ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT HỆ THỐNG ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ  BÁO CÁO CUỐI KỲ MƠN: CHUN ĐỀ TN1 ĐỀ TÀI NHĨM : ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT HỆ THỐNG ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM Lớp: 17642SP2A Học kì: 2018-2019 Giảng Viên: Thầy Trần Văn Sỹ TP Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 11 năm 2018 DANH SÁCH SINH VIÊN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI STT Mssv Họ tên Phan Văn Khải 17642218 Nguyễn Hoài Hưng 17642212 Lê Cao Khánh 17642221 Tên đề tài: Yêu cầu: - ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT HỆ THỐNG ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM TRÊN S7 300 VÀ WIN CC Khảo sát yêu cầu công nghệ Đưa phương án điều khiển Viết chương trình Chạy mơ chương trình I - u cầu cơng nghệ Đúng khối lượng nguyên liệu rót vào tuýp Khi vận hành vị trí dừng băng tải phải xác Ép kín đẹp sản phẩm Bảo vệ người sản phẩm an tồn vận hành Có biện pháp bảo vệ thiết bị máy móc II Phương án điều khiển - Có hai chế độ điều khiển: Auto & Manual Auto chế độ để máy tự vận hành Manual chế độ chỉnh tay; hoạt động máy dùng tay để điều khiển - Chế độ Auto bật  băng tải di chuyển, vỏ tuýp đặt vào băng tải di chuyển đến vịi đến vị trí băng tải ngừng đồng thời nguyên liệu bơm vào tuýp Sau nguyên liệu bơm vào băng tải di chuyển tuýp sang vị trí ép kín tuýp để hồn thành quy trình đóng gói sản phẩm Có đèn(xanh) báo hoạt động Khi tải, nhiệt cạn nguyên liệu hệ thống dừng hoạt động đèn(vàng) báo NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN: ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển mạnh mẽ công nghiệp Việt Nam nay, q trình tự động hóa cơng nghiệp đề cao ứng dụng nhiều công nghiệp dân dụng Với nước phát triển Mỹ, Nhật,…thì tự động hóa khơng cịn xa lạ trở nên quen thuộc Việt Nam nước phát triển cầu đại hóa công nghiệp điều quan trọng phát triển kinh tế như cầu công nghiệp hóa đại hóa đất nước Là sinh viên theo học chuyên ngành Điện nhu cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết công nghiệp nước nhà, em muốn nghiên cứu tìm hiểu thành tựu khoa học để có nhiều hội biết thêm kiến thức thực tế, củng cố kiến thức học, phục vụ tốt cho nghiệp công nghiệp hóa đại hóa Vì lý em chọn đề tài: “ Điều khiển giám sát hệ thóng đóng gói sản phẩm sử dụng Simatic S7-300 WinCC” Trong suốt thời gian làm đồ án với giúp đỡ tận tình thầy giáo Khoa Điện – Điện tử trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật đặc biệt hướng dẫn tận tình thầy TRẦN VĂN SỸ giúp đỡ em nhiều để hồn thành đồ án Nội dung đề tài bao gồm: Chương I: Tổng quan hệ thóng đóng gói sản phẩm Chương II: Giới thiệu PLC SIEMENS S7-300 Chương III: Chương trình cho mơ hình S7-300 Chương IV: Giao diện phần mềm WINCC Mục đích nghiên cứu: Nắm vững kiến thức lập trình với S7-300, mơ trình hoạt động hệ thống với WinCC Nghiên cứu đề tài nhằm tích lũy kinh nghiệm, học hỏi thêm kiến thức phát huy tính sáng tạo, giải vấn đề Theo phương châm học đôi với hành việc tạo hệ thống mơ dùng S7-300 WinCC yêu cầu cần thiết, đáp ứng nhu cầu đặt CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM Tầm quan trọng đề tài Trong ngành sản xuất nay, công nghệ tiên tiến, dây chuyền thiết bị đại thâm nhập vào nước ta Với sách mở cửa đảng nhà nước, chắn kỹ thuật tiên tiến giới ngày thâm nhập vào Việc Nam Tác dụng công nghệ dây chuyền, thiết bị đại góp phần tích cực thúc đẩy cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước Các cơng việc đóng nắp, rửa chai đóng gói phần hệ thống dây chuyền sản xuất Vì trình gói sản phẩm tự động yêu cầu cần phải nghiên cứu giải hệ thống sản xuất tự động nhằm mục đích nâng cao xuất lao động, sử dụng khai thác máy móc, thiết bị cách có hiệu nâng cao chất lượng sản phẩm Nghiên cứu hệ thống đóng gói sản phẩm tự động giải giai đoạn cách triệt để tổng thể toàn hệ thống sản xuất , thiết bị cơng đoạn sản xuất Trong q trình nghiên cứu hệ thống đóng gói tự động mục tiêu cần phải đạt hệ thống cần phải hoạt động cách ổn định tin cậy, có nghĩa phải cung cấp sản phẩm cách kịp thời, xác, đủ số lượng theo suất u cầu có tính đến lượng dự trữ cách an tồn hiệu Có thể thấy rằng, việc nghiên cứu hệ thống đóng gói tự động có tính bao quát bao gồm nhiều lĩnh vực có liên quan đến nhiều ngành công nghiệp khác 1.2 Giới hạn đề tài Do lần nghiên cứu lĩnh vực mới, với thời gian làm đồ án có hạn mà lĩnh vực điều khiển tự động mẻ chưa phổ biến rộng rãi nước ta, có sử dụng nhà máy, xí nghiệp Do nhóm thực gặp khơng khó khăn việc tìm kiếm tài liệu nghiên cứu khảo sát 1.3 Giới thiệu tổng quan mơ hình hệ thống đóng gói sản phẩm Trong thực tế nay, ngành sản xuất sữ dụng rộng rãi cấu khí, phối hợp khí – điện, khí – điện khí nén Với phát triển mạnh mẽ lĩnh vực điều khiển tự động làm việc theo chương trình dễ dàng thay đổi chương trình cách linh hoạt thích ứng với kiểu đóng gói khác cần thay đổi sản phẩm Đây tính chất quan trọng mà nhờ áp dụng cơng nghệ tiên tiến vào trình sản xuất loại nhỏ loại vừa mà mang lại hiệu kinh tế cao CHƯƠNG GIỚI THIỆU PLC SIEMENS S7-300 2.1 Giới thiệu chung thiết bị điều khiển lập trình PLC Trong cơng nghiệp sản xuất, để điều khiển dây chuyền, thiết bị máy móc cơng nghiệp … người ta thực kết nối linh kiện điều khiển rời (rơle, timer, contactor …) lại với tuỳ theo mức độ yêu cầu thành hệ thống điện điều khiển Công việc phức tạp thi cơng, sửa chữa bảo trì giá thành cao Khó khăn cần thay đổi hoạt động Một hệ thống điều khiển ưu việt mà phải chọn điều khiển cho máy sản xuất cần phải hội đủ yêu cầu sau: giá thành hạ, dễ thi công, sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định linh hoạt … Từ hệ thống điều khiển lập trình PLC (Programable Logic Control) đời giải vấn đề Thiết bị điều khiển lập trình nhà thiết kế cho đời năm 1968 (Công ty General Moto - Mỹ) Tuy nhiên, hệ thống đơn giản cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn việc vận hành hệ thống Vì nhà thiết kế bước cải tiến hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành, việc lập trình cho hệ thống cịn khó khăn, lúc khơng có thiết bị lập trình ngoại vi hỗ trợ cho cơng việc lập trình Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (programmable controller handle) đời vào năm 1969 Trong giai đoạn hệ thống điều khiển lập trình (PLC) đơn giản nhằm thay hệ thống Relay dây nối hệ thống điều khiển cổ điển Qua trình vận hành, nhà thiết kế bước tạo tiêu chuẩn cho hệ thống, tiêu chuẩn là: dạng lập trình dùng giản đồ hình thang Trong năm đầu thập niên 1970, hệ thống PLC cịn có thêm khả vận hành với thuật toán hổ trợ (arithmetic), “vận hành với liệu cập nhật” (data manipulation) Do phát triển loại hình dùng cho máy tính (Cathode Ray Tube: CRT), nên việc giao tiếp người điều khiển để lập trình cho hệ thống trở nên thuận tiện Ngoài nhà thiết kế tạo kỹ thuật kết nối với hệ thống PLC riêng lẻ thành hệ thống PLC chung, tăng khả hệ thống riêng lẻ Tốc độ xử lý hệ thống cải thiện, chu kỳ quét (scan) nhanh làm cho hệ thống PLC xử lý tốt với chức phức tạp, số lượng cổng ra/vào lớn Một PLC có đầy đủ chức như: đếm, định thời, ghi (register) tập lệnh cho phép thực yêu cầu điều khiển phức tạp khác Hoạt động PLC hồn tồn phụ thuộc vào chương trình nằm nhớ, ln cập nhật tín hiệu ngõ vào, xử lý tín hiệu để điều khiển ngõ Những đặc điểm PLC: Thiết bị chống nhiễu Có thể kết nối thêm modul để mở rộng ngõ vào/ra Ngơn ngữ lập trình dễ hiểu Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển máy lập trình máy tính cá nhân Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ Bảo trì dễ dàng Do đặc điểm trên, PLC cho phép người điều hành không nhiều thời gian nối dây phức tạp cần thay đổi chương trình điều khiển, cần lập chương trình thay cho chương trình cũ Việc sử dụng PLC vào hệ thống điều khiển ngày thông dụng, để đáp ứng yêu cầu ngày đa dạng này, nhà sản xuất đưa hàng loạt dạng PLC với nhiều mức độ thực đủ để đáp ứng yêu cầu khác người sử dụng Để đánh giá PLC người ta dựa vào tiêu chuẩn chính: dung lượng nhớ số tiếp điểm vào/ra Bên cạnh cần ý đến chức như: vi xử lý, chu kỳ xung clock, ngơn ngữ lập trình, khả mở rộng số ngõ vào/ra 2.2 Giới thiệu thiết bị điều khiển lập trình PLC SIMATIC S7 – 300 Chứa vi xử lý, hệ điều hành, nhớ, định thời gian, đếm, cổng truyền thông (RS485)… có vài cổng vào/ra số onboard - PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau, đặt tên theo vi xử lý có CPU CPU312, CPU314, CPU315, CPU316, CPU318…Các module gắn rây tối đa module SM/FM/CP bên phải CPU, tạo thành rack, kết nối với qua bus connector gắn mặt sau module Mỗi module gán số slot tính từ trái sang phải, module nguồn slot 1, module CPU slot 2, module kế mang số 4… Nếu có nhiều module bố trí thành nhiều rack (trừ CPU312IFM CPU313 có rack), CPU rack 0, slot 2, kế module phát IM360, slot 3, có nhiệm vụ kết nối rack với rack 1, 2, 3, rack có module kết nối thu IM361, bên phải module IM module SM/FM/CP Cáp nối hai module IM dài tối đa 10m Các module đánh số theo slot dùng làm sở để đặt địa đầu cho module ngõ vào tín hiệu Đối với CPU 315-2DP, 316-2DP, 318-2 gán địa tùy ý cho module Các CPU 312IFM, 314 IFM, 31xC có tích hợp sẵn số module mở rộng CPU 312IFM, 312C: 10 ngõ vào số địa I124.0 …I124.7, I125.1; ngõ số Q124.0…Q124.5 CPU 313C: 24 DI I124.0 126.7, 16DO Q124.0 125.7, ngõ vào tương đồng AI địa 752 761, hai ngõ AO 752 755 CPU 314IFM: 20 ngõ vào số I124.0 … I126.3; 16 ngõ số Q124.0 … Q125.7; ngõ vào tương đồng PIW128, PIW130, PIW132, PIW134; ngõ tương đồng PQW128 - Với CPU có hai cổng truyền thơng, cổng thứ hai có chức phục vụ việc nối mạng phân tán có kèm theo phần mềm tiện dụng cài đặt sẵn hệ điều hành Các loại CPU phân biệt với CPU khác tên gọi thêm cụm từ DP Ví dụ Module CPU 315-2DP… Các khối chức bên CPU S7-300 Các CPU khác thành phần khơng giống nhau, cụ thể thành phần module hình dưới: Sự khác khối bề ngồi CPU S7-300 Một số đặc tính kỹ thuật số CPU S7-300 Các module mở rộng Hình 3.2 - Bộ soạn thảo wincc Tất Modul thuộc hệ thống WinCC không cần thiết khơng thiết phải cài đặt hết Tag (Biến) Tags WinCC phần tử trung tâm để truy nhập giá trị trình.Trong dự án, chúng nhận tên kiểu liệu Kết nối logic gán với WinCC Kết nối xác định kênh chuyển giao giá trị trình cho biến Các biến lưu trữ sở liệu toàn dự án Khi chế độ WinCC khởi động, tất biến dự án nạp cấu trúc Run – time tương ứng thiết lập Mỗi biến lưu trữ quản lí liệu theo kiểu liệu chuẩn WinCC làm việc với loại Tag: - Tag nội (Internal Tag): Là Tag không kết nối với trình dùng để quản lý liệu bên project - Tag trình (Process Tag): Là Tag dùng để trao đổi liệu WinCC q trình tự động Thuộc tính Tag phụ thuộc vào driver sử dụng - Tag hệ thống (System Tag): Bắt đầu với ký tự @, dùng để quản lý Project, khơng thể xóa hay chỉnh sửa System Tag Ví dụ : @RM_MASTER, @RM_MASTER_NAME… WinCC quản lý tag theo kiểu: - Kiểu nhóm (Tag group) 46 - Kiểu cấu trúc (Structure Type) Nhóm biến chứa tất biến có kết nối logic lẫn Các kiểu liệu Biến phải gán kiểu liệu sau cho biến định cấu hình Việc gán kiểu liệu cho biến thực tạo biến Kiểu liệu biến độc lập với kiểu biến ( Biến nội hay biến trình) Trong WinCC, kiểu liệu chuyển đổi thành kiểu khác cách điều chỉnh lại dạng Các kiểu liệu ( Data Types) có WinCC:  Binary Tag: kiểu nhị phân  Signed – Bit Value: kiểu bit có dấu  Unsigned – Bit Value: kiểu bit không dấu  Signed 16 – Bit Value: kiểu 16 bit có dấu  Unsigned 16 – Bit Value: kiểu 16 bit không dấu  Signed 32 – Bit Value: kiểu 32 bit có dấu  Unsigned 32 – Bit Value: kiểu 32 bit không dấu  Floating Point Number 32 bit IEEE 754: kiểu số thực 32 bit theo tiêu chuẩn IEEE 754  Floating Point Number 64 bit IEEE 754: kiểu số thực 64 bit theo tiêu chuẩn IEEE 754  Text Tag bit character set: kiểu ký tự bit  Text Tag 16 bit character set: kiểu ký tự 16 bit  Raw Data type: kiểu liệu thô 4.4 Mô Phỏng Trên Phần Mềm Win CC Bước 1: Tạo project winCC Khởi động winCC Hộp thoại winCC Explorer xuất hiện, khung Create a New Project có lựa chọn: 1: Single- User Project 2:Multi- User Project 3:Cllient Project 47 Vì dự án thực đơn lẻ nên ta chọn mục Single-User Project sau nhấp OK Hộp thoại create a new project đặt tên cho dự án khung project name là:HT_DONG_GOI_SP Trong khung Project Path chọn ổ đĩa thư mục lưu dự án Bấm Create tạo project 48 Bước 2: Chọn PLC driver từ Tab Managemnent Driver : kết nối PLC winCC Trong dự án nhấp chuột phải chọn Tab managemnent Chọn Driver Simatic S7 Protocol Suite.chn Mạng có cổng kết nối Sau nhấp chuột phải vào MPI Chọn New Driver Connection Mục name tên PLC ta chọn PLC0 sau kích vào Properties hộp thoại xuất  sau ta chọn Slot Numben để sau kết nối STEP7 49 50 Chọn Slot Numben để sau kết nối với Step7 51 Bước 3: Tạo biến Kích chuột phải vào PLC0 chọn New Tag hộp thoại xuất hiện sau đặt tên biến  Chọn Select hộp thoại Nhiệm vụ hộp thoại tạo thuộc tính cho biến Sau ta khai báo biến 52 53 Bước : Thiết kế giao diện điều khiển giám sát hệ thống đóng gói sản phẩm Vào Graphic Design để thiết kế sử dụng thư viện công cụ để ta vẽ giao diện sau: 54 Bước 5: Thiết kế đặc tính cho đối tượng hình vẽ 55 56 57 58 Kết Luận 59 Trong trình làm đồ án hướng dẫn giúp đỡ thầy cô TRẦN VĂN SỸ bạn bè đồng nghiệp nên nhóm chúng em hồn thành đồ án “ Điều khiển giám sát hệ thống đóng gói sản phẩm ” Nội dung đồ án chủ yếu tìm hiểu cơng nghệ, đặc điểm q trình đóng thùng tự động Tìm hiểu thiết bị điều khiển PLC, câu lệnh S7-300 …Đặc biệt đồ án giải chương trình điều khiển, xây dựng mạch kết nối điều khiển thiết kế cho hệ thống “ đóng gói sản phẩm” đáp ứng u cầu cơng nghệ đặt Tuy nhóm có nhiều cố gắng thời gian, điều kiện, tài liệu khó khăn khả có hạn nên khơng tránh khỏi sai sót Nhóm chúng em mong đóng góp thầy bạn bè đồng nghiệp 60