thiết kế hệ thống bồn trộn hóa chất

Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, sự đa dạng của các linh kiện điện tử số, các thiết bị điều khiển tự động, các công nghệ cũ đang dần dần đƣợc thay thế bằng các công nghệ hiện đại. Các thiết bị công nghệ tiên tiến với hệ thống điều khiển lập trình vi điều khiển, hệ thống tự động điều khiển, vi xử lý, PLC… các thiết bị điều khiển từ xa… đang đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, các dây chuyền sản xuất.

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG CƠ SỞ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ  BÁO CÁO ĐỒ ÁN Môn học: ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG SỐ Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG BỒN TRỘN HÓA CHẤT BẰNG S7 1200 GVHD: Th.S Phạm Thị Đan Ngọc SVTH: Nguyễn Anh Thảo MSSV: N16DCDT090 TP.HCM, Ngày Tháng Năm 2020 1 LỜI CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan cơng trình nghiên cứu em Các số liệu sử dụng phân tích đồ án có nguồn gốc rõ ràng, công bố theo quy định Các kết nghiên cứu đồ án em tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan phù hợp với thực tiễn Việt Nam Các kết chưa công bố nghiên cứu khác TP Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 05 năm 2020 2 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, cho phép em gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy, Cô giáo thuộc Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng tận tình giảng dậy, truyền đạt kiến thức quý báu cho em thời gian học tập Học viện Xin chân thành cảm ơn cô giáo, ThS.Phạm Thị Đan Ngọc – giảng viên khoa Kỹ thuật điện tử 2, Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng sở TP.HCM giành nhiều thời gian hướng dẫn, giúp đỡ em trình nghiên cứu thực nghiên cứu Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn động viên, tạo điều kiện cho chúng tơi góp ý chân thành để em hồn thành nghiên cứu TP Hồ Chí Minh, Ngày Tháng Sinh viên thực Năm 2020 Nhận xét giảng viên 3 MỤC LỤC 4 LỜI MỞ ĐẦU Hiện cơng cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước yêu cầu tự động hóa ngày cao đời sống sinh hoạt sản xuất ( yêu cầu điều khiển tự động linh hoạt tiện lợi, gọn nhẹ ) Mặt khác nhờ công nghệ thông tin công nghệ điện tử phát triển nhanh chóng làm xuất thiết bị điều khiển khả trình PLC Dây truyền sản xuất tự động PLC giảm sức lao động công nhân mà lại đạt hiệu cao đáp ứng kịp thời cho nhu cầu đời sống Qua đồ án em xin giới thiệu ứng dụng PLC công nghệ chế tạo bồn trộn hố chất Trong thực tế PLC sử dụng nhiều hãng phần mềm sản xuất siemems, omron, goldstar, tùy thuộc vào đối tượng tiềm lực công ty mà lựa chọn công nghệ hãng Qua năm học trường Học Viện Công nghệ Bưu Chính Viễn Thơng Cơ Sở Tại TPHCM em lựa chọn đề tài “thiết kế hệ thống bồn trộn hóa chất S7 1200” Do thạc sỹ Phạm Thị Đan Ngọc hướng dẫn Nội dung đồ án gồm chương: Chương 1: tổng quan PLC Chương 2: cấu trúc TIA Portal Chương 3: thiết kế hệ thống bơm trộn hóa chất Chương 4: thực mơ Trong q trình thực cịn găp nhiều khó khăn tài liệu tham khảo cho vấn đề cịn hạn hẹp Mặc dù cố gắng khả năng, thời gian có hạn, kinh nghiệm chưa nhiều nên khơng thể tránh sai sót q trình làm mong đượcc đóng góp ý kiến bổ xung thầy cô giáo bạn để đồ án hoàn thành tốt Em xin chân thành cảm ơn! Tp.HCM, Ngày Tháng Năm 2020 Sinh viên Nguyễn Anh Thảo 5 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PLC 1.1 KHÁI NIỆM VỀ PLC Trong công nghiệp u cầu tự động hóa ngày tăng, địi hỏi kỹ thuật điều khiển phải đáp ứng yều cầu Để giải nhiệm vụ điều khiển ta thực hai cách: thực rơle, khởi động từ … thực chương trình nhớ Hệ điều khiển rơle hệ điều khiển lập trình có nhớ khác phần xử lý: thay dung rơle, tiếp điểm dây nối phương pháp lập trình có nhớ chúng thay mạch điện tử Như thiết bị PLC làm nhiệm vụ thay phần mạch điện điều khiển khâu xử lý liệu Nhiệm vụ sơ đồ mạch điều khiển đƣợc xác định số hữu hạn bước thực gọi tiến trình điều khiển, tiến trình lưu vào nhớ nên gọi “ điều khiển lập trình có nhớ ” 1.2 CẤU TRÚC CHUNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÙNG PLC PLC nhiều hãng chế tạo, hãng có nhiều họ khác nhau, có nhiều phiên ( version ) họ , chúng khác tính giá thành, phù hợp với mức độ toán đơn giản hay phức tạp Ngồi cịn có ghép nối mở rộng cho phép liên kết nhiều PLC nhỏ ( thành mạng PLC ) để thực chức phức tạp, hay giao tiếp với máy tính để tạo thành mạng tích hợp, thực việc theo dõi, kiểm tra, điều khiển trình cơng nghệ phức tạp hay tồn phân xưởng sản xuất Mặc dù vậy, hệ thống điều khiển dùng loại PLC có cấu trúc hình 2.1 6 Hình 2.1 cấu trúc chung hệ thống điều khiển dùng PLC Chương trình PLC thường có cấu trúc, gồm có chương trình ( main program ), chương trình ( subroutine ) chương trình ngắt ( interrupt ) Nhờ cấu trúc chương trình trở nên dễ đọc rõ ràng Chương trình PLC thực thi theo chu kỳ quét liên tục Chương trình PLC thực thi phần trình lặp lại: chu kỳ quét Chu kỳ quét PLC bắt đầu với việc CPU đọc trạng thái ngõ vào Chương trình ứng dụng thực sử dụng trạng thái đầu vào Khi chương trình thực xong CPU bắt đầu q trình tự chẩn đốn tác vụ giao tiếp Chu kỳ quét kết thúc việc cập nhật ngõ ra, sau lại lặp lại từ đầu Thời gian thực chu kỳ quét phụ thuộc vào kích thước chương trình, số lượng ngõ vào/ra cần giám sát PLC vào số lượng yêu cầu giao tiếp 7 Hình 2.2: chu kỳ ( vòng ) quét PLC 1.2.1 Vai trò PLC PLC xem trái tim hệ thống điều khiển đơn lẻ với chương trình điều khiển chứa nhớ PLC, PC thường xuyên kiểm tra trạng thái hệ thống thông qua tín hiệu hồi tiếp từ thiết bị nhập để từ đưa tín hiệu điều khiển tương ứng với thiết bị xuất PLC sử dụng cho yêu cầu điều khiển dơn giản đƣợc lập lập lại theo chu kỳ, liên kết với máy tính chủ khác máy tính chủ thông qua kiểu hệ thống mạng truyền thông để thực trình xử lý phức tạp Tín hiệu vào: mức độ thơng minh hệ thống điều khiển phụ thuộc chủ yếu vào khả PLC để đọc liệu khác từ cảm biến thiết bị nhập băng tay Tiêu biểu cho thiết bị nhập tay như: nút ấn,bàn phím chuyển mạch Mặt khác để đo, kiểm tra chuyển động, áp suất lưu lượng chất lỏng… PLC phải nhận tín hiệu từ cảm biến Ví dụ: tiếp điểm hành trình, cảm biến quang điện…tín hiệu đưa vào PLC tín hiệu số (Digital) tín hiệu tương tự (Analog) tín hiệu giao tiếp với PLC thông qua modul nhận tín hiệu vào khác khác DI (vào số) AI (vào tương tự)… 1.2.2 Ưu điểm Sự đời hệ điều khiển PLC làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển quan niệm thiết kế chúng, hệ điều khiển dùng PLC có nhiều ưu điểm sau: - Giảm 80% số lượng dây nối Công suất tiêu thụ PLC thấp Có chức tự chuẩn đốn giúp cho cơng tác sửa chữa nhanh chóng - dễ dàng Chức điều khiển thay đổi dễ dàng băng thiết bị lập trình (máy tính, hình) mà khơng cần thay đổi phần cứng khơng có yêu cầu thêm bớt - thiết bị xuất nhập Số lượng Rơle Timer nhiều so với hệ cổ điển Số lượng tiếp điểm chương trình sử dụng khơng hạn chế Thời gian hồn thành chu trình điều khiển nhanh (vài ms) dẫn đến tăng cao trình sản xuất 8 - Chi phí lắp đặt thấp Độ tin cậy cao Chương trình điều khiển in giấy vài phút giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì sửa chữa hệ thống 1.2.3 Ứng dụng - Điều khiển hệ truyền động thủy lực Điều khiển hệ truyền động khí nén Điều khiển hệ truyền động điện Hệ thống nâng vận chuyển Các Robot lắp ráp điều khiển Điều khiển hệ thống đèn giao thông Công nghệ sản xuất giấy Dây chuyền xử lý hóa học Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn Quy trình thiết kế hệ điều khiển dùng PLC: Bao gồm bước sau: Xác định quy trình điều khiển : bƣớc cần phải biết đối tượng điều khiển PLC Các thay đổi đối tƣợng điều khiển kiểm tra thường xuyên thiết bị đầu vào, thiết bị gởi tín hiệu đến PLC để tính tốn xuất tín hiệu đến thiết bị đầu để điều khiển hoạt động đối tượng Xác định tín hiệu vào ra: bước cần xác định cách kết nối thiết bị đầu vào, với PLC Thiết bị vào tiếp điểm, cảm biến Thiết bị loại cuộn dây điện từ, đèn, … Soạn thảo chương trình: chương trình viết dạng LAD, STL, hay dạng FBD Nạp chương trình cho PLC Chạy chương trình : trước khởi động hệ thống cần kiểm tra nối dây từ PLC đến thiết bị ngoại vi trình chạy kiểm tra cần thực bước tinh chỉnh hệ thống để đảm bảo an toàn đưa vào hoạt động thực tế CHƯƠNG CẤU TRÚC TIA PORTAL 2.1 Giới thiệu SIMATIC STEP Basic – tích hợp lập trình PLC HMI Step basic hệ thống kỹ thuật đồng đảm bảo hoạt động liên tục hoàn hảo Một hệ thống kỹ thuật 9 Thơng minh trực quan cấu hình phần cứng kỹ thuật cấu hình mạng, lập trình, chẩn đốn nhiều Lợi ích với người dùng: - Trực quan : dễ dàng để tìm hiểu dễ dàng để hoạt động Hiệu : tốc độ kỹ thuật Chức bảo vệ : Kiến trúc phần mềm tạo thành sở ổn định cho đổi tương lai 2.2 Kết nối qua giao thức TCP/IP - Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay Laptop cần kết nối TCP/IP Để PC SIMATIC S7-1200 giao tiếp với nhau, điều quan trọng địa IP hai thiết bị phải phù hợp với 2.3 Cách tạo Project Bước 1: từ hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal V15.1 Bước 2: Click chuột vào Create new project để tạo dự án Bước 3: Nhập tên dự án vào Project name sau nhấn create 10 10 - Đổi tên địa tag : Rewire tag Copy tag từ thư viện Global 2.5 Làm việc với trạm PLC 2.5.1 Quy định địa IP cho CPU IP TOOL thay đổi IP address PLC S7-1200 cách Phương pháp thích hợp tự động xác định trạng thái địa IP : - Gán địa IP ban đầu : Nếu PLC S7-1200 khơng có địa IP, IP TOOL sử dụng chức thiết lập để cấp phát địa IP ban đầu cho - PLC S7-1200 Thay đổi địa IP : địa IP tồn tại, cơng cụ IP TOOL sửa đổi cấu hình phần cứng (HW config) PLC S7-1200 2.5.2 Đổ chương trình xuống CPU Đổ từ hình soạn thảo chương trình cách kích vào biểu tượng download cơng cụ hình Chọn cấu hình Type of the PG/PC interface PG/PC interface hình sau nhấn chọn load 15 15 Chọn start all hình finish 2.5.3 Giám sát thực chương trình 16 16 Để giám sát chương trình hình soạn thảo kích chọn Monitor cơng cụ Hoặc cách làm hình Sau chọn monitor chương trình soạn thảo xuất sau: 2.6 Kỹ thuật lập trình 2.6.1 Vịng qt chương trình PLC thực chương trình theo chu trình lặp Mỗi vịng lặp gọi vòng quét Mỗi vòng quét bắt đầu giai đoạn chuyển liệu từ cổng vào số tới vùng đệm ảo I, giai đoạn thực chương trình Trong vịng qt chương trình thực từ lệnh đến lệnh kết thúc khối OB1 17 17 Sau giai đoạn thực chương trình giai đoạn chuyển nội dụng đệm ảo Q tới cổng số Vòng quét kết thúc giai đoạn truyền thông nội kiểm tra lỗi Chú ý đệm I Q không liên quan tới cổng vào / tương tự nên lệnh truy nhập cổng tương tự thực trực tiếp với cổng vật lý không thông qua đệm 2.6.2 Cấu trúc lập trình 2.6.2.1 Khối tổ chức OB – OGANIZATION BLOCK - Organization blocks (OBs) : giao diện hoạt động hệ thống chương trình người dùng Chúng gọi hệ thống hoạt động, điều khiển theo - trình:  Xử lý chương trình theo trình  Báo động – kiểm sốt xử lý chương trình  Xử lý lỗi Startup oB, Cycle OB, Timing Error OB Diagnosis OB : chèn lập trình khối project Không cần phải gán thông số cho chúng không cần gọi chúng chương trình 18 18 - Process Alarm OB Time Interrupt OB : Các khối OB phải tham số hóa đưa vào chương trình Ngồi ra, q trình báo động OB gán cho kiện thời gian thực cách sủ dụng lệnh ATTACH, - tách biệt với lệnh DETACH Time Delay Interrupt OB : OB ngắt thời gian trễ đưa vào dự án lập trình Ngồi ra, chúng phải gọi chương trình với lệnh - SRT_DINT, tham số không cần thiết Start Information : Khi số OB bắt đầu, hệ điều hành đọc thông tin thẩm định chương trình người dùng, điều hữu ích cho việc chẩn đốn lỗi, cho dù thơng tin đọc cung cấp mô tả khối OB 2.6.2.2 Hàm chức – FUNCTION - Funtions (FCs) khối mã không cần nhớ Dữ liệu biến tạm thời bị sau FC xử lý Các khối liệu toàn cầu sử dụng để - lưu trữ liệu FC Functions sử dụng với mục đích  Trả lại giá trị cho hàm chức gọi  Thực công nghệ chức năng, ví dụ : điều khiển riêng với hoạt động nhị phân  Ngồi ra, FC gọi nhiều lần thời điểm khác chương trình Điều tạo điều kiện cho lập trình chức lập - lặp lại phức tạp FB (function block) : lần gọi, FB cần khu vực nhớ Khi FB gọi, Data Block (DB) gán với instance DB Dữ liệu Instance DB sau truy cập vào biến FB Các khu vực nhớ khác - gán cho FB gọi nhiều lần DB (data block) : DB thường để cung cấp nhớ cho biến liệu Có hai loại khối liệu DB : Global DBs nơi mà tất OB, FB FC đọc liệu lưu trữ, tự ghi liệu vào DB, instance DB gán cho FB định 19 19 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG BƠM VÀ TRỘN HÓA CHẤT 3.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động 3.1.1 Sơ đồ nguyên lý 3.1.2 Nguyên lý hoạt động - Đầu tiên chọn chế độ tự động hay tay - Khi ấn khởi động bơm P1 chạy, bơm lên vị trí LS1 tiếp tục bơm - Bơm P1 dừng đến cảm biến vị trí LS2, đồng thời bật bơm P2 - Khi bơm P2 gặp cảm biến LS3 dừng bật động trộn - Động trộn vòng phút tắt đồng thời mở van xả - Ấn stop dừng hệ thống - Ấn nút khẩn cấp thì dừng hệ thống đồng thời báo đèn cảnh báo với chu kỳ 5s lần 3.2 Lập trình LAD 3.2.1 Bảng định nghĩa chân PLC tag 20 20 Định nghĩa chân giá trị Input Định nghĩa chân giá trị Output Định nghĩa chân cho cảm biến Định nghĩa chân cho biến nhớ 21 21 3.2.2 Viết chương trình 22 22 23 23 24 24 CHƯƠNG THỰC HIỆN MÔ PHỎNG 4.1 Thực mô wincc 4.2 Thực mô PLCSIM 25 25 KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu đồ án, đến đề tài hoàn thành dự kiến chưa hẳn dạng quy mô lớn phần thể ý muốn em thực vận dụng kiến thức học Đồng thời thể tận tâm hướng dẫn truyền đạt kiến thức quý thầy cô nhà trường đặc biệt cô Thạc sỹ Phạm Thị Đan Ngọc hướng dẫn tận tình thời gian qua để giúp em hồn thành đồ án Vì thời gian có hạn nên đề tài khơng thể tránh khỏi thiếu xót kính mong góp ý thầy bạn sinh viên quan tâm 26 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO Hà Văn Trí, Giáo trình PLC (2008) NXB Khoa học kĩ thuật Lê Văn Doanh, Điện tử công suất, NXB Khoa học kĩ thuật Hà Nội 2007 Nguyễn Thị Lan Anh, Nguyễn Văn Chất, Vũ Quang Hồi, Trang bị điện Điện tử máy công nghiệp dùng chung (1996)_ Nhà xuất giáo dục Nguyễn Thế Công, Lê Văn Doanh, Trần Văn Trịnh Điện tử công suất: Lý thuyết – Thiết kế - Ứng dụng, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 2004 Lê Văn Doanh, Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Văn Hòa, Đào Văn Tân, Võ Thạch Sơn, Các cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2008 Diễn đàn điện tử Việt Nam Hãng Siemens, SIMATIC’s Manual 27 27 ... công nghệ hãng Qua năm học trường Học Viện Công nghệ Bưu Chính Viễn Thơng Cơ Sở Tại TPHCM em lựa chọn đề tài ? ?thiết kế hệ thống bồn trộn hóa chất S7 1200” Do thạc sỹ Phạm Thị Đan Ngọc hướng dẫn... đồ án gồm chương: Chương 1: tổng quan PLC Chương 2: cấu trúc TIA Portal Chương 3: thiết kế hệ thống bơm trộn hóa chất Chương 4: thực mơ Trong q trình thực cịn găp nhiều khó khăn tài liệu tham khảo... tiện cho vấn đề bảo trì sửa chữa hệ thống 1.2.3 Ứng dụng - Điều khiển hệ truyền động thủy lực Điều khiển hệ truyền động khí nén Điều khiển hệ truyền động điện Hệ thống nâng vận chuyển Các Robot