Thiết kế mô hình trạm giám sát cân tải trọng tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ MƠ HÌNH TRẠM GIÁM SÁT CÂN TẢI TRỌNG TỰ ĐỘNG Người hướng dẫn: ThS PHAN VĂN DƯ Sinh viên thực hiện: NGUYỄN ANH TOÀN Lớp: 54K1 - KTĐK&TĐH Nghệ An - 2018 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH LỜI MỞ ĐẦU TÓM TẮT CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TRẠM CÂN VÀ THIẾT KẾ MƠ HÌNH TRẠM CÂN TẢI TRỌNG Ô TÔ 1.1 Giới thiệu hệ thống cân định lượng 1.1.1 giới thiệu chung .8 1.1.2.Thị trường ứng dụng 1.2 Tổng quan trạm cân .9 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Phân loại trạm cân .10 1.2.3 Nguyên lý hoạt động trạm cân 12 1.2.4 Ứng dụng trạm cân 13 1.3 Các thiết bị sử dụng 14 1.3.1 Cảm biến Load cell .14 1.3.2 Mạch khuếch đại đầu load cell 17 1.3.3 Cảm biến quang 18 1.3.4 Đèn Led 24V 23 1.4 Dùng PLC cho trạm cân 24 1.5 Kết luận chương .24 CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU PLC S7-300 VÀ PHẦN MỀM WINCC 26 2.1 Giới thiệu chương Error! Bookmark not defined 2.2 Giới thiệu PLC S7-300 26 2.2.1 Bộ nguồn 28 2.2.2 CPU 28 2.2.3 Module CPU .28 2.2.4 Module mở rộng 28 2.2.5 Bộ nhớ 30 2.2.6 Vòng quét chương trình .33 2.3 Phần mềm WinCC 39 2.3.1 Giới thiệu WinCC 39 2.3.2 Các thành phần winCC 41 2.3.3 Các thành phần cửa sổ dự án 41 CHƯƠNG III: LẬP TRÌNH VÀ THIẾT KẾ MÔ PHỎNG GIÁM SÁT TRẠM CÂN TRỌNG TẢI TỰ ĐỘNG .45 3.1 Giới thiệu chương 45 3.2 Lập trình chương trình S7 300 45 3.2.1 Khởi tạo project 45 3.2.2 Sơ đồ khối lưu đồ thuật toán .47 3.3 Mô phần mềm Win CC .51 3.3.1 Khởi tạo dự án 51 3.3.2 Tạo thẻ tag đồng với S7-300 52 3.3.3 Thiết kế đồ họa 52 3.4 Một số hình ảnh thực tế 54 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO .58 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Trạm cân kiểm tra trọng tải xe cảnh sát giao thông 10 Hình 1.2 Trạm cân kiểu 10 Hình 1.3 Trạm cân kiểu chìm .11 Hình 1.4 Trạm cân nửa nửa chìm 12 Hình 1.5 sơ đồ khối hệ thống cân sử dụng loadcell 12 Hình 1.6 sơ đồ nguyên lý hoạt động trạm cân 13 Hình 1.7 Mạch cầu Wheatstone 15 Hình 1.8 Các dạng nối dây loadcell .16 Hình 1.9 Các loại load cell thực tế 17 Hình 1.10 Mạch khuếch đại loadcell 17 Hình 1.11 Ký hiệu chân mạch khuếch đại Error! Bookmark not defined Hình 1.12 Cấu tạo cảm biến quang .18 Hình 1.13 Các ứng dụng cảm biến .22 Hình 1.14 Hình ảnh thực tế cảm biến 22 Hình 1.15 Sơ đồ đấu dây 23 Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc bên PLC .27 Hình 2.2 Module ghép nối 30 Hình 2.3 Mơ hình kết nối SIMATIC S7-300 30 Hình 2.4 Phân chia vùng ô nhớ CPU 32 Hình 2.5 Vịng qt chương trình 33 Hình 2.6 Lập trình tuyến tính 34 Hình 2.7 Lập trình cấu trúc 36 Hình 2.8 Cấu hình giá trị thời gian trễ đặt trước cần khai báo với timer .36 Hình 2.9 Bộ đếm tiến lùi 37 Hình 2.10 Khối FC105 38 Hình 2.11 Giao diện phần mềm wincc 41 Hình 2.12 Bộ soạn thảo wincc 42 Hình 3.1 Giao diện lựa chọn phần cứng .45 Hình 3.2 Hộp thoại chọn ngơn ngữ lập trình 46 Hình 3.3 Hộp thoại đặt tên dự án 46 Hình 3.4 Ký hiệu đầu vào đầu/ chương trình 46 Hình 3.5 Ta chọn OB1 để viết chương trình 47 Hình 3.6 Chương trình Step khối OB1 .51 Hình 3.7 Tạo dự án WinCC 51 Hình 3.8 Đặt tên dự án chọn đường lưu dự án .51 Hình 3.9 Giao diện dự án vừa tạo 52 Hình 3.10 Tạo thẻ tag đồng với S7-300 52 Hình 3.11 Tạo thẻ tag .52 Hình 3.12 Khởi tạo Graphics Designer 53 Hình 3.13 Giao diện mơ 53 Hình 3.14 Khu vực hiển tải trọng xe xuất file excel 54 Hình 3.15 Đèn xanh báo xe bắt đầu vào 54 Hình 3.16 Đèn đỏ báo xe trạm cân .55 Hình 3.17 Xilanh đóng xe khỏi trạm cân 55 Hình 3.18 Cách đấu nối dây PLC 56 MỞ ĐẦU Trong công nghiệp đại ngành sản xuất, mục tiêu tăng suất lao động giải cách gia tăng mức độ tự động hố quy trình thiết bị sản suất Tự động hố nhằm mục đích tăng sản lượng cải thiện chất lượng độ xác sản phẩm, trí thay phần hay tồn thao tác vật lý cơng nhân vận hành máy, thiết bị Những hệ thống tự động điều khiển tồn q trình sản xuất với độ tin cậy ổn định cao mà không cần can thiệp người Trạm cân tự động ví dụ dùng để giám sát trọng lượng vật từ đưa vào ứng dụng thực tiễn Trạm cân khối lượng ứng dụng rộng rãi sống người Vì lý em chọn sâu nghiên cứu việc thiết kế điều khiển cho trạm cân trọng tải dành cho ô tô Với đề tài “Thiết kế mơ hình trạm giám sát cân tải trọng tự động” bao gồm việc dùng PLC S7 300 đọc tín hiệu đầu vào Analog từ Loadcell, hiển thị kết cân phần mềm mô WinCC Đây phần ứng dụng kiến thức học để giải vấn đề tương đối hoàn chỉnh thực tế Nội dung đề tài bao gồm: Chương I: Tổng quan trạm cân thiết kế mơ hình trạm cân tải trọng tơ Chương II: Giới thiệu PLC S7 300 WinCC Chương III: Lập trình thiết kế mơ giám sát trạm cân tải trọng xe tự động Em xin chân thành cảm ơn Thầy Th.S Phan Văn Dư quý thầy cô ngành Kỹ thuật ĐK & TĐH truyền đạt kiến thức dạy cho em đến ngày hôm Trong trình làm đồ án kết dù chúng em cố gắng làm tốt khơng thể tránh khỏi sai sót hạn chế Kính mong thầy bảo thêm để em phát triển đề tài lên dự án lớn Em kính chúc q thầy Viện Kỹ Thuật Và Công Nghệ thật nhiều sức khỏe công tác tốt để ngày đào tạo thêm nhiều hệ kỹ sư tài cho đất nước Em xin chân thành cảm ơn! Nghệ An, Tháng 05 năm 2018 TÓM TẮT Đề tài nêu lên giải pháp thiết kế hệ thống trạm cân tự động dùng PLC PLC có nhiệm vụ đọc giá trị trọng lượng dang tương tự từ ngõ cảm biến laodcell sau qua khuếch đại Chương trình PLC viết nạp sẵn cho PLC để đọc, thiết kế hệ thống cân, tính tốn giao tiếp với máy tính Qua thời gian nghiên cứu, thiết kế, cân chỉnh vận hành thực tế Kết hệ thống cân cho độ xác chưa cao thiết kế phần cứng thiết bị chưa phải dạng chuẩn(dạng mơ hình) Với đề tài áp dụng thực tế nên thiết thực cho sống không riêng cho trạm cân tự động ABSTRACT The topic of the solution design system automatic weighing station used PLC The PLC is supposed to read the analog weight value from the loadcell output after the amplifier PLC program is written and pre-loaded for PLC to read, design weighing system, calculating and communicating with computer Over time, research, design, calibration and actual operation The result of the weighing system for accuracy is not due to the hardware design and equipment is not standard (out of model) With this topic has practical application should be very practical for life not only for Automatic weighing station CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRẠM CÂN VÀ THIẾT KẾ MƠ HÌNH TRẠM CÂN TẢI TRỌNG Ô TÔ 1.1 Giới thiệu hệ thống cân định lượng 1.1.1 giới thiệu chung Xã hội ngày phát triển tốc độ cơng nghiệp hóa đại hóa nước ta mạnh Kéo theo đặt nhiều vấn đề để giải từ khía cạnh xã hội Địi hỏi phát triển nguồn lực đất nước lớn Trong năm qua Đảng nhà Nước ta có sách phát triển ngắn hạn dài hạn nhằm phát triển nguồn lực quốc gia Hiện nay, đất nước ta vào thời kỳ phát triển mạnh mặt để trình phát triển nhanh chóng ta cần tập trung đầu tư vào kỹ thuật cơng nghệ đặc biệt mảng tự động hóa sản xuất Nhằm nâng cao suất lao động, giải phóng sức lao động người giảm chi phí sản xuất Một phương án vào tự động hóa việc ứng dụng thành tựu khoa học kỹ thuật, ứng dụng PLC vào dây chuyền sản xuất, điều khiển giám sát hệ thống tự động Một ứng dụng PLC vào thực tế xây dựng hệ thống trạm cân tự động Trạm cân sử dụng rộng rãi ngày có chức cho người biết trọng lượng vật Từ thiết thực thực tiễn, lý mà em làm đề tài tốt nghiệp lien quan đến trạm cân Đề tài mang tên “Thiết kế mơ hình trạm giám sát cân tải trọng tự động” 1.1.2.Thị trường ứng dụng Do tính linh hoạt xử lý, tùy theo mục đích cụ thể mà chương trình viết cho xử lý khác Do đó, hệ thống cân ứng dụng nhiều lĩnh vực có liên quan đến việc đo khối lượng Ngoài ứng dụng việc cân xe, kể ví dụ khác mà dùng hệ thống cân điện tử sử dụng Loadcell sau: Trong hệ thống bán hàng có sử dụng cân điện tử loại này, việc tính tiền tự động hoàn toàn Hàng loại cân được, rau quả, thủy sản Người sử dụng nhập vào bàn phím giá đơn vị cân giá hiển thị hình Led đoạn Khi người dùng nhấn nút tính tiền bàn phím, xử lý nhân giá trị cân với giá đơn vị cân hiển thị giá tính tốn cho số hàng Sau để giá hiển thị khoảng thời gian vừa đut cho người dùng đọc nó, hệ thống cân hiển thị lại giá trị cân Giá tiền lưu lại nối đến máy tính quầy thu tiền, khách hàng nhận bảng báo cáo bao gồm trọng lượng cân được, giá đơn vị cân tổng số tiền phải trả cho số hàng Cân mộ biện pháp để phát sản phẩm hệ thống đếm tự động Khi phát có khối lượng quy định đếm Điều tránh việc đếm sai lúc có hai sản phẩm vật thể khác sản phẩm che cảm biến quang Một ứng dụng khác hệ thống cân kể dùng bưu điện Sau cân kiện hàng xác định nơi cần gửi Ngõ hệ thống cân thường nối đến hệ thống in bưu phí lên nhãn dán vào kiện hàng gửi Ngồi ứng dụng phổ biến cân điện tử sử dụng nhiều nhà máy nước ta dùng việc đóng gói sản phẩm Người dùng nhập vào khối lượng cho gói hàng hay bao gạo đạt đến giá trị quy định này, ngõ xử lý dùng để điều khiến việc rót hàng hay dây chuyền để đóng gói sản phẩm, cách kích relay để làm đóng mở valve selenoid dùng khí nén Điều quan trọng ứng dụng chương trình điều khiển viết cho xử lý cách giao tiếp với thiết bị bên ngồi Phần khác ứng dụng cụ thể khác 1.2 Tổng quan trạm cân 1.2.1 Khái niệm Trạm cân xe tải hệ thống số thành phần làm việc để cung cấp số trọng lượng xe tải di chuyển trạm cân Bao gồm móng, cầu boong, hệ thống tải trọng, thiết bị đầu cuối phụ kiện Các phận làm việc để cung cấp trọng lượng sử dụng cho việc kiểm tra giới hạn trọng lượng pháp lý việc lại đường Cân xe tải cân ô tơ có kích thước phù hợp với nhu cầu sử dụng bạn Hình 1.1 Trạm cân kiểm tra trọng tải xe cảnh sát giao thông Trạm cân bao gồm phần sau: - Nhà giám sát điều hành - Kết cấu xây dựng móng cân: làm từ sắt thép, xi măng, gạch… - Mặt bàn cân ô tô cân xe tải : làm từ thép, bê tông cốt thép để chịu lực - Thiết bị điện cho trạm cân ô tô: Cảm biến lực, hộp cộng tín hiệu,đầu hiển thị, bảng led, thiết bị phụ trợ khác 1.2.2 Phân loại trạm cân Trạm cân xe tải phân loại sau: ➢ Trạm cân kiểu nổi: Hình 1.2 Trạm cân kiểu Trạm cân kiểu loại trạm cân cảm biến lực (Loadcell) bàn cân nằm hoàn tồn mặt đất nên khơng bị ngập nước (thốt nước tốt nhất) Ưu điểm : Dễ dàng việc bảo quản, bảo hành sửa chữa, loại cân thường có độ bền cao cân chìm thường xuyên khô ráo, không bị ẩm ướt, 10 44 CHƯƠNG III: LẬP TRÌNH VÀ THIẾT KẾ MƠ PHỎNG GIÁM SÁT TRẠM CÂN TRỌNG TẢI TỰ ĐỘNG 3.1 Giới thiệu chương Trong chương ta nhìn thấy cách lập trình cho hệ thống phần mềm Step cách mô đề tài cách tỷ mĩ Giao diện mô giám sát cân nặng trọng tải ô tô gồm Graphics, giao diện bao gồm thông tin giao diện điều khiển hệ thống để tiên sử dụng 3.2 Lập trình chương trình S7 300 3.2.1 Khởi tạo project Mở phần mềm Step 7, tạo dự án cách vào file -> new project wizard Ta chon cấu hình phần cứng sau: Hình 3.1 Giao diện lựa chọn phần cứng Sau ta chọn next xuất hộp thoại sau: 45 Hình 3.2 Hộp thoại chọn ngơn ngữ lập trình Chúng ta chon ngơn ngữ lập trình LAD nhấn next xuất hộp thoại ta đặt tên cho dự án, chọn đường dẫn lưu, nhấn Finish Hình 3.3 Hộp thoại đặt tên dự án Ta hoàn thành tạo project Từ giao diện ta chọn hình sau chọn Symbols thiết lập ký hiệu địa vào/ cho chương trình sau: Hình 3.4 Ký hiệu đầu vào đầu/ chương trình Sau ta lưu lại chọn hình sau để viết chương trình hệ thống 46 Hình 3.5 Ta chọn OB1 để viết chương trình 3.2.2 Sơ đồ thuật tốn 47 3.2.2 Chương trình khối OB1 48 Chương trình khối OB1 viết sau: 49 50 Hình 3.6 Chương trình Step khối OB1 3.3 Mơ phần mềm Win CC 3.3.1 Khởi tạo dự án Ta vào file -> new chọn Single-User Project Hình 3.7 Tạo dự án WinCC Đặt tên, chọn đường lưu dự án nhấn vào Create để tạo Hình 3.8 Đặt tên dự án chọn đường lưu dự án Sau tạo xong giao diện dự án: 51 Hình 3.9 Giao diện dự án vừa tạo 3.3.2 Tạo thẻ tag đồng với S7-300 Hình 3.10 Tạo thẻ tag đồng với S7-300 Ở mục MPI, ta nhấp chuột phải chọn New Connection tạo thẻ tag có địa bên S7-300 Hình 3.11 Tạo thẻ tag 3.3.3 Thiết kế đồ họa 52 Khởi tạo Graphics Designer sau: Hình 3.12 Khởi tạo Graphics Designer Hình 3.13 Giao diện mơ Giao diện mơ thể sau: Khi ta chạy chương trình hai bóng đèn DEN XANH DEN XANH sáng Ta nhấn nút “nút xe chạy” xe chạy đến cảm biến CB_S1 phát xe DEN DO1 sáng để báo xe khác không vào Xe chạy đến CB_S2 phát ta thực dừng xe nút “dừng” ta cân tải trọng xe DEN DO sáng Sau cân xong ta cho xe chạy tiếp “nút xe chạy” đến cảm biến CB_S3 DEN XANH sáng báo xe khỏi trạm DEN XANH sáng để xe sau tiếp tục vào Trạm cân làm việc liên tục theo quy trình có xe vào trạm 53 Hình 3.14 Khu vực hiển tải trọng xe xuất file excel Khi xe đến cân dừng ta có tải trọng xe thực nhấn xuất để file thông tin dạng file Excel 3.4 Một số hình ảnh thực tế Hình 3.15 Đèn xanh báo xe bắt đầu vào 54 Hình 3.16 Đèn đỏ báo xe trạm cân Hình 3.17 Xilanh đóng xe khỏi trạm cân 55 Hình 3.18 Cách đấu nối dây PLC KẾT LUẬN Trong khuôn khổ Đồ án tốt nghiệp, đồ án em hoàn thành vấn đề sau: - Tìm hiểu tổng quan hệ thống trạm cân vấn đề liên quan đến thực tiễn - Nắm rõ sở PLC S7-300, phần mềm WinCC hiểu biết cấu trúc bên để có nhìn nhận sâu sắc - Em có tự lập tự xây dựng hướng giải đề tài nắm rõ cách lập trình S7-300, mô phần mềm WinCC - Qua việc sâu vào nghiên cứu PLC S7 300 phần mềm Win CC em thấy đa vafkhar ứng dụng lớn rộng rãi thực tiễn - Em trang bị tốt hiểu biết loại cảm biến hiểu nguyên lý cách nối chúng để sử dụng 56 - Hiểu rõ giám sát Scada hệ thống quản lý Để đánh giá kết thân em thấy khơng đạt mong đợi Trong q trình làm không bao quát tối đa vấn đề nên xuất nhiều cố gây ảnh hưởng đến kết cuối Tuy kết thu mang tính chất tương đối song phần đáp ứng yêu cầu điều khiển đặt Một lần em xin cảm ơn thầy giáo ThS Phan Văn Dư quý thầy cô Viện Kỹ thuật- Cơng nghệ giúp em nhiều để em hồn thành đồ án tốt nghiệp Trong trình thực em củng cố học hỏi thêm nhiều kiến thức kinh nghiệm tích lũy cho thân Em xin chân thành cảm ơn! 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Vũ Văn Hà, “Tự động hóa q trình sản xuất với Simatic S7-300, Nhà xuất khoa học kĩ thuật, 2006 [2] Vũ Bá Minh, Hồng Minh Nam, “Cơ học vật liệu rời”, NXB KHKT [3] Tăng Văn Minh, “Tự động điều khiển q trình cơng nghệ”, Nhà xuất giáo dục, 1998 [4] Lê Văn Doanh , “Các cảm biến kĩ thuật đo lường điều khiển”, Nhà xuất khoa hoc Kĩ thuật Hà Nội [5] Website: www.google.com.vn [6] Website: Loadcell.com [7] Tăng Văn Mùi (2000),” Điều khiển lập trình”, Nhà xuất thống kê 58 ... Chương I: Tổng quan trạm cân thiết kế mô hình trạm cân tải trọng tơ Chương II: Giới thiệu PLC S7 300 WinCC Chương III: Lập trình thiết kế mơ giám sát trạm cân tải trọng xe tự động Em xin chân thành... tiễn Trạm cân khối lượng ứng dụng rộng rãi sống người Vì lý em chọn sâu nghiên cứu việc thiết kế điều khiển cho trạm cân trọng tải dành cho ô tô Với đề tài ? ?Thiết kế mơ hình trạm giám sát cân tải. .. bảng led, thiết bị phụ trợ khác 1.2.2 Phân loại trạm cân Trạm cân xe tải phân loại sau: ➢ Trạm cân kiểu nổi: Hình 1.2 Trạm cân kiểu Trạm cân kiểu loại trạm cân cảm biến lực (Loadcell) bàn cân nằm