Luận Văn Tốt Nghiệp đại Học " Thiết Kế Hệ Thống Cân Dùng Plc "

Trang chủ Tìm kiếm Trang chủ Tìm kiếm LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC " THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÂN DÙNG PLC " doc 18 14 MB 1 66 4.1 ( 4 lượt) Xem tài liệu Nhấn vào bên dưới để tải tài liệu Tải về Đang chuẩn bị: 60 Bắt đầu tải xuống Để tải xuống xem đầy đủ hãy nhấn vào bên trên Chủ đề liên quan Ứng dụng loadcell Mạch cầu Wheatstone Cáp truyền thông Đấu nối Modul Analog điều khiển hệ thống

Nội dung

Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC LỜI CAM ĐOAN Hệ thống cân là một hệ thống được áp dụng rất nhiều trong các nhà máy sản xuất. Với những yêu cầu về định lượng sản phẩm một cách chính xác khi được đưa vào quá trình sản xuất. Từ những yêu cầu thực tế và lòng đam mê nghiên cứu các hệ thống cân nên chúng em mạnh dạn chọn đề tài “THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÂN DÙNG PLC” này để làm luận văn tốt nghiệp cho mình. Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng em đã nỗ lực hết sức, tuy nhiên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót và những nội dung trình bày trong quyển báo cáo này là những hiểu biết và những thành quả của chúng em đạt được trong suốt quá trình nghiên cứu dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Ths.Nguyễn Hoàng Dũng. Chúng em xin cam đoan rằng: những nội dung trình bày trong quyển báo cáo luận văn tốt nghiệp này không phải là bản sao chép từ bất kỳ công trình đã có trước nào. Nếu không đúng sự thật, chúng em xin chịu mọi trách nhiệm trước nhà trường. Cần Thơ, ngày tháng năm 2012 Sinh viên thực hiện (ký tên và ghi họ tên) CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 1 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được luận văn này là kết quả của toàn bộ nỗ lực của bản thân chúng em trong suốt thời gian theo học tại trường, là toàn bộ năng lực của chúng em khi bắt tay vào quá trình nghiên cứu. Để được thành công như ngày hôm nay chúng em không bao giờ quên được sự giúp đỡ và sự giảng dạy rất nhiệt tình của các Thầy cô Bộ môn Tự động hoá – Khoa Công nghệ - Trường Đại học Cần Thơ. Các Thầy cô là những đội ngũ đi trước rất am hiểu về lĩnh vực khoa học kỹ thuật đã tận tình giảng dạy và giúp chúng em hoàn thành được rất nhiều đề tài Luận văn rất hay và có ứng dụng nhiều trong thực tế. Và đều không thể kể đến sự thành công của chúng em ngày hôm nay đó là sự nhiệt huyết tận tình hướng dẫn của Thầy Nguyễn Hoàng Dũng. Thầy đã cùng chúng em đi qua những ngày khó khăn trong quá trình nghiên cứu và chỉ dẫn của Thầy là niềm động lực rất lớn đối với chúng em. Và cuối cùng chúng em xin ghi ơn công lao cha mẹ đã sinh ra và cho chúng em được ăn học đến ngày hôm nay để có cơ hội tiếp cận với lĩnh vực khoa học, nhờ sự động viên thường xuyên và quan tâm đủ mặt về phía gia đình là một động lực giúp chúng em vực qua mặt tâm lý, sự chán nản để chúng em quyết tâm hoàn thành tốt được đề tài này. Chúng em cũng xin cảm ơn đến những người bạn thân đã không ngại chia sẽ về kinh nghiệm làm đề tài cũng như hỗ trợ các công việc để giúp nhóm em hoàn thành tốt được luận văn này. CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 2 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Nhận xét của Giáo viên hướng dẫn  ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2012 Giáo viên hướng dẫn Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Nhận xét của Giáo viên phản biện 1  ................................................................................................................ CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 3 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2012 Giáo viên phản biện 1 Nhận xét của Giáo viên phản biện 2  ................................................................................................................ CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 4 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2012 Giáo viên phản biện 2 Mục lục LỜI CAM ĐOAN......................................................................................................1 LỜI CẢM ƠN...........................................................................................................2 Mục lục...................................................................................................................... 6 Danh mục hình..........................................................................................................8 Danh mục bảng........................................................................................................10 Kí hiệu và viết tắt....................................................................................................11 Tóm tắt.................................................................................................................... 12 Abstract................................................................................................................... 13 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN....................................................................................14 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ...............................................................................................14 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI......................................................................................14 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI.......................................................................................14 1.4 GỚI THIỆU NỘI DUNG...............................................................................15 CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 5 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC 1.5 HƯỚNG GIẢI QUYẾT.................................................................................15 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.......................................................................16 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG........................................................16 2.1.1 Khối lượng của một vật thể.....................................................................16 2.1.2 Các hình thức xác định khối lượng của vật.............................................16 2.2 CẢM BIẾN TRỌNG LƯỢNG (LOADCELL)..............................................17 2.2.1 Cấu tạo của một Loadcell.......................................................................17 2.2.2 Mạch cầu Wheatstone.............................................................................17 2.2.3 Ứng dụng loadcell vào đề tài..................................................................19 2.3 BỘ KHUẾCH ĐẠI LOADCELL CHUẨN CÔNG NGHIỆP.......................20 2.4 MODUL MỞ RỘNG ANALOG EM231......................................................21 2.4.1 Cấu tạo....................................................................................................21 2.4.2 Thông số kỹ thuật...................................................................................22 2.5 GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC LẬP TRÌNH...........................25 2.5.1 Khái niệm chung.....................................................................................25 2.5.2 Những đặc điểm của PLC.......................................................................25 2.5.3 Phân loại PLC S7 200.............................................................................25 2.5.4 Chức năng hình dạng bên ngoài PLC S7 200 CPU 224..........................27 2.5.5 Cấu trúc bên trong..................................................................................27 2.5.6 Đặc điểm ngõ vào ra của PLC S7 200....................................................28 2.5.7 Cáp truyền thông....................................................................................29 2.5.8 Thực hiện chương trình...........................................................................29 2.5.9 Phần mềm lặp trình của PLC S7 200......................................................30 2.6 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM WINCC 6.0 SP2................................................36 2.6.1 Các đặc điểm chính của WinCC.............................................................36 2.6.2 Các chức năng chính của WinCC...........................................................36 CHƯƠNG III: THI CÔNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG...........38 3.1 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG.............................................................................39 3.1.1 Đấu nối PLC S7-200 CPU224 với Modul Analog EM231.....................39 3.1.2 Đấu nối Modul Analog EM231 với bộ khuếch đại MKcells, Loadcell với MKcells...........................................................................................................41 3.1.3 Động cơ và mạch điều khiển động cơ.....................................................41 3.1.4 Thiết kế mô hình cơ khí..........................................................................43 3.1.5 Cảm biến.................................................................................................51 3.1.6 Van khí nén.............................................................................................53 3.2 THIẾT KẾ PHẦN MỀM...............................................................................54 3.2.1 Ý tưởng thiết kế chương trình:................................................................54 3.2.2 Lưu đồ chương trình điều khiển hệ thống...............................................55 3.2.3 Quy ước các ngõ vào ra cho PLC...........................................................62 3.2.4 Thiết kế truyền dữ liệu PC – Access.......................................................72 3.2.5 Thiết kế giao diện và điều khiển giám sát bằng WinCC.........................73 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ KIẾN NGHỊ........................................81 4.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC................................................................................81 4.1.1 Phần cứng...............................................................................................81 CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 6 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC 4.1.2 Phần mềm...............................................................................................82 4.2 KIẾN NGHỊ..................................................................................................85 4.2.1 Giới hạn kết quả đề tài............................................................................85 4.2.2 Hướng phát triển.....................................................................................85 Phụ lục..................................................................................................................... 86 Tài liệu tham khảo...................................................................................................88 Danh mục hình Hình 2. 1 Cân bằng đòn cân....................................................................................16 Hình 2. 2 Cấu tạo Strain gage..................................................................................17 Hình 2. 3 Mạch cầu Wheatstone..............................................................................18 Hình 2. 4 Cấu tạo bên trong loadcell và nguồn cấp.................................................18 Hình 2. 5 Một số dạng loadcell................................................................................19 Hình 2. 6 Loadcell UWE dạng thanh.......................................................................19 Hình 2. 7 Bộ khuếch đại loadcell MKcells KM02A................................................20 Hình 2. 8 Modul Analog EM231.............................................................................22 Hình 2. 9 Các switch cho phép cấu hình modul EM231..........................................24 Hình 2. 10 Cấu trúc dữ liệu của word ngõ vào........................................................24 Hình 2. 11 Hình dáng bên ngoài của PLC S7 200...................................................25 CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 7 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Hình 2. 12 Sơ đồ khối hệ thống PLC S7 200...........................................................27 Hình 2. 13 Sơ đồ I/O của CPU 224 với nguồn cấp là 24VDC.................................28 Hình 2. 14 Cáp PC/PPI kết nối RS232 và RS485....................................................29 Hình 2. 15 Vòng quét trong PLC S7 200.................................................................29 Hình 2. 16 Mô tả lệnh Load.....................................................................................30 Hình 2. 17 Mô tả lệnh Load Not..............................................................................30 Hình 2. 18 Mô tả lệnh đấu nối tiếp..........................................................................31 Hình 2. 19 Mô tả lệnh đấu song song......................................................................31 Hình 2. 20 Mô tả lệnh Set và Reset.........................................................................31 Hình 2. 21 Mô tả lệnh TON.....................................................................................31 Hình 2. 22 Mô tả lệnh Timer Off delay...................................................................32 Hình 2. 23 Mô tả lệnh Timer ON có nhớ.................................................................32 Hình 2. 24 Lệnh đếm lên được trình bày dưới dạng Ladder....................................33 Hình 2. 25 Lệnh đếm xuống được trình bày dưới dạng Ladder...............................33 Hình 2. 26 Lệnh đếm lên xuống..............................................................................33 Hình 2. 27 Mô tả lệnh gọi chương trình con............................................................34 Hình 2. 28 Mô tả lệnh nhảy.....................................................................................34 Hình 2. 29 Các bước điều khiển chương trình.........................................................35 Hình 3. 1 Các bước thiết kế mô hình định lượng.....................................................38 Hình 3. 2 Sơ đồ điều khiển hệ thống.......................................................................39 Hình 3. 3 Sơ đồ đấu nối PLC, EM 231 và bộ khuếch đại........................................40 Hình 3. 4 Sơ đồ đấu dây cho modul EM231............................................................40 Hình 3. 5 Kết nối CPU224 với modul EM231.........................................................40 Hình 3. 6 Cách đấu dây bộ khuếch đại loadcell.......................................................41 Hình 3. 7 Mạch nguồn 12 VDC 3A.........................................................................42 Hình 3. 8 Mạch kích động cơ từ ngõ ra PLC...........................................................43 Hình 3. 9 Hình chiếu đứng của phễu.......................................................................45 Hình 3. 10 Hình chiếu cạnh của phễu......................................................................46 Hình 3. 11 Hình chiếu bằng của phễu......................................................................47 Hình 3. 12 Hình chiếu đứng băng tải.......................................................................47 Hình 3. 13 Hình chiếu cạnh băng tải.......................................................................48 Hình 3. 14 Hình chiếu bằng băng tải.......................................................................49 Hình 3. 15 Bản vẽ mô hình cân định lượng.............................................................50 Hình 3. 16 Cảm biến quang PZ2-41P loại PNP.......................................................51 Hình 3. 17 Cách đấu dây cảm biến quang PZ2-41P................................................52 Hình 3. 18 Cảm biến quang BYD30-DDT-T loại NPN...........................................52 Hình 3. 19 Cách đấu dây cảm biến quang BYD30-DDT-T.....................................53 Hình 3. 20 Van đảo chiều 5/2..................................................................................53 Hình 3. 21 Van tiết lưu............................................................................................54 Hình 3. 22 Quan hệ giữa khối lượng và giá trị AD đọc về......................................54 Hình 3. 23 Lưu đồ chương trình cân........................................................................57 Hình 3. 24 Lưu đồ giải thuật điều khiển hệ thống cân với tải trọng 2kg..................60 Hình 3. 25 Màn hình giao diện PC Access..............................................................72 Hình 3. 26 Các biến đã khai báo hoàn chỉnh...........................................................72 Hình 3. 27 Cửa sổ làm việc của WinCC..................................................................73 CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 8 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Hình 3. 28 Cửa sổ liên kết các Tag giữa PC Access với WinCC.............................73 Hình 3. 29 Giao diện đồ họa hệ thống định lượng...................................................74 Hình 3. 30 Cửa sổ thiết lập cho Alarm Logging......................................................75 Hình 3. 31 Tùy chọn màu cho các Alarm................................................................75 Hình 3. 32 Cửa sổ thiết lặp cho các biến trạng thái Tag Logging............................76 Hình 3. 33 Các màu tương ứng với các biến trạng thái Tag Logging......................76 Hình 3. 34 Giao diện Web Navigator......................................................................77 Hình 3. 35 Giao diện tạo bảo mật cho người dùng..................................................78 Hình 3. 36 Truy xuất dữ liệu ra Excel.....................................................................79 Hình 3. 37 Thiết lập chế độ hoạt động của chức năng WinCC................................80 Hình 4. 1 Mô hình cơ khí hoàn chỉnh của cân.........................................................81 Hình 4. 2 Giao diện điều khiển hệ thống tự động....................................................82 Hình 4. 3 Giao diện Web Navigator........................................................................83 Hình 4. 4 Truy suất dữ liệu ra Excel........................................................................83 Hình 4. 5 Biểu đồ thể hiện các biến trạng thái.........................................................84 Hình 4. 6 Thay đổi các biến trạng thái tag logging..................................................84 Hình 4. 7 Theo dõi Alarm logging...........................................................................85 CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 9 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Danh mục bảng Bảng 2. 1 Thông số Loadcell UWE.........................................................................20 Bảng 2. 2 Thông số kỹ thuật KM02A......................................................................21 Bảng 2. 3 Thông số modul Analog EM 231 và EM 235..........................................23 Bảng 2. 4 Bảng cấu hình modul EM 231.................................................................24 Bảng 2. 5 Thông số của các loại CPU dòng S7 200................................................27 Bảng 2. 6 Các loại Timer và độ phân giải tương ứng..............................................31 Bảng 3. 1 Linh kiện dùng trong mạch nguồn 12VDC.............................................42 Bảng 3. 2 Cách linh kiện dùng trong mạch kích động cơ........................................42 Bảng 3. 3 Thông số cảm biến quang PZ2-41P loại PNP..........................................44 Bảng 3. 4 Thông số cảm biến quang BYD50-DDT-T loại NPN..............................45 Bảng 3. 5 Quy ước các ngõ vào ra cho PLC............................................................50 CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 10 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Kí hiệu và viết tắt - PLC: Progammble Logic Control - WinCC: Windows Control Center - HMI: Human Machine Interface - CPU: Central Processing Unit - SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 11 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Tóm tắt Đề tài nêu lên một giải pháp thiết kế hệ thống cân định lượng trực tuyến dùng PLC. PLC có nhiệm vụ đọc giá trị trọng lượng ở dạng tương tự từ ngõ ra của Loadcell sau khi qua bộ khuếch đại. Một chương trình được viết sẵn cho PLC để đọc, thiết lập hệ thống cân, tính toán và giao tiếp với giao diện HMI (được lập trình trên WinCC). Giao diện HMI sẽ hiển thị trọng lượng cân của mỗi mẻ, tổng số mẻ cân được trong ca và các chức năng thiết lặp các thông số ban đầu cho hệ thống cân. Qua thời gian nghiên cứu thiết kế, cân chỉnh và vận hành thực tế. Kết quả của hệ thống cân này có độ chính xác 6g. Với kết quả này, nhóm chúng em mạnh dạn đề nghị đề tài được nghiên cứu thêm và đưa vào áp dụng trong sản xuất. CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 12 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Abstract Topic raised a design solution weighing systems used to quantify PLC online. PLC will read the value in the form of analog weight from the loadcell output after passing through the amplifier. A written program available to the PLC to read, set weighing systems, computing and communication with HMI interface (programmed on WinCC). HMI displays weight of each batch, the total batch weight in the case and the functions set the initial parameters for weighing systems. Across time the study design, calibration and operational reality. The result of this weight system accuracy of 6g. With this result, the group we strongly suggest topics to be studied further and introduced in production.. CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 13 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Đồng bằng sông Cửu Long - dựa lúa lớn nhất cả nước, là một khu vực thuần nông nghiệp rất phong phú về nhiều loại sản phẩm nông nghiệp. Trong các nhà máy xay lúa, sau khi thành phẩm là gạo, người ta thường cho vào bao và sau đó đem lên bàn cân để xác định khối lượng. Đây là phương pháp cân tĩnh truyền thống từ xưa đến nay, phương pháp này gây tốn nhiều thời gian, nhân công, không lưu trữ dữ liệu chính xác khi cân với số lượng lớn, năng suất không cao, chưa áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật. Bên cạnh đó, một số cơ sở được trang bị thiết bị điều khiển tự động ngoại nhập, có giá thành rất cao, không làm chủ được thiết bị này và các thiết bị này không phù hợp với từng loại sản phẩm nông nghiệp cụ thể. Để khắc phục khó khăn trên, chúng em mạnh dạn đề xuất đề tài “Thiết kế hệ thống cân dùng PLC”. 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI - Thiết kế, thi công, điều khiển và giám sát hệ thống cân định lượng trực tuyến dùng PLC. - Với phương pháp cân động sẽ thay thế cho phương pháp cân tĩnh truyền thống. Khi cân động, sản phẩm dạng hạt sẽ được định lượng một cách tự động, vận chuyển theo phương hướng đã định trước, cân với tốc độ nhanh, hiệu quả, không tốn nhiều sức lực. Hơn nữa, người quản lý sẽ điều khiển, giám sát hệ thống cân cũng như cập nhật số liệu một các tự động, liên tục và chính xác. - Phương pháp điều khiển và giám sát hệ thống thiết bị bằng phần mềm WinCC trên giao diện HMI sẽ giúp người quản lý và điều khiển công việc hiệu quả hơn, nhanh hơn ít tốn thời gian và chủ động trong công việc. - Tính toán phương pháp cân động để khối lượng thu về một cách chính xác. - Toàn bộ trạng thái hoạt động và số liệu cân thu về được điều khiển và giám sát trên máy tính thông qua phần mềm ứng dụng WinCC. 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI - Theo thiết kế, hệ thống định lượng hai sản phẩm tiêu biểu là đậu và gạo với khối lượng là 2kg. Tuy nhiên, hệ thống có thể cân nhiều sản phẩm dạng hạt khác như lúa, ngô, hạt tiêu, bắp, các loại phân bón dạng hạt,…Giới hạn độ chính xác cho hệ thống cân là 6g. - Điều khiển và giám sát thiết bị trên máy tính. Hiển thị khối lượng nguyên liệu thực tại và tổng khối lượng nguyên liệu, năng suất sẽ được hiển thị trên màn hình. Tuy nhiên việc tính tiền và in hóa đơn cho khách hàng nằm ngoài phạm vi đề tài. Trên cở sở này, đề tài có thể mở rộng cho các mô hình cân định lượng với công suất lớn hơn, ứng dụng nhiều hơn trong thực tiễn. CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 14 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC 1.4 GỚI THIỆU NỘI DUNG - Đề tài thiết kế, thi công, điều khiển và giám sát hệ thống cân định lượng là đề tài mang tính ứng dụng trong sản xuất. Hệ thống gồm một phễu lớn chứa nguyên liệu ban đầu. Nguyên liệu có thể được đưa từ băng tải, gàu tải, hoặc dùng sức con người. Sau đó nguyên liệu được đưa vào một phễu nhỏ dùng để định lượng. Toàn bộ phễu nhỏ được gắn trên đầu một cảm biến trọng lượng (loadcell). Một băng tải dùng để chuyển thùng chứa tới, khi đến đúng vị trí đã định, cảm biến quang phát hiện, đèn bật sáng, nguyên liệu sau khi cân với khối lượng định trước được đổ vào thùng và băng tải sẽ chuyển thùng chứa nguyên liệu này ra ngoài. Phễu lớn dùng để chứa liệu và cấp liệu cho phễu cân nhỏ. Nếu khi hết liệu tới một mức giới hạn nào đó thì cảm biến quang phát hiện báo hiệu đèn sáng để đưa liệu mới vào. Nguyên liệu được đưa vào phễu cân nhỏ gắn trên đầu loadcell. Tín hiệu ngõ ra của Loadcell được đưa về modul Analog EM231 sau khi được khuếch đại lên nhờ bộ khuếch đại chuẩn công nghiệp MKcells. Tín hiệu này được đưa về PLC S7 200 xử lý và hiển thị trên màn hình HMI (được thiết kế bởi phần mềm WinCC 6.0 SP2). - Hệ thống sử dụng phương pháp tính toán cân động để lấy khối lượng sản phẩm sao cho chính xác nhất. Hệ thống sẽ được giám sát và điều khiển dựa trên phần mềm WinCC. Các miệng phễu được đóng mở thông qua điều khiển các xilanh dùng để cân thô và chỉnh tinh. - Dựa trên khối lượng cần cân mà hệ thống tự động tính toán ra hai mức cân tương ứng như trên. Ban đầu một lượng lớn nguyên liệu sẽ được đổ vào để cân gần với giá trị mong muốn thì van cân thô đóng lại. Lúc này van cân tinh sẽ tiết lưu để đóng chậm nhằm đưa một ít nguyên liệu nữa để đủ trọng lượng cần cân thì van này sẽ đóng lại. Quá trình cân kết thúc. 1.5 HƯỚNG GIẢI QUYẾT  Bước 1: - Tìm hiểu các mô hình cân động dạng hạt. - Tìm hiểu về loadcell, cấu tạo và nguyên lý hoạt động. - Tìm hiểu module analog EM231. - Tìm hiểu PLC S7-200 Siemens và tập lệnh. - Tìm hiểu về PC Access, WinCC 6.0 SP2 các chức năng của WinCC. - Tìm hiểu về phần mềm và ngôn ngữ lập trình Step7 Microwin. - Thiết kế cơ khí, khí nén, mạch điện và xây dựng mô hình thực tế. - Thiết kế giao diện điều khiển giám sát, thu thập dữ liệu trên WinCC. - Viết chương trình điều khiển cho PLC.  Bước 2:Thiết kế cơ khí và lắp đặt cảm biến, van khí nén.  Bước 3: Kết nối PLC với bộ phận cơ khí của cân.  Bước 4: Lập trình cho hệ thống cân, thiết lập thông số ban đầu cân 2 mức (thô và tinh), giao tiếp với giao diện HMI.  Bước 5: Hiển thị kết quả cân trên giao diện HMI. CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 15 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG 2.1.1 Khối lượng của một vật thể - Khối lượng là thước đo về lượng nhiều hay ít hay mức độ đậm đặc (loãng hay đặc) của vật chất chứa trong vật thể. Khối lượng được hiểu phổ thông nhất là sức nặng của vật trên mặt đất. Khối lượng của vật có thể được tính từ tích phân toàn bộ thể tích của vật m   .dV với  là khối lượng riêng (Nguồn: wekipedia.org) Đơn vị tiêu chuẩn đo khối lượng là kilogam (kg) - Trọng lượng là một trường hợp của công thức này. Dưới tác dụng của sức hút trái đất, vật có khối lượng sẽ chịu tác dụng của trọng lượng P = m.g ; g là gia tốc trọng trường  9,8 m/s2 là một số cố định ở từng khu vực - Các phương pháp đo khối lượng là dựa vào quan hệ này. Có rất nhiều phương pháp xác định khối lượng của vật, từ cổ điển đến hiện đại. Tuy nhiên điều sai số là điều khó tránh khỏi đối với các thiết bị cân khối lượng có cấu tạo đơn giản, thiết bị cân điện tử sẽ khắc phục được nhược điểm này. Sau đây là một vài cách thức xác định khối lượng của một vật. 2.1.2 Các hình thức xác định khối lượng của vật - Cân bằng đòn cân: một khối lượng chưa biết được đặt trên đĩa cân. Các quả cân được hiệu chỉnh chính xác có kích thước khác nhau được đặt trên đĩa bên kia cho đến khi cân bằng. Khối lượng chưa biết bằng tổng khối lượng của các quả cân đặt lên. Hình 2. 1 Cân bằng đòn cân - Cân đồng hồ lò xo thực tế là một ứng dụng đo khối lượng thông qua sự dịch chuyển dưới tác dụng của trọng lực do vật khối lượng m gây ra. Khối lượng chưa biết đặt trên bàn cân trên lò xo đã được hiệu chỉnh. Lò xo di động cho đến khi lực đàn hồi của lò xo cân bằng với trọng trường tác động lên khối lượng chưa biết. Lượng di động của lò xo được dùng để đo khối lượng chưa biết. Ở các cân đồng hồ chỉ thị kim, lượng di động của lò xo sẽ làm kim quay thông qua một cơ cấu bánh răng với tỷ lệ hợp lý và góc quay của kim sẽ xác định khối lượng của vật cần cân. CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 16 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC - Ngày nay, với tiến bộ của khoa học kỹ thuật, thì các thiết bị cân điện tử ra đời để xác định khối lượng của một vật từ rất nhỏ đến khối lượng tương đối lớn như: cân phân tích, cân vàng, cân xe tải,..và đang được dùng rất phổ biến trong đời sống, sản xuất. - Để có được những bàn cân điện tử với độ chính xác cao thì các loại cảm biến trọng lượng (cảm biến lực) được sử dụng với thiết bị này. Các cảm biến trọng lượng dùng trong việc đo khối lượng được sử dụng phổ biến là Loadcell. Đây là một kiểu cảm biến lực biến dạng. Lực chưa biết tác động vào một bộ phận đàn hồi, lượng di động của bộ phận đàn hồi biến đổi thành tín hiệu điện tỷ lệ với lực chưa biết. 2.2 CẢM BIẾN TRỌNG LƯỢNG (LOADCELL) 2.2.1 Cấu tạo của một Loadcell - Loadcell gồm một vật chứng đàn hồi, là một khối nhôm hoặc thép không rỉ được xử lý đặc biệt, trên vật chứng có dán 4 strain gage. Khi vật chứng bị biến dạng dưới tác dụng của trọng lượng tác động vào loadcell thì có thể có 2 hoặc 4 strain gage bị tác động. - Strain gage hay còn gọi là cảm biến biến dạng gồm một sợi dây dẫn có điện trở suất (thường dùng hợp kim của Niken) có chiếu dài l và có tiết diện s, được cố định trên một phiến cách điện như hình sau: Hình 2. 2 Cấu tạo Strain gage [1] - Khi đo biến dạng của một bề mặt dùng Strain gage, người ta dán chặt strain gage lên trên bề mặt cần đo sao cho khi bề mặt bị biến dạng thì strain gage cũng bị biến dạng. - Các strain gage được dùng để đo lực, đo momen xoắn của trục, đo biến dạng bề mặt của chi tiết cơ khí, đo ứng suất,…và được dùng để lắp mạch cầu Wheatstone để chế tạo ra các loadcell. 2.2.2 Mạch cầu Wheatstone - Loadcell hoạt động dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone. Mạch cầu Wheatstone dùng để chuyển đổi sự thay đổi của điện trở (thay đổi điện trở của các strain gage) dưới tác dụng lực thành sự thay đổi của điện áp trên đường chéo của cầu. CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 17 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Hình 2. 3 Mạch cầu Wheatstone Trong sơ đồ trên Rx  Ro  R, U V  V , ta có:  R  R 1  R U  0  .Vcc  .Vcc   2 R   R 2 2 2 R   R 0 0   Nếu R = IN2 so sánh lớn hơn hoặc bằng + IN1 IN2 so sánh lớn hơn + IN1 < IN2 so sánh nhỏ hơn + IN1 IN2 so sánh khác - Các lệnh di chuyển (Move): Trong S7-200 có các hàm Move sau: + Move_B: di chuyển các giá trị cho nhau trong giới hạn 1 Byte + Move_W: di chuyển các giá trị nguyên cho nhau trong giới hạn 1 Word + Move_DW: di chuyển các giá trị nguyên cho nhau trong giới hạn 1 Dword + Move_R: di chuyển các giá trị thực cho nhau trong giới hạn 1 Dint - Các lệnh số học (Integer Math, Floating-Point Math): + Lệnh ADD_I: cộng 2 số nguyên 16 bit + Lệnh SUBB_I: trừ 2 số nguyên 16 bit + Lệnh Mul_I, DIV_I: nhân, chia 2 số nguyên 16 bit CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 34 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Tương tự ta có các lệnh đối với số thực, số nguyên 32 bit - Các hàm chuyển đổi + B_I: Đổi từ Byte sang Int và ngược lại + I_DI: Đổi từ số nguyên 16 bit sang số nguyên 32 bit và ngược lại + DI_R: Đổi số nguyên 32 bit sang số thực + BCD_I: Đổi số BCD 16 bit sang số nguyên 16 bit và ngược lại - Trong trường hợp việc đổi từ số dung lượng nhỏ sang dung lượng lớn hơn (như từ Byte sang Int, từ Int sang Dint,...) thì chương trình luôn thực thi. - Còn trường hợp ngược lại: Nếu giá trị chuyển bị tràn ô nhớ thì chương trình sẽ không thực thi và Bit tràn SM1.1 sẽ bật lên 1. + Phương pháp lập trình điều khiển - Khác với phương pháp điều khiển cứng, trong hệ thống điều khiển có lập trình, cấu trúc của bộ điều khiển và cách đấu dây độc lập với chương trình. - Để thay đổi tiến trình điều khiển, chỉ cần thay đổi nội dung bộ nhớ điều khiển, không cần thay đổi cách đấu dây bên ngoài, đó là ưu điểm của phương pháp điều khiển lập trình được so với phương pháp điều khiển đấu cứng. Do đó, phương pháp này rất mềm dẻo được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực điều khiển trong công nghiệp. - Phương pháp điều khiển lập trình thực hiên theo các bước sau Xác định thật kỹ yêu cầu công nghệ Liệt kê số đầu vào/ra cho PLC Thiết kế giải thuật (Lập lưu đồ cho PLC thực hiện) Viết chương trình điều khiển Nạp chương trình vào bộ nhớ Kiểm tra phần cứng cách đấu dây với thiết bị Chạy thử - Kiểm tra Hình 2. 29 Các bước điều khiển chương trình CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 35 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC 2.6 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM WINCC 6.0 SP2 2.6.1 Các đặc điểm chính của WinCC - WinCC (Windows Control Center) là một phần mềm của hãng Siemens dùng để điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất. Theo nghĩa hẹp WinCC là chương trình hỗ trợ cho người lập trình thiết kế các giao diện Người và Máy – HMI (Human Machine Interface) trong hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), với các chức năng chính là thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển quá trình sản xuất. Những thành phần trong WinCC dễ sử dụng, giúp người dùng tích hợp những ứng dụng mới hoặc có sẵn mà không gặp bất kỳ trở ngại nào [5]. - WinCC cung cấp các modul chức năng thường dùng trong công nghiệp như: hiển thị hình ảnh, tạo thông điệp, lưu trữ và báo cáo. - Với WinCC, người dùng có thể trao đổi dữ liệu trực tiếp với nhiều PLC của các hãng khác như Misubishi, Allen Braddly, Siemens,...thông qua cổng COM với chuẩn RS232 của máy tính với chuẩn RS485 của PLC . - WinCC được ứng dụng phổ biến nhất là tự động quá trình điều khiển và giám sát quá trình sản xuất. Khi một hệ thống dùng chương trình WinCC để điều khiển và thu thập dữ liệu từ quá trình, nó có thể mô phỏng bằng hình ảnh các sự kiện xảy ra trong quá trình điều khiển dưới dạng các chuỗi các sự kiện. - WinCC cung cấp nhiều hàm chức năng cho mục đích hiển thị, thông báo bằng đồ họa, xử lý thông tin đo lường, các tham số công thức, các bảng ghi báo cáo,...đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày một phát triển và là một trong những chương trình ứng dụng trong thiết kế giao diện Người và Máy (HMI)[4]. 2.6.2 Các chức năng chính của WinCC + Graphics Designer (Bộ thiết kế đồ họa): Thực hiện dễ dàng các chức năng mô phỏng và hoạt động qua các đối tượng đồ họa của chương trình WinCC với nhiều thuộc tính động. + Alarm Logging (Cảnh báo): thực hiện việc hiển thị các thông báo hay các báo cáo trong khi hệ thống vận hành. Đảm trách các thông báo nhận được và lưu trữ. Nó chứa các chức năng để nhận các thông báo từ các quá trình, để chuẩn bị, hiển thị, hỏi đáp và lưu trữ chúng. Ngoài ra chức năng Alarm Logging còn giúp chúng ta tìm ra nguyên nhân của lỗi. + Tag Logging (Đồ thị): Thu thập, lưu trữ và nén các giá trị đo dưới dạng khác nhau. Tag Logging cho phép lấy dữ liệu từ các quá trình thực thi, chuẩn bị để hiển thị và lưu trữ các dữ liệu đó. Dữ liệu có thể cung cấp các tiêu chuẩn về công nghệ và kỹ thuật quan trọng liên quan đến trạng thái hoạt động của toàn hệ thống. + Report Designer (Báo cáo): Có nhiệm vụ tạo các thông báo, báo cáo và các kết quả này được lưu dưới dạng các trang nhật ký sự kiện. + User Achivers (Lưu trữ dữ liệu): Cho phép người sử dụng lưu trữ dữ liệu từ chương trình ứng dụng và có khả năng trao đổi với các thiết bị tự động khác. Điều CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 36 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC này có nghĩa các công thức, thông số trong chương trình WinCC có thể được soạn thảo, lưu giữ và sử dụng trong hệ thống. + Web Navigator: Hệ thống quản lý, điều khiển và giám sát thông qua Internet giúp người dùng có thể truy cập vào mạng hệ thống, có thể điều khiển hệ thông ở bất cứ nơi đâu. + WinCC sử dụng bộ công cụ thiết kế giao diện đồ họa mạnh như: Toolbox, các control,... được đặt dễ dàng trên giao diện thiết kế. Ngoài ra, để phục vụ cho công việc giám sát điều khiển tự động WinCC còn trang bị thêm nhiều tính năng mới mà các công cụ khác không có như: - Các control thông qua hệ thống quản trị dữ liệu có thể gắn với một biến theo dõi trạng thái của hệ thống điều khiển. Thông qua đó, tác động đến việc giám sát các trạng thái. - Thông qua hệ thống, thông điệp có thể thực hiện được những hành động tương ứng khi trạng thái thay đổi. - Trong WinCC, ngôn ngữ C-Sript được dùng để thao tác giúp cho việc xử lý các sự kiện phát triển một cách mềm dẻo và linh hoạt. WinCC tạo ra một giao diện Người-Máy (HMI) dựa trên cơ sở giao tiếp giữa con người với các hệ thống máy tính, thiết bị điều khiển (PLC) thông qua các hình ảnh, sơ đồ, hình vẽ hoặc câu chữ có tính trực quan hơn. Có thể giúp người vận hành theo dõi được quá trình làm việc, thay đổi các tham số, công thức, quá trình hoạt động, thể hiện các giá trị hiện thời cũng như giao tiếp với quá trình công nghệ thông qua các hệ thống tự động. Giao diện HMI cho phép người vận hành giám sát các qui trình sản xuất và cảnh báo, báo động hệ thống khi có sự cố. Do đó WinCC là chương trình thiết kế giao diện Người – Máy thật sự cần thiết, không thể thiếu trong các hệ thống có quá trình tự động hóa phức tạp và hiện đại [6]. CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 37 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC CHƯƠNG III: THI CÔNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG Sơ đồ các bước thiết kế hệ thống: Xác định yêu cầu của hệ thống Vẽ sơ đồ chung cho hệ thống Thi công Phần cứng Cơ khí: Hàn, tiện, cắt nhôm Khí nén: Lựa chọn xylanh, van 5/2, bình khí Phần mềm Động cơ và mạch điều khiển Đấu dây cho PLC Viết chương trình điều khiển Nạp chương trình, kiểm tra Kết nối PLC và WinCC thông qua PC Acess Tạo giao diện và điều khiển trên WinCC Hình 3. 1 Các bước thiết kế mô hình định lượng CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 38 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Hình 3. 2 Sơ đồ điều khiển hệ thống 3.1 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 3.1.1 Đấu nối PLC S7-200 CPU224 với Modul Analog EM231 - Modul EM231 có 4 ngõ vào Analog RA, A+, A-, RB, B+, B-, RC, C+, C-, RD, D+, D-. Do đề tài chỉ sử dụng duy nhất 1 loacell nên nhóm chỉ sử dụng ngõ vào Analog RA, A+, A-. Cách đấu nối như sau: L+ và M của EM231 đấu trực tiếp từ nguồn 24VDC trên board thí nghiệm hoặc có thể lấy nguồn từ CPU 224 trên board thì nghiệm. CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 39 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Hình 3. 3 Sơ đồ đấu nối PLC, EM 231 và bộ khuếch đại Hình 3. 4 Sơ đồ đấu dây cho modul EM231 [9] - Kết nối port mở rộng (jack cắm cái) của EM231 vào port mở rộng của CPU 224 theo hình sau: Hình 3. 5 Kết nối CPU224 với modul EM231 [9] CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 40 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC 3.1.2 Đấu nối Modul Analog EM231 với bộ khuếch đại MKcells, Loadcell với MKcells. + Loadcell có 4 dây: đỏ (Exc +), vàng (Exc-), xanh lá (Sig+), xanh dương (Sig-) + MKcells có 8 dây (Hình 3.6) gồm: 5 dây đấu nối với loadcell (từ 1 đến 5 gồm: Dây đỏ ký hiệu số 1 (Exc+) cấp nguồn dương cho loadcell, dây đen ký hiệu số 2 (Exc-) cấp nguồn âm cho loadcell, xanh lá ký hiệu số 3 (Sig+) lấy tín hiệu dương từ loadcell, trắng ký hiệu số 4 (Sig-) lấy tín hiệu âm từ loadcell và dây nối đất màu đen ký hiệu số 5 nối với dây nối đất của loadcell), 3 dây đấu nối với modul analog EM231 (từ 6 đến 8 gồm: Dây đỏ ký hiệu số 6 (Exc+) cấp nguồn dương 24VDC cho bộ khuếch đại, dây xanh lá ký hiệu số 7 (Sig+) tín hiệu ra dương của bộ khuếch đại, dây đen ký hiệu số 8 (Exc-) tín hiệu ra âm và cũng là dây nối mass chung với EM231). Ta đấu nối EM231 với MKcells như sau: 5 dây ra của Loadcell lần lượt đấu nối với 5 dây đầu vào của MKcell theo trình tự : Đỏ - đỏ, vàng – đen, xanh lá – xanh lá, xanh dương – trắng, dây mass nối chung. Sau đó 3 dây ra của MKcells nối với EM 231 theo trình tự: dây đỏ nối với nguồn 24VDC từ PLC hoặc nguồn L+ của EM231, dây đen nối với chân 0 vdc của nguồn cấp hoặc mass chung với EM231, dây xanh từ 0-10 VDC nối với A+ của EM231, RA thì vẫn nối với A+, còn A- thì nối với dây đen của MKcells. Như vậy dây đen của MKcells sẽ là dây tham chiếu chung cho nguồn cấp và tín hiệu A-. 6 C ổ n g 1 7 C 4 2 8 ổ C C Cn 5ổ 3 ổ ổ g Cn C n n ổg ổ g t n t n khuếch Hình 3. 6gCách đấu dây bộ đại loadcell r r gt g t u uđộng cơr r 3.1.3 Động cơ và mạch điềut khiển y r t u u liệu sau khi cân ra ngoài, - Do yêu cầu băng tải vận chuyểny thùng chứa tnguyên ề u r y ry moment lớn, vận tốc nhỏ phù hợp ềkhi ngắt đúng vị trí và mang tải nặng n điện udừng y u n ề ề dưới 5 kg nên nhóm chọn động cơ giảm tốc 24VDC qua 2 bộ giảm tốc bánh răng. ề 3A để cấp nguồn n động cơ hoạt động. yn ycho Nhóm thiết kế mạch nguồn 12VDC t n t ề ề h h nt n t t ô ô h hSVTH: Phạm Hoàng Hiệp CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 41 h n n t ô tô Nguyễn Văn Tâm ô g g h n hn n ôg ô g n g n ố n gn i n i ố ố ố ni n i t ố kế hệ thống cân dùng PLC ốThiết Luận văn tốt nghiệp Đại học i t i i it i t ế t ế i i i p p tế t ế - Động cơ được truyền động quaế băng tải nhờ truyềni động xích, bánh xích lớn bắt p ip chặt với động cơ, bánh xích nhỏ pđược truyền qua hai ếổ bi, lắp đặt hai bánh xích như ế vậy làm tăng vận tốc băng tải, thiết kế hai ổ bi nhằm tránh hiện tượng dính trục p p quay khi trục quay bằng ren. - Trên PLC, động cơ được quy định bằng ngõ ra Q0.1 Hình 3. 7 Mạch nguồn 12 VDC 3A Trong sơ đồ mạch trên gồm có: Tên linh Thông số kiện 2 Domino 4 đầu nối 1 Cầu diode 2 tụ phân cực 1000microFara50V, 105độ C 1 IC LM2576 12V – 3A 1 Diode xung 3A 1 Cầu chì 1A 1 Công tắc nguồn 1 điện trở 1K 1 Led 2V 1 Cuộn cảm 100mH Chức năng trong mạch Dùng để đấu nối dây với các thiết bị khác Chỉnh lưu xoay chiều 12VAC từ biến thế sang điện áp 1 chiều 12VDC. Lọc tín hiệu, ổn định điện thế ngõ vào ra Dùng để tạo nguồn áp 12VDC cho mạch Ngăn dòng ngược Bảo vệ thiết bị Đóng cắt mạch điện Hạn dòng qua led Hiển thị nguồn Bảng 3. 1 Linh kiện dùng trong mạch nguồn 12VDC - Mạch nguồn 12VDC này có tác dụng tạo nguồn 12VDC cho Opto và Relay bên mạch điều khiển động cơ. - Mạch nguồn 12VDC dùng để tạo nguồn cho động cơ hoạt động, vì trong mô hình thiết kế cần vận tốc nhỏ, moment lớn. CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 42 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC 3.1.4 Solenoid - Có nhiều phương án để đóng miệng cửa phiểu sau khi rót nguyên liệu, ở đây nhóm dùng khí nén vì lực đẩy mạnh, êm dịu. Loại van khí nén 5/2, 5 cửa 2 vị trí, cấp nguồn 24VDC lấy từ ngõ ra của PLC. - Ống dẫn khí loại 5mm, tổng chiều dài ống khoảng 3m, được đấu nối với co chữ T. - Nguồn khí được lấy từ 4 bình khí nhỏ làm từ vỏ chai nhựa coca có áp suất nhỏ - Trên các xylanh đều có gắn thêm van tiết lưu để điều chỉnh lưu lượng khí, có chức năng đóng mở chỉnh tinh khi cân. Hình 3. 8 Mạch kích động cơ từ ngõ ra PLC Tên linh kiện 2 Domino 1 Opto 1 Relay 1 BJT C1815 1 Diode 1 Led 2 điện trở, Thông số 4 đầu nối 24VDC 12VDC Loại NPN 1,5K và 10K Chức năng trong mạch Cách ly quang Kích động cơ Đóng ngắt Relay Chống dòng ngược Báo nguồn khi có ngõ ra PLC 1,5K hạn dòng cho led, 10K phân cực cho BJT Bảng 3. 2 Cách linh kiện dùng trong mạch kích động cơ - Mạch này có tác dụng kích động cơ chạy khi có tín hiệu ra từ PLC. 3.1.4 Thiết kế mô hình cơ khí - Vật tư và tỉ lệ được làm trong mô hình lần lượt là sắt (70%), nhôm (20%), vật tư khác (10%). Mô hình cơ khí (xem hình 3.9): CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 43 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 44 Thiết kế hệ thống cân dùng PLC SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 45 Thiết kế hệ thống cân dùng PLC SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 46 Thiết kế hệ thống cân dùng PLC SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 47 Thiết kế hệ thống cân dùng PLC SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 48 Thiết kế hệ thống cân dùng PLC SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 49 Thiết kế hệ thống cân dùng PLC SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 50 Thiết kế hệ thống cân dùng PLC SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 51 Thiết kế hệ thống cân dùng PLC SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 52 Thiết kế hệ thống cân dùng PLC SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 53 Thiết kế hệ thống cân dùng PLC SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Hình 3. 9 Hình chiếu đứng của phễu Hình 3. 10 Hình chiếu cạnh của phễu - Bên dưới phễu lớn là phễu nhỏ, phễu nhỏ được đặt hoàn toàn trên đầu một loadcell, có tác dụng để định lượng nguyên liệu từ phễu lớn đưa xuống, đến giá trị được cài đặt trên PLC thì miệng phễu lớn sẽ tự động đóng lại thông qua điều khiển xy lanh khí nén. CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 54 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC 1 5 1 4 1 2 1 3 Hình 3. 11 Hình chiếu bằng của phễu Chú thích: 12: Miếng nâng loadcell 13: Bệ đỡ loadcell 14: Bulong bắt chặt loadcell 15: Lá thiết 8 2 4 7 3 6 5 Hình 3. 12 Hình chiếu đứng băng tải CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 55 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm 1 Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC 9 10 Hình 3. 13 Hình chiếu cạnh băng tải Chú thích: 1: Dây xích 2: Bánh xích bị động 3: Bánh xích chủ động 4: Động cơ DC 5: Trục lăn 2 6: Băng tải 7: Trục lăn 3 8: Cảm biến 1 9: Khung đỡ thùng 10: Khung băng tải 11: Mặt lót băng tải 12: Chốt tăng đưa 13: Ổ bi 14: Trục lăn 1 CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 56 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC 1 3 1 2 1 4 1 1 Hình 3. 14 Hình chiếu bằng băng tải - Phần dưới là băng tải dùng để vận chuyển thùng chứa nguyên liệu sau khi cân ra ngoài, băng tải được chạy hoặc dừng lại thông qua cảm biến quang để phát hiện có thùng hay không, nếu dừng lại đèn sẽ sáng, và băng tải chạy khi đèn tắt. - Trong mô hình thiết kế, nhóm dùng 2 đèn Neon loại 220VAC-100W. CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 57 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Hình 3. 15 Bản vẽ mô hình cân định lượng CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 58 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC 3.1.5 Cảm biến Hai cảm biến phát hiện vật sử dụng trong mô hình thiết kế là cảm biến quang loại thu phát chung, loại cảm biến này có thể phát hiện bất cứ vật nào trong tầm phát hiện của nó. Độ nhạy cao, dễ sử dụng, giá thành phù hợp, nguồn cấp 24VDC. Sau đây là thông số và cách đấu nối của từng loại cảm biến: + Cảm biến quang KEYENCE PZ2-41P (Nguồn: www.keyence.com) Hình 3. 16 Cảm biến quang PZ2-41P loại PNP Mô tả: Thông số kỹ thuật Giá trị Cảm biến quang điện loại phản xạ khuếch tán PZ2-41P Khoảng cách phát hiện vật 600 mm Nguồn sáng Led đỏ, có thể nhìn thấy được Chế độ hoạt động LIGHT ON/DARK ON Nguồn cấp 12 – 24 VDC +/- 10% Dòng tiêu thụ Max 35 mA Chế độ bảo vệ IP - 67 Nhiệt độ môi trường - 20 đến + 55oC Ngõ ra PNP Bảng 3. 3 Thông số cảm biến quang PZ2-41P loại PNP CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 59 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Cách đấu nối: (Nguồn: www.keyence.com) Hình 3. 17 Cách đấu dây cảm biến quang PZ2-41P + Cảm biến quang BYD30-DDT-T: (Nguồn: tienphat-automation.com) Hình 3. 18 Cảm biến quang BYD30-DDT-T loại NPN Mô tả: Thông số kỹ thuật Giá trị Cảm biến quang loại nhỏ Autonics BYD50-DDT-T loại phản xạ hội tụ Khoảng cách phát hiện vật 10 – 50 mm Nguồn sáng Led hồng ngoại Chế độ hoạt động Light On Nguồn cấp 12 – 24 VDC Ngõ ra NPN, NO Kết nối Cáp nối sẵn Chống phân cực ngược, bảo vệ ngắn mạch Bảng 3. 4 Thông số cảm biến quang BYD50-DDT-T loại NPN CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 60 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Cách đấu nối: (Nguồn: tienphat-automation.com) Hình 3. 19 Cách đấu dây cảm biến quang BYD30-DDT-T Do cảm biến quang BYD30-DDT-T có ngõ ra là NPN nên phải dùng Relay trung gian (Relay có nguồn như cảm biến) , lấy ngõ ra cảm biến đấu vào cuộn dây của Relay ,ngõ còn lại của cuộn dây nối V+ . Lấy tiếp điểm thường hở của Relay đưa vào PLC. 3.1.6 Van khí nén Trong mô hình luận văn sử dụng 3 van khí nén 5/2. Có tác dụng đóng mở miệng của 2 phiễu cân. Sau đây là đặc điểm của loại van trên: Van đảo chiều 5/2 tác động trực tiếp bằng dòng khí nén vào từ hai phía của nòng van, đây là loại van 5 cửa 2 vị trí. Hình 3. 20 Van đảo chiều 5/2 [8] CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 61 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC + Van tiết lưu: Trong mô hình sử dụng 3 van tiết lưu, có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng khí tức là điều chỉnh vận tốc hoặc thời gian chạy vào ra của pittong trong xylanh, mục đích nhóm sử dụng dùng để chỉnh thô và chỉnh tinh nguyên liệu khi cân. Nguyên lý làm việc của van tiết lưu là lưu lượng dòng khí qua van phụ thuộc vào sự thay đổi tiết diện. Hình 3. 21 Van tiết lưu [8] 3.2 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 3.2.1 Ý tưởng thiết kế chương trình: Trong giới hạn tải trọng cho phép của loadcell thì quan hệ giữa khối lượng và điện áp ngõ ra loadcell được xem như tuyến tính, và như vậy giá trị AD đọc về cũng tuyến tính theo khối lượng đặt lên trên loadcell. Dựa vào quan hệ này mà ta có thể viết chương trình cân chỉnh cho hệ thống cân theo quan hệ giữa khối lượng và giá trị AD đọc về. Hình 3. 22 Quan hệ giữa khối lượng và giá trị AD đọc về CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 62 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Ban đầu khi chưa để khối lượng lên phễu hoặc sau khi download chương trình điều khiển mới. Ta nhấn nút Calib trên màn hình điều khiển HMI ( địa chỉ của nút nhấn này là M0.3) để gọi chương trình cân. Sau đó ta nhấn nút Zero trên màn hình điều khiển (địa chỉ của nút nhấn này là M0.4) thì đọc giá trị AD về và lưu vào biến y1 sau khi ta đã trừ bì. Đây chính là giá trị AD ứng với khối lượng m 1 của phễu cân đặt lên trên loadcell mà ta phải hiểu là 0 kg (do chưa có nguyên liệu). Tiếp theo đặt quả cân chuẩn có khối lượng M (kg) đã biết trước (ở đây nhóm dùng 2 quả cân chuẩn 1 kg và 0.5 kg) lên phễu cân rồi nhấn nút Span trên màn hình điều khiển (địa chỉ M0.5) để đọc giá trị AD ứng với trạng thái sử dụng quả chuẩn này và lưu vào biến y 2 sau khi ta trừ bì. Để hệ thống cân hoạt động chính xác nên chọn khối lượng quả cân chuẩn càng gần với tầm hoạt động của cân càng tốt. Từ hai điểm có tọa độ đã biết trước ta có thể viết được phương trình đường thẳng đi qua hai điểm này. Như vậy dựa vào phương trình đường thẳng này thì ứng với mỗi giá trị AD đọc về ta đều có thể suy ra được khối lượng tính theo kg tương ứng theo công thức: m M y  y1 y 2  y1 (*) Trong đó: m: khối lượng hiện tại (kg). M: khối lượng chuẩn (kg). y: Giá trị AD trả về lúc m (kg). y1: Giá trị AD lúc m1 = 0kg. y2: Giá trị AD lúc M = 1.5kg. Để viết chương trình thì nhóm đã rút được kinh nghiệm: - Phân biệt các kiểu dữ liệu Word, DoubleWord,…để tránh sử dụng trùng địa chỉ. - Dùng các phép toán trên số thực để xử lý dữ liệu cân. 3.2.2 Lưu đồ chương trình điều khiển hệ thống CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 63 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC - Lưu đồ chương trình cân: Bắt đầu Gọi chương trình cân ? S Đ - Lưu giá trị AD của khối lượng chuẩn 1.5 kg vào ô nhớ VD200 - Hiện giá trị AD chứa khối lượng phễu. Nút Zero tác động ? S Đ - Hiện giá trị AD lúc 0 kg (chỉ chứa khối lượng phễu). - Trừ bì, đưa giá trị AD về lúc 0kg - Lưu giá trị AD vào ô nhớ VD80 - Ghi giá trị y1 Nút Span tác động ? S Đ A 1 CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 64 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC A 1 - Hiện giá trị AD của quả cân chuẩn và khối lượng phễu. - Trừ bì, đưa giá trị AD về lúc tải trọng 1.5 kg - Lưu giá trị AD vào ô nhớ VD120 - Ghi giá trị y2 Có nguyên liệu cân ? S Đ - Hiện giá trị AD của khối lượng hiện tại. - Trừ bì, lưu giá trị AD vào ô nhớ VD490 - Ghi giá trị y - Thực hiện phép toán y – y1 - Lưu giá trị AD vào ô nhớ VD240 - Thực hiện phép toán y2 – y1 - Lưu giá trị AD vào ô nhớ VD160 - Thực hiện phép toán chia y – y1 / y2 – y1 - Lưu giá trị AD vào ô nhớ VD400 - Thực hiện phép toán nhân M x (y – y1 / y2 – y1) - Lưu giá trị AD vào ô nhớ VD500 Hiển thị khối lượng hiện tại Hình 3. 23 Lưu đồ chương trình cân CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 65 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Giải thích lưu đồ chương trình cân: - Chương trình cân luôn thực thi ở tất cả các chu kỳ làm việc của PLC. Khi tiếp điểm M0.3 (tiếp điểm gọi chương trình cân) được tác động trên màn hình điều khiển HMI thì chương trình cân được thực hiện, PLC lưu giá trị AD của khối lượng chuẩn 1.5 kg vào ô nhớ VD200, đồng thời truy xuất giá trị AD từ ô nhớ AIW0 (kiểu dữ liệu Word) từ modul EM231 được lưu vào ô nhớ VW2, sau đó lần lượt dùng lệnh chuyển đổi chuyển giá trị trong ô nhớ VW2 thành VD4 (kiểu dữ liệu R). Lúc này trên màn hình HMI hiện giá trị AD chứa khối lượng phễu (khi chưa trừ bì). - Khi tiếp điểm M0.4 (tiếp điểm calib lúc 0 kg) được tác động. Khối lượng phễu được trừ bì và đưa giá trị AD về lúc 0kg được lưu vào ô nhớ VD80. Lúc này ta được giá trị y1 trong biểu thức (*). - Khi tiếp điểm M0.5 (tiếp điểm calib lúc 1.5kg) tác động, sau khi ta để hai quả cân chuẩn lên phễu cân. Khối lượng phễu được trừ bì và hiện thị giá trị AD về lúc tải trọng 1.5 kg. Lúc này PLC lưu giá trị AD này vào ô nhớ VD120, ta được giá trị của y2 trong biểu thức (*). - Sau khi calib cho hệ thống cân xong, lúc này ta cho nguyên liệu vào phễu chứa. Quá trình thực hiện cân theo phương trình (*) được diễn ra, PLC hiện giá trị AD của khối lượng hiện tại.Sau khi trừ bì, lưu giá trị AD của khối lượng hiện tại vào ô nhớ VD490 ta được giá trị y trong biểu thức (*). PLC bắt đầu thực hiện các phép toán trên số thực, thực hiện phép toán trừ (y – y 1) ứng với ô nhớ (VD490 – VD80). Lưu giá trị AD này vào ô nhớ VD240. Sau đó thực hiện tiếp phép toán trừ (y 2 – y1) tương ứng với ô nhớ (VD120 – VD80). Lưu kết quả của phép toán này vào ô nhớ VD160. Sau đó theo chu kỳ PLC thực hiện phép toán chia (y – y 1 / y2 – y1) tương ứng với ô nhớ (VD240/VD160) lưu kết quả vào ô nhớ VD400. Sau đó lấy kết quả này nhân với ô nhớ chứa giá trị AD lúc 1.5kg là VD400 nhân với VD200 ta được kết quả của khối lượng nguyên liệu cần cân, hiện kết quả cân này trên màn hình điều khiển HMI (được thiết kế bằng phần mềm WinCC) kết quả này được lưu vào ô nhớ VD500. CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 66 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm - Lưu đồ chương trình điều khiển hệ thống cân với tải trọng 2kg: Bắt đầu Dừng băng tải Gọi chương trình cân S Calib chưa ? Đ Nguyên liệu phễu lớn có chưa hay cảm biến 2 = 1 ? Đèn 2 sáng S Đ - Băng tải hoạt động - Khối lượng hiện tại = 0 - Tổng khối lượng = 0 - Sản lượng = 0 Delay 3 giây Mở 2 van cân Đủ mức 1 >= 1,0Kg? S Đ Đóng van cân 2 mức thô Đủ mức 2 >= 1,95Kg ? S Đ A B A B Đóng van cân 3 mức tinh - Hiển thị khối lượng hiện tại (2kg) - Hiện tổng khối lượng (2kg x 1) - Số lượng thùng (+1) Cảm biến 1 phát hiện thùng hay cảm biến 1=1 ? S Đ - Băng tải dừng - Đèn 1 sáng - Mở van cân 1 Khối lượng hiện tại >= 0,03Kg? Đ S - Khối lượng hiện tại = 0 kg - Băng tải hoạt động - Van cân 1 đóng lại Kết thúc Hình 3. 24 Lưu đồ giải thuật điều khiển hệ thống cân với tải trọng 2kg Giải thích lưu đồ chương trình điều khiển hệ thống cân: - Nếu chương trình mới sau khi Download thì phải Calib hệ thống cân lại lúc 0 kg và 1,5 kg nhằm đảm bảo cho hệ thống cân với kết quả chính xác nhất. - Nếu chương trình cũ đã calib rồi thì sau khi ta ấn nút Start, lúc này cảm biến 2 làm việc phát hiện nguyên liệu trên phiễu lớn có không, nếu không có nguyên liệu thì hệ thống băng tải không chạy, lúc này đèn 2 phát sáng, cho người quản lý biết để cấp nguyên liệu vào. Nếu trên phễu lớn đã có nguyên liệu thì đèn 2 tắt, băng tải hoạt động. Lúc này trên màn hình WinCC hiện khối lượng hiện tại là 0 kg, tổng khối lượng là 0 kg, số thùng là 0 thùng/giờ. - Delay sau 3 giây để cho hệ thống ổn định, van cân 2 và van cân 3 mở ra, lúc này thì chương trình bắt đầu cân lấy tín hiệu từ loadcell bắt đầu so sánh xem khối lượng hiện tại có thỏa điều kiện lớn hơn bằng 1 kg không, nếu không thì tiếp tục mở 2 van cân ra, nếu thỏa điều kiện thì đóng van cân 2 mức thô lại. - Sau đó tiếp tục xét điều kiện xem khối lượng hiện tại có lớn hơn bằng 1.95 kg không, nếu không thì tiếp tục mở van cân 2 thô ra nếu thỏa điều kiện thì van cân 3 chỉnh tinh đóng lại, lúc này hiện thị kết quả cân lên màn hình gồm khối lượng hiện tại, tổng khối lượng và sản lượng trên màn hình WinCC. Trong khi đó băng tải vẫn hoạt động bình thường. - Nếu trên băng tải có thùng và cảm biến 1 phát hiện, lúc này đèn 1 bật sáng, băng tải dừng lại, van 1 mở ra, nguyên liệu cân được cho vào thùng, đến giới hạn nào đó xem khói lượng nguyên liệu có còn lớn hơn bằng 0.03 kg nữa không, nếu vẫn còn lớn hơn thì van 1 vẫn tiếp tục mở ra, nếu khối lượng nhỏ hơn 0.03 kg thì van 1 đóng lại, lúc này khối lượng hiện tại trên màn hình là 0 kg, thông qua tiếp điểm trung gian van 1 kích động cơ hoạt động, băng tải truyền thùng ra ngoài, sau khi van 1 và cảm biến 1 chuyển trạng thái từ 1 xuống 0 thì chu trình cân được lặp lại. Tên Start Stop_1 Dk_can Calib Zero Span Xathung Reset Cambien1 Cambien2 Bangtai Van1 Van2 Van3 Den1 Den2 Địa chỉ M0.0 M0.1 M0.2 M0.3 M0.4 M0.5 M1.1 M1.2 I0.0 I0.1 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.5 Q0.7 Q1.0 Ý nghĩa Khởi động hệ thống Ngừng hệ thống Tiếp điểm trung gian Calib hệ thống cân Calib lúc 0 kg Calib lúc 1.5 kg Khi nguyên liệu không đủ cân Reset lại hệ thống Ngõ vào cảm biến 1 phát hiện thùng Ngõ vào cảm biến 2 phát hiện nguyên liệu Ngõ ra điều khiển băng tải Ngõ ra điều khiển van solenoid 1 Ngõ ra điều khiển van solenoid 2 Ngõ ra điều khiển van solenoid 3 Ngõ ra điều khiển đèn 1 phát hiện thùng Ngõ ra điều khiển đèn 2 phát hiện nguyên liệu Khoiluonghientai Tongkhoiluong Sanluong VD500 VD700 C0 Khối lượng hiện tại Tổng khối lượng Số lượng thùng 3.2.3 Quy ước các ngõ vào ra cho PLC Bảng 3. 5 Quy ước các ngõ vào ra cho PLC 3.2.3 Chương trình điều khiển PLC dạng ngôn ngữ Ladder Chương trình con 3.2.4 Thiết kế truyền dữ liệu PC – Access Khi ta khởi động phần mềm PC-Access thì chương trình giao diện như sau: Hình 3. 25 Màn hình giao diện PC Access Sau khi ta kết nối truyền dữ liệu được với S7-200 và cửa sổ các biến tag khai báo tương ứng: Hình 3. 26 Các biến đã khai báo hoàn chỉnh 3.2.5 Thiết kế giao diện và điều khiển giám sát bằng WinCC Sau khi đã tạo các Tag bên PC-Access, sau đó khởi động phần mềm WinCC lên. Hình 3. 27 Cửa sổ làm việc của WinCC Sau khi khởi động WinCC xong, ta tiến hành tạo liên kết giữa OPC server và OPC client bằng cách chọn driver hợp lý, do đề tài sử dụng PLC S7-200 nên chọn driver “OPC.chn”, Sau khi đã liên kết xong, cửa sổ hiện ra như sau: Hình 3. 28 Cửa sổ liên kết các Tag giữa PC Access với WinCC Bước tiếp theo, ta sử dụng các chức năng của WinCC để tạo giao diện thiết kế cho mô hình, nhóm sử dụng các chức năng như: Graphics Designer (tạo giao diện ảnh), Alarm Logging (cảnh báo), Tag Logging (đồ thị), Web Navigator (liên kết Ethernet), User Administrator (Bảo mật người dùng) và truy xuất dữ liệu từ WinCC ra Excel. Sau đó lần lượt liên kết giữa các tag với thuộc tính các đối tượng. - Để tạo ảnh giao diện ta vào phần Gaphics Designer chọn các ảnh tương ứng vẽ vào mô hình, ta được giao diện như sau: Hình 3. 29 Giao diện đồ họa hệ thống định lượng Để tạo các hiệu ứng cho các đối tượng ta vào thuộc tính properties tương ứng của từng đối tượng để thiết lập cho chúng, đối với các nút nhấn Button ta có thể lập trình ngôn ngữ C hoặc VB cho chúng khi có sự kiện được tác động. Đối với các số liệu sau khi cân được hiển thị trong các Static text ta thiết lập các thuộc tính I/O field cho chúng, bằng các trong thẻ properties chọn Output/Input chọn Output value và liên kết đến các tag tương ứng như khối lượng hiện tại, tổng khối lượng, sản lượng. Trên màn hình nhóm chọn sai số đến phần 1/1000. - Tạo Alarm Logging: Với ý tưởng thiết kế là giúp cho người vận hành biết được từng quy trình hoạt động của từng thiết bị trong hệ thống, lúc làm việc ổn định và khi gặp sự cố vấn đề gì đó thì người vận hành sẽ nhanh chóng phát hiện ra lỗi ngay ở bộ phận nào, từ đó có những cách xử lý thích hợp, đây là ứng dụng rất hay của WinCC. Khởi động của sổ Alarm Logging lên, màn hình hiển thị như sau: Hình 3. 30 Cửa sổ thiết lập cho Alarm Logging Các thiết bị được liên kết lần lượt đó là: băng tải, đèn 1, đèn 2, cảm biến 1, cảm biến 2, van solenoid 1, van solenoid 2, van solenoid 3, bằng cách đặt tên, vị trí lỗi và màu cho các alarm để người vận hành dễ theo dõi, màu đỏ khi có alarm xảy ra (Came in), khi không có alarm (màu xanh lá). Các màu khi có alarm xảy ra như sau: Hình 3. 31 Tùy chọn màu cho các Alarm - Tạo giao diện Tag Logging: Với ý tưởng là hiện giá trị của các biến trạng thái (các số liệu cân) sẽ được hiển thị trên đồ thị (Trend) . Từ giá trị này, người vận hành có thể đưa ra những phán đoán hay quyết định đúng đắn đối với qui trình sản xuất. Khởi động của sổ tag Logging, giao diện của cửa sổ hiện như sau: Hình 3. 32 Cửa sổ thiết lặp cho các biến trạng thái Tag Logging Ở đây nhóm thiết lập tag logging cho các biến khối lượng hiện tại, tổng khối lượng và sản lượng, để từ đó người vận hành biết được sự biến thiên của các giá trị trên. Các màu được gán tương ứng cho từng biến là màu đỏ (khối lượng hiện tại), màu xanh lá (tổng khối lượng) và màu tím (sản lượng). Hình 3. 33 Các màu tương ứng với các biến trạng thái Tag Logging - Tạo Web Navigator: Với mục đích là có thể cung cấp hình ảnh của giao diện hệ thống đang hoạt động cho người vận hành hoặc người nào đó đang đi công tác hay không có mặt trực tiếp ở hệ thống muốn biết về hệ thống hoạt động như thế nào, thì chức năng Web Navigator của WinCC sẽ đáp ứng được yêu cầu đó. Màn hình giao diện của Web Navigator như sau: Với một địa chỉ IP của máy tính, cùng mạng LAN thì người khác có thể truy cập cập vào để xem được quá trình. Hình 3. 34 Giao diện Web Navigator - Tạo User Administrator (Bảo mật người dùng) với chức năng này thì người vận hành có thể yên tâm đối với dữ liệu của hệ thống mình, bằng cách tạo một user và password. Cửa sổ thiết lập như sau: Hình 3. 35 Giao diện tạo bảo mật cho người dùng - Truy xuất dữ liệu cân ra Excel, chức năng của WinCC này rất hay vì nó có thể tạo một bảng dữ liệu để người vận hành có thể in ấn, tính toán hoặc thống kê số liệu, giúp ích rất nhiều cho các bộ phận khác trong nhà máy. Bằng cách ta sử dụng Addins trong Excel để tạo ra liên kết. Talamf theo các bước sau: Khởi động chương trình ứng dụng Microsoft Excel, vào công cụ Tool/Add-ins/OPC-clience chọn Browse. Sau đó ta chọn theo đường dẫn sau C:\Program Files\Siemens\S7-200 PC Access\Bin chọn OPCS7200ExcelAddin. Lúc này cửa sổ liên kết giữa WinCC với Excel như sau: Khi hệ thống hoạt động thì các dữ liệu sẽ được Excel tự động liên kết theo. Lưu ý: Để các chức năng của WinCC được hoạt động ở chế độ Active thì ta phải thiết lập chọn chế độ cho các chức năng, Màn hình lựa chọn chế độ các chức năng của WinCC như sau: Hình 3. 36 Truy xuất dữ liệu ra Excel - Để các chức năng của WinCC được hoạt động, thì bước tiếp theo ta phải tùy chọn chúng khi WinCC ở chế độ active, thể hiện trên hình sau: Hình 3. 37 Thiết lập chế độ hoạt động của chức năng WinCC CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 4.1.1 Phần cứng Sau hơn 3 tháng nghiên cứu và thiết kế, nhóm chúng em đã hoàn thành rất tốt về mặt phần cứng: mô hình, phần mạch, cách đấu nối. Ở đây chúng em thiết kế ở dạng mô hình nhưng nó có thể minh chứng khả năng ứng dụng trong thực tế. Mô hình cơ khí hoàn thành (Xem hình 4.1): Hình 4. 1 Mô hình cơ khí hoàn chỉnh của cân 4.1.2 Phần mềm - Phần mềm trên PLC được viết để thiết lập thông số ban đầu cho hệ thống cân và cân. Chương trình được giao tiếp với giao diện HMI. Phần mềm trên PLC kiểm chứng giải thuật cân chính xác với sai số 6g đạt được mục tiêu đề ra. - Giao diện HMI hiển thị các kết quả như khối lượng cần cân, tổng khối lượng trong một ca. Ngoài ra, giao diện cho phép thực hiện các chức năng như calib, hình chạy, … Hình 4. 2 Giao diện điều khiển hệ thống tự động Hình 4. 3 Giao diện Web Navigator Hình 4. 4 Truy suất dữ liệu ra Excel Hình 4. 5 Biểu đồ thể hiện các biến trạng thái Hình 4. 6 Thay đổi các biến trạng thái tag logging Hình 4. 7 Theo dõi Alarm logging 4.2 KIẾN NGHỊ 4.2.1 Giới hạn kết quả đề tài - Tuy kết quả cân chính xác với sai số 6g nhưng muốn để hệ thống đi vào ứng dụng trong thực tế thì cần bổ sung thêm một số thiết bị như hệ thống phải từ 2 Loadcell trở lên để lấy tín hiệu về một cách chính xác nhất. Vì trong mô hình nhóm chỉ sử dụng một loadcell cân với khối lượng là 2 kg nên ngoài thực tế hệ thống, cân với khối lượng lớn và nhiều, tăng tuổi thọ làm việc cho thiết bị. - Mô hình cơ khí chỉ đáp ứng cân với khối lượng 5kg, để cân với một khối lượng lớn và liên tục thì cần cải tiến bộ phận cơ khí cho hệ thống cân như băng tải, phễu. 4.2.2 Hướng phát triển - Để hệ thống hoạt động tự động hoàn toàn thì cần có bộ phận đóng bao, sắp xếp thành phẩm. - Ngoài ra, giao diện cho phép quản lý thông số của từng mẻ cân và lưu vào cơ sở dữ liệu. Dữ liệu này có thể tra cứu khi cần. Phần mềm cần cho phép thống kê, báo cáo và in ấn. Phụ lục Tập lệnh của S7 200 dạng Ladder: Lệnh thời gian thực Lệnh Logic với Bit Các lệnh đếm Các lệnh chuyển đổi Lệnh so sánh Các hàm toán học Các lệnh ngắt Các lệnh timer Các lệnh chuyển đổi Các lệnh toán học Các lệnh điều khiển chương trình Các lệnh về chuỗi Các lệnh dịch và quay Các lệnh về bảng Tài liệu tham khảo [1] Giáo trình Cảm biến và Ứng dụng, Bộ môn Tự động hóa – Khoa Công nghệ, Đại học Cần Thơ [2] Phạm Văn Tấn, Điều khiển Logic có thể lập trình, Đại học Cần Thơ, 2008 [3] Nguyễn Hoàng Dũng, Lập trình ứng dụng PLC S7 200, Đại học Cần Thơ, 2008 [4] Nguyễn Hoàng Dũng, Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu dùng WinCC, Đại học Cần Thơ, 2009 [5] Trần Thu Hà - Phạm Quang Huy, Giao diện Người – Máy HMI lập trình với S7 200 và WinCC, Nhà xuất bản Hồng Đức. [6] Luận văn tốt nghiệp Đại học, Điều khiển và giám sát trạm trộn Bê tông với S7 200 và WinCC, Đại học Cần Thơ, 2009 [7] http://en.wikipedia.org/wiki/Strain_gauge [8] http://www.plcvietnam.com.vn [9] http://www.siemens.com This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.

Tìm kiếm

Chủ đề

Bài tiểu luận mẫu Hóa học 11 Tài chính hành vi Đồ án tốt nghiệp Mẫu sơ yếu lý lịch Thực hành Excel Lý thuyết Dow Trắc nghiệm Sinh 12 Đề thi mẫu TOEIC Atlat Địa lí Việt Nam Giải phẫu sinh lý Đơn xin việc adblock ​ Bạn đang sử dụng trình chặn quảng cáo?

Nếu không có thu nhập từ quảng cáo, chúng tôi không thể tiếp tục tài trợ cho việc tạo nội dung cho bạn.

Tôi hiểu và đã tắt chặn quảng cáo cho trang web này