4. Ph−ơng pháp nghiên cứu
3.3.3.Mô tả hoạt động và lắp ráp mô hình mô phỏng
3.3.3.1. Mô tả hoạt động mô 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 đó động cơ quay máy ly tâm đ−ợc điều khiển bằng máy biến tần để có 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 còn lại theo yêu cầu khách hàng.
+ Các Tank chứa là các thùng chứa dịch n−ớc dứa với kết cấu phức tạp, trên đó gắn các cảm biến mức để đo mức chất lỏng.
+ Van đóng mở nguồn nhiệt. Nguồn nhiệt đ−ợc cung cấp từ bên ngoài, nh−
vậy thì cần có một van để đóng mở nguồn nhiệt để nhiệt truyền đi theo đ−ờng ống l−u tới nơi cần cung cấp nhiệt. Van nhiệt có 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. Nó hoạt động theo nguyên tắc tác động ng−ợc chiều, dòng sản phẩm và dòng nhiệt sẽ đ−ợc l−u thông 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 mô hình khâu tinh lọc thì chúng tôi không thể làm nh− mô hình thực tế và chỉ xây dựng mô hình với những tín hiệu mô phỏng mà thôi cụ thể là:
+ Các thùng chứa đ−ợc thay bằng các bình nhỏ có tính chất t−ợng tr−ng để cho mô 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 nóng của các đèn sợi đốt. D−ới đây là mô hình nguyên lý hoạt động của mô hình mô 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 mô hình
** Nguyên lý hoạt động của sơ đồ
Các công tắc ở đây dùng để mô tả t−ợng tr−ng sự tác động của các đối t−ợng trong hệ thống vào đầu vào PLC, tức là có tín hiệu hay không có tín hiệu vào đầu vào PLC. Trên cơ sở đó PLC thực hiện xử lý theo ch−ơng trình đã đ−ợc viết, cụ thể nhiệm vụ từng công tắc nh− sau:
+ Công tắc 1 (CT1) là công tắc khởi động, khi công tắc đóng tức là có 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 đóng rơle ngoài đóng nguồn cho động cơ 1 (ĐC1) và đóng van nhiệt.
+ Công tắc 2 (CT2) là công tắc dừng hệ thống. Khi công tắc này tác động tức là có tín hiệu báo dừng hoặc sự cố đ−ợc đ−a tới đầu vào PLC, khi đó nhờ PLC xử lý theo ch−ơng trình thì sẽ tác động làm tắt hết các động cơ và dừng hệ thống.
+ Công tắc 3 (CT3) là công tắc báo có tín hiệu mức cạn của thùng chứa1. Khi dịch quả đ−ợc bơm vào bộ phận ly tâm từ trong thùng 1 hết, lúc đó tín hiệu từ việc so sánh thời gian trong PLC sẽ tác động, đ−a tín hiệu vào đầu vào PLC từ đó 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.
+ Công tắc 4 (CT4) là công 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 đó tín hiệu từ việc so sánh thời gian trong PLC sẽ tác động vào đầu vào PLC. Thông qua ch−ơng trình thì PLC đ−a ra quyết định đóng rơle3 và tác động đóng động cơ 3 (ĐC3).
+ Công tắc 5 (CT5) là công tắc báo mức đầy thùng 1. Khi dịch quả đ−ợc bơm đầy vào thùng chứa 1 thì công 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 đóng động cơ 4 (ĐC4) và đặt thời gian sau đó đóng 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.
+ Công tăc 6 (CT6) là công 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 thông số bằng tốc độ và thời gian quay của động cơ ly tâm thông qua thiết bị điều khiển biến tần sẽ có tín hiệu tác động, rơle 6 sẽ đ−ợc đóng và đóng động cơ 6 t−ơng ứng.
+ Công tắc 7 (CT7) là công 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 có tín hiệu tác động từ đồng hồ thời gian đặt trong một mẻ, PLC sẽ đóng rơle 7 đồng thời đóng động cơ 7 (ĐC7).
+ Công tắc 8 (CT8) là công tắc báo mức đầy của thùng 2. Khi dịch quả đ−ợc bơm vào thùng chứa 2 nếu đạt mức đầy thì có 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).
+ Ngoài ra khi tín hiệu từ đầu ra của cảm biến nhiệt sẽ đ−ợc xử lý trong quy trình cụ thể là:
Theo thông số của nhà sản xuất, quan hệ giữa nhiệt độ và điện áp ngõ ra nh−
sau:
Vout = 0,01xT0K (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
= 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 đó 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.
+ Mặt khác trong quy trình công nghệ khâu tinh lọc còn có 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 công nghệ nhằm đảm bảo chất l−ợng sản phẩm.
Việc đóng cắt động cơ đ−ợc thực hiện bằng các rơle thông qua ch−ơng trình điều khiển của PLC. Sau đây là mạch động lực mắc các động cơ và đèn báo trong mô hình (hình 3.9).
Các đèn báo ly tâm
Hình 3.9. Mạch động lực của mô hình
3.3.4. Thiết kế bộ nguồn
** Việc đóng cắt đ−a tín hiệu đầu vào PLC và cung cấp nguồn cho các motor một chiều chúng tôi dùng nguồn ngoài để đóng cắt, việc thiết kế bộ nguồn nh−
sau:
- Bộ chỉnh l−u cung cấp nguồn một chiều có điện áp ra 3V cung cấp cho motor quay chúng tôi dùng mạch chỉnh l−u cầu một pha công thức tính toán điện áp ra nh− sau:
Ud=
Π2u2
2
Trong đó :
+ u2 là điện áp cần chỉnh l−u (điện áp th− cấp của máy biến áp). + Chọn máy biến áp có điện áp thứ cấp là 3 V vậy u2=3V do đó Ud = 2.7V.
Do đó ta chọn Điốt chỉnh l−u có các thông số sau Ion= 450mA, điện áp đặt Uđn=16V
- Bộ lọc sử dụng tụ điện có các thông số nh− sau: C1 = 1000 μF/16VDC
Hình 3.10. Sơ đồ khối tạo nguồn một chiều cho motor
ở trong mô hình tôi sử dụng loại cảm biến nhiệt LM335, cần cung cấp cho nó một nguồn nuôi ổn định là 5V. Để có điện áp ổn định không bị sự ảnh h−ởng của nhiễu nguồn xoay chiều tôi đã sử dụng một vi mạch ổn nguồn KA7805 để ổn định điện áp ra là +5V (hình 3.11).
Các tụ có 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 toán điều khiển mô hình
Từ nguyên lý hoạt động của mô hình khâu tinh lọc trong thựa tế và đ−ợc thay thế bằng mô hình mô phỏng, tôi đ−a ra sơ đồ thuật toán của ch−ơng trình điều khiển dây chuyền nh− sau:
start Đặt ĐC1, Mở van nhiệt Đặt ĐC2 600C<Tsp<800C ? Tsp>800C ? Khóa 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 toán của mô 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 công tín hiệu vào ra cho bài toán (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Từ sơ đồ thuật toán 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 công tiến hiệu nh− sau:
TT ký hiệu nhiệm vụ tín hiệu đầu vào
1 I0.0 Khởi động
2 I0.1 Dừng toàn 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 công 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
R Q0.5, 1 S Q0.6, 1
NETWORK 10 //SO SANH MUC 1/3 BINH 2 LDW>= T37, +24000
S Q0.7, 1 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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 mô 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 mô hình thay thế, chúng tôi đã thực hiện lắp ráp mô hình mô phỏng. Trên cơ sở phân tích hoạt động của mô hình mô phỏng và thuật toán của mô hình đã viết ch−ơng trình cho mô hình. Sau đây là một vài nhận xét về mô hình:
Mô hình với cảm biến nhiệt mắc ở điều kiện không chuẩn hóa và sự cấp nhiệt không ổn định nên chạy có sai số, tuy nhiên với mức độ mô phỏng đã đạt hiệu quả mô phỏng.
Mô hình với sự thay đổi tín hiệu mức bằng quá trình phân mức thời gian nên không phản ánh không đúng quá trình thực. Thiếu sự chuẩn hoá của quá trình sản xuất.
Song mô hình còn thiếu trực quan về đ−ờng cấp liệu và việc điều khiển máy quay ly tâm nên phần nào hạn chế về hiệu quả mô phỏng của dây chuyền công nghệ.
Hình 3.13. Sơ đồ tổng thể của mô 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 có gặp khó khăn nh−ng với sự tận tình giúp đỡ của thầy giáo ThS. Phan Văn Thắng và tập thể các công nhân viên của x−ởng cô đặc n−ớc dứa, cùng với sự nỗ lực của bản thân đến nay tôi đã hoàn thành đề tài “ứng dụng PLC
điều khiển mô hình khâu tinh lọc n−ớc dứa sau khi trích ép”. Qua quá trình thực
hiện đề tài tôi có một số kết luận nh− sau:
a. Mặt tích cực
- Đề tài đã nêu đ−ợc quá trình phát triển của ngành tự động hoá quá trình sản xuất trong n−ớc và phân tích lợi thế, ý nghĩa ứng dụng cũng nh− hạn chế của nó trong sản xuất đặc biệt trong sản xuất nông nghiệp.
- Đề tài đã giúp ích rất nhiều cho tôi về kiến thức thực tế trong sản xuất cũng nh− cách thức sử dụng các thiết bị điện tử trong việc xây dựng mô hình.
- Qua quá trình thực hiện đề tài này tôi 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 hoá trong các dây chuyền sản xuất, biết cách ghép nối PLC với thiết bị ngoại vi mà đây là điều có ý nghĩa vô cùng quan trọng cho bản thân tôi sau khi ra làm việc sau này.
- Đề tài cũng nêu đ−ợc vai trò 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 mô 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 mô hình quy trình khâu tinh lọc n−ớc dứa trong dây chuyền sản xuất n−ớc dứa cô đặc.
b. Mặt hạn chế
- Do còn hạn chế về kiến thức thực tế và các điều kiện khách quan nên quy mô xây dựng mô hình ch−a đ−ợc sát với thực tế.
- Đề tài mới chỉ xây dựng mô hình điều khiển d−ới dạng mô hình với đ−ờng nguyên liệu chỉ là tín hiệu mô tả. Các thiết bị chấp hành ch−a đ−ợc tính toán nh− (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
mô 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 ngoài những hiểu biết về sự phát triển và ứng dụng của tự động hoá trên thế giới và trong n−ớc ta hiên nay... Đề tài còn giúp tôi tiếp cận với những kiến thức về điều khiển