Truyền thông giữa PLC S7300 của Siemens theo tiêu chuẩn Ethernet và ứng dụng vào quy trình pha chế và đóng lon sản phẩm.Thiết kế mô phỏng các công đoạn trong quy trình sản xuất.Lập trình điều khiển cho từng công đoạn.Hiển thị các thông số của hệ thống về thời gian, năng suất,...Cảnh báo và giám sát hệ thống thông qua SCADA. Bao gồm: các file tài liệu tham khảo, powerpoint báo cáo, code PLC, code winCC
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CHẤT LƯỢNG CAO BỘ MÔN ĐIỆN CỘNG NGHIỆP ĐỔ ÁN MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG LON GVHD: Tạ Văn Phương SVTH: Thái An Hưng – 16141040 Lê Thanh Phương – 16142184 Lớp: 16142CL4 Thành phố Hồ Chí Minh – tháng năm 2019 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên: Thái An Hưng MSSV 16142223 Lê Thanh Phương MSSV 16142184 Ngành: Điện – Điện Tư Tên đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT VÀ ĐĨNG LON NHẬN XÉT Về nợi dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đánh giá: Điểm: (bằng chữ) Giáo viên hướng dẫn MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Đặt vấn đề Mục tiêu đề tài Nội dung đề tài .1 Giới hạn đề tài Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài CHƯƠNG 2: CHỌN THIẾT BỊ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM .3 Giới thiệu về S7-300 phần mềm lập trình Thiết bị CPU315 – 2DP 3 Thiết bị cấp nguồn PS S7 – 307 4 Thiết bị Digital Input 5 Thiết bị Digital Output .6 Thiết bị Analog Input .6 Thiết bị Analog Output .7 Máy bơm công nghiệp Pentax CM32-160c (3 thiết bị) Động Siemens 1LE1001-0DA22-2FB4 10 Biến tần Siemens SINAMICS G120C 11 Các thiết bị phần cứng khác: 11.1 Nút nhấn nhả Schneider XA2EW33B1 (4 thiết bị) 11.2 Các loại cảm biến: 11.3 LS GMC-6M Contactors (3 thiết bị) 11 11.4 Van điện từ nước UNID UW-35 & UW-50 (4 thiết bị) .11 11.5 Van điện từ khí nén AirTAC 2/2 way & 5/2 way (3 thiết bị) .11 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 12 3.1 Sơ đồ khối hệ thống .12 3.2 Ngun lí hoạt đợng hệ thống .12 3.3 Sơ đồ kết nối chi tiết hệ thống .13 CHƯƠNG 4: GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 14 4.1 Giải thuật điều khiển 14 4.1.1 Lưu đồ giải thuật 14 4.1.2 Cài đặt biến tần Siemens SINAMICS G120C .16 4.2 Chương trình điều khiển .24 CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 25 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Đặt vấn đề - Với nhu cầu ngày phát triển xã hội làm cho nhịp sống trở nên vội vã Mỗi người muốn dành nhiều thời gian cho công việc thay vì cuộc sống cá nhân Vì vậy, mọi người hầu hết đều chọn ăn nhanh hay thức uống đóng lon để tiết kiệm thời gian có thể Do đó, sản phẩm đóng lon ngày được sản xuất nhiều – cà phê đóng lon khơng ngoại lệ Chính vì thế, tụi em chọn đề tài “Điều khiển giám sát hệ thống pha chế đóng lon cà phê” Mục tiêu đề tài - Truyền thông PLC S7-300 Siemens theo tiêu chuẩn Ethernet ứng dụng vào quy trình pha chế đóng lon sản phẩm Thiết kế mô công đoạn quy trình sản xuất Lập trình điều khiển cho từng công đoạn Hiển thị thông số hệ thống về thời gian, suất, Cảnh báo giám sát hệ thống thông qua SCADA Sao lưu lại liệu phần mềm sở liệu SQL (dự định phát triển) Nội dung đề tài - Đề tài “Điều khiển giám sát hệ thống pha chế đóng lon cà phê” Chương 1: Tổng quan về đề tài – Trình bày giới thiệu về đề tài nghiên cứu liên quan đến đề tài Chương 2: Chọn thiết bị – Trình bày nêu thiết bị phần cứng phần mềm được chọn cho đề tài (bao gồm Datasheet & Catalogue cho từng thiết bị) Chương 3: Thiết kế hệ thống – Trình bày sơ đồ kết nối chi tiết phần cứng, sơ đồ khối nguyên lí hoạt đợng hệ thống Chương 4: Giải tḥt chương trình điều khiển Chương 5: Kết quả hướng phát triển – Trình bày về khó khăn trình hoàn thiện đề tài dự kiến để phát triển Giới hạn đề tài - - Quá trình sản xuất pha chế đóng lon cà phê một chuỗi nhiều công đoạn kết hợp lại với Do hệ thống lớn nên nhóm em xin chọn công đoạn gần cuối hệ thống pha chế loại cà phê sau thành phần qua chế biến q trình đóng lon để thực hiện đề tài Ngồi ra, vì sự giới hạn phần cứng nên thiết bị vào, cảm biến nhiệt, cảm biến mực nước, áp suất, van điều khiển đèn… nên nhóm em dừng lại việc mô 1|Page Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Sau hồn thành đề tài, tụi em có thể hiểu về PLC S7-300 Siemens, thiết bị ngoại vi có thể ứng dụng đề tài vào hệ thống dây chuyền sản xuất tự động 2|Page CHƯƠNG 2: CHỌN THIẾT BỊ PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM Giới thiệu S7-300 phần mềm lập trình - PLC S7-300 thiết kế điều khiển logic khả cỡ trung bình - Thiết kế dựa tính chất PLC S7-200 bổ sung thêm tính - Kết cấu theo kiểu module sắp xếp rack Ứng dụng: sản xuất công nghiệp dân dụng CPU S7-300 - Chứa bộ vi xư lý, hệ điều hành, bộ định thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông RS485 ngõ vào/ra - PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác như: CPU312, CPU314, CPU315, - Với CPU có hai cổng truyền thơng, cổng thứ hai có chức phục vụ việc nối mạng phân tán Các loại CPU được phân biệt với CPU khác với cụm từ DP Các module mở rộng: - Power Supply (PS): module nguồn ni, có loại 2A, 5A, 10A - Signal Module (SM): module tín hiệu vào số, tương tự - Interface Module (IM): module ghép nối thành phần mở rợng lại với Mợt CPU có thể làm việc nhiều rack, rack tối đa module mở rộng - Funtion Module (FM): module chức điều khiển riêng, ví dụ điều khiển đợng bước, điều khiển PID, - Communication Processor (CP): module phục vụ truyền thông bộ PLC với PLC với máy tính Kết nới – truyền thơng: - PLC S7-300 có thể kết nối với nhiều chuẩn mạng khác nhau: Profibus, Can, DeviceNet, Asi Ngôn ngữ lập trình: - PLC S7-300 được lập trình qua ngôn ngữ như: Step7 (LAD/FBD/STL), SCL, GRAPH, HiGrap + LAD: phương pháp hình thang, thích hợp với người quen thiết kế mạch điện tư logic + STL: phương pháp liệt kê, ngơn ngữ thơng thường máy tính + FBD: phương pháp hình khối, kiểu ngôn ngữ đồ hoạ dành cho người có thói quen thiết kế mạch điều khiển số + SCL: có cấu trúc gần giống với ngôn ngữ STL được phát triển nhiều Phần mềm lập trình mô phỏng: - SIMATIC Step7 v5.5 - SIMATIC WinCC v7 Thiết bị CPU315 – 2DP - Mã số: 6ES7315-2AH14-0AB0 - Link thiết bị: https://mall.industry.siemens.com/mall/en/WW/Catalog/Product/6ES73152AH14-0AB0 - Nguồn cung cấp: Datasheet (1/10) 3|Page - Dòng cung cấp cho CPU: Datasheet (2/10) - Inrush current 3.5A - Bộ nhớ CPU: Datasheet (2/10) - Phần mềm CPU: Datasheet (1/10) & Datasheet (9/10) Thiết bị cấp nguồn PS S7 – 307 - Mã số: 6ES7307-1KA02-0AA0 - Link thiết bị: https://mall.industry.siemens.com/mall/en/WW/Catalog/Product/6ES73071KA02-0AA0 - Input: Datasheet (1/4) 4|Page - Ouput: Datasheet (2/4) - Sơ đồ kết nối Thiết bị Digital Input - Mã số: 6ES7321-1BH02-0AA0 - Link thiết bị: https://mall.industry.siemens.com/mall/en/WW/Catalog/Product/6ES73211BH02-0AA0 - Nguồn cung cấp số ngõ Input: Datasheet (1/4) 5|Page - Sơ đồ kết nối: https://cache.industry.siemens.com/dl/files/629/8859629/att_55794/v1/s7300_module_data_ (76/648) Thiết bị Digital Output - Mã số: 6ES7322-1BH01-0AA0 - Link thiết bị: https://mall.industry.siemens.com/mall/en/WW/Catalog/Product/6ES7322manual_en-US_en-US.pdf 1BH01-0AA0 - Nguồn cung cấp số ngõ Output: Datasheet (1/3) - Sơ đồ kết nối: https://cache.industry.siemens.com/dl/files/629/8859629/att_55794/v1/s7300_module_data_ manual_en-US_en-US.pdf (143/648) Thiết bị Analog Input - Mã số: 6ES7331-7KF02-0AB0 - Link thiết bị: https://mall.industry.siemens.com/mall/en/WW/Catalog/Product/6ES73317KF02-0AB0 - Nguồn cung cấp số ngõ AI: Datasheet (1/4) 6|Page - Dãy thông số hỗ trợ đầu vào: - Sơ đồ kết nối: https://cache.industry.siemens.com/dl/files/629/8859629/att_55794/v1/s7300_module_data_ manual_en-US_en-US.pdf (353/648) Thiết bị Analog Output - Mã số: 6ES7332-5HB01-0AB0 - Link thiết bị: https://mall.industry.siemens.com/mall/en/WW/Catalog/Product/6ES73325HB01-0AB0 - Nguồn cung cấp số ngõ AO: Datasheet (1/3) 7|Page - Link: https://drive.google.com/file/d/10JWhAKSOnsWmjhWPhwEVdoVSIZRYwdE2/view (Trang 24/54) - Bước 1: Chọn chế độ điều khiển V/f Vector Control cho động CTRL MOD (P1300) o Hiện nay, người ta hay sư dụng chế độ điều khiển Vector Control: SPD N EN (20) để điều khiển động hình - Bước 2: Ta chọn kiểu hiển thị EUR/USA (P100) - Các bước từ đến hình, ta khai báo thông số nhãn động lần lượt là: Điện áp, Dịng Điện, Cơng suất, Tốc độ - Bước 8: MOT ID P1900 – bước chọn chế độ nhận dạng động biền tần Có sự lựa chọn: o STIL ROT (nhận dạng tĩnh động) o STILL (nhận dạng tĩnh) o ROT (nhận dạng động) - Bước 9: Mac Par – chọn chế độ Marco theo nhu cầu điều khiển, sơ đồ đấu dây theo từng chế độ Marco phần catalog - Bước 10, 11, 12: Cài đặt lần lượt – Tốc độ nhỏ động cơ, Thời gian tăng tốc, Thời gian giảm tốc - Bước 13: FINISH – Kết thúc - Sau kết thúc, ta thoát lại hình ban đầu - Ta chọn tiếp EXTRAS, chọn RAM – ROM để lưu giá trị thông số đợng cài đặt trước vào biến tần - Kết thúc trình, ta khai báo thông số động cần điều khiển vào biến tần 4.1.2.2 Cài đặt các thông số, chế độ để điều khiển: 4.1.2.2.1 Cài đặt tần số định mức cho động cơ: - Ta khai báo tần số định mức 50Hz cho động cách - Ấn nút ESC => Dùng nút lên xuống => chọn CHANGING PARAMETER VALUES => EXPERT FILTER => Chọn thông số cần cài đặt 17 | P a g e - Link: https://drive.google.com/file/d/10JWhAKSOnsWmjhWPhwEVdoVSIZRYwdE2/view (Trang 24/54) - - Lý ta chọn EXPERT FILTER vì để có thể thấy được tất cả thơng số hình (EXPERT FILTER BOP-2 shows all parameters) Để có thể cài đặt tần số ta chọn thông số P0100, Chọn để tần số định mức – 50Hz Link: 30/54) - https://drive.google.com/file/d/10JWhAKSOnsWmjhWPhwEVdoVSIZRYwdE2/view (Trang Cách thay đổi thông số giá trị thông số: https://drive.google.com/file/d/10JWhAKSOnsWmjhWPhwEVdoVSIZRYwdE2/view (Trang 26/54) 4.1.2.2.2 Cài đặt chế độ điều khiển: 18 | P a g e - - - Vì nhóm cần điều khiển đợng thông qua ngõ AI, AO, DO biến tần sư dụng tích hiệu analog để giao tiếp với module AI, AO, DO bợ PLC nên nhóm chọn chế độ Marco 13 Ấn nút ESC => Dùng nút lên xuống => chọn SETUP => Dùng nút lên xuống => MacPar P15 => OK => Chọn Marco 13 Ta cài đặt thông số điều khiển tốc độ max cho động cơ: o Ấn nút ESC => Dùng nút lên xuống => chọn CHANGING PARAMETER VALUES => EXPERT FILTER => Chọn thông số cần cài đặt o Ta chọn thông số p1080 p1082 để khai báo dãy tốc độ động cơ: 4.1.2.2.3 Cài đặt các thông số ngõ vào cho phù hợp với các module: - Sơ đồ đấu dây biến tần Siemen G120C - Nhóm sư dụng Marco 13 nên chân được cần quan tâm là: o (3) AI 0+ ( V … 10 V, 0/4-20 mA … 20 mA) ; (4) AI – o (12) AO 0+ (0 V … 10 V, mA … 20 mA) ; (13) GND o (5) DI ; (69) DI COM1 (Reference potential for digital inputs 0,2 and 4) 19 | P a g e - Để biến tần module PLC có thể giao tiếp với nhau, ta cần thay đổi giá trị ngõ vào, biến tần sau cho phù hợp với module Một số lưu ý về cách thay đổi ngõ tín hiệu - Link: https://drive.google.com/file/d/10JWhAKSOnsWmjhWPhwEVdoVSIZRYwdE2/view (Trang 27-28/54) - Do thiết bị module AI, AO nhóm sư dụng dịng khác so với cặp chân AI, AO biến tần (xài áp) nên t cần chỉnh lại thông số chân Module AI PLC (6ES7331 – 7KF02 – AB0) - 20 | P a g e - Có kênh tín hiệu module AI: 2-wire 4-wire Theo sơ đồ kết nối phần cứng, kênh tín hiệu analog PLC kết nối với biến tần kênh CH4 CH5 https://drive.google.com/open?id=1Q-E1fFn5P3FOLXmj6Clj9iDUGrA_wHyy (355/648) - Ta tiến hành cài đặt chọn lựa thông số kênh phần Hardware phần mềm step7 cho phù hợp với ngõ vào biến tần 21 | P a g e - Ta chọn CH4 CH5 từ … 20 mA Ấn nút ESC => Dùng nút lên xuống => chọn CHANGING PARAMETER VALUES => EXPERT FILTER => Chọn thông số cần cài đặt Sau ta chọn thơng số p0776 để thay đổi ngõ AO + (12) biến tần https://drive.google.com/file/d/10JWhAKSOnsWmjhWPhwEVdoVSIZRYwdE2/view (Trang 32/54) - Ta chọn mức để ngõ AO + (12): mA … 20 mA Module AO PLC (6ES7332 – 5HB01 – 0AB0) 22 | P a g e https://drive.google.com/open?id=1Q-E1fFn5P3FOLXmj6Clj9iDUGrA_wHyy (Trang 470-471/648) - Ta cài đặt kênh CH0 CH1 với giá trị từ -10 … 10 V - Ấn nút ESC => Dùng nút lên xuống => chọn CHANGING PARAMETER VALUES => EXPERT FILTER => Chọn thông số cần cài đặt Ta chọn thông số p0756 để thay đổi ngõ vào AI + (3) biến tần - https://drive.google.com/file/d/10JWhAKSOnsWmjhWPhwEVdoVSIZRYwdE2/view (Trang 32/54) - Ta chọn mức để ngõ vào AI + (4): -10 … 10 V Mục tiêu: Điều khiển biến tần thay đổi công suất ngõ ra: - Chân OUT module DO PLC cho phép ON/OFF biến tần bắt đầu trình điều khiển động - PLC 315 – 2DP lệnh cho module AO xuất tín hiệu điện áp từ -10 … 10 V tương ứng với giá trị nguyên từ đến 27648 vào ngõ vào AI (3) biến tần siemen G120 - Ta điều khiển động theo tín hiệu dịng có tần số từ – 50Hz (Sau cài đặt giá trị giới hạn tốc độ) cho Motor xuất từ ngõ AO vào module AI PLC để giám sát 23 | P a g e 4.2 - Giám sát tốc độ động cơ: Module AI PLC nhận giá trị dòng từ … 20 mA tương ứng với giá trị nguyên từ đến 27648 ngõ AO biến tần siemen Chương trình điều khiển Nhóm lập trình khối FC1 FC2: o FC1: Chương trình điều khiển hệ thống 24 | P a g e 25 | P a g e 26 | P a g e o FC2: Các khối FC105, FC106 để đọc giá trị từ tin hiệu tương tự Analog 27 | P a g e 28 | P a g e 29 | P a g e 30 | P a g e CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết quả đạt - Phần cứng: + Đã lựa chọn được hầu hết thiết bị, nhiên cịn mợt thiết bị dùng để triết rót chưa tìm được catalog rõ ràng (vòi bơm khí) + Đã thiết kế vẽ được sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống - Phần mềm: + Đã lập trình điều khiển được hệ thống + Đã điều khiển giám sát được hệ thống thông qua MPI, mô phần mềm WINCC Step7 chưa áp dụng được PROFIBUS 5.2 Hướng phát triển - Sư dụng phần mềm cao TIA, Factory I/O, Starter để điều khiển giám sát hệ thống một cách cụ thể chi tiết - Tích hợp điều khiển giám sát theo PID 31 | P a g e ... MSSV 16142223 Lê Thanh Phương MSSV 16142184 Ngành: Điện – Điện Tư Tên đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG LON NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: ... bị) .11 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 12 3.1 Sơ đồ khối hệ thống .12 3.2 Ngun lí hoạt đợng hệ thống .12 3.3 Sơ đồ kết nối chi tiết hệ thống .13 CHƯƠNG... uống đóng lon để tiết kiệm thời gian có thể Do đó, sản phẩm đóng lon ngày được sản xuất nhiều – cà phê đóng lon khơng ngoại lệ Chính vì thế, tụi em chọn đề tài “Điều khiển giám sát hệ