4. Ph−ơng pháp nghiên cứu
3.3.3.Mơ tả hoạt động và lắp ráp mơ hình mơ phỏng
3.3.3.1. Mơ tả hoạt động mơ hình
Nh− đã đề cập ở trên sơ đồ dây chuyền gồm các thiết bị sau:
+ Các máy bơm dùng bơm nguyên liệu và quay cánh khuấy, quay máy ly tâm là các động cơ ĐC 1,2,3,4,5,6,7. Trong đĩ động cơ quay máy ly tâm đ−ợc điều khiển bằng máy biến tần để cĩ thể thay đổi tốc độ quay cho phù hợp với từng giai đoạn của sản phẩm. Tức là ứng với từng loại n−ớc dịch quả với tỷ lệ thịt quả cịn lại theo yêu cầu khách hàng.
+ Các Tank chứa là các thùng chứa dịch n−ớc dứa với kết cấu phức tạp, trên đĩ gắn các cảm biến mức để đo mức chất lỏng.
+ Van đĩng mở nguồn nhiệt. Nguồn nhiệt đ−ợc cung cấp từ bên ngồi, nh− vậy thì cần cĩ một van để đĩng mở nguồn nhiệt để nhiệt truyền đi theo đ−ờng ống l−u tới nơi cần cung cấp nhiệt. Van nhiệt cĩ cấu tạo phức tạp với mức tác động nhanh dựa trên nguyên lý tác động theo sự thay đổi áp suất khi nhiệt độ thay đổi.
+ Máy ly tâm tách dịch quả là loại máy hoạt động theo nguyên lý ly tâm quay.
+ Thiết bị gia nhiệt ống lồng ống dùng để gia nhiệt sản phẩm. Nĩ hoạt động theo nguyên tắc tác động ng−ợc chiều, dịng sản phẩm và dịng nhiệt sẽ đ−ợc l−u thơng ng−ợc chiều nhau điều này làm tăng hiệu quả trao đổi nhiệt.
+ Các cảm biến nhiệt, đo nhiệt độ sản phẩm và cảm biến mức đo mức n−ớc dứa trong bình chứa.
Trong thực tế xây dựng mơ hình khâu tinh lọc thì chúng tơi khơng thể làm nh− mơ hình thực tế và chỉ xây dựng mơ hình với những tín hiệu mơ phỏng mà thơi cụ thể là:
+ Các thùng chứa đ−ợc thay bằng các bình nhỏ cĩ tính chất t−ợng tr−ng để cho mơ hình chạy.
+ Cảm biến mức thay bằng các tín hiệu báo mức do việc định thời gian của PLC và đ−ợc báo ra các đèn báo mức.
+ Nguồn nhiệt ở đây đ−ợc tạo ra nhờ sức đốt nĩng của các đèn sợi đốt. D−ới đây là mơ hình nguyên lý hoạt động của mơ hình mơ phỏng (hình 3.8).
Rơle1 ĐC1 CT1 Rơle2 ĐC2 CT2 Rơle3 ĐC3 CT3 CT4 Rơle4 ĐC4 Rơle5 ĐC5 CT5 Rơle6 ĐC6 CT6 Rơle7 ĐC7 CT7 Rơle8 CT8 PLC
Nguồn nhiệt
Hình 3.8. Sơ đồ mắc mơ hình
** Nguyên lý hoạt động của sơ đồ
Các cơng tắc ở đây dùng để mơ tả t−ợng tr−ng sự tác động của các đối t−ợng trong hệ thống vào đầu vào PLC, tức là cĩ tín hiệu hay khơng cĩ tín hiệu vào đầu vào PLC. Trên cơ sở đĩ PLC thực hiện xử lý theo ch−ơng trình đã đ−ợc viết, cụ thể nhiệm vụ từng cơng tắc nh− sau:
+ Cơng tắc 1 (CT1) là cơng tắc khởi động, khi cơng tắc đĩng tức là cĩ tín hiệu vào đầu vào PLC. Ch−ơng trình viết l−u trong CPU sẽ xử lý và đ−a ra quyết định đến đầu ra để đĩng rơle ngồi đĩng nguồn cho động cơ 1 (ĐC1) và đĩng van nhiệt.
+ Cơng tắc 2 (CT2) là cơng tắc dừng hệ thống. Khi cơng tắc này tác động tức là cĩ tín hiệu báo dừng hoặc sự cố đ−ợc đ−a tới đầu vào PLC, khi đĩ nhờ PLC xử lý theo ch−ơng trình thì sẽ tác động làm tắt hết các động cơ và dừng hệ thống.
+ Cơng tắc 3 (CT3) là cơng tắc báo cĩ tín hiệu mức cạn của thùng chứa1. Khi dịch quả đ−ợc bơm vào bộ phận ly tâm từ trong thùng 1 hết, lúc đĩ tín hiệu từ việc so sánh thời gian trong PLC sẽ tác động, đ−a tín hiệu vào đầu vào PLC từ đĩ PLC đ−a ra quyết định đến đầu ra để tắt động cơ 3 (ĐC3) và động cơ 4 (ĐC4) bằng cách ngắt các rơle t−ơng ứng.
+ Cơng tắc 4 (CT4) là cơng tắc báo mức 1/3 thùng 1. Khi dịch quả đ−ợc bơm từ bộ phận gia nhiệt đến thùng 1, nếu mức dịch đạt mức 1/3, lúc đĩ tín hiệu từ việc so sánh thời gian trong PLC sẽ tác động vào đầu vào PLC. Thơng qua ch−ơng trình thì PLC đ−a ra quyết định đĩng rơle3 và tác động đĩng động cơ 3 (ĐC3).
+ Cơng tắc 5 (CT5) là cơng tắc báo mức đầy thùng 1. Khi dịch quả đ−ợc bơm đầy vào thùng chứa 1 thì cơng tắc này tác động t−ợng tr−ng cho thời gian đặt của đồng hồ trong PLC đ−a vào đầu vào PLC để tác động đến đầu ra, tắt động cơ 2
(ĐC2) và đĩng động cơ 4 (ĐC4) và đặt thời gian sau đĩ đĩng động cơ 5 (ĐC5). Khi động cơ 5 (ĐC5) quay thì lại tắt động cơ 4 (ĐC4) bằng cách ngắt các rơle t−ơng ứng.
+ Cơng tăc 6 (CT6) là cơng tắc báo sản phẩm đã đ−ợc kiểm tra đạt yêu cầu. Tức là tuỳ yêu cầu khách hàng thì việc ly tâm sẽ đ−ợc đặt thơng số bằng tốc độ và thời gian quay của động cơ ly tâm thơng qua thiết bị điều khiển biến tần sẽ cĩ tín hiệu tác động, rơle 6 sẽ đ−ợc đĩng và đĩng động cơ 6 t−ơng ứng.
+ Cơng tắc 7 (CT7) là cơng tắc báo mức 1/3 thùng chứa 2. Khi sản phẩm đ−ợc bơm từ máy ly tâm vào thùng chứa 2 đạt mức 1/3 thì sẽ cĩ tín hiệu tác động từ đồng hồ thời gian đặt trong một mẻ, PLC sẽ đĩng rơle 7 đồng thời đĩng động cơ 7 (ĐC7).
+ Cơng tắc 8 (CT8) là cơng tắc báo mức đầy của thùng 2. Khi dịch quả đ−ợc bơm vào thùng chứa 2 nếu đạt mức đầy thì cĩ tín hiệu từ đồng hồ thời gian đã đặt theo mẻ tác động đ−a ra tín hiệu vào PLC và tắt động cơ 6 (ĐC6).
+ Ngồi ra khi tín hiệu từ đầu ra của cảm biến nhiệt sẽ đ−ợc xử lý trong quy trình cụ thể là:
Theo thơng số của nhà sản xuất, quan hệ giữa nhiệt độ và điện áp ngõ ra nh− sau:
Vout = 0,01xT0K
= 2,73 + 0,01xT0C
Nh− vậy khoảng biến thiên điện áp t−ơng ứng là 1V với khoảng nhiệt độ từ 00C - 1000C. Tức là ứng với sự thay đổi của 10C thì mức điện áp đầu ra biến thiên một l−ợng là 0.01V. Do đĩ yêu cầu của điều kiện nhiệt độ sản phẩm trong quy trình gia nhiệt cụ thể là từ 600C - 800C thì ứng với sự thay đổi một mức điện áp từ 0.6V - 0.8V, qua khuếch đại là 6 - 8V. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Mặt khác trong quy trình cơng nghệ khâu tinh lọc cịn cĩ tín hiệu đặt thời gian, khi sản phẩm bị quá thời gian tín hiệu sẽ tác động để bật đèn báo kiểm tra theo quy trình cơng nghệ nhằm đảm bảo chất l−ợng sản phẩm.
Việc đĩng cắt động cơ đ−ợc thực hiện bằng các rơle thơng qua ch−ơng trình điều khiển của PLC. Sau đây là mạch động lực mắc các động cơ và đèn báo trong mơ hình (hình 3.9).
Các đèn báo ly tâm
Hình 3.9. Mạch động lực của mơ hình
3.3.4. Thiết kế bộ nguồn
** Việc đĩng cắt đ−a tín hiệu đầu vào PLC và cung cấp nguồn cho các motor một chiều chúng tơi dùng nguồn ngồi để đĩng cắt, việc thiết kế bộ nguồn nh− sau:
- Bộ chỉnh l−u cung cấp nguồn một chiều cĩ điện áp ra 3V cung cấp cho motor quay chúng tơi dùng mạch chỉnh l−u cầu một pha cơng thức tính tốn điện áp ra nh− sau:
Ud=
Π2u2
2
Trong đĩ :
+ u2 là điện áp cần chỉnh l−u (điện áp th− cấp của máy biến áp). + Chọn máy biến áp cĩ điện áp thứ cấp là 3 V vậy u2=3V do đĩ Ud = 2.7V.
Do đĩ ta chọn Điốt chỉnh l−u cĩ các thơng số sau Ion= 450mA, điện áp đặt Uđn=16V
- Bộ lọc sử dụng tụ điện cĩ các thơng số nh− sau: C1 = 1000 μF/16VDC
Hình 3.10. Sơ đồ khối tạo nguồn một chiều cho motor
ở trong mơ hình tơi sử dụng loại cảm biến nhiệt LM335, cần cung cấp cho nĩ một nguồn nuơi ổn định là 5V. Để cĩ điện áp ổn định khơng bị sự ảnh h−ởng của nhiễu nguồn xoay chiều tơi đã sử dụng một vi mạch ổn nguồn KA7805 để ổn định điện áp ra là +5V (hình 3.11).
Các tụ cĩ giá trị nh− ghi trên hình vẽ, riêng tụ C1 đ−ợc chọn theo các loại bộ ổn nguồn. Trong sơ đồ này ta chọn loại KA7805 nên tra theo bảng ta chọn C1=2200mF với điện áp nạp là 25V.
Hình 3.11. Sơ đồ tạo nguồn cho cảm biến
3.4. Xây dựng thuật tốn điều khiển mơ hình
Từ nguyên lý hoạt động của mơ hình khâu tinh lọc trong thựa tế và đ−ợc thay thế bằng mơ hình mơ phỏng, tơi đ−a ra sơ đồ thuật tốn của ch−ơng trình điều khiển dây chuyền nh− sau:
start Đặt ĐC1, Mở van nhiệt Đặt ĐC2 600C<Tsp<800C ? Tsp>800C ? Khĩa van nhiệt Đặt ĐC2 Mức 1/3 Tank 1 ? Mức đầy Tank 1 Mức cạn Tank 1? Đặt ĐC3 Tắt ĐC2, Đặt ĐC4,ĐC5 Tắt ĐC3,ĐC4 1
1 Tín hiệu thời gian ly tâm đạt yêu cầu ? Đặt ĐC6 Mức 1/3 Tank 2 ? Mức đầy Tank 2 ? Đặt ĐC7 Tắt ĐC6 Tín hiệu dừng ? Tắt tất cả động cơ Đặt tín hiệu thời gian
Hình 3.12. Sơ đồ thuật tốn của mơ hình Tín hiệu quá thời gian ? 2 Đặt đèn báo hiệu sự cố để kiểm tra sản phẩm END
3.5. Viết ch−ơng trình điều khiển
3.5.1. Phân cơng tín hiệu vào ra cho bài tốn
Từ sơ đồ thuật tốn ta tiến hành viết ch−ơng trình điều khiển trên SIMATIC S7 – 200.
Để thuận tiện cho việc kiểm tra và việc hiểu ch−ơng trình thì ta tiến hành phân cơng tiến hiệu nh− sau:
TT ký hiệu nhiệm vụ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
tín hiệu đầu vào
1 I0.0 Khởi động
2 I0.1 Dừng tồn bộ hệ thống
tín hiệu đầu ra
10 Q0.0 Động cơ bơm sản phẩm ở bình chứa 300lít
11 Q0.1 Van nguồn nhiệt
12 Q0.2 Động cơ bơm sản phẩm đã đ−ợc gia nhiệt
13 Q0.3 Động cơ quay cánh khuấy bình 1
14 Q0.4 Động cơ bơm sản phẩm từ bình 1 vào máy ly tâm
15 Q0.5 Động cơ quay ly tâm
16 Q0.6 Động cơ bơm dịch quả đã ly tâm vào bình 2
17 Q0.7 Động cơ quay cánh khuấy bình 2
18 Q1.0 Đèn báo cần kiểm tra lại sản phẩm tr−ớc khi tiếp tục sản xuất
3.5.2. Viết ch−ơng trình
Sau khi phân cơng tín hiệu vào ra nh− trên thì ch−ơng trình đ−ợc viết nh− sau: a. Ch−ơng trình đ−ợc viết trên STL nh− sau:
NETWORK 1 //KHOI DONG LD I0.0
S Q0.0, 1 S Q0.1, 1 R Q1.0, 1
NETWORK 2 //SO SANH NHIET DO GIA NHIET DAT TIEU CHUAN LD SM0.0
MOVD +0, AC0 MOVW AIW0, AC0 DTR AC0, AC0 /R 3276.7, AC0 AR>= AC0, 6.0 AR< AC0, 8.0 S Q0.2, 1
NETWORK 3 //SO SANH NHIET DO QUA NHIET SAN PHAM LDR>= AC0, 8.0
R Q0.1, 1
NETWORK 4 //DAT THOI GIAN CHO MOT ME LD Q0.2 O Q0.4 O Q0.5 O Q0.6 O Q0.7 TON T37, +30000
NETWORK 5 //SO SANH MUC 1/3 BINH 1 LDW>= T37, +3000
S Q0.3, 1
NETWORK 6 //SO SANH MUC DAY BINH 1 LDW>= T37, +9000
R Q0.2, 1 S Q0.4, 1
NETWORK 7 //SO SANH HET MUC 1/3 BINH 1 LDW>= T37, +15000
NETWORK 8 //SO SANH MUC CAN BINH 1 LDW>= T37, +18000
R Q0.4, 1 S Q0.5, 1
NETWORK 9 //SAN PHAM DA LY TAM XONG LDW>= T37, +21000 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
R Q0.5, 1 S Q0.6, 1
NETWORK 10 //SO SANH MUC 1/3 BINH 2 LDW>= T37, +24000
S Q0.7, 1
NETWORK 11 //SO SANH MUC DAY BINH 2 LDW>= T37, +30000
R Q0.6, 1 R Q0.7, 1 R T37, 1
NETWORK 12 //DUNG HE THONG LD I0.1 R Q0.0, 1 R Q0.1, 1 R Q0.2, 1 R Q0.3, 1 R Q0.4, 1 R Q0.5, 1 R Q0.6, 1 R Q0.7, 1 R T37, 1
NETWORK 13 //DAT THOI GIAN KIEM TRA SAN PHAM SAU KHI DUNG HE THONG LDN Q0.0 TON T38, +32000 NETWORK 14 LD T38 TON T39, +32000 NETWORK 15 LD T39 TON T40, +800
NETWORK 16 //CO TIN HIEU BAO QUA THOI GIAN LUU DICH QUA LD T40
b. Ch−ơng trình đ−ợc viết trên LED nh− sau:
3.6. Ghép nối với PLC chạy thử mơ hình và nhận xét
Sau khi đã nghiên cứu hoạt động của dây chuyền thực tế và trên cơ sở phân
tích hoạt động của mơ hình thay thế, chúng tơi đã thực hiện lắp ráp mơ hình mơ phỏng. Trên cơ sở phân tích hoạt động của mơ hình mơ phỏng và thuật tốn của mơ hình đã viết ch−ơng trình cho mơ hình. Sau đây là một vài nhận xét về mơ hình:
Mơ hình với cảm biến nhiệt mắc ở điều kiện khơng chuẩn hĩa và sự cấp nhiệt khơng ổn định nên chạy cĩ sai số, tuy nhiên với mức độ mơ phỏng đã đạt hiệu quả mơ phỏng.
Mơ hình với sự thay đổi tín hiệu mức bằng quá trình phân mức thời gian nên khơng phản ánh khơng đúng quá trình thực. Thiếu sự chuẩn hố của quá trình sản xuất.
Song mơ hình cịn thiếu trực quan về đ−ờng cấp liệu và việc điều khiển máy quay ly tâm nên phần nào hạn chế về hiệu quả mơ phỏng của dây chuyền cơng nghệ.
Hình 3.13. Sơ đồ tổng thể của mơ hình
kết luận và đề nghị
1.Kết luận
Sau một thời gian nghiêm túc nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu và thực tập ở cơ sở thực tế, mặc dù cĩ gặp khĩ khăn nh−ng với sự tận tình giúp đỡ của thầy giáo ThS. Phan Văn Thắng và tập thể các cơng nhân viên của x−ởng cơ đặc n−ớc dứa, cùng với sự nỗ lực của bản thân đến nay tơi đã hồn thành đề tài “ứng dụng PLC
điều khiển mơ hình khâu tinh lọc n−ớc dứa sau khi trích ép”. Qua quá trình thực
hiện đề tài tơi cĩ một số kết luận nh− sau:
a. Mặt tích cực
- Đề tài đã nêu đ−ợc quá trình phát triển của ngành tự động hố quá trình sản xuất trong n−ớc và phân tích lợi thế, ý nghĩa ứng dụng cũng nh− hạn chế của nĩ trong sản xuất đặc biệt trong sản xuất nơng nghiệp.
- Đề tài đã giúp ích rất nhiều cho tơi về kiến thức thực tế trong sản xuất cũng nh− cách thức sử dụng các thiết bị điện tử trong việc xây dựng mơ hình.
- Qua quá trình thực hiện đề tài này tơi đã hiểu sâu hơn về PLC, đ−ợc vận dụng vào thiết kế thực tế trực tiếp. Biết cách sử dụng phần mềm lập trình để lập trình điều khiển quá trình tự động hố trong các dây chuyền sản xuất, biết cách ghép nối PLC với thiết bị ngoại vi mà đây là điều cĩ ý nghĩa vơ cùng quan trọng cho bản thân tơi sau khi ra làm việc sau này.
- Đề tài cũng nêu đ−ợc vai trị và ứng dụng của cảm biến trong quá trình điều khiển và ý nghĩa của việc xử lý số liệu, của điện tử trong thiết kế mơ hình sản xuất.
- Từ thực tế sản xuất và ứng dụng phần mềm Simatic S7 – 200, kết quả đề tài đã xây dựng đ−ợc mơ hình quy trình khâu tinh lọc n−ớc dứa trong dây chuyền sản xuất n−ớc dứa cơ đặc. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
b. Mặt hạn chế
- Do cịn hạn chế về kiến thức thực tế và các điều kiện khách quan nên quy mơ xây dựng mơ hình ch−a đ−ợc sát với thực tế.
- Đề tài mới chỉ xây dựng mơ hình điều khiển d−ới dạng mơ hình với đ−ờng nguyên liệu chỉ là tín hiệu mơ tả. Các thiết bị chấp hành ch−a đ−ợc tính tốn nh− mơ hình thực tế.
- Dây chuyền sản xuất trong thực tế là một dây chuyền khá hiện đại và mới ở n−ớc ta, đề tài mới chỉ nêu đ−ợc sự ảnh h−ởng của yếu tố nhiệt độ đến sản phẩm mà ch−a kể đến ảnh h−ởng của các yếu tố khác nh− áp suất, l−u l−ợng.
c. Mặt nhận thức
Qua quá trình nghiên cứu, tìm hiểu các tài liệu để thực hiện đề tài ngồi những hiểu biết về sự phát triển và ứng dụng của tự động hố trên thế giới và trong n−ớc ta hiên nay... Đề tài cịn giúp tơi tiếp cận với những kiến thức về điều khiển