thành điện áp chiều nhân với (khoảng 1.4) vào khoảng 28VDC đưa vào đầu vào IC7824 Đầu IC7824 đưa vào đầu vào IC7812 Tụ điện có tác dụng lọc thành phần sóng hài bậc cao san phẳng điện áp chiều nhấp nhô sau cầu chỉnh lưu để tạo điện áp phẳng để cấp cho IC ổn áp 69 3.3 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG Hình 3.3 Sơ đồ khối hệ thống trộn nhiên liệu Đặc điểm chức thiết bị mô hình: - Khối nút nhấn: bao gồm nút Start, Stop Emergency Nút Start dùng để bắt đầu hệ thống Nút Stop để dừng hệ thống cuối chu trình Nút Emergency để dừng hệ thống khẩn cấp có cố xảy - Khối điều khiển: Là PLC S7-300, nhận tín hiệu từ nút nhấn Start, Stop, Emergency tín hiệu từ cảm biến mức đưa về, xử lý đưa đầu để điều khiển van động - Khối nguồn: Cung cấp cho PLC S7-300, cảm biến mức động trộn - Khối chấp hành: Bao gồm rơle điện từ van điện từ - Cảm biến mức: Làm nhiệm vụ phát mức nước bình trộn 70 - Động trộn: Làm nhiệm vụ trộn nhiên liệu bình trộn 3.4 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN Start Mở van A van B Sai Kiểm tra mức 1? Xả nhiên liệu Đúng Mở động trộn Gặp mức Sai Kiểm tra chu kỳ? Tiếp tục trộn Đúng Dừng động trộn Khởi động van xả Sai Kiểm tra mức 2? Tiếp tục xả Đúng Gặp mức Ngừng van xả Hoạt động lại từ đầu lần Stop 71 Hình 3.4 Lưu đồ thuật tốn 72 3.5 THỐNG KÊ CÁC BIẾN ĐẦU VÀO/RA 3.5.1 Các biến đầu vào I0.0 Start - Khởi động hệ thống I0.1 Stop - Dừng hệ thống I0.2 Cảm biến mức I0.3 Cảm biến mức I0.4 Emergency - Dừng khẩn cấp gặp cố 3.5.2 Các biến đầu Q0.0 Van cấp nhiên liệu A Q0.1 Van cấp nhiên liệu B Q0.2 Động trộn quay thuận Q0.3 Động trộn quay ngược Q0.4 Van xả nhiên liệu Q0.5 Dừng hệ thống cuối chu trình Q0.6 Đèn báo 3.6 MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐẦU VÀO/RA +24V Start L+ RL1 21 Stop RL2 Emergency CPU 312 SIEMENS (6ES7 312-1AE14) M 0V 20 30 22 Van cấp A 23 24 Động trộn Van cấp B 73 25 Van xả Hình 3.5 Sơ đồ mạch đầu vào/ra PLC S7-300 3.7 MẠCH ĐỘNG LỰC CỦA HỆ THỐNG - CD: Cầu dao đóng ngắt mạch điện - CC: Các cầu chì bảo vệ ngắn mạch động lực mạch điều khiển - T, N: Các công tắc tơ khống chế chiều quay động - RN: Rơ re nhiệt bảo vệ tải cho động A B C CD CC T N RN ĐC Hình 3.6 Sơ đồ mạch động lực hệ thống 74 3.8 SƠ ĐỒ ĐIỆN CỦA HỆ THỐNG 75 Hình 3.7 Sơ đồ điện hệ thống E D C N RL1 RL2 Van cap B Van cap A B L RL4 Van xa A 0V +24VDC RL3 M Dong co tron 76 10 3.9 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRẠM TRỘN NHIÊN LIỆU 77 78 79 80 KẾT LUẬN Sau thời gian làm đồ án tốt nghiệp, hướng dẫn tận tình thầy giáo Th.S Nguyễn Đức Minh, đến em hồn thành đồ án Nội dung đồ án bao gồm: Phần kiến thức: - Tìm hiểu điều khiển lập trình PLC S7-300 hãng Siemens - Tìm hiểu quy trình cơng nghệ trộn nhiên liệu - Tìm hiểu cảm biến mức Phần thiết kế thi công: - Xây dựng tồn, lưu đồ thuật tốn - Xây dựng sơ đồ khối, sơ đồ điện hệ thống - Viết chương trình điều khiển cho hệ thống trạm trộn nhiên liệu Trong nội dung đồ án, em thiết kế thành cơng chương trình cho hệ thống trạm trộn nhiên liệu Tuy nhiên, đồ án có số hạn chế kiến thức thực tế em chưa nhiều, nên chương trình điều khiển chưa thực tối ưu Đó mặt hạn chế đề tài, mong đề tài bạn sinh viên khoá sau tiếp tục nghiên cứu khắc phục mặt hạn chế đề tài để tạo sản phẩm tối ưu phục vụ cho sản xuất đời sống xã hội Cuối em xin chân thành cảm ơn tới thầy giáo Th.S Nguyễn Đức Minh hướng dẫn giúp đỡ em suốt trình làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày tháng Sinh viên thực Đào Ngọc Duy Anh 81 năm 2018 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Doãn Phước - Phan Xuân Minh - Vũ Văn Hà (2000), Tự động hóa với Simatic S7-300, Nhà xuất khoa học - kỹ thuật Phan Quốc Phơ - Nguyễn Đức Chiến (2008), Giáo trình cảm biến, Nhà xuất khoa học - kỹ thuật Hà Văn Trí (2008), Giáo trình PLC, Nhà xuất khoa học - kỹ thuật Lê Văn Doanh - Phạm Thượng Hàn - Nguyễn Văn Hòa - Đào Văn Tân - Võ Thạch Sơn (2008), Các cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển, Nhà xuất khoa học - kỹ thuật https://tailieu.vn https://123doc.org 82 ... quan PLC cấu trúc họ phần cứng PLC S7- 300 hãng Siemens Chương 2: Giới thiệu hệ thống pha trộn thiết bị hệ thống điều khiển trạm trộn nhiên liệu Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển trạm trộn nhiên. ..BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2015 NGHIÊN CỨU VỀ PLC S7- 300 VÀ ỨNG DỤNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRẠM TRỘN NHIÊN LIỆU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY... CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRẠM TRỘN NHIÊN LIỆU 62 3.1 YÊU CẦU CÔNG NGHỆ CỦA HỆ THỐNG 62 3.2 THIẾT KẾ KHỐI NGUỒN MỘT CHIỀU 63 3.3 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG