Xây dựng, thiết kế hệ thống cân định lượng và đóng bao tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2008 XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG VÀ ĐÓNG BAO TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP HẢI PHÕNG - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2008 XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG VÀ ĐÓNG BAO TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP Sinh viên: Phạm Văn Cường Người hướng dẫn: TS Nguyễn trọng Thắng HẢI PHÕNG - 2017 Cộng hoà 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 : Phạm Văn Cường – MSV : 1312102008 Lớp : ĐC1701- Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp Tên đề tài : Xây dựng, thiết kế hệ thống cân định lượng đóng bao tự động 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 toán vẽ) Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn Địa điểm thực tập tốt nghiệp : CÁC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên : Nguyễn Trọng Thắng Học hàm, học vị : Tiến sĩ Trường Đại học dân lập Hải Phòng Cơ quan cơng tác : Tồn đề tài Nội dung hướng dẫn : 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 2017 Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng .năm 2017 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 Phạm Văn Cường T.S Nguyễn Trọng Thắng Hải Phòng, ngày tháng năm 2017 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 2016 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 toán 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 2017 Người chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài kết nỗ lực thân suốt thời gian theo học trường, đặc biệt từ bắt tay vào trình nghiên cứu Để thành công ngày hôm em không quên giúp đỡ giảng dạy nhiệt tình Thầy khoa Điện – Điện tử Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng Các Thầy đội ngũ trước am hiểu lĩnh vực khoa học kỹ thuật tận tình giảng dạy giúp chúng em hoàn thành nhiều đề tài Luận văn hay có ứng dụng nhiều thực tế Và điều kể đến thành công em ngày hơm nhiệt huyết tận tình hướng dẫn Thầy Nguyễn Trọng Thắng Và cuối chúng em xin ghi ơn công lao cha mẹ sinh cho chúng em ăn học đến ngày hơm để có hội tiếp cận với lĩnh vực khoa học, nhờ động viên thường xuyên quan tâm đủ mặt phía gia đình động lực giúp chúng em vực qua mặt tâm lý, chán nản để em tâm hoàn thành tốt đề tài Hải Phòng, ngày tháng 06 năm 2017 Sinh viên Phạm Văn Cường MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.2 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG CÂN VÀ ĐÓNG GÓI CHƯƠNG 2CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 13 2.1 GIỚI THIỆU PLC S7 200 CPU 224 13 2.1.1 Tổng quát PLC 13 2.1.2 Cấu trúc , nguyên lý hoạt động PLC 15 2.1.2.1 Cấu trúc 15 2.1.2.2 Nguyên lý hoạt động PLC 15 2.1.3 Xử lý chương trình 18 2.1.4 PLC SIMATIC S7-200 CPU 224 19 2.2 GIỚI THIỆU VỀ HMI 22 2.2.1 Các thiết bị HMI truyền thống 23 2.2.2 Các thiết bị HMI đại 23 2.3 THIẾT BỊ SỬ LÝ TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ 26 2.3.1 Giới thiệu loadcell 26 2.3.1.1 Cấu tạo 27 2.3.1.2 Nguyên lý hoạt động 28 2.3.1.3 Các thông số kỹ thuật 29 2.3.1.4 Ứng dụng loadcell vào đề tài 30 2.3.2 Bộ khuếch đại Loadcell chuẩn công nghiệp 31 2.3.3 Module analog 32 2.3.3.1 Giới thiệu chung module analog 32 2.3.3.2 Nguyên lý hoạt động chung cảm biến tín hiệu đo chuẩn công nghiệp 32 2.3.3.3 Giới thiệu module analog EM235 33 CHƯƠNG THIẾT KẾ, XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 41 3.1 THIẾT KẾ TỦ ĐIỀU KHIỂN 41 3.2 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH PLC 46 3.2.1 Giới thiệu phần mềm STEP7 MicroWin 46 3.2.2 Chương trình điều khiển plc 54 3.3 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH HMI 69 3.3.1 Giới thiệu phần mềm WINCC FLEXIBLE 2008 69 3.3.2 Giao diện hình HMI 75 KẾT LUẬN 80 LỜI CẢM ƠN TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 Hình 3.18 Chương trình PLC 3.3 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH HMI 3.3.1 Giới thiệu phần mềm WINCC FLEXIBLE 2008 Phần mềm WinCC Flexible 2008 phần mềm chuyên dụng để thiết kế hệ thống HMI tự động hóa cơng nghiệp hãng SIEMENS cơng cụ thay cho phần mềm ProTool khơng phát hành WinCC Flexile 2008 tương thích với hệ điều hành như: -Microsoft Window XP -Microsoft Window Vista Business (32bit), Ultimate (32bit) Cả hai hệ điều hành có khả đa nhiệm cao, đảm bảo pản ứng nhanh với việc xử lí ngắt độ an toàn chống liệu bên mức độ cao Chức WinCC flexible 2008 : - Thiết kế lập trình hệ thống tự động hóa, q trình điều khiển giám sát quy trình sản xuất - Mơ hình ảnh kiện xảy trình hoạt động cách trực quan giúp hệ thống dễ kiểm tra sửa chữa - Ngồi WinCC Flexile 2008 cung cấp nhiều chức khác : hiển thị thông báo hay báo cáo trình số liệu hay đồ họa , xử lí thơng tin đo lường , bảng ghi báo cáo WinCC Flexile 2008 cho phép người sử dụng có khả truy nhập vào hàm giao diện chương trình ứng dụng API hệ điều hành Ngồi , cso thể kết hợp WinCC Flexile 2008 công cụ phát triển : Visual C ++ hay Visual Basics để tạo hệ thống có tính đặc thù cao,tinh vi, gắn riêng với cấu hình cụ thể Do có tính chất mở thường xun cập nhật, phát triển nên WinCC Flexile 2008 lập trình cho hệ thống HMI thị trường sản xuất WinCC Flexile 2008 tạo giao diện người máy (HMI) dựa cow sở giao tiếp người với hệ thống máy, thiết bị điều khiển (PLC, CNC ) thơng qua hình ảnh , sơ đồ, hình vẽ, hay câu chữ mang tính trực quan Có thể giúp người vận hành theo dõi q trình làm việc, thay đổi thơng số , cơng thức q trình hoạt động, hiển thị giá trị thời giao tiếp với q trình cơng nghệ hệ thống qua hình máy tính goặc Panel hình cảm ứng mà không cần trực tiếp với phần cứng hệ thống Giao diện HMI giúp người vân hành giám sát trình sản xuất cách dễ dàng nhanh chóng, bóa động hệ thống có cố Từ máy tính trung tâm , điều khiển hoạt động toàn dây chuyeend sản xuất lập trình WinCC Flexile 2008 Dựa HMI giám sát tất liệu vào (I/O) cách xác.Do WinCC Flexile 2008 phần mềm thiết kế giao diện HMI cần thiết thiếu hệ thống tự động hóa phức tạp đại Đặc điểm bật WinCC Flexible so với WinCC SCADA hỗ trợ tính mạnh cho việc thiết kế giao diện, thiết lập giao diện lập trình loại hình HMI Hình 3.19 Một số hình tích hợp WinCC Flexile 2008  Thuộc tính bật WinCC Flexible WinCC Flexible cung cấp giao thức kết nối HMI s7200, s7-300 s7-400 Các kết nối qua MPI, DP, Profibus, Ethernet Hình 3.20 Thiết lập giao tiếp HMI PLC s7-200 WinCC Flexible giao tiếp với thiết bị thông qua Tag WinCC Flex thực tính tốn truyền liệu thơng qua tag xuống thiết bị, liệu thu nhận từ thiết bị thơng qua tag PLC Có loại tag: tag nội tag ngoại - Tag nội: Được sử dụng để tính tốn, lưu trữ nội WinCC, tag nội không giao tiếp với điều khiển lập trình bên ngồi WinCC quản lý tag nội thông qua tên tag kiểu liệu tương ứng Chính chương trình tên tag phải độc - Tag ngoại: Là vùng nhớ bên điều khiển lập trình thiết bị mơ Tag ngoại ln gắn với địa kiểu liệu định WinCC quản lý tag ngoại thông qua tên tag địa Hình 3.21 Thiết lập tag kết nối Giao tiếp người máy thơng qua hình Vì việc thiết kế giao diện cho phù hợp với mục đích sử dụng điều quan trọng WinCC Flexible cung cấp hầu hết công cụ thiết kế phục vụ cho việc thiết kế giao diện diều khiển giám sát Hình 3.22 Giao diện thiết kế WinCC Flexible  Menubar: Là nơi dùng để điều khiền hoạt động việc thiết kế Nó cung cấp cơng cụ thiết lập thông số cho giao diện  Standar Toolbar: Là nơi chứa nút cho phép thực lệnh cách nhanh chóng  Tool: Cung cấp cho đối tượng chuẩn ( Polygon, Ellipse, Rectangle,…), đối tượng thong minh ( OL control, OLE Elêmnt, I/O Field,…) đối tượng Windows ( Button, Check Box,…)  Project: nơi cung cấp dịch vụ điều khiển hoạt động giao diện tao ngắt, tạo các report…  Kịch (Scrip) : Scrip nơi mà ta tạo hoạt động có kích hoạt Scrip hỗ trợ viết ngôn ngữ Visual Basic Trong Scrip hỗ trợ số cú pháp chuẫn lệnh Hình 3.23 Khởi tạo Scrip Một số hàm hay sử dụng chương trình: - Inverbit - Setbit - Resetbit - SetbitInTag - ReSetbitInTag Cú pháp: ReSetbitInTag (Tag,bit) Ý nghĩa: Đặt giá trị False cho vị trí bit xác định Tag - StopRuntime 3.3.2 Giao diện hình HMI Hình 3.24 Màn hình hiển thị HMI Màn hình phần giao diện để người vận hành khởi động hệ thống, quan sát tình trạng cân cài đặt hệ thống Có nút ON để khởi động cân khởi động hệ thống, nút SETTING để vào giao diện cài đặt Hiển thị cân ta có khối lượng bột thùng cân đèn báo trình xả xuống thùng cân ( SLOW), trình cân (FAST), trình xả từ thùng cân xuống đóng gói(OPEN) Nút OPEN để xả thùng cân trước bắt đầu trình cân ta lưu giá trị analog kg nút ZERO Hình 3.25 Màn hình phần Setting Trong giao diện SETTING ta có nút chức VẬN HÀNH HIỆU CHỈNH Vận hành để ta thay đổi tham số trình cân khối lượng cần cân , thời gian xả tốc độ rung Hiệu chỉnh phần ta hiệu chỉnh lại cân để tránh cân sai sau thời gian hoạt động Hình 3.26 Màn hình cài đặt thơng số cân Phần cài đặt thơng số cân ta thay đổi khối lượng cân , thời điểm bù, tốc độ rung thời gian xả cân để cho phù hợp với nhiều loại trọng lượng khác Hình 3.27 Màn hình hiệu chỉnh cân Phần hiệu chỉnh cân ta thực q chình điều chỉnh sai sót máy Khi cân làm ta nhấn nút ZERO để lấy giá trị analog tương ứng Kg, sau ta đặt cân chuẩn Vd: 5Kg ta nhập 5000 g nhấn xác nhận để ta lấy giá trị analog tương ứng vs 5Kg Quá trình thực với hai cân KẾT LUẬN Đây đề tài hay có ứng dụng thực tế cao Nhờ việc nghiên cứu đề tài củng cố cho em nhiều kiến thức kỹ Đề tài giúp em tiếp xúc với cảm biến trọng lượng loadcell sử dụng nhiều hệ thống cân bồn , cân điện tử, cân trọng tải xe tìm hiểu cấu chấp hành quan trọng xilanh khí nén Về phần điều khiển giúp em biết nhiều kiến thức PLC S7 200 hình điều khiển HMI Đồng thời trang bị cho em kỹ sử dụng phần mềm quan trọng như: AutoCad 2007, STEP7 MicroWin, WINCC FLEXIBLE 2008 kỹ xây dựng dự án TÀI LIỆU THAM KHẢO Th.S Châu Chí Đức (2008), Kỹ thuật điều khiển lập trình PLC SIMATIC S7-200, Nhà xuất Thành phố Hồ Chí Minh GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn, Nguyễn Tiến Ban (2007), Điều khiển tự động hệ thống truyền động điện, Nhà xuất khoa học – kỹ thuật Trần Thu Hà - Phạm Quang Huy (2008) , Giao diện Người – Máy HMI lập trình với S7 200 WinCC, Nhà xuất Hồng Đức Nguyễn Hoàng Dũng (2008) , Lập trình ứng dụng PLC S7 200, Đại học Cần Thơ Nguyễn Hoàng Dũng (2009), Điều khiển giám sát thu thập liệu dùng WinCC, Đại học Cần Thơ http://en.wikipedia.org/wiki/Strain gauge http://www.plcvietnam.com.vn http://www.siemens.com http://www hmivietnam.com/ ... ứng dụng hệ thống cân định lượng ngày lớn Yêu cầu cho hệ thống ngày đòi hỏi độ xác cao, sản lượng lớn Những ứng dụng hệ thống cân định lượng nhiều, em chọn cân định lượng khâu định lượng đóng gói... phí hoạt động tăng cường khả cạnh tranh trình hội nhập Những ứng dụng lợi ích hệ thống cân định lượng lớn em lựa chọn đề tài “ Thiết kế , xây dựng hệ thống cân định lượng đóng bao tự động Thơng... GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ISO 9001:2008 XÂY DỰNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG VÀ ĐÓNG BAO TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG