3.4.1.Layout tủ điện
Từ các thiết bị sau khi tính và lựa chọn tiến hành layout các vị trí của các thiết bị trong tủ như sau:
Hình 3.47. Layout thiết bị trong tủ điện
Từ đó thu được mô hình 3D của tủ điện tổng và tủ điều khiển như sau
Hình 3.48. 3D tủ điện và tủ điều khiển
Sơ đồ và bản vẽ mạch điện đấu nối, đi dây cho các thiết bị trong tủ, bản vẽ thiết kế các chi tiết trong tủ điện và tủ điều khiển được trình bày trong phần phụ lục 2.
3.4.2.Thiết kế mạch điện
Dựa vào sơ đồ đấu nối và nguyên lý hoạt động của thiết bị nhóm sinh viên tiến hành thiết kế mạch điện của hệ thống được trình bày ở phụ lục 4.
3.5.Thiết kế hệ thống giám sát và điều khiển qua HMI
3.5.1. Thiết kế giao diện giám sát cho hệ thống
Để tiện hành thiết kế giao diện giám sát, giúp tạo nên sự thân thiện của hệ thống với người sử dụng nhóm sinh viên lựa chọn phần mền Tia Portal V16 để lập trình và thiết kế.
3.5.1.1. Tổng quan về phần mền
TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal – Cổng tích hợp tự động toàn diện) là phần mềm tổng hợp của nhiều phần mềm điều hành quản lý tự động hóa. TIA Portal cung cấp môi trường toàn diện giúp người dùng có thể từ đó thực hiện các tác vụ điều khiển hệ thống.
Hình 3.49 Nhận diện phần mềm TIA Portal V16
TIA Portal là phần mềm cơ sở cho tất cả các phần mềm khác phát triển từ lập trình, tích hợp cấu hình thiết bị trong một dải sản phẩm. Sức mạnh của TIA Portal nằm ở việc cho phép các phần mềm chia sẻ cùng một cơ sở dữ liệu, tạo nên tính thống nhất, toàn vẹn cho hệ thống quản lý và vận hành.
Các thành phần có trong bộ TIA Portal bao gồm:
− Simatic Step 7 professional và Simatic step 7 PLCSIM: Giúp lập trình và mô phỏng PLC các dòng S7-200, S7-300, S7-400, Simatic S7-1200, Simatic S7-1500…
− Simatic WinCC Professional: Dùng để thiết kế giao diện cho HMI, và giao diện hệ thống SCADA.
− Ngoài ra còn có Simatic Start Driver, Sirius và Simocode hỗ trợ người dùng thực hiện nhiều công việc khác.
TIA Portal tạo môi trường cho người dùng dễ dàng thực hiện các thao tác:
− Thiết kế giao diện dạng kéo thả giữa các cửa sổ linh hoạt, dễ dàng.
− Quản lý Project, thiết bị trực quan, nhanh chóng.
− Chức năng Go online và Diagnostic giúp chẩn đoán, phát hiện lỗi trong hệ thống.
− Cơ sở dữ liệu dễ dàng quản lý, thống nhất về câu hình do được tích hợp trong cùng một phần mềm. Nhờ đó hệ thống được quản lý một cách hiệu quả, nhanh chóng, việc tìm kiếm và khắc phục sự cố dễ dàng hơn.
− Tích hợp tất cả công cụ quản lý các thành phần như PLC, màn hình HMI, giúp người dùng tiết kiệm thời gian thao tác, thiết lập kết nối giữa các thiết bị. Giao diện kéo thả giúp giảm thiểu thao tác lập trình.
Do việc tích hợp nhiều phần mềm, cơ sở dữ liệu của chương trình lớn, bao gồm nhiều mảng ở nhiều ngôn ngữ khác nhau nên TIA Portal yêu cầu kỹ thuật cao từ người sử dụng, việc làm quen sử dụng từ đó cũng cần nhiều thời gian. Điều này vô hình trở thành hạn chế của TIA Portal.
Hiện tại phần mềm TIA Portal có nhiều phiên bản như TIA Portal V14,TIA Portal V15, TIA Portal V16 và mới nhất là TIA Portal V17. Tùy theo nhu cầu sử dụng mà người dùng sẽ lựa chọn cài đặt TIA portal phiên bản tương ứng. Trong đề tài này sinh viên lựa chọn sử dụng phần mềm TIA Portal V16 để thực hiện thiết kế và quản lý quy trình đóng hộp hạt điều.
3.5.1.2. Các thao tác cơ bản khi sử dụng phần mềm
Bước 1: Tại màn hình khởi động của phần mềm TIA Portal V16, chọn “Create a new project”.
Bước 2: Nhập tên dự án rồi ấn “Create” để tạo dự án mới
Hình 3.50. Tạo một dự án mới trên TIA Portal V16
Bước 3: Trong phần Devices & Networks, chọn “Add new device”, tại đây sẽ hiện ra danh sách các thành phần có thể thêm vào dự án.
Hình 3.51 Thêm các thành phần cần thiết vào dự án mới
Bước 4: Chọn các thành phần mới cần thêm vào và ấn “Add”. Ở đây sinh viên sẽ lựa chọn PLC S7-1200 mã 6ES7 215-1AG40-0XB0 và HMI 7” TP700 Comfort mã 6AV2 124-0GC01-0AX0 để đưa vào hệ thống.
Phần mềm sẽ chuyển đến giao diện làm việc của dự án, cac thành phần của giao diện làm việc được bố trí như hình 2.15.
Hình 3.52. Giao diện làm việc của dự án
Cây dự án (2) để quản lý dự án và các thành phần đã thêm trong dự án. Vùng làm việc (3) cho biết đối tượng đang được thao tác.
Thư viện công cụ (4) chứa các thiết bị hoặc chức năng cần thiết cho việc chỉnh sửa đối tượng.
Cửa số kiểm tra (5) trình bày các thuộc tính của đối tượng và cho phép chỉnh sửa các thuộc tính đó.
Nút trở về giao diện tổng quan (6).
Thẻ công việc (7) hiển thị các công việc đang mở.
3.5.2. Thiết kế giao diện điều khiển cho hệ thống máy sấy rửa
3.5.2.1. Thêm màn hình HMI vào dự án
- Tiến hành thêm màn hình trên phần mền TIA Portal V16 như sau:
Hình 3.53 Thêm màn hình HMI vào dự án trên phần mền HMI
3.5.2.2. Tạo màn hình và thêm đối tượng vào màn hình
Hình 3.55 Tạo màn hình và thêm đối tượng vào màn hình
Để tạo một màn hình mới nhóm sinh viên kích đúp chuột vào mục “Add new screen” màn hình mới sẽ xuất hiện, bấm F2 để đổi tên cho màn hình vừa tạo.
Để thêm một đối tượng ra ngoài màn hình kích chuột vào biểu tượng “Symbol library” và kéo thả vào vị trí mong muốn trên màn hình. Sau đó kích vào mục “Properties” để thay đổi thuộc tính của đối tượng.
3.5.2.3. Thay đổi thuộc tính đối tượng
Trong ví dụ này nhóm sinh viên muốn thay đổi đối tượng vừa tạo để minh họa cho đối tượng động cơ làm quay băng tải, nhóm sinh viên tiến hành như sau:
Lựa chọn thẻ “ Motors” và chọn vào hình minh họa mà nhóm sinh viên mong muốn như hình minh họa. Sử dụng các công cụ trên thanh công cụ để xoay lật hình như hình trên. Để đối tượng có thể đổi màu thành màu sắc mong muốn nhóm sinh viên làm như sau:
Hình 3.57 Thay đổi thuộc tính đối tượng
Tại thẻ “Appearance” đổi “Fill style” tại mục “Style” thành “Shaded” và đổi “Foreground” tại mục “Background” thành màu sắc mong muốn
Tại thẻ “Animations” tại mục “Display” tạo thuộc tính “Appearance” bẳng cách gắn các Tag bằng các bit điều khiển đã tạo trong thẻ “PLC Tag” và thay đổi màu sắc khi bit được tác động lên trạng thái 1 như hình 1.7. Ngoài ra để điều khiển cho các đối tượng xuất hiện và chuyển động theo yêu cầu nhóm sinh viên tiến hành thêm các tính năng “Visibility” và “Movement” cho các đối tượng tương ứng với các bit để điều khiển.
Hình 3.58 Thêm tính năng “Visibility” và “Movement”
Tiến hành tương tự cho việc tạo và thêm các đối tượng minh họa khác trong hệ thống giám sát.
Đối với đối tượng Text nhóm sinh viên sử dụng nhằm mục đích giải thích tên thiết bị, hiển thị tên các thông số điều khiển, các chế độ vận hành của hệ thống.
Để thêm các đối tượng “ Text”, vào màn hình điều khiển nhóm sinh viên chọn các đối tượng cùng tên tại các thẻ “ Basic Ojbects” và kéo thả vào vị trí cần trên màn hình như hình 3.38 bên dưới. Việc thay đổi thuộc tính và gắn bit điều khiển được minh họa ở hình 3.39
Hình 3.59 Thêm các đối tượng “ Text” vào màn hình
Hình 3.60 Ảnh minh họa thay đổi thuộc tính đối tượng Text
3.5.2.5. Thêm đối tượng “Switch” vào màn hình
Đối với đối tượng Switch, nhóm sinh viên sử dụng nhằm mục đích để tạo các công tắc điều khiển chuyển chế độ của hệ thống, bật tắt các thiết bị điều khiển. Cách tạo, thay đổi thuộc tính và gắn các bit điều khiển được minh họa ở hình 3.40 và 3.41.
Hình 3.62. Ảnh minh họa điều chỉnh thuộc tính của Switch
3.5.2.6. Thêm đối tượng “I/O Filed” vào màn hình
Đối với đối tượng I/O Filed, nhóm sinh viên sử dụng để hiện thị giá trị của các thông số như nhiệt độ, tốc độ quay,… đồng thời giúp người dùng có thể đặt giá trị yêu cầu trực tiếp đối với các thông số của hệ thống thông qua đối tượng. Cách tạo, thay đổi thuộc tính của đối tượng và gắn bit điều khiển được minh họa ở hình 3.41 và 3.42.
Hình 3.63. Ảnh minh họa thêm đối tượng “I/O Filed” vào màn hình
3.5.2.7. Thêm đối tượng “Bar” vào màn hình
Đối với đối tượng Bar, nhóm sinh viên sự dụng để minh họa sự dâng lên và thay đổi của mực nước trong các thùng sạch và thùng bẩn của hệ thống. Chi tiết các tạo và thay đổi thuộc tính của đối tượng được thể hiện trong hình 3.43 và 3.44.
Hình 3.65. Ảnh minh họa thêm đối tượng Bar vào màn hình
Hình 3.66. Ảnh minh họa thay đổi thuộc tính của đối tượng Bar
3.5.2.8. Thêm đối tượng “Gauge” vào màn hình
Đối tượng Gauge, Nhóm sinh viên dùng để biểu thị sự thay đổi của nhiệt độ thực tế và chế độ mô phỏng để giúp người xem dễ quan sát và điều khiển.
Hình 3.68. Ảnh minh họa thay đổi thuộc tính của đối tượng Gauge
3.5.2.9. Tạo đối tượng Đèn để báo hiệu trong màn hình
Đèn báo là đối tượng dùng để hiển thị và đưa ra tín hiệu về chế độ vận hành, thông báo cho người dùng về các lỗi và cảnh báo của hệ thống. Cách tạo, thay đổi thuộc tính và gán bit điều khiển được minh họa ở hình 3.47 và 3.48.
Hình 3.69. Ảnh minh họa tạo đối tượng đèn báo vào màn hình
Hình 3.70. Ảnh minh họa thay đổi thuộc tính của đối tượng đèn báo
3.5.2.10.Tạo đối tượng nút nhấn trong màn hình
Đối tượng nút nhân giúp người dùng có thể trực tiếp điều khiển một chức năng hoạt động của hệ thống thông qua nút nhân được thiết kế trực tiếp trên màn hình mà không phải sử dụng các nút ngoại vi giúp hệ thống trở nên thân thiện và nhỏ gọn hơn.
Ở đây nhóm sinh viên ưu tiên sử dụng nút nhấn có dạng hình vuông để thiết kế và điều khiển, chi tiết được minh họa ở các hình 3.49, 3.50 và 3.51
Hình 3.71. Ảnh minh họa tạo đối tượng nút nhấn vào màn hình
Hình 3.72. Ảnh minh họa thay đổi thuộc tính của đối tượng nút nhấn
Hình 3.73. Gắn bit điều khiển cho nút nhấn
3.5.2.11.Thêm đối tượng Trend view vào màn hình
Đối tượng Trend View, Nhóm sinh viên sử dụng để tạo các lưu đồ giúp người dùng thấy được sự thay đổi giữa nhiệt độ đầu ra nhiệt độ đầu vào và đầu ra của hệ thống dưới tác động của hàm PID. chi tiết được minh họa ở các hình 3.52, 3.53 và 3.5.4
Hình 3.74. Ảnh minh họa thêm đối tượng Trend view vào màn hình
Hình 3.75. Ảnh minh họa thay đổi thuộc tính của đối tượng Trend view
3.5.2.12.Thêm đối tượng Alarm view vào màn hình
Alarm View giúp cho người dùng, người điều khiển có thể biết dễ dàng lỗi và cảnh báo của hệ thống khi hoạt động, trạng thái, thời gian và nguyên nhân dẫn đến xuất hiện lỗi và hướng giải quyết đối với từng lỗi. Các để thêm đối tượng và thiết lập được trình bày ở hình 3.54 và 3.55.
Hình 3.76. Ảnh minh họa thêm đối tượng Alarm view vào màn hình
Ngoài ra để nhóm sinh viên còn sử dụng thêm tiện ích Slide in trong phần mền TIA PORTAL V16 để giúp giao diện người dùng trở lên linh hoạt và dễ điều khiển hoạt động của hệ thống hơn. Hình 3.56 và 3.57 là minh họa cho cách nhóm sinh viện tạo và thiết kế Slide-in Screen Bottom cho hệ thống đảm nhiệm chức năng chuyển đổi giữ các màn hình. Tương tự đối với các Slide- in khác.
Hình 3.78. Ảnh minh họa các tạo và thiết kế Slide-in Screen Bottom cho hệ thống
Hình 3.79. Ảnh minh họa các thiết lập Slide-in Screen Bottom cho hệ thống
3.5.3. Màn hình giám sát và điều khiển của hệ thống
Từ việc tạo và thiết kế icon minh họa cho từng đối tượng điều khiển của hệ thống đến việc thiết kế từng màn hình giao diện mỗi màn hình đảm nhận một vai trò khác nhau trong tổng thể hệ thống sấy rửa chi tiết kim loại điều khiển và giám sát bằng PLC. Nhóm sinh viên thiết kế giao diện của màn hình HMI như sau:
Hình 3.80. Các màn hình của hệ thống HMI
KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 1.Kết quả đạt được
- Nghiên cứu, tính toán thiết kế thành công hệ thống sấy rửa sản phẩm chi tiết kim loại bán tự động áp dụng cho sản xuất công nghiệp.
- Đưa ra bản vẽ 3D, bản vẽ các chi tiết, bản vẽ lắp, bản vẽ điện và sơ đồ đấu nối. - Thiết kế, mô phỏng hệ thống Scada hệ thống trên phần mềm Tia Portal V16.
- Đưa ra được sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống, dự trù được các lỗi có thể xảy ra trong quá trình hoạt động của hệ thống.
- Tìm hiểu, thiết kế và áp dụng hệ thống oil skimmer để lọc váng dầu trong quá trình tẩy rửa giúp bảo vệ môi trường một cách đáng kể.
- Tìm hiểu, nắm bắt được nguyên lý hoạt động của các khí cụ điện, thiết bị cơ khí như contactor, van điện từ, van khí nén..vv..
- Tích hợp cho hệ thống nhiều thiết bị cảm biến, bộ điều khiển, đèn báo…vv để quá trình điều khiển tự động đạt được hiệu quả tốt nhất có thể.
- Tính toán, thiết kế, chọn động cơ và vật liệu phù hợp để hệ thống đạt được hiệu suất làm việc tốt nhất, an toàn với môi trường.
- Phát huy được kỹ năng làm việc nhóm, nâng cao tinh thần, trách nhiệm cá nhân trong công việc.
- Tìm hiểu, làm quen với các phần mềm thiết kế, tích lũy kiến thức cho công việc sau này.
2.Đánh giá
Sau một thời gian nghiên cứu và thực hiện thiết kế đề tài theo đúng tiến độ của đồ án tốt nghiệp, cùng với sự giúp đỡ của thầy Lê Văn Nghĩa và sự nỗ lực của các thành viên trong nhóm. Đến nay đồ án của nhóm đã hoàn thành với đúng tiến độ được giao, đồng thời đáp ứng được cơ bản những yêu cầu, nhiệm vụ đặt ra trong thiết kế đồ án. Cùng với việc nghiên cứu lý thuyết hệ thống đã cho nhóm thêm nhiều hiểu biết cũng như kinh nghiệm trong việc chế tạo một sản phẩm công nghệ.
3.Hạn chế của đề tài
- Do thời gian và kiến thức hạn chế, chưa có kinh nghiệm nên phần tính toán thiết kế còn sơ sài, chưa thực sự tối ưu và còn nhiều thiếu sót.
- Tính toán chọn động cơ chưa thật sự tối ưu để có thể đạt được năng suất cao nhất trong sản xuất.
- Tự động hóa cơ bản các phần chính của hệ thống.
- Tính thẩm mỹ của hệ thống còn hạn chế, các bộ phận sắp xếp có thể chưa được hợp lý.
4.Phương pháp giải quyết và hướng phát triển đề tài
4.1.Phương pháp giải quyết
- Thiết kế hệ thống điều khiển tối ưu và hiện đại hơn.
- Tính toán chọn động cơ tối ưu nhất cho thời gian sản xuất thấp nhất để đạt được năng suất sản xuất cao nhất.
- Sắp xếp các vị trí gá đặt thiết bị tối ưu nhất nâng cao tính thẩm mỹ.