Hiện nay quá trình tự động hóa trong công nghiệp là hết sức quan trọng đối với sự phát triển của một quốc gia. Với các nước phát triển như Mỹ, Nhật,…thì tự động hóa không còn xa lạ và đã trở nên quen thuộc. Ở các nước này máy móc hầu như đã thay thế lao động chân tay, số lượng công nhân trong nhà máy đã giảm hẳn và thay vào đó là những lao động chuyên môn, những kỹ sư có tay nghề, điều khiển giám sát trực tiếp quá trình sản xuất thông qua máy tính. Việc điều khiển qua màn hình HMI là vô cùng cần thiết, giúp người vận hành có cái nhìn trực quan, tổng quát quá trình hoạt động của toàn bộ dây chuyền sản xuất. Một trong những ứng dụng giám sát đó là WinCC (Windows Control Centre), nó giúp ta điều khiển và giám sát toàn bộ quá trình sản xuất thông qua máy tính mà không phải trực tiếp xuống nơi sản xuất để quan sát. Những điều trên chứng tỏ tầm quan trọng của việc ứng dụng WinCC trong lĩnh vực tự điều khiển động hóa. Việt Nam là nước đang phát triển thì như cầu hiện đại hóa trong công nghiệp là điều hết sức quan trọng đối với phát triển kinh tế cũng như như cầu công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Là sinh viên theo học chuyên ngành “Điện Công nghiệp” cùng những nhu cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết của nền công nghiệp nước nhà, em muốn được nghiên cứu và tìm hiểu những thành tựu khoa học mới để có nhiều cơ hội biết thêm về kiến thức thực tế, củng cố kiến thức đã học, phục vụ tốt cho sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa. Vì những lý do trên em đã chọn đề tài
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc LỜI CẢM ƠN Trong suốt q trình học tập hồn thành luận văn tốt nghiệp này, em nhận hướng dẫn, giúp đỡ quý báu thầy cơ, anh chị bạn Với lòng kính trọng biết ơn sâu sắc em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới: Ban giám hiệu trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM thầy cô Khoa Điện dạy bảo tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trình học tập thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn Ths Nguyễn Thành Phúc quan tâm nhiệt tình hướng dẫn suốt trình em làm luận văn Xin chân thành cảm ơn người thân giúp đỡ động viên trình học tập thực khóa luận Đồng cảm ơn thư viện trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM cung cấp cho em tài liệu kiến thức S7-300 WinCC Một lần em xin chân thành cảm ơn! TP.HCM, tháng năm 2017 Sinh viên thực Nguyễn Trọng Trung SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc TĨM TẮT Trong khóa luận đề cập đến thiết kế giao diện để điều khiển, giám sát thu thập liệu từ xa cho mơ hình trộn, chiết rót đóng nắp chai Giao diện thiết kế phần mềm WinCC hãng Siemens với thiết kế đẹp mắt đầy đủ tính cần thiết cho người vận hành người giám sát hệ thống Khóa luận hướng dẫn cụ thể bước để bạn khóa sau tham khảo lập trình WinCC cách dễ dàng Một số đoạn chương trình lập trình theo ngơn ngữ Visual C++ kết hợp với ngơn ngữ lập trình Visual Basic hiển thị thơng tin tính tốn biểu thức Với chức cần thiết, phân quyền người dùng WinCC, thiết kế giao diện từ thư viện, tạo nút nhấn, hiển thị tín hiệu Analog Input Output, hiển thị cửa sổ làm việc nhỏ cửa sổ lớn, chuyển đổi file ảnh khác nhau, tạo cảnh báo Alarm xuất liệu Excel … Mô hình điều khiển thơng qua PLC S7-300 Siemens loại PLC cao cấp Siemens sử dụng rộng rãi khu công nghiệp tự động vừa lớn với yêu cầu ổn định chất lượng cao Mơ hình điều khiển thiết kế đơn giản với bồn thực cấp nguyên liệu trộn nhiên liệu, mơ hình sử dụng cảm biến siêu âm để xác định mực nước bồn trộn thu thập liệu đưa WinCC Các cảm biến khác bao gồm cảm biến quang để xác định vị trí chai, cảm biến từ xác định vị trí xi lanh, cảm biến điện dung xác định mực nước chai hệ thống khí nén sử dụng Băng tải điều chỉnh tốc độ tay nhiên bạn khóa sau nâng cấp điều khiển tốc độ động băng tải Analog Ouput để phát triển đề tài Do nhiều khó khăn kinh phí khơng cho phép nên mơ hình chưa hoàn thiện mong muốn Hi vọng quý bạn đọc tìm hiểu khóa luận để phục vụ cho nhu cầu cần thiết học tập hay trình làm nhà máy có sử dụng SCADA Từ khóa tìm kiếm : “Trộn; Chiết rót; Đóng nắp chai; S7-300; WinCC” SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc LỜI MỞ ĐẦU Hiện q trình tự động hóa cơng nghiệp quan trọng phát triển quốc gia Với nước phát triển Mỹ, Nhật,…thì tự động hóa khơng xa lạ trở nên quen thuộc Ở nước máy móc thay lao động chân tay, số lượng công nhân nhà máy giảm hẳn thay vào lao động chun mơn, kỹ sư có tay nghề, điều khiển giám sát trực tiếp q trình sản xuất thơng qua máy tính Việc điều khiển qua hình HMI vơ cần thiết, giúp người vận hành có nhìn trực quan, tổng qt q trình hoạt động tồn dây chuyền sản xuất Một ứng dụng giám sát WinCC (Windows Control Centre), giúp ta điều khiển giám sát tồn q trình sản xuất thơng qua máy tính mà khơng phải trực tiếp xuống nơi sản xuất để quan sát Những điều chứng tỏ tầm quan trọng việc ứng dụng WinCC lĩnh vực tự điều khiển động hóa Việt Nam nước phát triển cầu đại hóa cơng nghiệp điều quan trọng phát triển kinh tế như cầu cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước Là sinh viên theo học chuyên ngành “Điện Công nghiệp” nhu cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết công nghiệp nước nhà, em muốn nghiên cứu tìm hiểu thành tựu khoa học để có nhiều hội biết thêm kiến thức thực tế, củng cố kiến thức học, phục vụ tốt cho nghiệp cơng nghiệp hóa đại hóa Vì lý em chọn đề tài: “ Thiết kế điều khiển giám sát cho dây truyền chiết rót, đóng nắp chai sử dụng Simatic S7-300 WinCC” Khóa luận nhằm nắm vững kiến thức lập trình với S7-300, mơ q trình hoạt động hệ thống với WinCC.Nghiên cứu đề tài nhằm tích lũy kinh nghiệm, học hỏi thêm kiến thức phát huy tính sáng tạo, giải vấn đề.Theo phương châm học đơi với hành việc tạo hệ thống mô dùng S7-300 WinCC yêu cầu cần thiết , đáp ứng nhu cầu đặt Đề tài sử dụng S7-300 WinCC tự động hóa rộng lớn, hầu hết nhà máy, xí nghiệp ứng dụng WinCC việc điều khiển, giám sát tất khâu Nhưng đề tài ta hạn chế mơ q trình hoạt động hệ thống nhỏ, chưa thể hoàn toàn theo sát với thực tế Vì nhiều vấn đề cần quan tâm giải tương lai SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Sinh viên Nguyễn Trọng Trung có khả làm việc độc lập, mạnh dạn chọn công nghệ để học làm luận văn Em Trung hồn thành tốt luận văn mình, kết hợp với sinh viên khác nhóm để thi cơng mơ hình Bên cạnh em có khả tóm tắt vấn đề tốt, viết luận văn rõ ràng, làm việc nghiêm túc Sau bảo vệ sau nhận nhận xét từ hội đồng, giáo viên phản biên, sinh viên thực cần chỉnh sửa luận văn Mong tài liệu tốt cho hệ sau người quan tâm đến lĩnh vực luận văn Điểm GVHD: 10 TP.HCM ngày tháng Năm 2017 SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN TP.HCM tháng Năm 2017 SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc MỤC LỤC CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 13 1.1 Đặt vấn đề 13 1.2 Mục tiêu đề tài 14 1.3 Ƣu điểm thiếu xót thực đề tài 14 1.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 14 1.5 Phạm vi áp dụng: 15 1.6 Các chức hệ thống 15 1.7 Các thiết bị mơ hình 15 1.7.1 Bộ nguồn 15 1.7.2 Các thiết bị đóng ngắt thiết bị bảo vệ 15 1.7.3 Các loại cảm biến cách đấu nối 17 1.7.4 Các loại động điện 23 1.7.5 Piston khí nén 24 1.7.6 Van từ 25 1.7.7 Van nén 25 CHƢƠNG II: TỔNG QUAN VỀ SIMATIC S7-300 26 2.1 Giới Thiệu Chung 26 2.1.1 Các modul PLC S7-300 27 2.1.2 Modul CPU 28 2.1.3 Modul mở rộng 29 2.2 Ngơn ngữ lập trình: 31 2.3 Tập Lệnh S7-300 32 2.3.1 Nhóm lệnh logic tiếp điểm: 32 2.3.2 Lệnh timer : 34 2.3.3 Bộ đếmCounter: 36 2.3.4 Lệnh so sánh: 37 2.3.5 Các lệnh số học: 39 2.3.6 Lệnh Di chuyển : 40 2.3.7 Lệnh RESET nhiều bit FC 82: 40 2.4.Tín hiệu Analog cách xử lý PLC S7 300 41 SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc 2.4.1.Tín hiệu Analog Input 41 2.4.2 Cách xử lý tín hiệu Analog PLC S7 300 42 2.5 Giới thiệu CPU 313C S7 -1500 47 2.5.1 CPU 313C 47 2.5.2 Tìm hiểu khái quát S7 1500 50 CHƢƠNG III: TỔNG QUAN VỀ WINCC 51 3.1 Khái niệm 51 3.2.Cách sử dụng phần mềm WinCC 53 3.2.1 Các bƣớc tạo dự án WinCC: 53 3.2.2.Các thành phần cửa sổ dự án 53 3.3 Các kiểu liệu 55 CHƢƠNG IV: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO DÂY CHUYỀN TRỘN, CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP CHAI 58 4.1 Tổng quan mơ hình trộn, chiết rót đóng nắp chai 58 4.1.1 Tổng quan kết cấu khí 58 4.1.2 Mơ hình thực tế 58 4.1.3 Liệt kê thiết bị dây chuyền 60 4.1.4 Hệ thống ngõ vào (I/O PLC) 60 4.1.5 Sơ đồ kết nối I/O PLC 65 4.1.6 Nguyên lý hoạt động dây chuyền 66 4.1.7 Phân công vào lập bảng đồ tài nguyên 71 4.1.8 Viết chƣơng trình PLC 71 4.2 Thiết kế giao diện SCADA điều khiển giám sát 75 4.2.1 Giới thiệu giao diện thiết kế SCADA 75 4.2.2 Hệ thống trộn, chiết rót đóng nắp chai: 79 4.2.3 Yêu cầu công nghệ: 80 4.3 Thiết kế mô WinCC: 80 4.3.1 Tạo giao diện làm việc 80 4.3.2 Tạo biến 85 4.3.2 Tạo ảnh: 91 4.3.3 Thiết lập thuộc tính hình ảnh 93 4.3.4 Tạo nút nhấn thoát chƣơng trình: 96 4.3.5 Tạo nút nhấn đăng nhập đăng xuất: 97 SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc 4.3.6 Thiết lập tài khoản quản trị: 98 4.3.7 Tạo hình điều khiển nhỏ hình 100 4.4 Lâp trình C-Scrip, VB-Scrip tạo chuyển động thẳng WinCC 106 4.4.1 Lập trình C-Scrip chuyển động thẳng 107 4.4.2 Lâp trình VB-Scrip WinCC 109 CHƢƠNG 5: TỔNG KẾT VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 112 5.1 Tổng kết 112 5.2 Hạn chế đề tài: 112 5.3 Hƣớng phát triển: 112 PHỤ LỤC 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO 130 SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 CB bảo vệ 16 Hình 1.2 Rơ le 16 Hình 1.3 Nút nhấn 17 Hình 1.4 Cảm biến siêu âm 18 Hình 1.5 Cảm biến điện dung 19 Hình 1.6 Cấu tạo cảm biến tiệm cận điện dung 19 Hình 1.7 Sơ đồ đấu dây cảm biến loại dây 24 VDC với PLC 20 Hình 1.8 Sơ đồ đấu dây cảm biến loại dây 24 VDC với PLC 22 Hình 1.9 Sơ đồ đấu dây cảm biến loại dây 24 VDC với PLC 23 Hình 1.10 Động pha 23 Hình 1.11 Động 24 VDC 24 Hình 1.12 Xi lanh khí nén dẫn hướng 24 Hình 1.13 Van từ 25 Hình 1.14 Van điện từ 5/2 25 Hình 2.1 Cấu hình trạm PLC S7-300 28 Hình 2.2 Sự khác khối bề CPU S7-300 28 Hình 2.3 Ảnh thực tế loại modul mở rộng S7-300 30 Hình 2.4 Cấu trúc điều khiển PLC 31 Hình 2.5 Tạo khối Function S7 300 43 Hình 2.6 Giao diện lập tình khối Function 44 Hình 2.7 Tạo biến ngõ vào hàm Scale 44 Hình 2.8 Tạo biến ngõ hàm Scale 45 Hình 2.9 Tạo biến tạm để tính tốn tạo hàm Scale 45 Hình 2.10 Cơng thức tính tốn hàm scale 47 Hình 2.11 Hàm Scale tính tốn tín hiệu Analog 50 Hình 2.12 CPU 313 C 51 Hình 3.1 Giao diện làm việc WinCC 53 Hình 3.2 Các kiểu liệu WinCC 56 Hình 4.1 Kết cấu khí dây chuyền trộn, chiết rót đóng nắp chai 58 Hình4.2 Mơ hình thực tế dây chuyền trộn, chiết rót đóng nắp 59 Hình 4.3 Cấu hình PLC s7 300 CPU 313C 64 SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc Hình 4.4 Sơ đồ kết nối I/O PLC S7 300 CPU 313C theo kiểu sink 65 Hình 4.5 Khâu trộn nhiên liệu 66 Hình 4.6 Lưu đồ giải thuật 70 Hình 4.7 Tạo trang làm việc SIMATIC S7 300 72 Hình 4.8 Chọn cấu hình SIMATIC S7 300 72 Hình 4.9 Chọn cấu hình SIMATIC S7 300 73 Hinh 4.10 Khối OB1 SIMATIC S7 300 73 Hinh 4.11 Giao diện lập trình PLC 74 Hình 4.12 PLC-SIM 74 Hình 4.13 Graphics WinCC 75 Hình 4.14 Graphics WinCC 76 Hình 4.15 Graphics Giao diện điều khiển WinCC 76 Hình 4.16 Graphics Giao diện điều khiển hình nhỏ WinCC 77 Hình 4.17 Graphics Giao diện cảnh báo ALARM WinCC 77 Hình 4.18 Graphics Giao diện Màn hình Login Lout WinC 78 Hình 4.19 Graphics bảng điều khiển WinCC 78 Hình 4.20 Graphics bảng điều khiển Login Lout WinCC 79 Hình 4.21 Tạo giao diện làm việc WinCC 81 Hình 4.22 Tạo giao diện làm việc WinCC 82 Hình 4.23 WinCC Explorer 83 Hình 4.24 Chọn Driver cho WinCC với S7 300 84 Hình 4.25 Chọn Driver cho WinCC với S7 300 84 Hình 4.26 Tag nội WinCC 84 Hình 4.27 Tag Ngoại WinCC 86 Hình 4.28 Hộp thoại tạo tag WinCC 86 Hình 4.29 Hộp thoại chọn địa tag WinCC 87 Hình 4.30 Giao diện tag WinCC 88 Hình 4.31 Tag Group Control 88 Hình 4.33 Tag Group Demsanpham 89 Hình 4.34 Tag Group Tank_Level 90 Hình 4.35 Tag Group Manual_Val 90 Hình 4.36 Giao diện tạo ảnh 91 SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 10 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc MUCNUOCTRONGCHAI.Write End If If trung.Value =0 Then MUCNUOCTRONGCHAI.Value=0 MUCNUOCTRONGCHAI.Write End if End Sub SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 116 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc 6: Chƣơng trình PLC SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 117 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Nguyễn Trọng Trung GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc Trang 118 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Nguyễn Trọng Trung GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc Trang 119 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Nguyễn Trọng Trung GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc Trang 120 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Nguyễn Trọng Trung GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc Trang 121 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Nguyễn Trọng Trung GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc Trang 122 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Nguyễn Trọng Trung GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc Trang 123 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Nguyễn Trọng Trung GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc Trang 124 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Nguyễn Trọng Trung GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc Trang 125 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Nguyễn Trọng Trung GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc Trang 126 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Nguyễn Trọng Trung GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc Trang 127 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Nguyễn Trọng Trung GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc Trang 128 Luận Văn Tốt Nghiệp SVTH : Nguyễn Trọng Trung GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc Trang 129 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD Ths Nguyễn Thành Phúc TÀI LIỆU THAM KHẢO Các tài liệu từ Internet tham khảo diễn đàn : http//www.automation.siemens.com http//www.dientuvietnam.net http//www.plcvietnam.com.vn http//www.webdien.com http//www.google.com.vn SVTH : Nguyễn Trọng Trung Trang 130