Đo khối lượng của hệ thống cân băng định lượng bằng xử lý tín hiệu analog trong PLC s7 1200

Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤ MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI NÓI ĐẦU LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan hệ thống cân băng định lượng 1.1.1 Khảo sát hệ thống cân băng định lượng 1.1.2 Giới thiệu hệ thống cân băng định lượng 10 1.1.3 Cấu tạo hệ thống cân băng định lượng 11 1.1.4 Nguyên lý hoạt động cân băng định lượng 13 1.1.5 Các phương pháp đo khối lượng 13 1.1.6 Một số hình ảnh thực tế hệ thống cân băng định lượng 16 1.2 Mục đích nghiên cứu đo khối lượng hệ thống 19 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG 20 2.1 Giới thiệu chung PLC S7-1200 20 2.1.1 Giới thiệu PLC S7-1200 20 2.1.2 Vai trò PLC S7-1200 23 2.1.3 Ưu điểm PLC .24 2.1.4 Cấu trúc PLCS7-1200 25 2.1.5 Nguyên lý hoạt động CPU 25 2.2 Tổng quan HMI Siemen .28 2.2.1 Khái niệm 28 2.2.2 Phân loại HMI 30 2.3 Giới thiệu cảm biến hệ thống 30 2.3.1 Giới thiệu cảm biến trọng lượng .30 2.3.2 Giới thiệu cảm biến quang .38 2.4 Các phần tử chấp hành 39 2.4.1 Van 5/2 39 GVHD: TS Đặng Quang Đồng Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp 2.4.2 Van tiết lưu 40 2.4.3 Xylanh kép 40 CHƯƠNG 3: ĐO KHỐI LƯỢNG BẰNG XỬ LÝ TÍN HIỆU ANALOG TRONG PLC S7-1200 44 3.1 Thiết kế chế tạo hệ thống cân định lượng 44 3.1.1 Tính tốn, lựa chọn chi tiết khí .44 3.1.2 Kết thu .47 3.1.2 Xử lý tín hiệu analog PLC S7-1200 51 3.2 Tính chọn cảm biến loadcell 55 3.2.1 Tính chọn loadcell 55 3.2.2 Kết nối loadcell 57 3.2.3 Chống tải cho loadcell .58 3.2.4 Mạch khuếch đại loadcell cho PLC .58 3.2.5 Tính chọn cảm biến 60 3.3 Thiết lập cấu hình phần cứng chương trình điểu khiển .62 3.3.1 Thiết lập cấu hình phần cứng 62 3.3.2 Chương trình điều khiển 65 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .71 4.1 Kết luận 71 4.2 Kiến nghị 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 DANH MỤC HÌNH ẢN GVHD: TS Đặng Quang Đồng Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp Hình 1.1 Dây chuyền cân băng tải định lượng .8 Hình 1.2 Cân đóng bao định lượng Hình 1.3 Hệ thống cân băng tải điện tử Hình 1.4 Hệ thống cân trọn băng tải 10 Hình 1.5 Sơ đồ cấu tạo băng tải cân băng định lượng 11 Hình 1.6 Cân đòn cân 14 Hình 1.7 Cân dịch chuyển 15 Hình 1.8 Hệ thống cân định lượng .16 Hình 1.9 Hệ thống cân băng tải điện tử ứng dụng cho doanh nghiệp 17 Hình 1.10 Hệ thống cân băng tải dây chuyền công nghiệp .18 Hình 1.11 Hệ thống cân phễu định lượng 18 Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc điều khiển lập trình PLC 25 Hình 2.2 Vịng qt chương trình 27 Hình 2.3 Màn hình HMI 28 Hình 2.4: Mạch cầu wheatstone 31 Hình 2.5: Các dạng nối dây loadcell 38 Hình 2.6: Một số dạng loadcell 38 Hình 2.7 Cảm biến quang điện phản xạ khuếch tán 38 Hình 2.8 Sơ đồ kết nối cảm biến quang 38 Hình 2.9 Van điện 5/2 39 Hình 2.10 Van tiết lưu 40 Hình 2.11 Xylanh tác dụng chiều 41 Hình 2.12 Xylanh tác dụng hai chiều khơng có giảm chấn .41 Hình 2.13 Xylanh khí nén SMC dòng CM2 .41 Hình 2.14 Xy lanh khí nén SMC dịng CJ2 43 Hình 3.1 Sơ đồ thiết kế toàn hệ thống băng truyền .44 Hình 3.2 Sơ đồ thiết kế băng truyền 45 Hình 3.3 Kích thước băng truyền 46 Hình 3.4 Kích thước băng truyền 46 GVHD: TS Đặng Quang Đồng Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp Hình 3.5 Kích thước băng truyền 46 Hình 3.6 Hệ thống cân băng định lượng 47 Hình 3.7 Băng tải vận chuyển 48 Hình 3.8 Băng tải phân loại .49 Hình 3.9 Bàn cân định lượng .50 Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý cân định lượng 51 Hình 3.11 Loadcell dạng 56 Hình 3.12 Kích thước loadcell 57 Hình 3.13 Sơ đồ dây loadcell .57 Hình 3.14 Mạch khuếch đại loadcell 59 Hình 3.15 Sơ đồ kết nối mạch khuếch đại 60 Hình 3.16 Cảm biến quang 60 Hình 3.17 Sơ đồ đấu dây cảm biến quang 62 Hình 3.18 Hiển thị HMI 69 GVHD: TS Đặng Quang Đồng Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Thông số CPU S7-1200 22 Bảng 2.2 Thông số Module S7-1200 23 Bảng 2.3 Thơng số kỹ thuật xylanh nén khí SMC dòng CM2 42 Bảng 2.4 Thơng số kỹ thuật xy lanh khí nén SMC dịng CJ2 43 Bảng 3.1 Thông số hàm NORM_X .52 Bảng 3.2 Thông số hàm SCALE_X 54 Bảng 3.3 Tthông số loadcell 3kg .56 Bảng 3.4 Thông số mạch khuếch đại 59 Bảng 3.5 Thông số định mức cảm biến quang 61 Bảng 3.6 khối lượng thực tế đo 69 GVHD: TS Đặng Quang Đồng Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp LỜI NĨI ĐẦU Trong q trình sản xuất nhà máy, khu công nghiệp tập trung khâu định lượng vô quan trọng Khâu định lượng giúp xác định xác khối lượng nguyên vật liệu, thành phẩm bán thành phẩm tronng sản xuất Các thiết bị định lượng có mặt hầu hết khâu hệ thống, công đoạn sản xuất: cung ứng tồn trữ nguyên vật liệu, cấp liệu cho giai đoạn, cân đóng gói sản phẩm… Tự động điều khiển giám sát q trình sản xuất nói chung cân định lượng nói riêng ưu tiên hàng đầu cac doanh nghiệp nhằm nâng cao suất hạ giá thành sản phẩm, giảm chi phí hoạt động tăng cường khả cạnh tranh trình hội nhập Những ứng dụng lợi ích hệ thống cân định lượng lớn em lựa chọn để tài “ Đo khối lượng hệ thống cân băng định lượng xử lý tín hiệu analog PLC S7-1200” Thơng qua tìm hiểu em hệ thống cân định lượng cịn nhiều thiếu sót mong nhận đánh giá góp ý thầy Chúng em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ bảo tận tình thầy Đặng Quang Đồng trình làm đồ án với đề tài GVHD: TS Đặng Quang Đồng Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến nhà trường thày khoa điện – điện tử tận tình dạy dỗ dìu dắt chúng em suốt thời gian học vừa qua, để chúng em có kiến thức chun mơn, để chúng em làm việc giúp ích cho xã hội Để thực thành cơng đồ án em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn, đạo tận tình thầy TS.Đặng Quang Đồng,thầy hướng dẫn tận tình giúp đỡ chúng em định hướng, góp ý cung cấp ý tưởng dẫn tài liệu tiến trình thực đồ án Sự hướng dẫn thầy yếu tố quan trọng để chúng em hồn thành đề tài giao Cuối em xin gửi lời cảm ơn tất bạn bè giúp đỡ động viên suốt trình làm đồ án Do kinh nghiệm trình độ cịn hạn chế nên phần thể trình bày chúng em cịn nhiều khiếm khuyết Rất mong giúp đỡ tham khảo ý kiến thầy cô để chúng em phát triển thêm đề tài Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Chu Minh Trung Hưng Yên, ngày tháng 06 năm 2017 GVHD: TS Đặng Quang Đồng Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan hệ thống cân băng định lượng 1.1.1 Khảo sát hệ thống cân băng định lượng Vai trò cân băng tải đặc biệt quan trọng nhà máy công nghiệp, thể rõ qua nhà máy cần pha trộn nguyên liệu như: nhà máy xi măng, nhà máy chế biến thức ăn chăn nuôi, nhà máy chế biến gia vị, băng tải bố trí nhằm vận chuyển nguyên liệu thay cho sức người phương tiện vận chuyển thơ sơ khác Hình 1.1 Dây chuyền cân băng tải định lượng Việc đo lường kiểm sốt khối lượng nhà máy,xí nghiệp quan trọng.Trong nhiều trình,việc đo lường kiểm sốt khối lượng khơng thiếu để đạt chất lượng sản phẩm cuối tốt nhất,với suất cao giá thành thấp nhất.Trước có hệ thống đo khối lượng dùng đối trọng lò xo kết cấu khí,việc sử dụng loại cân cồng kềnh độ xác khơng cao.Ngày q trình,hệ thống đại địi hỏi phải có độ xác cao việc đo lường thiết bị.Vấn đề công nghệ đo phù hợp,hiển thị xác thơng số đo lường vấn đề nhiều kỹ sư tích hợp,đo lường điều khiển quan tâm GVHD: TS Đặng Quang Đồng Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp Hình 1.2 Cân đóng bao định lượng Hệ thống cân băng định lượng hệ thống có vai trị quan trọng dây truyền sản xuất cơng nghiệp,thương mại.Các q trình cơng nghệ nói chung từ xử lý nguyên liệu thô ban đầu để tạo thành phẩm.Vậy làm để định lượng khối lượng nguyên liệu đầu vào cách xác đời sản phẩm đạt tiêu chuẩn chất lượng với chi phí sản xuất thấp ? Hình 1.3 Hệ thống cân băng tải điện tử GVHD: TS Đặng Quang Đồng Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp Trong nhà máy,xí nghiệp cơng đoạn xử lý ngun liệu cần định lượng,từ lĩnh vực đơn giản đưa khối lượng nguyên liệu đầu vào để sản xuất,đến công việc phức tạp sử dụng thương mại để bn bán trao đổi.Vai trị việc cân định lượng thiếu hệ thống tự động hóa :trong nhà máy xi măng,nhà máy nhiệt điện 1.1.2 Giới thiệu hệ thống cân băng định lượng Hệ thống cân băng định lượng dùng để định lượng thành phần nguyên liệu, đảm bảo tỉ lệ phối liệu để sản phẩm sản xuất đạt chất lượng theo yêu cầu, chất lượng sản phẩm ổn định, tiết kiệm chi phí sản xuất kinh doanh Hệ thống cân định lượng tương tự hệ thống cân băng tải, khác phần động thay đổi tốc độ để thay đổi khối lượng Cân định lượng có u cầu xác ổn định cao cân băng liên quan đến định lượng thành phần nguyên liệu Nếu cân định lượng có sai số lớn ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, suất làm việc máy Cân băng định lượng bao gồm thiết bị ghép nối cới mà thành,nó thuộc dạng cân định lượng băng tải, dùng cho hệ thống cân liên tục.Thực việc phối liệu cách liên tục theo tỷ lệ u cầu cơng nghệ đặt Hình 1.4 Hệ thống cân trọn băng tải GVHD: TS Đặng Quang Đồng 10 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp Hình 3.15 Sơ đồ kết nối mạch khuếch đại 3.2.5 Tính chọn cảm biến Hình 3.16 Cảm biến quang Bảng 3.5 Thông số định mức cảm biến quang GVHD: TS Đặng Quang Đồng 61 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp Hình 3.17 Sơ đồ đấu dây cảm biến quang 3.3 Thiết lập cấu hình phần cứng chương trình điểu khiển 3.3.1 Thiết lập cấu hình phần cứng B1: Tạo Newprojec GVHD: TS Đặng Quang Đồng 62 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp B2: Cấu hình thiết bị B3: Chọn CPU GVHD: TS Đặng Quang Đồng 63 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp B4: Bảng địa thành phần modul tích hợp sẵn PLC S7-1200 GVHD: TS Đặng Quang Đồng 64 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp B5: Channel vào analog B6: GVHD: TS Đặng Quang Đồng 65 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp B7 : Lập bảng symbol 3.3.2 Chương trình điều khiển GVHD: TS Đặng Quang Đồng 66 Trường ĐHSPKT Hưng Yên GVHD: TS Đặng Quang Đồng Đồ án tốt nghiệp 67 Trường ĐHSPKT Hưng Yên GVHD: TS Đặng Quang Đồng Đồ án tốt nghiệp 68 Trường ĐHSPKT Hưng Yên GVHD: TS Đặng Quang Đồng Đồ án tốt nghiệp 69 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp 3.4 Kết thu Bảng 3.6 khối lượng thực tế đo Nguyên liệu Khối lượng thực tế Khối lượng cân Phôi ( Sắt) 530 262 Phôi ( Sắt) 720 353 Phôi ( Sắt) 1230 599 Hình 3.18 Hiển thị HMI GVHD: TS Đặng Quang Đồng 70 Trường ĐHSPKT Hưng Yên GVHD: TS Đặng Quang Đồng Đồ án tốt nghiệp 71 Trường ĐHSPKT Hưng Yên GVHD: TS Đặng Quang Đồng Đồ án tốt nghiệp 72 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Sau nghiên cứu thực đề tài, chúng em thu kết sau: - Về mặt xây dựng mơ hình hệ thống: hệ thống thực nhiệm vụ đề tài, cân khối lượng phôi vận chuyển phân loại - Mơ hình thiết kế cách đồng thuận tiện việc sử dụng nhóm mơ hình thiết kế chắc đảm bảo tính mỹ thuật, kỹ thuật đáp ứng yêu cầu hệ thống - Về mặt truyền thông: đáp ứng yêu cầu đề tài truyền thông S7-1200 Siemes máy tính - ứng dụng lập trình trạm cấp phơi Trong q trình thực đồ án gặp nhiều khó khăn thực tế phát sinh thiết kế chế tạo cân định lượng nên hệ thống cân định lượng chúng em đạt độ xác chưa cao, sai số nhiều Trong suốt trình làm đồ án chúng em rèn luyện khả làm việc theo nhóm, đồng quen dần với cách làm việc độc lập, biết cách tổ chức công việc xếp thời gian cách hợp lý, rèn luyện kỹ cần thiết cho đồ án tốt nghiệp Đó kết to lớn mà chúng em thu nhận sau nghiên cứu thực xong đề tài Mong đề tài bạn sinh viên khoá sau tiếp tục thực yêu cầu khắc phục hạn chế đề tài này, để tạo sản phẩm có chất lượng cao phục vụ cho sản xuất đời sống xã hội Cuối lần chúng em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến thầy giáo TS.Đặng Quang Đồng tồn thể thầy khoa Điện - Điện tử Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên giúp đỡ chúng em hoàn thành tốt đề tài giao 4.2 Kiến nghị Sau thời gian làm đồ án em xin đưa khuyến nghị sau - Với đề tài có tính ứng dụng công nghiệp liên quan đến thiết bị đại địi hỏi cần phải có thời gian làm quen củng sử dụng nhiều GVHD: TS Đặng Quang Đồng 73 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp - Phát triển đề tài mức độ cao hơn, có nhiều ứng dụng, linh hoạt khai thác tính điều khiển PLC S7 – 1200 vấn đề truyền thông mạng Profibus - Khắc phục sai số hệ thống, chỉnh định sai số phép đo - Phát triển hệ thống đo động đo tĩnh - Hệ thống triển khai thực tế, phục vụ sản xuất GVHD: TS Đặng Quang Đồng 74 Trường ĐHSPKT Hưng Yên Đồ án tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO https://hoasenvang.com.vn/faq/Cam-bien-tai-trong-luong.html http://loadcell.com.vn http://tailieu.vn/tag/cam-bien-loadcell.html https://idoc.vn GVHD: TS Đặng Quang Đồng 75 ... chung PLC S7- 1200 2.1.1 Giới thiệu PLC S7- 1200 Năm 2009, Siemens dòng sản phẩm S7- 1200 dùng để thay dần cho S72 00 So với S7- 200 S7- 1200 có tính trội: -S7- 1200 dịng điều khiển logic lập trình (PLC) ... Module S7- 1200 -Phần mềm dùng để lập trình cho S7- 1200 hỗ trợ ba ngơn ngữ lập trình FBD, LAD SCL.Phần mềm tích hợp TIA Portal 11 Siemens 2.1.2 Vai trò PLC S7- 1200 Trong hệ thống tự động, PLC ví... tiết lưu 40 2.4.3 Xylanh kép 40 CHƯƠNG 3: ĐO KHỐI LƯỢNG BẰNG XỬ LÝ TÍN HIỆU ANALOG TRONG PLC S7- 1200 44 3.1 Thiết kế chế tạo hệ thống cân định lượng