Lập trình điều khiển giám sát cho lò nhiệt trong nhà máy bia là một dự án để tạo ra một hệ thống SCADA để điều khiển và giám sát lò nhiệt trong nhà máy bia. Hệ thống SCADA sử dụng S7-300 để điều khiển và giám sát lò nhiệt. Hệ thống sẽ được thiết lập để đảm bảo rằng lò nhiệt được điều chỉnh đúng nhiệt độ và độ ẩm để đảm bảo sản phẩm bia được sản xuất đúng cách. Hệ thống cũng sẽ cung cấp các thông tin về nhiệt độ và độ ẩm để người quản lý có thể theo dõi và điều chỉnh nhiệt độ và độ ẩm trong lò nhi
1 Môc lôc Môc lôc PhÇn mở đầu Lý chän ®Ị tµi Mơc ®Ých Néi dung thùc hiÖn .9 Ch¬ng 1: Giới thiệu quy trình công nghệ sản xuất Bia Ch¬ng 2: Tỉng quan vỊ thiết bị điều khiển PLC Các bớc thiÕt kÕ mét hƯ thèng ®iỊu khiĨn dïng PLC Chơng : Khái quát hệ SCADA phần mềm WinCC .9 Chơng 4: Chơng trình lập trình điều khiển, giám sát cho lò nhiệt nhà máy bia sử dụng PLCS7-300 ý nghÜa khoa häc vµ thùc tiƠn .9 Hớng phát triển đề tài 10 Phơng pháp thùc hiÖn 10 PHÇN NéI DUNG 11 Ch¬ng 11 Giíi thiƯu VỊ QUI TR×NH CÔNG NGHệ SảN XUấT BIA .11 1.1 Thành phần 11 1.1.1 G¹o 11 1.1.2 Malt 11 1.1.3 Men 12 1.1.4 Hoa Hupblon 12 1.1.5 Níc 12 1.2 Quy trình công nghệ sản xuất Bia 13 H×nh 1.1: Quy trình công nghệ sản xuất Bia 13 1.3 Sơ đồ khối công nghệ sản xuất bia 15 Hình 1.2: Sơ đồ khối công nghƯ s¶n xt Bia 15 1.3.1 Nhµ nghiỊn 15 Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị nhà nghiền 16 a) NghiỊn g¹o (Van V2, V7 ®ãng) 17 b) NghiỊn malt (Van V1, V6 ®ãng) 17 c) Lµm vƯ sinh 17 1.3.2 Nhµ nÊu .18 H×nh 1.4: Quá trình trao đổi nhiệt Tank nấu gạo 18 Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý hoạt động Tank nấu 19 Hình 1.6 : Nguyên lý hoạt động cđa kh©u trén 22 1.3.3 Nhà lên men lọc bia 23 H×nh 1.7 : Quá trình hạ nhiệt 23 Hình 1.8 : Nguyên lý hoạt ®éng 23 1.3.4 Nhµ chiÕt 25 Hình 1.9: Nguyên lý hoạt động nhà chiết 25 a) M¸y rưa chai .26 H×nh 1.10: Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy rửa chai 26 b) M¸y chiÕt 26 Hình 1.11: Hoạt động cấu nâng chai cam lăn 27 Hình 1.12: Hoạt động máy chiết bia 28 c) Máy đóng nắp chai .28 Hình 1.13: Nguyên lý hoạt động máy đóng nắp 29 H×nh 1.14: H×nh chiÕu b»ng hoạt động máy đóng nắp chai .29 d) M¸y trïng 30 Hình 1.15: Sơ đồ hoạt động máy trùng 30 Hình 1.16: Bố trí nhiệt độ ngăn .31 e) Máy d¸n nh·n 32 Hình 1.17: Nguyên lý hoạt động cđa m¸y d¸n nh·n 32 f) Máy in ngày sản xuất 33 Hình 1.18: Nguyên lý hoạt động máy in ngày sản xuất 33 g) M¸y bèc chai 33 Ch¬ng 34 tỉng quan vỊ thiÕt bị điều khiển PLC S7-300 34 2.1 Giíi thiƯu chung 34 H×nh 2.1: CÊu tróc cđa mét bé ®iỊu khiĨn PLC .35 2.2 C¸c modul PLC S7-300 37 H×nh 2.2 : Cấu hình rack modul trạm PLC S7-300 .37 2.2.1 Modul CPU 37 H×nh 2.3: Mét sè CPU cña PLC S7-300 38 2.2.2 Modul më réng 38 H×nh 2.4 : Mét sè modul më réng cđa PLC S7-300 40 2.3 Ng«n ngữ lập trình 41 2.4 TËp lÖnh 42 2.4.1 Nhãm lƯnh logic tiÕp ®iĨm 42 2.5 Bé nhí .49 2.5.1 Vùng nhớ chơng trình .49 2.5.2 Vïng nhí hƯ thèng .49 2.5.3 Vïng nhí d÷ liÖu 50 Hình 2.5: Phân chia vùng ô nhớ CPU 51 2.6 Trao đổi liệu CPU modul mở rộng 51 Hình 2.6: Nguyên lý trao đổi liệu CPU modul mở réng 52 2.7 Bé thêi gian (Timer) .52 2.8 Bé ®Õm (Counter) 53 2.9 C¸c bíc thiÕt kÕ mét hƯ thèng ®iỊu khiĨn dïng PLC .54 2.9.1 Xác định quy trình công nghệ 54 2.9.2 X¸c định ngõ vào, ngõ 54 2.9.3 Viết chơng trình 54 2.9.4 Nạp chơng trình vào nhớ .54 2.9.5 Chạy chơng tr×nh .55 2.10 Truyền thông PLC PC 55 H×nh 2.7: Mô tả PC đọc thông tin nhớ trạng thái hoạt động PLC 56 Hình 2.8: PC ghi liệu nhớ trạng thái hoạt động PLC 56 Hình 2.9: PC gửi liệu đến máy tính 57 2.11 Soạn thảo Project 57 2.11.1 Cài đặt phần mềm 57 2.11.2 LËp tr×nh 57 Hình 2.10 : Cách mở dự án .58 H×nh 2.11 : Chọn Next hình để mở dự án .58 H×nh 2.12 : Chän CPU dïng dù ¸n 59 Hình 2.13 : Chọn khối, ngôn ngữ dùng dự án .59 Hình 2.14 : Đặt tên cho dự án 60 Hình 2.15 : Khai báo cấu hình phần cứng 60 H×nh 2.16 : Chän Install HW Updates hép thoại Options .61 Hình 2.17 : Chọn Install hộp thoại Install Hardware 61 Hình 2.18 : Chän lo¹i CPU, IO Modul, dïng dù ¸n 62 H×nh 2.19: Më cưa sỉ để viết chơng trình .62 2.11.3 Download mô 63 H×nh 2.20 : Thùc download chơng trình 63 2.12 Truyền thông MPI 63 2.12.1 C«ng dơng .63 Hình 2.21: Cấu trúc mạng MPI .63 H×nh 2.21 : Các lựa chọn địa truyền thông 64 Hình 2.22 : Màn hình sau chọn địa truyền thông 65 Hình 2.23 : Chọn địa truyền thông 65 H×nh 2.24 : Download địa truyền thông xuống PLC 66 2.12.2 Tính 66 Ch¬ng 67 KHáI QUáT Về Hệ SCADA Và PHÇN MỊM WinCC 67 3.1.Tỉng quan vỊ hÖ SCADA 67 H×nh 3.1: CÊu h×nh cđa mét hƯ SCADA điển hình 68 3.2 Tæng quan phần mềm thiÕt kÕ WinCC 68 3.2.1 Giíi thiƯu chung .68 Hình 3.2: Đặc tính mở phần mềm WinCC 69 3.2.2 Các đặc ®iÓm chÝnh 70 3.2.3 Các cấu hình hệ thống b¶n 71 3.2.4 Các chức SCADA 72 3.2.5 Các chức .73 3.3 Trun th«ng m«i trêng WinCC .76 3.3.1 B¶n chÊt truyền thông máy tính (PC) PLC 76 Hình 3.3: Bản chất trình truyền thông WinCC 76 3.3.2 Hàm truyền thông b¶n 78 3.4 Cài đặt phần mềm .79 3.5 ThiÕt kÕ giao diÖn 79 Hình 3.4: Biêủ tợng WinCC .79 Hình 3.5: Tạo Project .80 Hình 3.6: Các cách kết nối PC PLC 80 Hình 3.7: Chọn kết nối PC PLC 81 Hình 3.8: Đa th viện vào dự án 81 H×nh 3.9: Chän kiểu hình HMI 82 Hình 3.10: Lựa chọn thiết bị cần lËp tr×nh .82 H×nh 3.11: Màn hình giao diện WinCC 83 Hình 3.12: Cửa sổ khai báo c¸c trêng cđa Project 84 Hình 3.13: Cách lấy công cụ 84 Hình 3.14: Thanh công cô .85 Hình 3.15: Các cách kết nối 85 Hình 3.16: Thông tin kÕt nèi 86 Ch¬ng 87 CHƯƠNG TRìNH LậP TRìNH ĐIềU KHIểN, GIáM SáT CHO Lò NHIệT TRONG NHà MáY BIA Sử DụNG PLC S7- 300 87 4.1 Lập trình điều khiển nhiệt độ Tank nÊu g¹o 87 4.1.1 Quy trình công nghệ 87 Hình 4.1: Sơ ®å tht to¸n ®iỊu khiĨn nhiƯt ®é cđa Tank nÊu gạo 87 4.1.2 Lựa chọn thiết bị 88 Hình 4.2: Giao diện giám sát nhiệt độ, thời gian .88 Hình 4.3: Sơ đồ nguyªn lý Thermocouple .88 Bảng 4.1: Một số loại cặp nhiệt thông dụng 89 Hình 4.4: Sơ đồ nguyên lý Thermocouple nối với dụng cụ đo 89 4.1.3 Xác định địa vào, cho PLC 91 B¶ng 4.2: Định địa đầu vào .91 Bảng 4.3: Định địa ®Çu 92 4.1.4 Chơng trình điều khiển 92 4.2 ThiÕt kế giao diện điều khiển sử dụng phần mềm WinCC .98 4.2.1 Giao diƯn ®iỊu khiĨn hƯ thèng 98 Hình 4.5: Giao diện khởi động hệ thống 98 Hình 4.6: Đặt tên cho Button_2 .98 Hình 4.7: Chọn hình nhấn nút Start 99 Hình 4.8: Đặt tªn cho Button_4 .99 Hình 4.9: Thoát khỏi hình nhấn nót Exit 99 H×nh 4.10: Viết chữ vào Text Field .100 Hình 4.11: Giao diện điều khiển hƯ thèng .100 4.2.2 X©y dựng chơng trình liên kết WinCC PLC 100 Hình 4.12: Đặt tên vào Tag, chọn kiểu Mode cho cảm biến nhiệt độ PT100 101 Hình 4.13: Tạo Tag cho cảm biến nhiệt 102 Hình 4.14: : Đặt tên vào Tag, chọn kiểu Mode cho nhiệt độ đặt ngỡng dới 102 Hình 4.15: Tạo Tag cho nhiệt độ đặt ngỡng dới 102 Hình 4.16: Đặt tên vào Tag, chọn kiểu Mode cho nhiệt độ đặt ngỡng 103 Hình 4.17: Tạo Tag cho nhiệt độ đặt ngỡng 103 Hình 4.18: Đặt tên vào Tag, chọn kiểu Mode cho Timer .104 Hình 4.19: Tạo Tag cho Timer 104 Hình 4.20: Đặt tên cho Button_6 104 Hình 4.21: Đặt tên cho Button_6 105 4.3 Thử nghiệm hệ thống điều khiển, giám s¸t 105 KÕt luËn 106 Tài liệu tham khảo .107 Danh mơc b¶ng Bảng 4.1: Một số loại cặp nhiệt thông dụng Error: Reference source not found Phần mở đầu -Trong nghiệp công nghiệp hoá đại hoá, tự động hoá thiếu lĩnh vực ngành kinh tế quốc dân nhằm tạo sản phẩm có chất lợng cao cho xà hội khả cạnh tranh mạnh mẽ thị trờng Ngay từ đời PLC đà trở thành sở công nghiệp tự động hoá, đặc trng PLC sử dụng vi xử lý để xử lý thông tin, nối ghép logic cần thiết trình điều khiển đợc xử lý phần mềm ngời sử dụng lập nên cài vào Do đó, ngời ta giải nhiều toán tự động hoá khác điều khiển mà hầu nh không cần phải biến đổi việc nạp chơng trình khác PLC giám sát thờng xuyên trạng thái hệ thống thông qua tín hiệu báo thiết bị vào, PLC chơng trình logic để định tiến hành hoạt động đầu Việc trao đổi thông tin liệu trung tâm điều khiển với giới bên đợc thực thông qua hệ thống giao diện, điều khiển trung tâm trao đổi thông tin víi c¸c m¸y tÝnh kh¸c So s¸nh víi c¸c hƯ thống điều khiển hệ cũ dùng rơle kỹ thuật PLC có u tuyệt đối khả linh động khả giải toán tự động hoá phức tạp Lý chọn ®Ị tµi NỊn kinh tÕ níc ta ®ang ngµy cµng phát triển, nhu cầu tự động hoá ngày cao để đáp ứng đợc đòi hỏi trình công nghiệp hoá- đại hoá Cũng nh để đáp ứng nhu cầu đời sống tinh thần ngời nhà máy Bia đà đời Chính em chọn đề tài nhằm giúp em đánh giá đợc khả tích luỹ kiến thức lâu nhà trờng, từ mà nắm vững đợc kiến thức chuyên ngành, áp dụng tốt linh hoạt vào thực tiễn Mục đích Trong trình thực đồ án em phải tìm tòi, trao đổi, tổng hợp kiến thức để vận dụng vào thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát lò nhiệt nhà máy Bia cho phù hợp với yêu cầu cđa thùc tÕ Néi dung thùc hiƯn Ch¬ng 1: Giới thiệu quy trình công nghệ sản xuất Bia Nội dung chơng tìm hiểu quy trình công nghệ sản xuất bia nói chung Chơng 2: Tổng quan thiết bị điều khiển PLC Tìm hiĨu cÊu tróc chung cđa mét bé PLC; PLCS7- 300 : modul; ngôn , ngữ lập trình ; tập lƯnh, bé nhí bé thêi gian (Timer), bé ®Õm (Counter) Các bớc thiết kế hệ thống điều khiển dùng PLC Soạn thảo Project Truyền thông PLC PC Chơng : Khái quát hệ SCADA phần mềm WinCC Tìm hiểu hệ SCADA; phần mền WinCC: Đặc tính mở, đặc điểm chính, chức năng, cấu hình hệ thống Thiết kế giao diện Chơng 4: Chơng trình lập trình điều khiển, giám sát cho lò nhiệt nhà máy bia sử dụng PLCS7-300 Hiểu đợc quy trình công nghệ; xác định địa vào, cho PLC; chơng trình điều khiĨn; thiÕt kÕ giao diƯn sư dơng phÇn mỊm WinCC; xây dựng chơng trình liên kết WinCC PLC ý nghÜa khoa häc vµ thùc tiƠn Ngµy lĩnh vực tự động hoá tin học công nghiệp mũi nhọn kỹ thuật đại, nhiều hệ thèng ®iỊu khiĨn tù ®éng ®· ®êi nh»m phơc vụ nhiều nhu cầu khác đời sống đợc ứng dụng thành công đem lại hiệu công 10 việc cao Một phơng án tốt đợc sử dụng rộng rÃi thay hệ thống điều khiển PLC Vì thiết kế, điều khiển, giám sát lò nhiệt sử dụng thiết bị lập trình điều khiển PLC làm nâng cao suất, chất lợng dây truyền sản xuất Bia điều tất yếu Hớng phát triển đề tài Đề tài cho ta nắm khái quát hệ thống tự động, nhiên thực tế có nhiều cách điều khiển, giám sát khác tuỳ theo nhu cầu công nghệ mà ta thiết kế cho hợp lý Từ kiến thức tiếp thu đợc qua đề tài ta phát triển thành điều khiển, giám sát cho lò nhiệt hệ thống điều khiển công nghiệp khác có quy mô lớn rộng Phơng pháp thực Trong trình làm đồ án sử dụng phơng pháp sau: Phơng pháp nghiên cứu lý luận Phơng pháp nghiên cứu thực tiễn Phơng pháp thống kê toán học Phơng pháp chuyên gia Phơng pháp thực nghiệm Tuy nhiên, PLC lĩnh vực sinh viên ngồi ghế nhà trờng nh thời gian nghiên cứu tơng đối ngắn, nên đợc thầy giáo hớng dẫn tận tình nỗ lực thân nhng tránh khỏi sai sót Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Trần Hiếu thầy môn đà tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành đề tài Sinh viên thực Phạm ThÞ H»ng 93 94 95 96 97 4.2 ThiÕt kÕ giao diện điều khiển sử dụng phần mềm WinCC 4.2.1 Giao diƯn ®iỊu khiĨn hƯ thèng a) Giao diƯn khëi ®éng hƯ thèng Text_Field Butt on_2 Button_4 H×nh 4.5: Giao diƯn khëi ®éng hƯ thèng Button_2: Ta lÊy Button tõ Tools sau nháy đúp chuột trái xuất cửa sổ Hình 4.6: Đặt tên cho Button_2 98 Khi kích vào Start chọn đến hình nh sau: Hình 4.7: Chọn hình nhấn nút Start Button_4: Ta lấy Button từ Tools sau nháy đúp chuột trái xuất cửa sổ Hình 4.8: Đặt tên cho Button_4 Khi kích vào Exít thoát khỏi chơng trình nh sau: Hình 4.9: Thoát khỏi hình nhấn nút Exit Text_Field: Ta lÊy Text Field tõ Tools sau ®ã nháy đúp chuột trái xuất cửa sổ, viết tên vào cửa sổ Text 99 Hình 4.10: Viết chữ vào Text Field Các Text khác tạo tơng tự b) Giao diện điều khiển hoạt động hệ thống Hình 4.11: Giao diện điều khiển hệ thống 4.2.2 Xây dựng chơng trình liên kết WinCC PLC a) Giới thiệu chức Switch Muốn bật nguồn ta gạt switch lên ON, tắt nguồn gạt switch xuống OFF Hệ thèng cã thĨ ®iỊu khiĨn ë chÕ ®é b»ng tay tự động MAN: Bằng tay 100 AUT: Tự động Các Switch để mở đóng cho van V8, V9, V10, V11, V12 Đóng, cắt động cho động bơm dịch gạo sang khâu trộn Ngoài van đặt đèn báo, để báo trạng thái van mở hay đóng L1: C¶m biÕn møc cao, L2: C¶m biÕn møc thÊp L3: Cảm biến nhiệt độ, M2 : Động khuấy b) Cách kết nối WinCC PLC Gía trị nhiệt độ lấy từ cảm biến nhiệt độ PT100, nháy đúp chuột vào đối tợng viết tên vào Tag, chọn kiểu Mode Hình 4.12: Đặt tên vào Tag, chọn kiểu Mode cho cảm biến nhiệt độ PT100 Tạo Tag cho cảm biến nhiệt 101 Hình 4.13: Tạo Tag cho cảm biến nhiệt Nhiệt độ đặt ngỡng dới, nháy đúp chuột vào đối tợng xuất cửa sổ: Hình 4.14: : Đặt tên vào Tag, chọn kiểu Mode cho nhiệt độ đặt ngỡng dới Tạo Tag cho nhiệt độ đặt ngỡng dới Hình 4.15: Tạo Tag cho nhiệt độ đặt ngỡng dới 102 Nhiệt độ đặt ngỡng trên, nháy đúp chuột vào đối tợng xuất cửa sổ: Hình 4.16: Đặt tên vào Tag, chọn kiểu Mode cho nhiệt độ đặt ngỡng Tạo Tag cho nhiệt độ đặt ngỡng Hình 4.17: Tạo Tag cho nhiệt độ đặt ngỡng Thời gian đặt Nháy đúp chuột vào đối tợng viết tên vào Tag, chọn kiểu Mode Thời gian đếm thời gian đặt V12 đóng 103 Nháy đúp chuột vào đối tợng viết tên vào Tag, chọn kiểu Mode Hình 4.18: Đặt tên vào Tag, chọn kiểu Mode cho Timer Tạo Tag cho Timer Hình 4.19: Tạo Tag cho Timer Nháy đúp chuột vào đối tợng viết tên vào Text OFF Hình 4.20: Đặt tên cho Button_6 Nháy đúp chuột vào đối tợng viết tên vào Text OFF 104 Hình 4.21: Đặt tên cho Button_6 Một cách tơng tự ta tạo Tag thông số cho On_off_motor, On_off_van_8, On_off_van_9, On_off_van_10, On_off_van_11, On_off_van_12, VAN8, VAN9, VAN10, VAN11,VAN12 Nguyªn lý hoạt động điều khiển ổn định nhiệt độ tank nấu gạo nh sau: Ban đầu ta bật công tắc cÊp ngn cho hƯ thèng, sau ®ã chän chÕ ®é làm việc Nhiệt độ từ cảm biến nhiệt PT100 đợc hiển thị PV Ta tiến hành đặt nhiệt độ ngỡng dới(SP MIN) ngỡng (SP MAX) Nếu nhiệt độ cảm biến nhỏ ngỡng dới lớn ngỡng đóng V12.Ngợc lại mở V12 Khi V12 đóng S_TIMER bắt đầu đếm thời gian từ giá trị đặt H_TMER xuống giá trị 0, ta mở V10 (đèn báo V10 mở) cho dịch gạo sang khâu trộn nhờ bơm M3 4.3 Thử nghiệm hệ thống điều khiển, giám sát Sau thiết kế xong hệ thống điều khiển, giám sát cho lò nhiệt nhà máy Bia mô pháng b»ng phÇn mỊn giao diƯn WinCC em thÊy hƯ thống làm việc bình thờng ổn định theo yêu cầu công nghệ 105 Kết luận -Sau tháng nghiên cứu thực đồ án, với giúp đỡ thầy giáo, cô giáo môn đặc biệt dới hớng dẫn bảo tận tình thầy giáo Trần Hiếu với nỗ lực thân đến em đà hoàn thành đầy đủ công việc mà đồ án tốt nghiệp yêu cầu Trong trình thực em đà tích luỹ đợc số kiến thức để nhanh chóng nắm bắt đợc việc điều khiển, giám sát cho lò nhiệt nhà máy Bia để đáp ứng tính liên tục quy trình sản xuất bia phù hợp với thực tế Mặc dù thân em đà cố gắng, nhng trình thực gặp nhiều khó khăn, nội dung đồ án thiếu sót Vì em mong nhận đợc bảo thầy, cô bạn để đồ án đợc hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Nam Định, Ngày 15 tháng năm 2009 Sinh viên thực Phạm Thị Hằng 106 Tài liệu tham khảo [1] Tự động hoá với Simatic S7-300, Nguyễn DoÃn Phớc, Phan Xuân Minh, Vũ Vân Hà, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 2006 [2] Tự động điều khiển trình công nghệ, Trần DoÃn Tiến, Nhà xuất Giáo Dục, 1998 [3] Điểu khiển logic lập trình PLC, Tăng Văn Minh, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 2004 [4] Website: http://www.google.com.vn/ [5] Website: http://www.virtualmc.com/ [6] Website: http://www.ebook.com.vn/ ... bé Ví dơ: Sè nguyªn 32 bits 45 *) Víi sè thùc a- So s¸nh b»ng b- So s¸nh kh¸c VÝ dơ: c-So sánh lớn d- So sánh lớn Ví dụ: e- So sánh lớn Ví dụ: f- So sánh bé 46 2.4.3 Các lệnh toán học *) Với... sè thùc a- LÖnh céng sè thùc b- LÖnh trõ sè thùc VÝ dơ: c- LƯnh nh©n sè thùc d- LƯnh chia sè thùc VÝ dơ: 2.4.4 LƯnh ®ỉi kiĨu liệu *) Các lệnh chuyển: a-Số BCD số nguyªn 16 bits VÝ dơ: b-Sè BCD... sè nguyªn 32 bits 48 c-Sè nguyªn 16 bits → BCD d- Sè nguyªn 32 bits → BCD VÝ dơ: e- Sè nguyªn 16 bits → sè nguyªn 32 bits VÝ dơ: f- Sè nguyªn 32 bits → sè thùc VÝ dơ: g- Lệnh làm tròn số (số