GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG BĂNG TẢI NHÀ MÁY GỖ DÙNG PLC S71200

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG BĂNG TẢI NHÀ MÁY GỖ DÙNG PLC S7-1200 Họ tên sinh viên: PHẠM THANH LÂM NGUYỄN HIỆP DUY NHẤT Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ Niên khóa: 2014-2018 Tháng 6/2018 GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG BĂNG TẢI NHÀ MÁY GỖ DÙNG PLC S7-1200 Tác giả PHẠM THANH LÂM NGUYỄN HIỆP DUY NHẤT Khóa luận đệ trình để đáp ứng u cầu cấp Kỹ sư ngành Cơ điện tử Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Đăng Khoa Tháng năm 2018 LỜI CẢM TẠ Được phân công quý thầy khoa: Cơ Khí Cơng Nghệ, Trường: Đại học Nơng Lâm Thành phố Hồ Chí Minh, sau tháng thực chúng em hồn thành Khóa luận tốt nghiệp Để hoàn thành nhiệm vụ giao, nỗ lực học hỏi thân chúng em có hướng dẫn thầy cô giáo khoa, người bạn động viên giúp đỡ chúng em lúc khó khăn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo – Ths: Nguyễn Đăng Khoa, người trực tiếp hướng dẫn, bảo tận tình cho chúng em suốt thời gian hồn thành Khóa luận Tốt nghiệp Mặc dù thầy bận cơng tác, dạy dỗ lớp đàn em không ngần ngại dẫn chúng em, định hướng bước đầu tiên, để chúng em hoàn thành tốt nhiệm vụ giao Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy chúc thầy dồi sức khỏe Tuy nhiên kiến thức chun mơn hạn chế thân chúng em thiếu nhiều kinh nghiệm thực tiễn nên nội dung báo cáo không tránh khỏi thiếu sót, chúng em mong nhận góp ý, bảo thêm q thầy Một lần xin gửi đến thầy cô bạn bè lời cảm ơn chân thành tốt đẹp Thành Phố Hồ Chí Minh, Tháng 06 năm 2018 Sinh viên thực PHẠM THANH LÂM NGUYỄN HIỆP DUY NHẬT TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu “Giám sát điều khiển hệ thống băng tải nhà máy gỗ dùng PLC S7-1200” đề tài nghiên cứu điều khiển giám sát tốc độ động thông qua giao diện phần mềm WinCC, qua giúp cho người quản lý điều chỉnh tốc độ băng tải theo yêu cầu kỹ thuật loại sản phẩm Trong mơ hình người vận hành cần ngồi bàn điều khiển trung tâm, theo dõi giám sát tồn hệ thống thay phải chạy xuống tận chỗ để kiểm tra Đề tài tiến hành Trường Đại học Nông Lâm TP.HCM thời gian từ tháng đến tháng năm 2017 Sơ lược nội dung đề tài bao gồm: - Thiết kế chương trình giám sát hệ thống WinCC - Điều khiển tốc độ băng tải thông qua biến tần PLC S7-1200 - Dùng Encoder hiển thị tốc độ thực băng tải - Thiết kế dựng lại mơ hình nhà máy - Viết chương trình điều khiển PLC - Tìm hiểu cách kết nối điều khiển WinCC, PLC hệ thống: biến tần, động cơ, encoder, Kết thu được: Tốc độ động cơ, quay thuận, quay nghịch, Start, Stop thông qua biến tần điều khiển PLC nhanh xác dùng cách thủ công Giao diện Wincc giúp giao tiếp với người quản lý dễ dàng Encoder giúp người quản lý kiểm tra tốc độ đề đạt hay chưa MỤC LỤC Trang Trang tựa i LỜI CẢM TẠ ii TÓM TẮT iii DANH SÁCH CÁC HÌNH vii DANH SÁCH BẢNG ix Chương MỞ ĐẦU .1 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích đề tài Chương TỔNG QUAN .3 2.1 Khảo sát số hệ thống có ứng dụng SCADA 2.1.1 Khái niệm SCADA .3 2.1.2 Khảo sát hệ thống trộn bê tông 2.1.3 Khảo sát hệ thống bơm nước dân dụng .6 2.2 Các phương thức truyền thơng PLC với máy tính 2.2.1 Truyền thông kết nối RS232 .8 2.2.2 Truyền thông RS485 2.2.3 Chuẩn truyền thông Modbus 10 2.2.4 Profibus 12 2.2.5 Profinet 13 2.7.1 Giao tiếp PLC S7-1200 máy tính 14 2.3 Tổng quan hệ thống điều khiển công nghiệp: 16 2.4 Tổng quan PID .17 2.4.1 Khái quát PID .17 2.4.2 Các phương pháp xác định thông số hàm PID 19 Hình 2.18: Xác định tham số cho mơ hình xấp xỉ bậc có trễ .19 Bảng 2.1: Tính tốn thơng số điều khiển 19 2.4.3 Ưu nhược điểm sử dụng điều khiển PID 21 2.5 Tổng quan số linh kiện sử dụng đề tài 22 2.5.1 PLC S7 -1200 CPU 1211C DC/DC/DC ( 6ES7211-1AE40-0XB0 ) 22 2.5.1.1 Thông số cấu tạo CPU 1211C DC/DC/DC 22 2.5.1.2 Moduel SB 1232 AQ-6ES7232-4HA30-0XB0 .23 2.5.1.3 Phần mềm lập trình SIMATIC TIA Portal V13 .23 2.5.2 Biến tần Mitsubishi FR-E720-0.75k 25 2.5.3 Encoder 26 2.6 Khảo sát mặt nhà máy gỗ Trường Thành .27 Chương NỘI DUNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 3.1 Phương thức nghiên cứu 29 3.2 Nội dung đề tài 29 3.3 Phương pháp thực 29 3.4 Phương pháp xác định thông số PID hàm PID_Compact 30 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33 4.1 Kết điều khiển trình hoạt động nhà máy sản xuất gỗ 33 4.1.1 Điều khiển giám sát tốc độ động băng tải 34 4.1.1.1 Sơ đồ khối: .34 4.1.1.2 Thiết kế mạch điều khiển động 35 4.1.1.3 Nguyên lý hoạt động: .35 4.1.1.4 Giao diện điều khiển động băng tải Wincc 37 4.1.5 Lưu đồ thuật toán điều khiển tốc độ động băng tải 38 4.1.2 Điều khiển bàn nâng 39 4.1.2.1 Sơ đồ khối: .39 4.1.2.2 Thiết kế mạch điều khiển bàn nâng hạ 39 4.1.2.3 Nguyên lý hoạt động 39 4.1.2.4 Giao diện bàn nâng hạ Wincc 40 4.1.2.5 Lưu đồ thuật toán điều khiển bàn nâng hạ .41 4.2 Kết đạt 42 4.2.1 Tủ điện: .42 4.2.2 Giao diện Wincc 44 4.2.3 Mơ hình thực tế 44 4.3 Kết thực nghiệm 45 4.3.1 Cách lấy mẫu 45 4.3.1.1 Đặt vấn đề: .45 4.3.1.2 Phương pháp lấy mẫu: 45 4.3.1.3 Cách thức thực .45 4.3.2 Số liệu khảo sát 46 4.3.2 Kết đạt .46 4.3.2.1 Tốc độ 200(vòng/phút) 46 4.3.2.2 Tốc độ 1000(vòng/phút) 47 4.3.2.3 Tốc độ 1450(vòng/phút) 48 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 50 5.1 Kết luận: 50 5.2 Đề nghị 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 PHỤ LỤC 53 DANH SÁCH CÁC HÌ Hình Các hệ thống SCADA Hình 2: Hình ảnh bên phân xưởng Trường Thành Hình 3: Bản vẽ bên phân xưởng .5 Hình 4: Giao diện WinCC Hình 5: Khối hàm PID_Compact 14 Hình 6: Chỉnh thời gian cập nhật hàm PID 15 Hình 7: Cách lấy hàm PID_Compact .16 Hình 8: Chọn thông số tương ứng phần Basic parameter .16 Hình 9: Giao tiếp PLC S7-1200 máy tính 17 Hình 10: Địa IP CPU sử dụng 18 Hình 11: Thay đổi địa IP máy tính kết nối qua cổng Ethernet .19 Hình 12: Các bước cài đặt cho HSC (High Speed counter) 20 Hình 13: Các bước cài đặt cho HSC (High Speed counter) 20 Hình 14: Các bước cài đặt cho HSC (High Speed counter) 20 Hình 15: Hàm tính tốn tốc độ .21 Hình 16: Các bước cài đặt Module Analog Output 22 Hình 17: Các bước cài đặt Module Analog Output 22 Hình 18: Các bước cài đặt Module Analog Output 22 Hình 19: Hàm PID kết hợp ngõ Analog .23 Hình 20: Bảng điều chỉnh giá trị thông số PID 24 Hình 21: Bảng đồ thị giám sát trình hoạt động hàm PID_compact 25 Hình 22: Xác định hệ số khuếch đại tới hạn 25 Hình 23: Sơ đồ nối dây PLC với nguồn 27 Hình 24: Moduel SB 1232 AQ-6ES7232-4HA30-0XB0 27 Hình 25: Giao diện phần mềm .28 Hình 26: Giao diện soạn thảo .29 Hình 27: Biến tần Mitsubishi 30Y Hình 1: Một số kết nối Profinet thường dùng Hình 1: Sơ đồ đấu dây Encoder với biến tần động .38 Hình 2: Sơ đồ đấu dây điều khiển bàn nâng 38 Hình 3: Sơ đồ đấu dây thiết bị ngoại vi 39 Hình 4: Giao diện điều khiển WinCC .40 Hình 5: Hình ảnh bên ngồi tủ điều khiển .41 Hình 6: Hình ảnh bên tủ điều khiển 42 Hình 7: Giao diện điều khiển hoạt động 43 Hình 8: Mơ hình thực tế 43 Hình 9: Biểu đồ đo tốc độ hàm PID động mức 200 vòng/phút 45 Hình 10: Biểu đồ đo tốc độ hàm PID động mức 1000 vòng/phút 46 Hình 11: Biểu đồ đo tốc độ hàm PID động mức 1450 vòng/phút 47 DANH SÁCH BẢNG Bảng 1: Tính tốn thơng số điều khiển 12 Bảng 2: Xác định thông số .13 Bảng 3: Thông số điều khiển theo thực nghiệm 26 Chương MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Yêu cầu chất lượng sản phẩm quan trọng ưu tiên hàng đầu trình sản xuất đạt yêu cầu chất lượng yêu cầu cấp thiết suất tạo sản phẩm Với thao tác thủ cơng cơng ty hay khu sản xuất khơng thể đạt suất tối đa Vấn đề giải khả tự động hóa dây chuyền sản xuất Một vấn đề quan trọng dây chuyền tự động hóa việc giám sát điều chỉnh tốc độ động băng tải Như ta biết để tạo sản phẩm, chi tiết phải qua nhiều công đoạn mà cơng đoạn lại có tốc độ phù hợp để có suất chất lượng sản phẩm tốt Chính mà việc đo điều chỉnh tốc độ động điện yếu tố quan trọng phương thức sản xuất dây chuyền Tuy nhiên, việc điều khiển tốc độ băng tải, Start, Stop, làm thủ cơng Sự liên kết băng tải, băng tải thiết bị khác vấn đề cần giải Như khó để người quản lý kiểm sốt hoạt động băng tải tình xảy bất ngờ Hiểu tầm quan vấn đề giao tiếp người quản lý băng tải nhóm chúng em thực đề tài: “Giám sát điều khiển hệ thống băng tải nhà máy gỗ dùng PLC S7-1200” Với giao diện Wincc thực tất thao tác điều khiển băng tải cách nhanh xác Giải vấn đề liên kết người quản lý băng tải Về mặt thực tiễn, đề tài theo hướng phát triển cho hệ thống đo điều khiển tốc độ động Thay cho dạng đo điều khiển tốc độ theo phương pháp bị coi lỗi thời 4.3.2 Số liệu khảo sát 4.3.2 Kết đạt 4.3.2.1 Tốc độ 200(vòng/phút) STT 10 = X(i)(s) 5.042 6.064 5.899 5.192 6.048 5.947 5.819 6.448 5.678 5.993 200(vòng/phút) ( X(i) - ) -0.771 0.251 0.086 -0.621 0.235 0.134 0.006 0.635 -0.135 0.18 5.813 ( X(i) - )2 0.594 0.063 0.007 0.386 0.055 0.018 0.403 0.018 0.032 Hình 4.15: Biểu đồ đo tốc độ hàm PID động mức 200 vòng/phút 4.3.2.2 Tốc độ 1000(vòng/phút) STT X(i)(s) 7.740 7.903 7.836 7.987 7.503 1000(vòng/phút) ( X(i) - ) -0.127 0.036 -0.031 0.12 -0.364 ( X(i) - )2 0.016 0.001 0.001 0.014 0.132 48 10 = 8.124 8.225 7.440 7.675 8.235 0.257 0.358 -0.4227 -0.192 0.368 7.867 0.066 0.128 0.182 0.037 0.135 Hình 16: Biểu đồ đo tốc độ hàm PID động mức 1000 vòng/phút 4.3.2.3 Tốc độ 1450(vòng/phút) STT 10 = X(i)(s) 8.219 8.447 8.563 8.336 8.373 8.484 8.395 8.127 8.657 8.148 1450(vòng/phút) ( X(i) - ) -0.157 0.071 0.193 -0.04 0.004 0.108 0.019 -0.249 0.281 -0.228 8.376 ( X(i) - )2 0.025 0.005 0.037 0.002 0.012 0.062 0.079 0.052 49 Hình 17: Biểu đồ đo tốc độ hàm PID động mức 1450 vòng/phút Với X(i): : Thời gian để động đạt tốc độ yêu cầu Thời gian trung bình để động đạt tốc độ yêu cầu Nhận xét chung: Kết khảo nghiệm cho thấy thời gian để động đạt tốc độ theo yêu cầu khác Phụ thuộc vào tốc độ đề Cụ thể là: tốc độ yêu cầu cao thời gian để động đạt tốc độ yêu cầu lớn ( 250vòng/phút5.813(s) < 500vòng/phút 6.913(s) < 750vòng/phút7.55(s) < 1000vòng/phút7.867(s) < 1250vòng/phút8.018(s) < 1450vòng/phút8.376(s)) Phương sai độ lệch chuẩn tốc độ yêu cầu không phụ thuộc với Mỗi tốc độ yêu cầu có phương sai độ lệch chuẩn riêng biệt Độ lệch chuẩn mốc thời gian cho ta biết biến thiên giá trị quan sát giá trị trung bình 50 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận: Sau bốn tháng tìm hiểu nghiên cứu khóa luận nhóm chúng em hồn thành u cầu giao đề tài Nhóm chúng em thiết kế hoàn tất tủ điện điều khiển tốc độ động dùng PLC thơng qua biến tần:  Có thể điều khiển động quay thuận quay nghịch nút nhấn tủ điện điều khiển giao diện Wincc máy tính 51  Thiết kế giao diện nhà máy gỗ giao diện Wincc giúp người quản lý giao tiếp dễ dàng với hệ thống thông qua máy tinh  Điều chỉnh tốc độ động theo ý muốn người quản lý  Khi có cố dừng chương trình cách dễ dàng nút Stop  5.2 Đề nghị Với dòng CPU 1211C DC/DC/DC số lượng ngõ hạn chế chưa có ngõ Analog nên qua trình thiết kế gặp nhiều khó khăn Cần phải sử dụng thêm Board mở rộng tín hiệu Analog Việc có ngõ khiến việc lập trình gặp nhiều hạn chế điều khiển nhiều thiết bị ngoại vi Vì dùng CPU khác mạnh CPU 1214C AC/DC/RLY, CPU 1511 – 1PN Trong trình điều khiển tốc độ động tốc độ có thơng số PID (Ki, Kp, Kd) phù hợp nên trình sản xuất cần tìm tốc độ tối ưu Nhất để tìm thơng số PID phù hợp Xu hướng phát triển: Nước ta với diện tích rừng lớn với công nghệ khai thác gỗ đạt chuẩn quốc tế nên sản lượng gỗ khai thác lớn Qua ngành cơng nghiệp chế biến gỗ cần trọng Nhà máy gỗ có băng tải dùng để sản xuất, quy mơ nhỏ Các dây chuyền chưa liên kết với Qua công đoạn dùng người lao động để thực Xu hướng chung đề là: - Thiết kế quy mô nhà máy lớn - Băng tải cần có tốc độ diện tích bề mặt lớn - Cần gắn cánh tay Robot để giảm nguồn lao động - Những dây chuyền băng tải nên có tính liên kết với thành dây chuyền sản xuất hoàn thiện 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt Trần Văn Hiếu, 2011, Tự động hóa PLC S7 1200 với Tia Portal Nhà xuất Khoa Học Và Kỹ Thuật Trần Văn Hiếu, 2017, Thiết Kế Hệ Thống HMI/SCADA với TIA Portal Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật Trang Web https://www.ebookbkmt.com/2017/03/tong-hop-tai-lieu-ve-plc-siemens.html http://plcprovn.com/tia-portal-toan-tap-phan-mem-siemens-tiaportal-v13.t5701.html https://www.youtube.com/results?search_query=ngoc+automation http://www.mitsubishielectric.com/fa/vn_vi/download/manual/pdf/drv/ inv001.pdf 53 PHỤ LỤC Code lập trình PLC: Chương trình điều khiển động băng tải quay thuận Chương trình điều khiển động băng tải quay nghịch Chương trình Stop băng tải 54 Chương trình nút Start Chương trình nút Manual Chương trình Stop all 55 Chương trình điều khiển bàn nâng Chương trình đếm cảm biến 56 Chương trình kích bit mơ băng tải Chương trình điều khiển bàn nâng Chương trình tính tốn tốc độ động 57 Chương trình điều khiển hàm đếm xung tốc độ cao Chương trình điều khiển động băng tải quay thuận Chương trình điều khiển động băng tải quay nghịch Chương trình Stop băng tải 58 Chương trình kích bit mơ băng tải Chương trình đếm cảm biến 59 Chương trình điều khiển động co băng tải Chương trình đếm, mơ 60 61 62 ... Khảo sát hệ thống bơm nước dân dụng Giao diện WinCC hệ thống điều khiển giám sát bơm cấp nước: Hình Giao diện điều khiển hệ thống bơm nước Trong hệ thống có tất máy bơm điều khiển biến tần mà máy. .. cứu Giám sát điều khiển hệ thống băng tải nhà máy gỗ dùng PLC S7-1200” đề tài nghiên cứu điều khiển giám sát tốc độ động thông qua giao diện phần mềm WinCC, qua giúp cho người quản lý điều chỉnh... sốt hoạt động băng tải tình xảy bất ngờ Hiểu tầm quan vấn đề giao tiếp người quản lý băng tải nhóm chúng em thực đề tài: Giám sát điều khiển hệ thống băng tải nhà máy gỗ dùng PLC S7-1200” Với