Xây dựng hệ thống cấp vật liệu và cân trọng tải tự động sử dụng plc s7 300

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: XÂY DỰNG HỆ THỐNG CẤP VẬT LIỆU VÀ CÂN TRỌNG TẢI TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC S7-300 Sinh viên thực : LÊ QUỐC ĐẠT Lớp : 54K1 - KTĐK&TĐH Giảng viên hướng dẫn : ThS HỒ SỸ PHƯƠNG Nghệ An, 5-2018 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo viện “Kỹ thuật công nghệ” trường Đại học Vinh quan tâm, hướng dẫn, truyền đạt lại kiến thức, kinh nghiệm cho em trình học tập để em có đầy đủ kiến thức lý thuyết kỹ thực hành để hoàn thành đồ án tốt nghiệp tự tin trường trở thành kỹ sư Tự động hóa chun mơn ý thức Bên cạnh em xin chân thành cảm ơn Th.S Hồ Sỹ Phương, người tận tình bảo, định hướng bổ sung kiến thức cho em, tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành tốt đồ án Em xin chân thành cảm ơn ! i LỜI MỞ ĐẦU Trong cơng cơng nghiệp hóa - đại hóa đất nước, điện tự động hóa nói chung đóng vai trị quan trọng Nhưng ngày với phát triển vượt bậc công nghệ, tự động hóa truyền thống khơng thể mang lại hiệu cao kinh thị trường Chính xuất xu hướng cơng nghệ, kết hợp khí, cơng nghệ thơng tin điện tử để hình thành lĩnh vực - Lĩnh vực khí tự động hóa Trên giới khí tự động hóa xuất lâu đời phát triển mạnh Việt Nam lĩnh vực trình hình thành phát triển Một sản phẩm Cơ khí điện tử - Tự động hóa hệ thống trạm cân trọng tải ô tô Nắm bắt tầm quan trọng hệ thống, em lựa chọn đề tài: “Xây dựng hệ thống cấp vật liệu cân trọng tải tự động sử dụng PLC S7-300” Sản phẩm kết đạt ngày hơm khơng có lớn lao thành bước đầu em trường bước vào sống Đồ án chia làm chương: CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH CẤP VẬT LIỆU VÀ CÂN TRỌNG TẢI Ơ TƠ TỰ ĐỘNG CHƯƠNG THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG, KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Qua q trình làm đồ án em cố gắng hồn thành khơng tránh khỏi sai sót, em mong nhận đóng góp ý kiến quý thầy bạn để em có thêm kinh nghiệm thực tế Nghệ An, tháng năm 2018 Sinh viên thực hiện: LÊ QUỐC ĐẠT ii TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án trình bày trình, tìm hiểu, phân tích, thiết kế chế tạo mơ hình trạm cân trọng tải ô tô tự động để phục vụ cho nhu cầu cấp thiết thị trường Tìm hiểu tổng quan PLC, cách lập trình PLC tối ưu Đồng thời kế giao diện giám sát điều khiển mơ hình phần mềm Wincc cách trực quan, tối ưu ABSTRACT This program is present the process, find understand, parsing, design andcreation the weight to load the model model to auto automatically to the serverfor the field level required Find the PLC about understand about the maximum PLC Watch the monitoring interface and the model model with the Wincc software is online, priority iii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN .1 LỜI MỞ ĐẦU ii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii MỤC LỤC iv CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề .1 1.2 Tổng quan mơ hình thiết kế cấp vật liệu cân trọng tải ôtô tự động 1.3 Thực trạng hệ thống trạm cân trọng tải Việt Nam 1.4 Mơ hình trạm cân trọng tải tự đơng CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH CẤP VẬT LIỆU VÀ CÂN TRỌNG TẢI TỬ ĐỘNG 2.1 Thiết bị sử dụng đề tài 2.1.1 Cảm biến 2.1.2 Van điện từ khí nén .8 2.1.3 Xi lanh khí nén 10 2.1.4 Module relay kênh .12 2.1.5 Cảm biến loadcell .13 2.1.6 Mạch khuếch đại đầu Loadcell 18 2.1.7 Đèn Led 24V 20 2.2 Bộ điều khiển PLC S7 – 300 21 2.1.1 Giới thiệu PLC S7- 300 21 2.2.2 Địa gán địa .23 2.2.3 Các lệnh lập trình Step .26 2.3 Thiết kế phần cứng lắp ráp mô hình 32 2.3.1 Chi tiết phễu chứa vật liệu .32 2.3.2 Chi tiết cảm biến xilanh barie .33 2.3.3 Chi tiết cân loadcell 34 2.3.4 Cảm biến phát xe qua đóng barie 35 2.3.5 Lắp ráp mơ hình hồn chỉnh 36 iv 2.4 Thiết kế chương trình điều khiển 37 2.4.1 Quy trình cơng nghệ 37 2.4.2 Phân công đầu vào .38 CHƯƠNG THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG, KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 39 3.1 Tổng quan Wincc 39 3.1.1 Giới thiệu Wincc 39 3.1.2 Các thành phần Wincc .40 3.2 Thiết kế, mô giao diện điều khiển giám sát 43 3.2.1 Tạo Project Wincc 43 3.2.2 Tạo biến 45 3.2.3 Tạo giao diện 46 3.2.4 Thiết lập thuộc tính hình ảnh .48 3.3 Kết đề tài .50 3.3.1 Giao diện giám sát điều khiển .51 3.3.2 Hướng phát triển đề tài 51 KẾT LUẬN .52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Hình 1.1 Một trạm cân trọng tải hoạt động Hình 1.2 Trạm cân tải tra giao thơng sử dụng Hình 2.1 Cảm biến điện dung E3F-DS30C4 30CM Hình 2.2 Cấu tạo van điện từ khí nén 5/2 Hình 2.3 Van điện từ khí nén 5/2 Hình 2.4 Van tiết lưu Hình 2.5 Cấu tạo bên xi lamh 10 Hình 2.6 Xi lanh khí nén TPM Cylinder 12 Hình 2.7 Cấu tạo rơ le trung gian 13 Hình 2.8 Module relay kênh 13 Hình 2.9: Mạch cầu Wheatstone .14 Hình 2.10: Các chân điều khiển Loadcell 15 Hình 2.11: Các dạng nối dây loadcell 17 Hình 2.12: Các loại load cell thực tế 18 Hình 2.13: Mạch khuếch đai loadcell .19 Hinh 2.14 Ký hiệu chân mạch khuếch đại 20 Hình 2.15 PLC S7-300 Siemens .21 Hình 2.16 Các khối modul PLC S7-300 .22 Hình 2.17 Địa khe kênh module số 24 Hình 2.18 Địa khe kênh module tương tự .25 Hình 2.19 Chi tiết phễu chứa 32 Hình 2.20 Chi tiết cảm biến xilanh đóng mở barie 33 Hình 2.21 Chi tiết Cân loadcell 34 Hình 2.22 Cảm biến phát xe qua đóng barie 35 Hình 2.23 Mơ hình hồn chỉnh 36 Hình 2.24 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 37 Hình 2.25 Sơ đồ khối thuật toán hệ thống 38 Hình 2.26 Phân chia đầu vào .38 Hình 3.1 Hộp thoại Wincc Explorer Create New Project 43 vi Hình 3.2 Màn hình Wincc Explorer 44 Hình 3.3 Hộp thoại Wincc Configuration Studio .44 Hình 3.4 Cửa sổ Tag Properties 45 Hình 3.5 Cửa sổ Address Properties 46 Hình 3.6 Cửa sổ giao diện thiết kế đồ họa Graphics .46 Hình 3.7 Thư viện Libary 47 Hình 3.8 Tạo phần tử cần sử dụng vào hình 48 Hình 3.9 Gán Tag cho đối tượng .48 Hình 3.10 Chọn,thay đổi thuộc tính đối tượng 49 Hình 3.11 Cửa sổ giao diện I/O 49 Hình 3.12 Mơ hình trạm cân trọng tải .50 Hình 3.13 Màn hình giám sát điều khiển hệ thống 51 vii CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Ngày với phát triển công nghiệp vi điện tử, kỹ thuật số hệ thống điều khiển dần tự động hoá Với kỹ thuật tiên tiến vi xử lí, vi mạch số ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển hệ thống điều khieebr khí thơ sơ với tốc đọ xử lí chậm chạp xác thay hệ thống điều khiển tự động với lệnh, chương trình thiết lập trước Cân xe việc cân khối lượng lớn nhu cầu cần thiết cho nhà máy sản xuất muốn biết khối lượng hàng hoá, sản phẩm hay nguyên vật liệu, cho lĩnh vực khác bến cảng, trạm cân xe phát tải cảnh sát giao thơng em định chọn đề tài “Xây dựng hệ thống cấp vật liệu cân trọng tải ô tô tự động sử dụng PLC S7-300” 1.2 Tổng quan mơ hình thiết kế trạm cân trọng tải ô tô tự động Hệ thống trạm cân trọng tải tự động hệ thống cân xe tải trọng khối lượng lớn…Trạm cân trọng tải tự động sử dụng rộng rãi nhà máy sản xuất muốn biết khối lượng hàng hoá, sản phẩm hay nguyên vật liệu, cho lĩnh vực khác bến cảng, trạm cân xe phát tải cảnh sát giao thông Hệ thống trạm cân trọng tải thường áp dụng cho trường hợp yêu cầucân xe có trọng tải lớn hang hố có khối lượng lớn u cầu xác Hiện với công nghệ đại, nhiều quy trình cơng nghiệp tự động hóa Trong hệ thống trạm cân trọng tải hệ thống sử dụng phổ biến rộng rãi Hình 1.2 Một trạm cân trọng tải hoạt động Hình 1.3 Trạm cân tải tra giao thông sử dụng 3.2.2 Tạo biến Để tạo kết nối thiết bị dự án Wincc trước tiên phải tạo Tags ( biến ) Wincc Biến tạo Tag Management Để thiết lập biến, nhấp chuột phải vào nhóm biến, chọn New Tag Hộp thoại Tag Properties xuất hình 3.4 Hình 3.4 Cửa sổ Tag Properties Thiết lập tham số mục sau: nhập tên tag vào ô Name, mục Data Type, nhấp mũi tên xuống chọn kiểu liệu Binary tag Ở mục Address nhấp nút chọn Select Hộp thoại Address Properties xuất (hình 3.5) Trong cửa sổ Address Properties chọn thông số mục sau: Mục Data, chọn liệu kiểu Bit memory, Input, Ouput phù hợp với thuộc tính Tag cần đặt Mục Address, chọn địa có PLC Bit 45 Hình 3.5 Cửa sổ Address Properties 3.2.3 Tạo giao diện Để tạo giao diện, từ cửa sổ Wincc Explorer, nhấp chuột phải vào mục Graphics Designer, chọn mục New Picture Bên phải Wincc Explorer có tên NewPdlo.Pdl Nếu dự án lớn có nhiều khâu điều khiển, tạo nhiều File ảnh để thị tạo nút chuyển đổi File ảnh với nhai để việc giám sát điều khiển dễ dàng Để mở file, nhấp chuột phải chọn Open Picture Cửa sổ giao diện thiết kế đồ họa Graphics Designer xuất Hình 3.6 Cửa sổ giao diện thiết kế đồ họa Graphics 46 Trên cửa sổ Graphics Designer thiết lập ảnh xử lý, giám sát điều khiển từ công cụ sau: • Color Palette (bảng màu): gồm có 16 màu tiêu chuẩn, gán cho màu đối tượng khác • Object Palette (bảng đối tượng ) bao gồm đối tượng chuẩn (Standard Object), đối tượng thơng minh (Smart Object), đối tượng Windown (Windown Object) • Libary (thư viện): bao gồm nhiều thư mục chứa hình ảnh đối tượng động cơ, cảm biến, băng tải (hình 3.8) Hình 3.7 Thư viện Libary Sau kéo phần tử cần sử dụng vào hình wincc ta giao diện hình 3.8 47 Hình 3.8 Tạo phần tử cần sử dụng vào hình 3.2.4 Thiết lập thuộc tính hình ảnh Để thiết lập thuộc tính hình ảnh, cần tạo File ảnh Tạo giao diện gồm có băng tải, chai nước, động cơ, bơm nước, xi lanh, khu vực thị thông báo, nút nhấn Những đối tượng nằm thư viện Wincc bổ sung từ bên ngoài, thuộc tính như: • Gán tag cho đối tượng: Chuột phải vào đối tượng phụ thuộc vào biến biến đầu vào, chọn tag Hình 3.9 Gán Tag cho đối tượng 48 • Gán thuộc tính q trình cho đối tượng: thuộc tính bao gồm đổi màu, ẩn hiện, thay đổi vị trí, thay đổi kích thước cách chuột phải vào đối tượng chọn Properties Hình 3.10 Chọn,thay đổi thuộc tính đối tượng • Tạo chuyển động giao diện chuyển động ngang, quay tròn, chéo cách chỉnh sửa code Global Actions cửa sổ Wincc Explorer • Tạo khung thị số: Các giá trị Tag dạng Bit dạng Word thị hình Runtime dạng Demical để tiện quan sát thơng số q trình Từ đối tượng Object Palette nhấp vào dấu “+” trước mục Smart Object chọn I/O field Sau di chuyển trỏ hình thiết kế, nhấn chuột vẽ kích thước thị thích hợp cửa sổ sau: Hình 3.11 Cửa sổ giao diện I/O 49 3.3 Kết đề tài Sau tháng thực thiết kế thành cơng mơ hình Trạm cân tải trọng tơ tự động Hình 3.12 Mơ hình trạm cân trọng tải ➢ Hệ thống chạy với quy trình cơng nghệ đặt từ trước, giải vấn đề nhưcân tải trọng xe vật liệu, phát tải xác ➢ Tuy nhiên vấn đề thời gian, kinh tế kinh nghiệm khí cịn hạn chế nên mơ hình cịn xấu 50 3.3.1 Giao diện giám sát điều khiển Hình 3.13 Màn hình giám sát điều khiển hệ thống Với giao diện này, ta giám sat điều khiển hoạt động hệ thống thực qua hình Wincc máy tính cách xác Ta thao tác hình máy tính 3.3.2 Hướng phát triển đề tài Để đem mơ hình vào thực tế cần phát triển thêm số mặt sau: ➢ Cơ cấu cân phải thật chuẩn xác, có sai số nhỏ ➢ Cần thêm vào hệ thống chương trình xuất file excel, in hoá đơn vật liệu tổng giá thành ➢ Hoàn thiện thêm phần điều khiển giám sát thơng qua hình Wincc 51 KẾT LUẬN Qua thời gian nghiên cứu, tìm hiểu thi cơng đồ án em hồn thành Bằng nỗ lực cố gắng thân vớ quan tâm, tận tình bảo định hướng Th.S Hồ Sỹ Phương giúp em hoàn thành thời gian định đạt yêu cầu đặt là: “Xây dựng hệ thống cấp vật liệu cân trọng tải ô tô tự động sử dụng PLC S7-300” trình thực đề tài em thu kết sau: -Tìm hiểu điều khiển PLC S7-300 cách lập trình ngơn ngữ LAD -Chế tạo thành cơng mơ hình trạm cân trọng tải tự động -Thiết kế giao diện điều khiển giám sát hệ thống qua phầm mềm Wincc Giao diện điều khiển tương đối đẹp, dễ thao tác, điều khiển Qua đề tài này, ta thấy ứng dụng PLC rộng rãi đa dạng nhiều lĩnh vực Cuối cùng, lần em xin gửi lời cảm ơn đến tất Thầy Cô trường Đại Học Vinh dạy dỗ cung cấp cho em nhiều kiến thức quý báu trình học trường Nghệ An, tháng 05 năm 2018 Sinh viên Lê Quốc Đạt 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy, Tự học S7 & WinCC hình ảnh, NXB Hồng Đức [2] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Vũ Văn Hà, Tự động hóa với SIMATIC S7-300, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2007; [3] Nguyễn Trọng Thuần, Điều khiển logic ứng dụng, Nhà xuất thống kê, 2003; [4] Siemens – Manual PLC S7 – 300, SIEMENS; [5] Siemens – WinCC V 7.0, SIEMENS; [6] Các tài liệu từ Internet tham khảo diễn đàn công nghệ 53 PHỤ LỤC Chương trình điều khiển PLC S7-300 54 55 56 Thông số kỹ thuật chi tiết linh kiện dùng đề tài ❖ Cảm biến tiệm cận điện dung E3F-DS30C4 30CM Thơng số kỹ thuật: • Điện áp hoạt động: 6V-36V DC • Khoảng cách phát : 3-30 cm • Nhiệt độ hoạt động từ - 400 – 700 C • Chiều dài cáp 1m • Tín hiệu ngõ NPN thường mở ( tín hiệu điện áp cấp nguồn nuôi cho cảm biến Sơ đồ đấu dây: • Dây nâu: VDD,VCC • Dây xanh: GND • Dây đen: Data ❖ Van điện từ khí nén 5/2 AIRTAC Các thơng số kỹ thuật : • Model: 4V210-08 loại 5/2 • Áp suất chịu được: 1,5- 8,0 Bar (Kg/cm2) • Điện áp định mức : 24V DC • Dịng điện định mức: 23 mA ❖ Xilanh khí nén MAL Thơng số: • Model: MAL 16*50: dùng đóng nắp MAL 16*75: dùng đẩy nắp • Chiều dài hành trình: D=5 cm cm • Áp suất vận hành: 1-9 Bar (Kg/Cm2) 57 ❖ Cảm biến loadcell ❖ Relay kênh - Tín hiệu vào điều khiển: 5V_DC - Nguồn khuyên dùng: 5V - 1A 5V-2A - Mặc định tín hiệu từ vi điều khiển - Đầu ra: Tiếp điểm Relay đóng ngắt 220V 10A - Mạch sử dụng cách ly thơng qua PC 817 - Có Di-ot 1N4007 SMD chống ngược - Sử dụng Tranzito C1815 SMD để kích dịng - Muốn cách ly sử dụng nguồn riêng - Kích thước: 55mmx25mm 58 ❖ Mạch khuếch đại loadcell VO đầu ra:0-5V & 0-10V Điện áp nguồn cấp: 24 VDC Chân GNDD: chống nhiễu lắp không IO đầu ra:4-20mA Độ nhạy: 2mV/V Izero : điều khiển dòng gần 4mA Vzero: điều chỉnh áp 0V Vspan: điều chỉnh độ khuyếch đại áp Ispan: điều chỉnh độ khuyếch đại dòng Chú ý cho tải trọng tối đa tương ứng với mức 20mA ❖ Led 24V Thông số kỹ thuật: + Điện áp: 24V + Dòng điện tiêu thụ: