Ứng dụng PLC cho hệ thống tưới nước tự động

TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CƠNG TRÌNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG PLC CHO HỆ THỐNG TƢỚI NƢỚC TỰ ĐỘNG Giáo viên hƣớng dẫn: ThS Trần Kim Khuê Sinh viên thực : Phạm Văn Lọc Lớp : K58 – Cơ điện tử Mã sinh viên : 1351072800 Khóa : 2013 - 2017 Hà Nội – năm 2017 LỜI NÓI ĐẦU Với phát triển khoa học phát triển, hệ thống tự động ngày phát triển để thay công sức lao động người Hệ thống tưới nước phần quan trọng tự động hóa sản xuất nơng nghiệp Thay phải điều khiển thủ cơng để đóng/mở thiết bị điều khiển đóng/mở từ xa tiện lợi cho sống ngày Từ thực tế chọn thực để tài “Ứng dụng PCL cho hệ thống tƣới nƣớc tự động” Mục tiêu nghiên cứu đề tài hệ thống tưới nước sử dụng PLC s7 – 200 Phương pháp sử dụng khóa luận gồm phương pháp thực nghiệm, phương pháp mô Đề tài bao gồm 03 chương với bố cục sau: - Chương 1: Tổng quan hệ thống tưới tự động - Chương 2: Hệ thống tưới tự động điều khiển PLC S7 – 200 - Chương :Lập trình điều khiển hệ thống tưới tự động mô phần mềm WIN CC Hà Nội: ngày tháng năm Sinh viên thực Phạm Văn Lọc NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN Giảng viên phản biện (Chữ ký, họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Giảng viên phản biện (Chữ ký, họ tên) MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chƣơng TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƢỚI CÂY TỰ ĐỘNG 1.1 Khái niệm chung 1.2 Các phương pháp tưới 1.3 Lựa chọn phương pháp tưới .9 Chƣơng HỆ THỐNG TƢỚI CÂY TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC PLC S7 – 200 10 2.1 Giới thiệu plc S7 - 200 10 2.1.1 Khái niệm 10 2.1.2 Khả PLC .10 2.1.3 Ưu điểm PLC tự hóa 11 2.1.4 Các thành phần PLC S7-200 11 2.1.5 Cổng truyền thông 11 2.1.6 cấu trúc nhớ 12 2.1.7 Cấu trúc bên PLC S7-200 13 2.1.8 Cấu trúc bên PLC S7-200 15 2.1.9 Cáp truyền thông 17 2.2 Nội dung nghiên cứu 17 2.2.1 Cảm biến đo mực nước dạng phao 17 2.2.2 Máy bơm nước 19 2.2.3 Vòi phun nước 20 2.3 Hệ thống tưới .21 2.4 Sơ đồ thuật tốn chương trình 22 Chƣơng LẬP TRÌNH HỆ THỐNG TƢỚI CÂY TỰ ĐỘNG VÀ MƠ PHỎNG TRÊN WINCC 29 3.1 Giới thiệu phần mềm WinC .29 3.3.1 Khái niệm 29 3.3.2 Các chức wincc 29 3.2 Trình tự thiết kế, mơ hệ thống WinCC 30 3.3 Mô tả hoạt động .38 KẾT LUẬN 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Vịi phun nước Hình 1.2: Máy bơm nước Hinh 1.3: Cảm biến đo mực nước phao .2 Hình 1.4: Bồn chứa nước inox Hình 1.5: Các phương pháp tưới Hình 1.6: Tưới mặt Hình 1.7: Tưới ngập Hình 1.8: Tưới dài .5 Hình 1.9: Tưới rãnh .6 Hình 1.10: Tưới giọt Hình 1.11: Tưới phun Hình 2.1: Cổng truyền thông .12 Hình 2.2: Hình dáng bên ngồi PLC S7 200 13 Hình 2.3: Sơ đồ khối hệ thống PLC 16 Hình 2.4: Cáp PC/PPI kết nối RS232 RS485 .17 Hình 2.5: Cảm biến mực chất lỏng dạng phao 18 Hình 2.6: Máy bơm ly tâm đẩy cao DAB KPS30/16 M 19 Hình 2.7: Vòi phun mưa cỡ lớn R2000/WF 20 Hình 2.8: Sơ đồ hệ thống thiết bị phun .21 Hình 3.1: Tạo dự án 30 Hình 3.2: Tạo tên lưu 30 Hình 3.3: Hệ thống cứa sổ Wincc .31 Hình 3.4: Chọn Driver kết nối 31 Hình 3.5: Tạo tag .32 Hình 3.6: Cửa sổ Graphics Designer .33 Hình 3.7: Lấy thiết bị 33 Hình 3.8: Bể chứa nước 34 Hình 3.9: Ống dẫn nước 35 Hình 3.10: Máy bơm nước 35 Hình 3.11: Cảm biến mực độ nước 36 Hình 3.12: Van nước 36 Hình 3.13: Vòi phun nước .37 Hình 3.14: Thiết kế nút ấn .37 Hình 3.15: Chỉnh sửa nút ấn 38 Hình 3.16: Hệ thống tưới nước tự động 38 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Thông số loại CPU PLC S7 15 Chƣơng TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TƢỚI CÂY TỰ ĐỘNG 1.1 Khái niệm chung Khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ làm thay đổi sống người Làm cho sống người ngày trở nên tiện nghi đại Kỹ thuật điện tử phát triển người tạo thiết bị máy móc đại thay cho người công việc nặng nhọc địi hỏi xác cao Tại nước phát triển, tiến công nghệ nhà khoa học áp dụng vào hầu hết lĩnh vực đời sống sản xuất Chính nhờ mà chúng đem lại suất hiệu cao công việc Tuy nhiên Việt Nam, nước có ngành sản xuất nơng nghiệp chiếm tỷ trọng lớn việc áp dụng cơng nghệ vào nơng nghiệp nói riêng và trồng nói chung cịn hạn chế… Kỹ thuật điện tử phát triển nhanh chóng ứng dụng vào nhiều lĩnh vực: cơng nghiệp, giao thông vận tải, hàng không vũ trụ Các thiết bị điều khiển tự động giữ vai trò quan trọng góp phần lớn cho tiến không ngừng lĩnh vực Tại nước phát triển, tiến công nghệ nhà khoa học áp dụng vào hầu hết lĩnh vực đời sống sản xuất Chính nhờ mà chúng đem lại suất hiệu cao công việc Việc tưới tự động tiến hành nhờ công cụ hỗ trợ chuyên biệt hình 1.1 Vịi phun nước: Hình 1.1: Vịi phun nước Máy bơm nước: Hình 1.2: Máy bơm nước Cảm biến đo mức nước: Hinh 1.3: Cảm biến đo mực nước phao Bồn chứa nước: Hình 1.4: Bồn chứa nước inox 1.2 Các phƣơng pháp tƣới Hiện có phương pháp tưới tưới mặt, tưới phun, tưới giọt, tưới ngầm tưới thấm Mỗi cách tưới có thêm số cách phụ hình 1.5 Phƣơng pháp tƣới Tưới mặt Tưới phun Tưới ngập Tưới dài Ngập bừa Kiểm soát Tưới giọt Tưới ngầm Tự nhiên Tưới rãnh Rãnh sâu Rãnh cạn Hình 1.5: Các phương pháp tưới Tưới thấm Nhân tạo 27 28 Chƣơng LẬP TRÌNH HỆ THỐNG TƢỚI CÂY TỰ ĐỘNG VÀ MÔ PHỎNG TRÊN WINCC 3.1 Giới thiệu phần mềm WinC 3.3.1 Khái niệm WinCC (Windows Control Center) hệ thống HMI (Human Machine Interface: tức giao diện người máy) cho phép hoạt động chấp hành quy trình chạy máy Truyền thơng WinCC máy diễn thông qua hệ thống tự động WinCC cung cấp module chức thường dung công nghiệp như: Hiển thị hình ảnh, tạo thơng điệp, lưu trữ báo cáo WinCC giúp người dùng trao đổi trực tiếp với nhiều PLC hãng khác Misubishi, Siemens… thông qua cổng COM WinCC ứng dụng phổ biến tự động điều khiển giám sát trình sản xuất Khi hệ thống dùng chương trình WinCC để điều khiển thu thập liệu từ q trình, mơ bằng hình ảnh kiện xảy trình điều khiển dạng chuỗi kiện 3.3.2 Các chức wincc Graphics Designer (Bộ thiết kế đồ họa): Thực dể dàng chức mô hoạt động qua đối tượng đồ họa chương trình WinCC, Windows, I/O, thuộc tính hoạt động (Dynamic) Alarm Logging (Cảnh báo): Thực việc hiển thị thông báo hay cảnh báo hệ thống vận hành Nhận thông tin từ trình, hiển thị, hồi đáp lưu trữ chúng Alarm Logging giúp ta phát nguyên nhân lỗi Tag Logging (Đồ thị): Thu thập, lưu trữ xuất nhiều dạng khác từ trình thực thi Report Designer (Báo cáo): Tạo thông báo, kết Và thông báo lưu dạng nhật ký kiện User Achivers (Lưu trữ liệu): Cho phép người sử dụng lưu trữ liệu từ chương trình ứng dụng có khả trao đổi với thiết bị khác Trong WinCC, công thức ứng dụng soạn thảo, lưu trữ sử dụng hệ thống 29 Ngồi ra, WinCC cịn kết hợp với Visual C++, Visual Basic tạo hệ thống tinh vi phù hợp cho hệ thống tự động hóa chun biệt 3.2 Trình tự thiết kế, mơ hệ thống WinCC Bƣớc 1: Khởi động WinCC Bƣớc 2: Tạo dự án (project) Ngay sau khởi động WinCC, hộp thoại tạo dự án xuất Có ba lựa chọn để tạo dự án mới: “Single-User project”, “Multi-User project”, “MultiClient project” Hình 3.1: Tạo dự án Tạo dự án mới: - Chọn “Single-User project” nhấn OK để xác nhận - Nhập tên dự án làm vào chọn đường dẫn lưu Hình 3.2: Tạo tên lưu 30 Sau làm xong hệ thống lên cửa sổ “WinCC Explorer” cho phép quan sát tồn phần dự án \ Hình 3.3: Hệ thống cứa sổ Wincc Bƣớc 3: Cài đặt điều khiển cho plc - Trong cửa sổ bên trái “WinCC Explorer” nhấp phải lên biểu tượng “TagManager” chọn “Add New Driver” Hình 3.4: Chọn Driver kết nối 31 - Trong hộp thoại “Add New Driver” Chọn Driver thích hợp nhấn “Open” để xác nhận Bƣớc 4: Tags nhóm Tag Hình 3.5: Tạo tag Tags dùng WinCC biểu thị giá trị thực, ví dụ mực nước hồ nước, giá trị bên tính tốn hay mơ bên WinCC Các tag q trình vị trí nhớ bên PLC hay thiết bị tương tự Bƣớc 5: Hiệu chỉnh hình ảnh trình Mở cửa sổ “Graphics Designer” cửa sổ bên phải WinCC Explorer cửa sổ có giao diện sau: 32 Hình 3.6: Cửa sổ Graphics Designer Bước bước thiết kế hệ thống, toàn hệ thống thể cách toàn cảnh Sau vào Cửa sổ Graphics Designer để thiết kế hệ thống ta thực lấy thiết bị cho hệ thống lắp ráp lại, trình tự lấy thiết bị cho hệ thống: Nhấn “Library” chọn “Global library” chọn tiếp “Siemens HMI Symbol library” Hình 3.7: Lấy thiết bị Sau làm bước xong, ta đến mục để chọn thiết bị cần dùng cho hệ thống: 33 Hệ thống gồm thiết bị là: Máy bơm nước, bể chứa nước, van nước, ống dẫn nước, vòi phun nước, cảm biến mực nước Để lấy bể chứa nước: chọn phần „‟tank” mục “Siemens HMI Symbol library”: Hình 3.8: Bể chứa nước Tương tự với thiết bị khác ta tiếp làm trên, ống dẫn nước ta vào phần “pipes”: 34 Hình 3.9: Ống dẫn nước Tiếp tục vào phần “Pumps” chọn máy bơm “Centrifugal pump4”: Hình 3.10: Máy bơm nước 35 Vào phần “Sensors” để lấy cảm biến mực độ nước: Hình 3.11: Cảm biến mực độ nước Tiếp tục vào phần “Valves” để lấy van nước vịi phun nước: Hình 3.12: Van nước 36 Hình 3.13: vịi phun nước Bƣớc 6: Tạo nút ấn (Button) Trong Object Palette chọn "Windows Objects" chọn nút ấn, sau hiệu chỉnh thơng số nút: Hình 3.14: Thiết kế nút ấn Để chỉnh sửa nút ấn kích chuột phải vào chọn “Properties” để chỉnh sửa, sau làm giao diện sau: 37 Hình 3.15: Chỉnh sửa nút ấn Sau làm xong bước phần thiết kế mơ coi hồn thành xong q trình: Hình 3.16: Hệ thống tưới nước tự động 3.3 Mơ tả hoạt động 3.3.1 Bơm nước vào bồn - Khi bồn chứa nước ta bấm vào “cảm biến 2” máy hút nước hút đầy nước vào bồn chứa nước, đến nước bồn chạm vào “cảm biến 1” máy hút nước tự động dừng - Hoặc ta bơm tay cách nhấn vào phần “bật máy bơm 1” đến nước đầy ta nhấn vào phần “tắt máy bơm 1” 38 3.3.2 Tưới nước tự động cho - 5h00 phút vòi phun tự động phun nước vòng phút tự động dừng phun - 6h00 phút vòi phun tự động phun nước vòng phút tự động dừng phun - 7h00 phút vòi phun tự động phun nước vòng phút tự động dừng phun 39 KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu, hướng dẫn giảng viên hướng dẫn, tơi hồn thành đồ án Đề tài tiến hành thiết kế xây dựng chương trình tưới tự động Chương trình tưới loại địa hình khác Kết cụ thể đề tài gồm: - Đề tài nghiên cứu hệ thống tưới nước nguyên lí làm việc hệ thống tưới nước - Đề tài sử dụng PLC S7 200 để lập trình hệ thống tưới nước - Đề tài sử dụng Wincc để mô hệ thống tưới nước 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Thu Hà - Phạm Quang Huy (2010), Giao diện Người – Máy HMI lập trình với S7 200 WinCC.Nhà xuất Hồng Đức Trung tâm công nghệ điện Giáo trình Mitsubishi, trường đại học cơng nghệ thành phố Hồ Chí Minh Giáo trình PLC Dương Minh Trí (2009), Cảm biến ứng dụng Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Các nguồn tài liệu website www.dientuvietnam.net www.candaithanh.com www.svs.vn www.loadcell.com 10.www.tailieu.vn 11.www.slideshare.net 41 ... cục sau: - Chương 1: Tổng quan hệ thống tưới tự động - Chương 2: Hệ thống tưới tự động điều khiển PLC S7 – 200 - Chương :Lập trình điều khiển hệ thống tưới tự động mô phần mềm WIN CC Hà Nội:... xa tiện lợi cho sống ngày Từ thực tế chọn thực để tài ? ?Ứng dụng PCL cho hệ thống tƣới nƣớc tự động? ?? Mục tiêu nghiên cứu đề tài hệ thống tưới nước sử dụng PLC s7 – 200 Phương pháp sử dụng khóa luận... chương trình tưới tự động Chương trình tưới loại địa hình khác Kết cụ thể đề tài gồm: - Đề tài nghiên cứu hệ thống tưới nước nguyên lí làm việc hệ thống tưới nước - Đề tài sử dụng PLC S7 200 để