Thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống trộn thức ăn gia súc bằng plc s7300 và giám sát trên wincc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống trộn thức ăn gia súc PLC S7300 giám sát WinCC Giảng viên hướng dẫn : ThS Tạ Hùng Cường Sinh viên thực : Đoàn Đức Trường MSSV : 135D5103010011 Lớp : 54K2 - CNKT Điện, Điện tử Vinh, tháng 01 năm 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống trộn thức ăn gia súc PLC S7300 giám sát WinCC Giảng viên hướng dẫn : ThS Tạ Hùng Cường Cán phản biện : ThS Phạm Hoàng Nam Sinh viên thực : Đoàn Đức Trường MSSV : 135D5103010011 Lớp : 54K2 - CNKT Điện, Điện tử Vinh,tháng 01 năm 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Viện Kỹ thuật & Công nghệ Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên : ĐOÀN ĐỨC TRƯỜNG MSSV : 135D5103010011 Khố : 54 Ngành : Cơng nghệ kỹ thuật điện - điện tử I Tên đề đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống trộn thức ăn gia súc PLC S7300 giám sát WinCC II Yêu cầu Ấn nút Start/Stop để tắt mở hệ thống Hệ thống chạy theo chế độ : chế độ tự động chế độ tay  Chế độ tự động: Hệ thống trộn hai loại thức ăn sử dụng cân định lượng với khối lượng đặt thay đổi Khi cân đủ bắt đầu trộn, trộn xong xả bắt đầu mẻ đạt đủ số mẻ trộn đặt dừng hệ thống  Chế độ tay: Có thể bật tắt thiết bị tùy ý người điều khiển qua hình điều khiển qua nút nhấn III Nội dung thực Chương 1: Tổng quan công nghệ chế biến thức ăn chăn nuôi Chương 2: Tổng quan Simatic S7-300 WinCC Chương 3: Xây dựng hệ thống giám sát điều khiển hệ thống trộn IV Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: Ngày tháng 10 năm 2017 V Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày 31 tháng năm 2018 Trưởng môn Cán hướng dẫn Ts Nguyễn Tiến Dũng ThS Tạ Hùng Cường MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỨC ĂN CHĂN NI ………………………………………………………………………………… 1.1 Thức ăn chăn ni cơng nghiệp 1.2 Khái quát tình hình sản xuất thức ăn chăn nuôi công nghiệp Việt Nam Nhu cầu thức ăn chăn nuôi công nghiệp 1.3 Quy trình công nghệ dây chuyền chế biến thức ăn chăn nuôi 1.4 Một số yêu cầu tự động hóa dây chuyền sản xuất thức ăn chăn ni 1.5 Phân tích quy trình cơng nghệ, thiết bị dây chuyền chế biến thức ăn chăn nuôi 1.6 Các yêu cầu điều khiển giám sát 1.7 Lựa chọn giải pháp Kết luận chương 1: 13 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ SIMATIC S7-300 VÀ WINCC 14 2.1.Giới thiệu chung 14 2.2.Ngơn ngữ lập trình 21 2.3.Tập Lệnh S7-300 22 2.4.Truyền thông PLC PC 28 2.5.Giới thiệu WinCC 30 2.6.Các thành phần WinCC 32 Kết luận chương 2: 34 CHƯƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRỘN VÀ LẬP TRÌNH TRÊN PHẦN MỀM S7-300 35 3.1 Giới thiệu yêu cầu công nghệ thiết kế WinCC 35 3.2 Mô hệ thống phần mềm WinCC 36 3.3 Lập bảng thống kê symbols 41 3.4 Sơ đồ thuật toán 44 3.5 Chương trình Step7 45 Kết luận chương 3: 53 LỜI MỞ ĐẦU Với phát triển khoa học kỹ thuật, đa dạng linh kiện điện tử số, thiết bị điều khiển tự động – ngày công nghệ cũ thay công nghệ 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 ứng dụng rộng rãi dây truyền sản xuất Trong công nghiệp nhu cầu định lượng thành phần hỗn hợp nhiều Trong thực tế có nhiều thiết bị phương pháp khác để định lượng thành phần chất, để có hệ thống điều khiển trình định lượng với giá hợp lý cần thiết điều kiện sản xuất Với nhu cầu em giao thực đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống trộn thức ăn gia súc sử dụng - 00 giám sát t n in thầy giáo ThS Tạ Hùng Cường hướng dẫn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS.Tạ Hùng Cường hướng dẫn giúp đỡ em hồn thành đồ án Đó kiến thức giúp em thực tốt nhiệm vụ tốt nghiệp tảng cho công việc sau em Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Đoàn Đức Trường Đánh giá đồ án tốt nghiệp (Dùng cho giảng viên hướng dẫn) Giảng viên đánh giá: ThS Tạ Hùng Cường Họ tên Sinh viên: Đoàn Đức Trường MSSV: 135D5103010011 Tên đồ án: Thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống trộn thức ăn gia súc sử dụng PLC S7-300 giám sát inCC Nhận xét thêm Thầy/Cô (giảng viên hướng dẫn nhận xét thái độ tinh thần làm việc sinh viên) Nghệ An, ngày… tháng 05 năm 2017 Người nhận xét ThS Tạ Hùng Cường Đánh giá đồ án tốt nghiệp (Dùng cho cán phản biện) Giảng viên đánh giá: ThS Phạm Hoàng Nam Họ tên Sinh viên: Đoàn Đức Trường MSSV: 135D5103010011 Tên đồ án: Thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống trộn thức ăn gia súc sử dụng PLC S7-300 giám sát inCC Nhận xét thêm Thầy/Cô Nghệ An, ngày… tháng 05 năm 2017 Người nhận xét ThS Phạm Hoàng Nam CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỨC ĂN CHĂN NUÔI 1.1 Thức ăn chăn ni cơng nghiệp Chăn ni có vai trị khơng thể thiếu đời sống Nó cung cấp thực phẩm nguyên liệu dùng cho công nghiệp chế biến Ở Việt Nam, ngành chăn nuôi giữ vai trò ngày tăng tổng GDP ngành nơng nghiệp với tỷ lệ đóng góp dao động từ 22,6% đến 25,5% giai đoạn 2005-2010 từ 25%-27% giai đoạn 2010-2016 Trong chi phí sản phẩm chăn ni chi phí cho thức ăn chiếm tới 60-70% giá thành sản phẩm, giá thành thức ăn chăn nuôi ảnh hưởng trực tiếp tới hộ chăn nuôi từ ảnh hưởng tới đời sống xã hội Thức ăn cho gia súc phải đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng tiêu hố, khơng chứa chất độc hại ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm vật nuôi Thức ăn dạng tự nhiên chưa đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng đa dạng theo chức lứa tuổi gia súc, gia cầm Mặt khác nhu cầu ngày cao chất lượng thịt sản phẩm chăn nuôi tạo nhu cầu sử dụng thức ăn chăn nuôi công nghiệp thay cho việc sử dụng thức ăn chăn nuôi truyền thống Thức ăn chăn nuôi công nghiệp hỗn hợp thức ăn làm nghiền nhỏ đến độ nhỏ yêu cầu, trộn với theo thực đơn xác định Là thức ăn chế biến sản xuất phương pháp công nghiệp So với cho ăn truyền thống chăn ni thức ăn công nghiệp giúp tiết kiệm từ 40-45% lượng thức ăn cần thiết với cân sản phẩm chăn nuôi Bảng 1.1 Hiệu sử dụng thức ăn chăn nuôi truyền thống thức ăn chăn nuôi công nghiệp STT Sản phẩm chăn nuôi (1 kg) Thức ăn truyền thống (kg) Thức ăn công nghiệp (kg) Thit gà công nghiệp 4,0 1,8-1,9 Thịt gà vườn 4,5 2,3-2,5 Trứng gà 4,5 2,5 Thịt lợn 5,0 2,5-2,6 Tuy nhiên, tỷ lệ sử dụng thức ăn chăn nuôi công nghiệp Việt Nam vào khoảng 50%, tỷ lệ trung bình so với giới Ngồi việc ảnh hưởng chăn nuôi truyền thống từ lâu đời ngun nhân khiến hộ chăn nuôi không sử dụng thức ăn chăn nuôi công nghiệp giá thành thức ăn chăn nuôi Việt Nam cịn cao Phân loại thức ăn chăn ni theo dạng thức ăn: - Thức ăn dạng bột - Thức ăn dạng viên - Thức ăn dạng mảnh - Thức ăn đậm đặc 1.2 Khái quát tình hình sản xuất thức ăn chăn nuôi công nghiệp Việt Nam Kể từ năm 90, ngành công nghiệp chế biến thức ăn chăn nuôi Việt Nam phát triển nhanh chóng với phát triển ngành chăn ni Tốc độ tăng trưởng tổng sản lượng thức ăn chăn ni tăng trung bình khoảng 16,6% từ năm 2005 đến năm 2016 Bảng 1.2 Ngành sản xuất thức ăn chăn nuôi Việt Nam giai đoạn 2008 – 2016 Đơn vị: nghìn Năm 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 Trung bình Thức ăn hỗn hợp 1700 1950 2400 2650 2700 3238 4361 5300 6882 Thức ăn đậm đặc 330 350 340 400 400 702 747 825 684 Tổng số (quy tương đương thức ăn hỗn hợp) 2690 3000 3420 3850 3900 5344 6600 7776 8935 Tổng số 2030 2300 2740 3050 3100 3940 5118 6125 7567 Tốc độ tăng trưởng (%) 11,5 14,0 12,6 13,2 37,0 23,5 17,8 14,9 16,6 Hình 1.1 Mơ hình bên nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi Theo thống kê Hiệp hội Chăn nuôi Việt Nam, năm 2007 có 214 nhà máy chế biến thức ăn gia súc gia cầm Số lượng vào năn 2008 225 nhà máy, cung cấp cho thị trường 8-9 triệu thức ăn chăn nuôi Khu vực đồng sông Hồng Đông Nam hai vúng sản xuất thức ăn chăn ni lớn nước, đóng góp 45,8% 28,9% tổng số nhà máy sản xuất thức ăn chăn ni Vấn đề “nóng” mà ngành chăn ni phải đối mặt xu hướng tăng giá thức ăn chăn nuôi Sự phụ thuộc lớn vào nguyên liệu thô nhập ngô, đậu tương với thuế nhập cao suất thấp nguyên liệu nguyên nhân tăng giá thức ăn chăn nuôi thời gian gần Giá thức ăn chăn nuôi ảnh hưởng trực tiếp đến hộ chăn ni, làm tăng chi phí sản xuất tăng giá sản phẩm chăn nuôi khơng thể bù đắp phần tăng lên chi phí Nhu cầu thức ăn chăn nuôi công nghiệp Nhu cầu thức ăn chăn nuôi nước năm cần 17-18 triệu tấn, sản xuất đáp ứng gần 50% (khoảng triệu cho gia súc gia cầm 2,4 triệu cho thủy sản), lại hộ chăn nuôi tự cung, tự cấp Trong số 8,5 triệu thức ăn chăn nuôi công nghiệp sản xuất năm nhà máy chế biến phải nhập 3,7 triệu nguyên liệu Năm 2009, tổng kim ngạch nhập thức ăn gia súc nguyên liệu từ 72 quốc gia tỷ USD Giá thức ăn chăn nuôi công nghiệp Việt Nam cao khoảng 10-15% so với nước khác khu vực Thái Lan hay Trung Quốc Những điều đặt nhu cầu thiết việc xây dựng vùng trồng nguyên liệu cho sản xuất thức ăn chăn nuôi xây dựng phát triển thêm số lượng lớn nhà máy sản xuất thức ăn chăn ni 1.3 Quy trình cơng nghệ dây chuyền chế biến thức ăn chăn ni Một quy trình cơng nghệ chế biến thức ăn chăn ni gồm có khâu: chuẩn bị nguyên liệu thô; định lượng nguyên liệu; định lượng vi lượng; trộn nguyên liệu sau nghiền với chất bổ sung chất vi lượng, sản phẩm; cân đóng bao sản phẩm Với cơng đoạn chế biến có nhiều phương án giải pháp kỹ thuật khác Đặc biệt dây chuyền thiết bị tiên tiến suất, chất lượng sản phẩm cao ổn định Trên sở quy trình cơng nghệ chung tuỳ thuộc vào tính chất lý ngun liệu sẵn có, quy định, yêu cầu chất lượng 17 Lamp_hd Q 125.3 BOOL 18 Lamp_manual Q 125.5 BOOL 19 Loadcell2 MD 106 DWORD 20 Loadell1 MD 104 DWORD 21 manual I BOOL 22 MANUAL MODE FC 23 Q_DONGCOTRON Q 125.2 BOOL Rơ le 11 24 Q_VANXA1_dong Q 124.1 BOOL Rơ le 25 Q_VANXA1_mo Q 124.0 BOOL Rơ le 26 Q_VANXA2_dong Q 124.3 BOOL Rơ le 27 Q_VANXA2_mo Q 124.2 BOOL Rơ le 28 Q_VANXA3_dong Q 124.5 BOOL Rơ le 29 Q_VANXA3_mo Q 124.4 BOOL Rơ le 30 Q_VANXA4_dong Q 124.7 BOOL Rơ le 31 Q_VANXA4_mo Q 124.6 BOOL Rơ le 32 Q_VANXA5_dong Q 125.1 BOOL Rơ le 10 33 Q_VANXA5_mo Q 125.0 BOOL Rơ le 34 SCALE FC 105 FC 105 Scaling Values load cell 35 scales FC FC Chương trình 36 SO_ME_DAT MW 110 WORD 37 SO_ME_THUC_TE MW 108 WORD 38 start I 125.3 BOOL 39 stop I 125.4 BOOL 40 auto I 125.5 BOOL 125.6 FC 42 Chương trình chế độ tay ÐC ÐC ÐC ÐC ÐC ÐC ÐÈN HÐ ÐÈN AUTO Ð3 Auto Manual 24 VDC I125.6 24 VDC ình 3.13 Sơ đồ đấu dây 43 Stop I125.5 ÐÈN MANUAL Ð2 Start I125.3 I125.4 Ð1 ÐC I125.2 ÐC Q125.2 Q125.3 Q125.4 Q125.5 RELAY 11 CLOSE I125.1 RELAY 10 OPEN I125.0 RELAY CLOSE I124.7 RELAY I124.6 ÐC OPEN CPU 313C RELAY CLOSE I124.5 RELAY OPEN I124.4 RELAY CLOSE I124.3 ÐC PLC S7-300 RELAY OPEN I124.2 RELAY I124.1 ÐC OPEN CLOSE Q124.1 Q124.2 Q124.3 Q124.4 Q124.5 Q124.6 Q124.7 Q125.0 Q125.1 RELAY I124.0 ÐC Q124.0 RELAY 3.4 Sơ đồ thuật toán Bắt đầu Cài đặt thông số số mẻ trộn Chế độ tự động Xả thùng cấp liệu vị gia S So sánh với số lượng đặt Chế độ tay Đóng thùng cấp liệu xả thùng cân S Xả hết Đ Động khuấy trộn Xả thùng trộn Xả hết S Đếm kiểm tra số mẻ trộn Stop Đ Đ Kết thúc 44 3.5 Chương tr nh Step7 Gồm khối OB1,FC1,FC2,FC3 - OB1: Khối chương trình để gọi chương trình - FC1: Khối chương trình cho chế độ tự động - FC2: Khối chương trình cho chế độ tay - FC3: Khối xử lý tín hiệu analog loadcell 3.5.1 Chương tr nh khối OB1 Network 1: Tạo hoạt động cho hệ thống cấp nguồn cho đèn báo hoạt động Network 2: Tạo khối ngắt tồn chương trình nhấn Stop Network 3: Gọi chương trình tự động nhấn chọn chế độ auto cấp đèn báo sáng chế độ auto 45 Network 4: Gọi chương trình chế độ tay cấp đèn báo sáng chế độ tay Network5: Khối xử lý tín hiệu analog loadcell đưa 3.5.2 Chương tr nh khối FC1 Network 1: 46 Network 2: Xả cấp liệu phụ gia Network 3: So sánh với giá trị đặt Network 4: So sánh với giá trị đặt Network 5: Kiểm tra xả hết thùng cân 47 Network 6: Kiểm tra xả hết thùng cân Network 7: Bật động trộn phút xả hết thùng cân Network 8: Xả thùng trộn Network 9: Đếm số mẻ trộn 48 Network 10: Kiểm tra với số mẻ trộn đặt dừng hệ thống 3.5.2 Chương tr nh khối FC2 Network 1: Nhấn nút mở thùng cấp liệu Network 2: Nhấn nút đóng thùng cấp liệu Network 3: Nhấn nút mở thùng vị gia 49 Network 4: Đóng thùng vị gia Network 5: Mở thùng cân Network 6: Đóng thùng cân Network 7: Mở thùng cân 50 Network 8: Đóng thùng cân Network 9: Mở thùng xả trộn Network 10: Đóng thùng xả trộn Network 11: Bật động trộn 51 Network 12: Tắt động trộn 3.5.3 Chương tr nh khối FC3 Network 1: Xử lý tín hiệu analog loadcell Network 2: Xử lý tín hiệu analog loadcell Network 3: Nếu cân gần đạt giá trị định mức đóng thùng xả cấp liệu 52 Network 4: Nếu cân gần đạt giá trị định mức đóng thùng xả vị gia Kết luận chương 3: Ở chương 3, em trình bày sơ đồ nguyên lý lập trình hệ thống giám sát điều khiển hệ thống trộn dựa phần mềm Step inCC Sau kết giám sát thực tế qua WinCC mơ hình thực tế Hình 3.14 Kết hệ thống điều khiển giám sát qua WinCC 53 Hình 3.15 Mơ hình trộn thức ăn gia súc 54 KẾT UẬN Sau thời gian làm đồ án với hướng dẫn tận tình giúp đỡ thầy giáo ThS.Tạ Hùng Cường Em hoàn thành đề tài giao: “Thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống trộn thức ăn gia súc sử dụng - 00 giám sát qua in Thông qua đề tài thiết kế hệ thống trộn giúp em hiểu biết rõ ràng em học suốt thời gian qua: - Tìm hiểu quy trình hoạt động hệ thống trộn thức ăn gia súc - Lập trình điều khiển PLC S7-300 qua phần mềm Step - Thiết kế phần mềm inCC để điều khiển giám sát - Ứng dụng vào mô hình hệ thống trộn thức ăn cho gia súc điều khiển qua S7-300 giám sát WinCC * Hướng phát triển: Nếu em mong muốn phát triển hệ thống thành dây truyền sản xuất thức ăn chăn ni hồn tồn tự động giám sát WinCC Đối với em, đồ án thực phù hợp với kiến thức em tích lũy năm học trường Do trình độ kiến thức kinh nghiệm thực tế hạn chế, cộng với việc thiếu thốn thu thập tài liệu tham khảo thời gian nghiên cứu, tìm hiểu đề tài hạn chế nên dù cố gắng đồ án nhiều thiếu sót Em mong thầy trâm trước nhận bảo tận tình thầy để hiểu tiếp cận gần với thực tế \ 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hà Văn Trí, Giáo trình PLC, NXB Khoa học kĩ thuật, (2008) [2] Lê Văn Doanh, Điện tử công suất, NXB Khoa học kĩ thuật Hà Nội, (2007) [3] Nguyễn Thị Lan Anh, Nguyễn Văn Chất, Vũ Quang Hồi, Trang bị điện-Điện tử máy công nghiệp dùng chung, Nhà xuất giáo dục, (1996) [4] 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) [5] Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy, CAD Tự động hóa-Tự học S7-WinCC hình ảnh 56 ... có hệ thống điều khiển trình định lượng với giá hợp lý cần thiết điều kiện sản xuất Với nhu cầu em giao thực đề tài ? ?Thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống trộn thức ăn gia súc sử dụng - 00 giám. .. ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống trộn thức ăn gia súc PLC S7300 giám sát WinCC Giảng viên hướng dẫn... khiển hệ thống trộn thức ăn gia súc PLC S7300 giám sát WinCC II Yêu cầu Ấn nút Start/Stop để tắt mở hệ thống Hệ thống chạy theo chế độ : chế độ tự động chế độ tay  Chế độ tự động: Hệ thống trộn