thiết kế và thi công phần mềm điều khiển hệ thống kho xá nhà máy thức ăn chăn nuôi sử dụng nền tảng pcs7 siemens

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN -⸙∆⸙ - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG KHO XÁ NHÀ MÁY THỨC ĂN CHĂN NUÔI SỬ DỤNG NỀN TẢNG PCS7 SIEMENS GVHD:ThS Nguyễn Phong Lưu SVTH: Nguyễn Văn Tôn BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN -⸙∆⸙ - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG KHO XÁ NHÀ MÁY THỨC ĂN CHĂN NUÔI SỬ DỤNG NỀN TẢNG PCS7 SIEMENS GVHD:ThS Nguyễn Phong Lưu SVTH: Nguyễn Văn Tôn Mục lục LIỆT KÊ HÌNH VẼ LIỆT KÊ BẢNG TĨM TẮT Mục tiêu đề tài tìm hiểu sử dụng PLC Siemens dòng S7-400 để xây dựng nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi gia súc nói chung hệ thống kho xá nhà máy nói riêng Tìm hiểu hệ thống điều khiển phân tán DCS (Distributed control system) với số IO nhà máy lên tới 4000 I/O Viết chương trình cấu hình tảng PCS7 V8.2 Siemens sử dụng khối block CFC SFC sử dụng thư viện APL (Advanced Process Library) Thiết kế giao diện, giám sát điều khiển phần mềm WinCC qua trạm máy tính Chi tiết bao gồm thành phần cơng việc sau: • máy Tìm hiểu ngun lý hoạt động thông số hệ thống kho xá nhà • Tìm hiểu ngun lý hoạt động, viết chương trình, khai báo, cho CPU phần mềm PCS7 V8.2 • Đọc hiểu vẽ Process Flow Diagram từ liệt kê số thiết bị sử dụng thiết kế giao diện điều khiển • Biết cách sử dụng thiết bị như: biến tần (VFD), khởi động mềm (SS), cảm biến vị trí, nhiệt độ, báo đầy, … • Hiểu động lực học máy móc, cách tính chọn cơng suất motor,… • Lập trình CFC, SFC, giao diện SCADA phần mềm PCS7 WinCC để điều khiển giám sát hệ thống Từ kiến thức học kiến thức tìm hiểu được, sinh viên thực xong đề tài với nội dung: “Thiết kế thi công phần mềm điều khiển hệ thống kho xá nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi sử dụng tảng PCS7 Siemens” CHƯƠNG TỔNG QUAN Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện với bùng nổ khoa học công nghệ phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp người có xu hướng tự động hóa công việc Với nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi gia súc Việt Thắng Long An với suất thiết kế 600.000 tấn/ năm việc tự động hóa sản xuất 100% Để đạt suất thiết kế ban đầu trên, việc lưu trữ nguyên liệu để phục vụ sản xuất quan trọng Nguyên liệu khâu quan trọng phân đoạn sản xuất thứ Và nguyên liệu chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố giá cả, thời tiết, mùa, … Vì hệ thống kho xá hệ thống cần thiết nhà máy sản xuất thức ăn chăn ni gia súc Với tổng diện tích kho xá 15.000 , sức chứa lên tới 50.000 nguyên liệu Trong hệ thống kho xá trước đây, việc sử dụng nhà kho nơi chứa dùng xe tải để đổ ngun liệu vào không tận dụng tối đa sức chứa kho xá Ngoài việc hạn chế xe tiếp xúc nguyên liệu giúp nguyên liệu đảm bảo Với hệ thống kho xá nhà máy Việt Thắng, hệ thống tự động phân loại nguyên liệu di chuyển đến kho chứa nguyên liệu đó, từ giảm can thiệp người để giảm tránh sai xót nhầm lẫn nguyên liệu với Nguyên liệu đổ từ cao xuống từ tận dụng tối đa sức chứa nhà kho Hệ thống bao gồm 26 nhà kho riêng biệt từ lưu trữ lên tới 26 loại nguyên liệu khác Với việc nắm bắt thời giá cả, nhà máy nhập nguyên liệu lưu trữ để giảm chi phí sản xuất Đề tài “Thiết kế thi công phần mềm điều khiển hệ thống kho xá nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi sử dụng tảng PCS7 Siemens” đề tài hay với sinh viên ngành điều khiển tự động Yêu cầu sinh viên có kiến thức tự động hóa : điều khiển lập trình PLC, mạng truyền thơng cơng nghiệp, lý thuyết đo lường cảm biến Có kiến thức đọc vẽ autocad, động lực học máy móc,… BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.2 MỤC TIÊU Thực Thiết kế thi công phần mềm điều khiển hệ thống kho xá nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi sử dụng tảng PCS7 Siemens Có khả điều khiển vị trí lưu trữ tùy ý theo người vận hành Yêu cầu hệ thống điều khiển phải đơn giản cho người vận hành hoạt động yêu cầu ổn định Hệ thống viết chương trình tảng PCS7 Siemens với PLC S7400 CPU 410-5H đóng vai trò khối xử lý trung tâm Hiểu hiệu chỉnh khối thư viện PCS7 để đáp ứng nhu cầu điều khiển nhà máy Thiết kế giao diện WinCC cho giao diện với thực tế tốt 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Các nội dung thực đề tài: Chương 1: Tổng quan Chương trình bày vấn đề dẫn nhập lý chọn đề tài, mục tiêu giới hạn đề tài Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương trình bày sơ lược hệ thống kho xá, giới thiệu thành phần hệ thống DCS, giới thiệu phần mềm PCS7 Chương 3: Thiết kế hệ thống Chương trình bày sơ đồ khối, giới thiệu cụ thể linh kiện, thiết bị sử dụng hệ thống, nguyên lý hoạt động hệ thống Chương 4: Thi công hệ thống Chương trình bày bước thi cơng hệ thống hoàn chỉnh từ phần cứng tới phần mềm, kết sau thi cơng Trình bày lưu đồ giải thuật, cách lập trình Chương 5: Kết quả, nhận xét, đánh giá Chương trình bày kết đạt sau trình thực đề tài Chương 6: Kết luận hướng phát triển Chương trình bày đề tài thực cách bao quát nhất, tạo tiền đề để phát triển hệ thống tốt BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.4 GIỚI HẠN Một nhà máy sản xuất thức ăn chăn ni gia súc có nhiều phân đoạn khác Với việc hạn chế kiến thức thời gian, đề tài tập trung Thiết kế thi công phần mềm điều khiển hệ thống kho xá nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi sử dụng tảng PCS7 Siemens Các thơng số máy móc cảm biến tính tốn theo cơng thức học tìm hiểu, đối chiếu lại với thực tế lắp đặt nhà máy BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG KHO XÁ Hệ thống kho xá nhằm mục đích lưu trữ nguyên liệu nhằm phục vụ nhu cầu sản xuất Được xếp vào loại quan trọng nhà máy sản xuất thức ăn nguồn nguyên liệu bị cạn kiệt giá thành thay đổi thất thường Vì vậy, mua nguyên liệu lưu trữ kho Với nhà máy Việt Thắng với quy mơ kho xá có diện tích 15.000 , sức chứa lên tới 50.000 nguyên liệu Với hệ thống nhập nguyên liệu tự động này, tồn dây chuyển kho xá có tổng cộng đường vào (2 đường dành cho xe tải độ liệu, đường từ cầu cảng đổ trực tiếp vào) 26 kho để chứa nguyên liệu Mỗi kho đặt mã code riêng biệt để phân biệt quản lý Với kích thước kho 32x16x8 m, kho có cảm biến vị trí để nhận biết vị trí xác kho Mục đích thiết kế kho cảm biến để nguyên liệu đước rải vị trí hơn, rải nguyên liệu kho hình dạng sau dạng hình chóp đứng Vì vậy, cần phải rải nguyên liệu cho kho để người lái xe nâng dễ làm việc việc di chuyển nguyên liệu vào hố để di chuyển vào khu sản xuất Hình 1: Kho xá nhà máy Việt Thắng Long An BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG Bước 7: Xử lý bên external view SFC Hình 24: External View SFC Ở giúp tận dụng template Siemens để lập trình tối ưu Từ ta lấy bit để lập trình giao diện SCADA cho trực quan Hình 25: SFC Diagram for SIMATIC S7 (V8.2) BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG Trên SFC Diagram ta thấy, nút Cancel (Abort) nút Stop nút Abort ưu tiên Xét hệ thống chương trình stop phải ưu tiên hàng đầu  Nút Stop gắn vào chân Abort bên External View SFC  Nút Start gắn vào chân Start bên External View SFC  Nút Cleanse gắn vào chân Stop bên External View SFC Chân Reset SFC out logic cổng OR đầu vào Aborted, Stoppted Completed Hình 26: Chân Reset SFC Các output SFC, ta lấy bit để báo trạng thái hoạt động SFC nằm sequence  Run ta gắn vào nút Start SCADA (khi Run lên nút start sáng đèn hiển thị sequence Run )  Nút Cleanse SCADA cổng out OR logic ( Completing + Stopping) = Cleanse (Khi Or lên nút Cleanse sáng đèn hiển thị sequence Cleanse)  Aborting ta gắn vào nút Stop SCADA (khi Aborting lên nút Stop sáng đèn hiển thị Sequence Stop) BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN Chương KẾT QUẢ THỰC HIỆN 5.1 Kết việc chạy thử thiết bị Công việc chạy thử test thiết bị diễn khoảng ngày Hình 1: Kết testing thiết bị hệ thống kho xá Để tín hiệu đánh giá Pass Cần phải thỏa mãn điều kiện thiết bị DCS OK Có nghĩa thiết bị trả giá trị PLC có nhận hay khơng?, PLC có interlock hay chưa? Hay PLC xuất tín hiệu thiết bị có nhận hay khơng? Khi hệ thống thiết bị báo lỗi, người vận hành quan sát bảng ALARM (chức hỗ trợ phần mềm PCS7 Siemens), cho biết tín hiệu bị lỗi lỗi chỗ thuận lợi cho việc sửa chữa điều phối Hình 2: Alarm table từ PCS7 BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN  Nhận xét: • Việc đáp ứng xử lý chương trình 100% Sai xót tốn thời gian chủ yếu phân đoạn đấu nối Có nghĩa đấu dây nhầm địa chỉ, thiết bị hư hỏng,… 5.2 Kết Quả việc chạy Full Sequence SFC Hình 3: Kết chạy SFC hệ thống kho xá  Nhận xét: Đầu tiên phải chạy hệ thống tình trạng khơng tải Test hết tất trường hợp lỗi, cảm biến full,… Hệ thống nhìn chung đáp ứng nhanh, đặc biệt trường hợp xảy lỗi tắt toàn upstream Đảm bảo việc hạn chế hư hỏng thời gian sửa chữa cho nhà máy Các Sequence Run, Stop, Cleanse chạy ổn định Sau q trình chạy khơng tải ổn định Thì nhà máy nhập nguyên liệu chạy để nghiệm thu hệ thống Khi có liệu ta phải điều chỉnh số thông số hệ số nhiệt MCCB, thời gian đáp ứng Speed Detector cho phù hợp với trình thực tế Sau số hình ảnh kho xá nhập nguyên liệu: BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN Hình 4: Băng tải truyền bắp vào kho xá BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN Hình 5: Bắp rơi vào Discharge Car Hình 6: Nguyên liệu sau chạy thử hệ thống BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN 5.3 Đánh giá chung Việc làm quen với phần mềm PCS7 giai đoạn đầu tương đối khó khăn nhiều thời gian Sau làm quen việc sử dụng phần mềm PCS7 lập trình tối ưu PCS7 phù hợp lập trình hệ thống lớn, phức tạp Giúp tiết kiệm nhiều thời gian lập trình, đồng thời giúp xử lý kiểm sốt chương trình cách hệ thống BỘ MƠN ĐIỆN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Sau trình tìm hiểu thi công phần mềm điều khiển hệ thống kho xá nhà máy Việt Thắng Long An, với mục tiêu đề ban đầu hoàn thành tốt Hệ thống kho xá đáp ứng nhanh, ổn định, xử lý lỗi hồn tồn nhanh chóng Giao diện giống với thực tế Sinh viên ứng dụng kiến thức, sử dụng phương pháp nguyên lý để lập trình hệ thống khác Nhìn chung nhận hài lòng bên nhà máy, phản hồi tích cực sau sử dụng hệ thống kho xá  Về tìm hiểu lý thuyết - Đã hiểu hệ thống DCS, sơ đồ tổng quan làm nhà máy Được tiếp cận công nghệ đại với dịng PLC S7-400 CPU 410-5H lập trình tảng PCS7 Siemens - Nắm cách thức hoạt động cảm biến hệ thống, cách đọc file flow chart để thiết kế giao diện SCADA Đặc biệt cách thức sử dụng phần mềm PCS7, nắm phần mềm PCS7 cách thiết lập hệ thống, lập trình, download xử lý lỗi,…  Về phần cứng - Tuy không thiết kế chọn linh kiện, động cơ, khung tìm hiểu nắm phần cứng hệ thống kho xá - Kết cấu mô hình chắn, đảm bảo yếu tố an tồn thẩm mỹ - Cụ thể kết phần cứng dẫn chứng hình ảnh Đã hiểu PCS7 lại hỗ trợ hai loại lập trình CFC SFC, nhìn chung chất SFC xây dựng dựa cốt lõi CFC Siemens muốn giúp người lập trình dễ dàng việc lập trình hệ thống đồng thời việc kiểm sốt chương trình Việc lập trình hệ thống hồn tồn làm độc lập CFC khó quan sát chương trình chạy đến giai đoạn xử lý Có cơng việc cần điều khiển 2,3 motor van tiết kiệm vùng nhớ PLC cách lập trình thẳng CFC 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Đối với hệ thống kho xá, nhận thấy hướng phát triển khả thi sau: BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN - Thử lập trình SFC type thay SFC chart để so sánh hai - kiểu lập trình khác Sử dụng cảm biến full cảm biến siêu âm camera hồng ngoại gắn đầu băng tải rải liệu để đo khoảng cách từ đỉnh đến đất Lúc chương trình tính tốn khoảng cách tự báo full đạt khoảng cách tính tốn Hiện tín hiệu full dựa vào người bấm, hệ thống chưa - tối ưu tự động 100% Thiết kế tripper belt kho xá Theo nhà sản xuất tripper car tripper car có sử dụng van ngã để thay đổi hướng đổ nguyên liệu sang hai bên Việc đổ nguyên liệu sang hai bên giúp cho nguyên liệu đổ thay đổ bên hệ thống có Hình 1: Tripper Car van ngã BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Siemens (2015) Process Control System PCS7 CFC For SIMATIC S7 (V8.2) [2] Siemens (2015) Process Control System PCS7 SFC For SIMATIC S7 (V8.2) [3] Siemens (2016) Process Control System PCS7 Advanced Process Library (V8.2 SP1) [4] Lý Thanh Phương, Trần Nguyên Bảo (2014) Giới Thiệu Hệ Thống Điều Khiển Phân Tán PCS7 Tạp chí khoa học trường đại học Cần Thơ [5].BechTel Chain Conveyor Calculations, https://www.bechtelwuppertal.com/en/conveyor-chains/chain-conveyor-calculations/, xem 30/6/2019 BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN PHỤ LỤC PHỤ LỤC bảng vẽ mạch động lực, điều khiển số motor 1.1 Tải khởi động trực tiếp (DOL) 1.2) Tải khởi động Sao/ Tam giác (S/D) BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN PHỤ LỤC 1.3) Tải khởi động sử dụng biến tần (VFD) 1.4) Tải khởi động sử dụng Soft-starter (SS) BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN PHỤ LỤC 1.5) Xuất file report để phục vụ đấu nối vô card DI, DO, AI, AO PLC Bảng vẽ cảm biến, Handswitch, valve (field instruments) 2.1 Bảng vẽ card BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN PHỤ LỤC 2.2 Bảng vẽ đấu nối thiết bị 2.3) Xuất report để đấu nối BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN PHỤ LỤC IO list thiết bị 3.1) IO list RIOMCC 3.2) IO list RIOBOX BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ... Thực Thi? ??t kế thi công phần mềm điều khiển hệ thống kho xá nhà máy sản xuất thức ăn chăn ni sử dụng tảng PCS7 Siemens Có khả điều khiển vị trí lưu trữ tùy ý theo người vận hành Yêu cầu hệ thống điều. .. MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN -⸙∆⸙ - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THI? ??T KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG KHO XÁ NHÀ MÁY THỨC ĂN CHĂN NUÔI SỬ DỤNG NỀN TẢNG... phí sản xuất Đề tài ? ?Thi? ??t kế thi công phần mềm điều khiển hệ thống kho xá nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi sử dụng tảng PCS7 Siemens? ?? đề tài hay với sinh viên ngành điều khiển tự động Yêu cầu