Thiết kế hệ thống pha trộn dung dịch sử dụng plc s7 300 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 PHA TRỘN DUNG DỊCH SỬ DỤNG PLC S7-300 VÀ GIÁM SÁT TRÊN WINCC Giảng viên hướng dẫn : ThS Phạm Mạnh Toàn Sinh viên thực : Ngô Xuân Thắng MSSV : 135D5103010095 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 PHA TRỘN DUNG DỊCH SỬ DỤNG PLC S7-300 VÀ GIÁM SÁT TRÊN WINCC Giảng viên hướng dẫn : ThS Phạm Mạnh Toàn Cán phản biện : ThS Lưu Văn Phúc Sinh viên thực : Ngô Xuân Thắng MSSV : 135D5103010095 Lớp : 54K2 - CNKT Điện, Điện tử Vinh, tháng 01 năm 2018 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI TRỘN DUNG DỊCH 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Hướng thực đề tài 1.4 Sơ lược nguyên tắc điều khiển 1.5 Sơ đồ công nghệ 1.6 Ứng dụng CHƯƠNG II KHÁI QUÁT CHUNG VỀ PLC S7300 SIEMENS 15 2.1 Giới thiệu chung 15 2.2 Bộ nguồn 16 2.3 CPU 16 2.4 Bộ nhớ 19 2.5 Truyền thông với thiết bị khác 27 2.6 Phương thức PROFIBUS 28 2.7 Tham số truyền thông 30 2.8 Truyền thông PLC PC 30 CHƯƠNG III TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM WINCC 32 3.1 Tổng quan hệ scanda 32 3.2 Các chức hệ SCADA 32 3.3 Tổng quan phần mềm thiết kế wincc 33 3.4 Các chức bản: 37 CHƯƠNG IV MÔ TẢ HỆ THỐNG – SƠ ĐỒ HOẠT ĐỢNG-GIAO DIỆN WINCCLẬP TRÌNH PLC S7-300 40 4.1 Mô tả hệ thống 40 4.2 Lưu đồ giải thuật 42 4.3 Giải thích sơ đồ 43 4.4 Chương trình PLC 45 4.5 Hoạt động hệ thống 55 Nhận xét giáo viên hướng dẫn Nhận xét giáo viên phản biện 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, thiết bị điều khiển từ xa…đang ứng dụng rộng rãi công nghiệp, dây chuyền sản xuất Trong công nghiệp nhu cầu định lượng thành phần hỗn hợp, dung dịch 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 pha trộn dung dịch sử dụng PLC S7-300 giám sát WinCC ” thầy giáo Th.s Phạm Mạnh Toàn hướng dẫn Nội dung đồ án gồm: Chương 1: Tổng quan đề tài trộn dung dịch Chương 2: Khái quát chung PLC S7-300 siemens Chương 3: Tổng quan phần mềm WinCC Chương 4: Mô tả hệ thống - sơ đồ hoạt động -giao diện WinCC - lập trình PLC S7-300 Sinh viên thực Ngô Xuân Thắng CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI TRỘN DUNG DỊCH 1.1 Đặt vấn đề Hiện nay, đất nước ta bước vào thời kỳ công nghiệp hóa, đại hóa, để q trình phát triển nhanh chóng, chúng ta cần tập trung vào sản xuất tự động hóa, nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất, nâng cao suất lao động cho sản phẩm có chất lượng cao Một phương án đầu tư vào tự động hóa việc ứng dụng PLC vào dây chuyền sản xuất Đối với tính tiện ích hệ thống PLC nên điều khiển sử dụng nhiều lĩnh vực khác Một ngành phát triển mạnh mẽ ngành cơng nghiệp, việc ứng dụng PLC vào ngành công nghiệp việc làm đem lại hiệu cao phù hợp, đặc biệt công đoạn pha dung dịch 1.2 Mục đích nghiên cứu 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, thiết bị điều khiển từ xa…đang ứng dụng rộng rãi công nghiệp, dây chuyền sản xuất Trong công nghiệp nhu cầu định lượng thành phần hỗn hợp, dung dịch 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 Đa số việc pha dung dịch thị trường thực theo phương pháp thủ cơng nên độ xác khơng cao, sản phẩm sản xuất không theo ý muốn, tỷ lệ phế phẩm nhiều, suất thấp, lãng phí lao động, thời gian… Để loại bỏ nhược điểm trên, để tạo sản phẩm theo mong muốn, thao tác đơn giản, đưa điều khiển lập trình PLC vào để thực cụ thể: “Trộn dung dịch dùng PLC S7-300 và giám sát WinCC” 1.3 Hướng thực đề tài ✓ Nghiên cứu mơ hình máy pha dung dịch từ bồn chứa vật liệu ✓ Bảng phối dung dịch, ấn định sản xuất số dung dịch hay dùng từ nguyên liệu xác định từ trước ✓ Ấn định sản xuất khối lượng người sử dụng nhập từ giao diện ✓ Sử dụng giao diện để người dùng lựa chọn sản phẩm, khối lượng tỷ lệ theo thành phần dung dịch để có dung dịch theo mong muốn ✓ Thông qua PLC để tác động đóng mở van cấp nguyên vật liệu, máy bơm điều khiển động khuấy trộn ✓ Lập trình điều khiển PLC ✓ Vẽ giao diện mô bảng điều khiển để dễ dàng việc giám sát điều khiển ✓ Kết nối giao diện chương trình PLC 1.4 Sơ lược nguyên tắc điều khiển ✓ Bật công tắc nguồn cho hệ thống hoạt động ✓ Chọn sản phẩm khối lượng cân sản xuất thông qua giao diện ✓ Xác nhận lại lần ✓ PLC điều khiển cho phép van chứa nguyên vật liệu mở theo thứ tự mà sản phẩm khối lượng chọn ✓ PLC kiểm tra khối lượng nguyên vật liệu đủ chưa, đóng lại van chứa ✓ Sau PLC điều khiển cho động trộn hoạt động theo thời gian người dùng đặt, để trộn tất nguyên vật liệu có bồn lớn ✓ Sau trộn xong, hệ thống ngưng hoạt động chế độ chọn sản phẩm khối lượng, hệ thống hoạt động theo dây chuyền khép kín 1.5 Sơ đồ cơng nghệ Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ trộn dung dịch 1.6 Ứng dụng Các hệ thống pha trộn dung dịch thiết bị dùng để trộn hỗn hợp nhiều loại nguyên liệu, vật liệu, dung dịch, hóa chất thành hợp chất đồng Trong độ đồng sản phẩm sau trộn tiêu để đánh giá chất lượng hiệu hệ thống pha trộn Trong dây truyền sản suất loại bột hỗn hợp, trộn loại hóa chất, đặc biệt dây chuyền xí nghiệp chế biến thức ăn, nước uống tổng hợp công nghiệp thường sử dụng nhiều hệ thống pha trộn, máy trộn dung dịch hỗn hợp để thu sản phẩm hỗn hợp nhiều thành phần có tỷ lệ định trộn lẫn với phân bố Các thành phần định lượng xác từ ban đầu không đưa qua máy trộn làm việc có hiệu xác chưa sản phẩm sau trộn chứa thành phần yêu cầu Quá trình pha trộn kết thúc có hiệu mẫu kiểm tra có tỷ lệ thành phần đưa vào trộn theo công thức định trước Nhưng thực tế nhiều loại sản phẩm phụ thuộc độ lớn hạt pha trộn, độ ẩm tính loại nguyên liệu trộn Do q trình trộn khơng thể đạt mức đồng tuyệt đối 1.6.1 Một số hệ thống pha trộn Các hệ thống pha trộn dung dịch hệ lỏng thực bình ống có chất lỏng chảy qua, bơm vận chuyển thiết bị trộn, khuấy hoạt động nhờ lượng đưa vào cấu khuấy nhờ động hay khí nén Q trình khuấy trộn hệ lỏng thường dùng cơng nghiệp: cơng nghiệp hóa chất, cơng nghiệp thực phẩm, công nghiệp luyện kim, công nghiệp vật liệu xây dựng… 1.6.2 Hệ thống pha trộn dầu DO và dầu thực vật Năng lượng vấn đề sống tồn nhân loại Các nguồn lượng hóa thạch dầu mỏ, than đá, khí thiên nhiên… bị khai thác đến mức cao ngày cạn kiệt Trong hoàn cảnh vậy, nguồn lượng phát triển mang tính bứt phá năm gần lượng sinh học Việc pha trộn lượng sinh học với dạng lượng hóa thạch xăng, dầu để tạo sản phẩm có hiệu suất, tính kinh tế cao thân thiện với môi trường trở nên cấp thiết đặt cho hệ thống Hình 1.2 Mơ hình phối trợn dầu thực vật dầu DO 1.6.3 Hệ thống pha màu a Pha màu sơn Sơn nguyên vật liệu chủ yếu ngành xây dựng, chủ yếu sơn phủ bề mặt nhằm bảo vệ đối tượng sử dụng đồng thời hình thức trang trí thẩm mỹ Chính màu sắc sơn yếu tố quan tâm hàng đầu Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật ngành khoa học kỹ thuật phát triển vượt bậc Nhiều kỹ thuật pha chế sơn đời ứng dụng ngành công nghiệp xây dựng đưa suất lao động lên cao hạ giá thành sản phẩm chất lượng sơn tốt Hình 1.3 Sơ đờ bình trợn sơn 10 4.3 Giải thích sơ đồ Khi nhấn Start hệ thống cho phép chọn chế độ, sau nhấn chọn chế độ (gồm chế độ tự động chế độ điều chỉnh tay) ta chọn dung dịch theo tỉ lệ trộn ý muốn, sau nhấn tỉ lệ trộn chọn van xả dung dịch mở theo đúng tỷ lệ thời gian chương trình viết sẳn Khi đủ tỷ lệ van đóng lại, xong quy trình lấy tỷ lệ dung dịch dung dịch bồn chứa xả vào bồn trộn trộn nhờ động motor, sau khoảng thời gian định, motor dừng lại van xả mở để xả dung dịch trộn ngoài, bồn trộn xả hết dung dịch van xả đóng lại kết thúc chương trình 4.3.1 Các đầu vào/ra PLC Ký hiệu STT Địa Kiểu liệu Ghi ON M0.0 BOOL Khởi động hệ thống OFF M0.1 BOOL Dừng hệ thống AUTO M0.2 BOOL Chọn chế độ tự động TAY M0.3 BOOL Chọn chế độ chỉnh tay MCB THẤP M0.4 BOOL Cảm biến thấp HMI MCB CAO M0.5 BOOL Cảm biến cao HMI CĐ MƠ PHỎNG M0.6 BOOL CĐ mơ HMI XÁC NHẬN M0.7 BOOL Chọn xác nhận HMI ĐC TRỘN Q0.0 BOOL Điểu khiển động trộn 10 VAN DUNG DỊCH Q0.1 BOOL Điểu khiển van dd1 11 VAN DUNG DỊCH Q0.2 BOOL Điểu khiển van dd2 12 VAN DUNG DỊCH Q0.3 BOOL Điểu khiển van dd3 13 VAN XẢ Q0.4 BOOL Điểu khiển van xả 14 ĐÈN LÀM VIỆC Q0.5 BOOL Đèn báo ON HMI 15 SET_ME_TRON MW130 INT Cài đặt số mẻ trộn 16 SET_TIME_TRON MW134 INT Cài đặt time trộn 17 SET_TIME_DD1 MD100 REAL Cài đặt tỉ lệ trộn dd1 18 SET_TIME_DD2 MD104 REAL Cài đặt tỉ lệ trộn dd2 19 SET_TIME_DD3 MD108 REAL Cài đặt tỉ lệ trộn dd3 20 SET_TOTAL_TIME MD112 REAL Cài đặt tổng time cần thiết 43 21 TT_ME_TRON MW132 INT Số mẻ trộn thực tế 22 TT_TIME_DD1 MD116 Time xả dung dịch 23 TT_TIME_TRON MW128 INT Time trộn thực tế 24 TT_TIME_DD2 MD120 REAL Time xả dung dịch 25 TT_TIME_DD3 MD124 REAL Time xả dung dịch 26 TT_TIME_XA MW138 INT REAL Time xả 4.3.2 Giao diện winCC Màn hình chính: Hình 4.8 Giao diện hệ thống trợn dung dịch Người điều khiển chọn dung dịch cần sản xuất với tỉ lệ, công thức lưu sẵn sở liệu, chọn công thức có sẵn Người điều khiển nhập khối lượng cần sản xuất để sau hệ thống hoạt động, sản phẩm sản xuất có khối lượng với khối lượng nhập vào Sau chọn xong người điều khiển download thơng số xuống PLC trở lại Menu để thay đổi thơng số khác Người sử dụng thống qua giao diện điều khiển tắt mở hệ thống giám sát trình vận hành hệ thống, xem hệ thống có hoạt động hay không vận hành đến giai đoạn 44 Bảng tỉ lệ trộn bản: Hình 4.9 Bảng tỉ lệ trộn thiết kế sẵn Nếu người điều khiển muốn biết thành phần màu tỉ lệ màu để có màu mong muốn, giao diện cập nhật từ sở liệu với công thức, tỉ lệ cập nhật sẵn đưa giao diện cho người sử dụng biết xác thành phần tỉ lệ cần có 4.3 Chương trình PLC Khối OB1: chương trình 45 46 Khối FC1: điều khiển tự động 47 48 49 50 Khối FC2: chế độ mô phỏng bằng tay 51 52 Khối FC3: chế độ mô phỏng 53 Khối FC4: tạo time tác động 54 FC5: cài đặt một số thông số cố định 4.5 Hoạt động hệ thống 55 KẾT LUẬN: Sau thời gian làm đồ án với hướng dẫn tận tình thầy giáo Thạc sỹ Phạm Mạnh Tồn Em hoàn thành đề tài giao: “ Thiết kế hệ thống pha trộn dung dịch sử dụng PLC S7-300 giám sát qua WinCC ”.Thông qua đề tài thiết kế hệ thống pha trộn dung dịch giúp em hiểu biết rõ ràng em học suốt thời gian qua: - Tìm hiểu cấu trúc PLC - Hiểu cách đấu nối PLC - Tìm hiểu chức phần mềm WinCC - Chế tạo thành cơng mơ Hình - Giải vấn đề gặp phải đồ án ❖ Hướng phát triển đề tài: - Với phát triển khoa học, công nghệ việc sử dụng PLC điều khiển hướng quan trọng Đối với đề tài “ Thiết kế hệ thống trộn dung dịch sử dụng S7-300 giám sát WinCC” em mong muốn tìm hiểu sâu thêm để ứng dụng thực tế có chất lượng tỉ lệ xác nhất, kết hợp thêm cảm biến mức cảm biến lưu lượng để có kết xác có thêm tính điều khiển thông qua mạng internet 56 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 bộ cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển, NXB Khoa học Kỹ thuật, (2008) [5] Nguyễn Dỗn Phước, Tự đợng hóa với PLC S7 - 300, Nhà xuất Khoa học Giáo dục, (2009) [6] Hoàng Minh Sơn, Cơ sở hệ thống điều khiển trình, Nhà xuất Bách khoa, Hà nội, (2006) [7] Tăng Văn Mùi, Nguyễn Tiến Dũng, Điều khiển logic lập trình PLC, Nhà xuất Thống kê, (2009) [8] www.support.automation.siemens.com 57 ... 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 pha trộn dung dịch sử dụng PLC S7- 300 giám sát WinCC. .. VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHA TRỘN DUNG DỊCH SỬ DỤNG PLC S7- 300 VÀ GIÁM SÁT TRÊN WINCC Giảng viên hướng dẫn : ThS Pha? ?m Mạnh... phụ thuộc độ lớn hạt pha trộn, độ ẩm tính loại ngun liệu trộn Do q trình trộn khơng thể đạt mức đồng tuyệt đối 1.6.1 Một số hệ thống pha trộn Các hệ thống pha trộn dung dịch hệ lỏng thực bình ống