Thiết kế chương trình mô phỏng việc điều khiển và giám sát công đoạn chiết chai (sản phẩm là chất lỏng) ứng dụng phần mềm labview

LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay quá trình tự động hóa trong công nghiệp là hết sức quan trọng đối với sự phát triển của một quốc gia Với các nước phát triển như Mỹ, Nhật thì tự động hóa không còn xa lạ Ở các nướ.MỤC LỤCLỜI NÓI ĐẦU1MỤC LỤC2CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM LABVIEW 201741.1.LabVIEW là phần mềm như thế nào?41.2.Phần mềm LabVIEW có thể làm gì?41.3.Cấu trúc chương trình trong phần mềm LabVIEW51.3.1.Front Panel51.3.2.Block Diagram61.3.3.Biểu tượng kết nối (IconConnector)71.4.Phần mềm LabVIEW có những ưu điểm, nhược điểm gì?71.5.Các ứng dụng của phần mềm LabVIEW8CHƯƠNG 2. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM LABVIEW LẬP TRÌNH GIAO TIẾP VỚI MODULE NI USB 9213.92.1.Module NI USB 921392.1.1.Giới thiệu khái quát về Module NI USB 921392.1.2.Cấu tạo102.1.3.Một số thông số của module NI USB 9213112.2.Lập trình giao tiếp với Module NI USB 9213 bằng phần mềm LabView112.3.Nguyên lí hoạt động và chức năng của hệ thống19CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG VIỆC ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÔNG ĐOẠN CHIẾT CHAI (SẢN PHẨM LÀ CHẤT LỎNG) ỨNG DỤNG PHẦN MỀM LABVIEW.203.1.Mô tả các yêu cầu cho mỗi thành phần của hệ thống203.2.Xây dựng sơ đồ khối hệ thống223.3.Xây dựng sơ đồ nguyên lí233.4.Thiết kế chương trình trên LabView24KẾT LUẬN26TÀI LIỆU THAM KHẢO27

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay quá trình tự động hóa trong công nghiệp là hết sức quan trọngđối với sự phát triển của một quốc gia Với các nước phát triển như Mỹ, Nhật thì tự động hóa không còn xa lạ Ở các nước này máy móc hầu như đã thay thếlao động chân tay, số lượng công nhân trong nhà máy đã giảm hẳn và thay vào

đó là những lao động chuyên môn, những kỹ sư có tay nghề, điều khiển giám sáttrực tiếp quá trình sản xuất trên thông qua máy tính Một trong những ứng dụnggiám sát đó là LabView, nó giúp ta điều khiển và giám sát toàn bộ quá trình sảnxuất thông qua máy tính mà không phải trực tiếp xuống nới sản xuất để quan sát.Những điều trên chứng tỏ tầm quan trọng của việc ứng dụng LabView trong lĩnhvực tự động hóa Việt Nam là nước đang phát triển thì nhu cầu hiện đại hóatrong công nghiệp là điều hết sức quan trọng đối với sự phát triển kinh tế cũngnhư nhu cầu công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước Là những sinh viên theohọc chuyên ngành “ Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa” cùng những nhu cầu,ứng dụng thực tế cấp thiết của nền công nghiệp nước nhà, em muốn được nghiêncứu và tìm hiểu những thành tựu khoa học mới để có nhiều cơ hội biết thêm vềkiến thức thực tế, củng cố kiến thức đã học, phục vụ tốt cho sự nghiệp côngnghiệp hóa hiện đại hóa

1

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC 2

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM LABVIEW 2017 4

1.1 LabVIEW là phần mềm như thế nào? 4

1.2 Phần mềm LabVIEW có thể làm gì? 4

1.3 Cấu trúc chương trình trong phần mềm LabVIEW 5

1.3.1 Front Panel 5

1.3.2 Block Diagram 6

1.3.3 Biểu tượng kết nối (Icon/Connector) 7

1.4 Phần mềm LabVIEW có những ưu điểm, nhược điểm gì? 7

1.5 Các ứng dụng của phần mềm LabVIEW 8

CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM LABVIEW LẬP TRÌNH GIAO TIẾP VỚI MODULE NI USB 9213 9

2.1 Module NI USB 9213 9

2.1.1 Giới thiệu khái quát về Module NI USB 9213 9

2.1.2 Cấu tạo 10

2.1.3 Một số thông số của module NI USB 9213 11

2.2 Lập trình giao tiếp với Module NI USB 9213 bằng phần mềm LabView 11

2.3 Nguyên lí hoạt động và chức năng của hệ thống 19

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG VIỆC ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÔNG ĐOẠN CHIẾT CHAI (SẢN PHẨM LÀ CHẤT LỎNG) ỨNG DỤNG PHẦN MỀM LABVIEW 20

3.1 Mô tả các yêu cầu cho mỗi thành phần của hệ thống 20

3.2 Xây dựng sơ đồ khối hệ thống 22

3.3 Xây dựng sơ đồ nguyên lí 23

3.4 Thiết kế chương trình trên LabView 24

KẾT LUẬN 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

3

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM LABVIEW 2017

1.1 LabVIEW là phần mềm như thế nào?

LabVIEW là một phần mềm được thiết kế hệ thống và môi trường pháttriển cho một ngôn ngữ lập trình trực quan từ National Instruments, thuộc Hoa

Kỳ LabVIEW được sử dụng phổ biến trong các phòng thí nghiệm, chuyênngành khoa học kĩ thuật như tự động hóa, điện tự động, cơ điện tử, hàng không,

y tế…, ở các nước phát triển là Hàn Quốc, Nhật Bản, Mỹ, một số nước châu Âu.Ngôn ngữ đồ họa được sử dụng trong phần mềm mang tên là “G” Ngôn ngữ lưu

đồ họa của phần mềm LabVIEW tạo sự lôi cuốn, kích thích tính sáng tạo củacác kĩ sư và nhà khoa học trên toàn thế giới, giúp thuận lợi trong thao tác và dễdàng hơn trong quá trình thực hiện do lường và điều khiển Ngôn ngữ lưu đồcùng sự kết hợp I/O gắn liền giúp việc tương tác của người sử dụng và phầnmềm được tiện lợi, có thể báo sát với mô hình thực tế

LabVIEW sử dụng ngôn ngữ lập trình G(Graphical) Ngôn ngữ lập trình đượcdiễn đạt cú pháp thông qua các hình ảnh trực quan trong môi trường (có thể gắnliền với thực tế) được chương trình soạn thảo

1.2 Phần mềm LabVIEW có thể làm gì?

Thu thập tín hiệu từ các thiết bị thực để phần mềm được bám sát kết quảmong muốn như thiết bị đo nhiệt độ, các loại cảm biến, hình ảnh từ camera tốc

độ quay của động cơ,…

LabVIEW có thể đo các tín hiệu: điện áp, nhiệt độ, sức căng, độ rung,dòng điện, tần số, mức ánh sáng, điện trở, xung, thời gian, cường độ âm thanh,tín hiệu tương tự số…

Chương trình LabVIEW được tích hợp sẵn hơn 500 chức năng có thể tríchxuất thông tin hữu ích từ dữ liệu thu nhận được, phân tích các phép đo và xử lýcác tín hiệu

Hiển thị: Giao diện của người dung được thiết kế một cách nhanh chóng

và có tính thẩm mỹ hơn so với các ngôn ngữ lập trình khác Hiển thị dữ liệu baogồm các chức năng: tạo báo cáo và quản lý dữ liệu, trực quan Hình ảnh trênLabVIEW được hiển thị dữ liệu hấp dẫn, tiện lợi có thể làm trên 2D, 3D Ngoài

ra, người sử dụng có thể quan sát và điều khiển VIs qua Internet bằng phần mềmLabVIEW

Về điều khiển: chương trình LabVIEW được cài đặt và kết hợp nhiềucông cụ và chức năng hơn giúp người điều khiển tự động thuận tiện trong quátrình thực hiền các bài toán về điều khiển hệ thống LabVIEW có thể thực hiệncác thuật toán điều khiển như Logic mở (Fuzzy), PID Chương trình có thể kếthợp với nhiều ngôn ngữ lập trình C++, C

LabVIEW có thể kết nối thông qua các cổng giao tiếp: RS485, PCI,Enthernet, RS232, USB

1.3 Cấu trúc chương trình trong phần mềm LabVIEW

Chương trình LabVIEW được xây dựng và lập trình trên cơ sở là các thiết

bị ảo (VI: Virtual Instruments) Những thiết bị ảo VI được thiết thế giao diệntương tác với người kĩ sư lập trình và một mã nguồn tương đương có thể tiếpnhận các dữ liệu từ các thiết bị ảo VI cao hơn Những đối tượng được xây dựngtrong thiết bị ảo được sử dụng để mô phỏng các thiết bị có thật trong thực tế, đểbám sát được kết quả cần muốn, các đối tượng được thành bởi phần mềm

Trong phần mềm LabVIEW, một chương trình ảo VI được tạo bởi 3 phần chính:

- Cửa sổ Front Panel là giao diện người kỹ sư lập trình cho VI

- Cửa sổ Block Diagram là nơi tạo mã nguồn, thiết kế code cho chươngtrình

- Icon/Connecter là biểu tượng và bộ kết nối của chương trình

Hai thành phần quan trọng nhất trong chương trình LabVIEW là BlockDiagram và Front Panel

5

1.3.1 Front Panel

Front Panel là một Panel tương tự như panel của thiết bị thực tế được xâydựng dựa trên ý tưởng và sự sáng tạo của người lập trình Giao diện cho phép tathao tác giống với thực tế Cửa số Front Panel gồm các bộ hiển thị (Indicator) vàcác bộ điều khiển (Control)

Hình 1.1 Cửa sổ Front Panel của một chương trình

1.3.2 Block Diagram

Block Diagram: panel này là nơi thể hiện thuật toán, thuật giải củachương trình Các khối thuật toán built-in được liên kết với nhau bằng nhữngđường nối theo một nguyên lý đặt trước tùy theo dạng bài toán mà người lậptrình đặt ra Các chuỗi khối này liên kết với phần đồ họa ở Front Panel để đưa

dữ liệu ra giao diện

Cửa sổ Block Diagram được tạo bởi nút (Node) và các dây nối (wire),thiết bị đầu cuối (Terminal)

Hình 1.2 Cửa sổ Block Diagram của một chương trình

1.3.3 Biểu tượng kết nối (Icon/Connector)

- Icon (biểu tưởng): là biểu tượng của các thiết bị ảo VI

- Connectoc (bộ nối): là một thành phần của Terminal có chức năng kết nốicác đầu vào, ra của các thiết bị VI với nhau khi thao tác của người sửdụng

1.4 Phần mềm LabVIEW có những ưu điểm, nhược điểm gì?

- Ưu điểm:

+ Dễ dàng giao tiếp với các công cụ, thiết bị, công nghệ khác

+ Hiệu suất cao

+ Khả năng thu thập từ các nguồn thư viện và thông tin rất lớn

+ có thể lập nhiều tác vụ được thực hiện cùng một lúc thông qua đa luồng

+ Phần mềm không có chức năng phóng to, thu nhỏ.

1.5 Các ứng dụng của phần mềm LabVIEW

- Được sử dụng phổ biến ở nhiều lĩnh vực và ngành nghề

- Có thể tự động hóa dây chuyền sản xuất

- Tương tác tốt với các loại cảm biến với máy tính

- Được sử dụng để giải mã các tín hiệu

- Đo được nhiều loại tín hiệu phục vụ tốt các nhu cầu giám sát và điềukhiển

CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM LABVIEW LẬP TRÌNH

GIAO TIẾP VỚI MODULE NI USB 9213.

2.1 Module NI USB 9213

2.1.1 Giới thiệu khái quát về Module NI USB 9213

Module đầu vào nhiệt độ National Instruments NI-9213 16 kênh, 75 S / s,

± 78 mV là mô-đun đầu vào cặp nhiệt điện mật độ cao được thiết kế cho hệthống đếm kênh cao hơn Với mô-đun này, người dùng có thể thêm cặp nhiệtđiện vào hệ thống kiểm tra tín hiệu hỗn hợp mà cần sử dụng quá nhiều khe cắm.NI-9213 còn bao gồm các bộ lọc khử răng cưa, phát hiện cặp nhiệt điện hở và bùđiểm nối lạnh cho các phép đo cặp nhiệt điện có độ chính xác cao Bên cạnh đó

là tính năng hiệu chuẩn có thể theo dõi NIST và hàng rào cách ly kép từ kênhđến đất để đảm bảo an toàn, chống nhiễu và dải điện áp chế độ chung cao

Hình 2.1 Hình ảnh về Module NI USB 9213

9

NI cung cấp hơn 100 mô-đun Dòng C để đo lường, điều khiển và giao tiếpcác ứng dụng Các mô-đun Dòng C có thể kết nối với bất kỳ cảm biến hoặc busnào và cho phép đạt độ chính xác cao các phép đo đáp ứng nhu cầu của các ứngdụng điều khiển và thu thập dữ liệu tiên tiến.

- Điều hòa tín hiệu đo lường cụ thể kết nối với một loạt các cảm biến và tínhiệu

- Các tùy chọn cách ly như ngân hàng với ngân hàng, kênh với kênh vàkênh nối đất

- Phạm vi nhiệt độ -40 ° C đến 70 ° C để đáp ứng nhiều ứng dụng và môitrường nhu cầu

Phần lớn các mô-đun Dòng C được hỗ trợ trong cả CompactRIO vàCompactDAQ nền tảng và bạn có thể di chuyển mô-đun từ nền tảng này sangnền tảng khác mà không cần sửa đổi

2.1.2 Cấu tạo

Hình 2.2 Mạch đầu vào cho một kênh của NI 9213

Hình 2.3 Sơ đồ đấu nối chân của module NI USB 9213

2.1.3 Một số thông số của module NI USB 9213

Loại: Temperature Input Module

Hình 2.4 Giao diện phần mềm Labview

Sau đó chọn File => New VI hoặc có thể nhấn tổ hợp phím Ctrl + N để hiện thị

ra Front Panel và Block Diagram

Hình 2.5 Hình Front Panel và Block Diagram

Nhấn chột phải vào ô màu trắng => chọn Measurement => chọn NI DAQmx đểchọn khối DAQ Assist

Hình 2.6 Cách lấy khối DAQ Assist

Sau khi lấy được khối DAQ Assist cửa sổ của Create New xuất hiện và ta cài đặtthông số cho Module NI USB-9213 ảo đã được chọn trong Nimax

Module NI USB-9213 có dạng ngõ ra Analog nên ta chọn Acquire Signals =>Analog Input => voltage

13

Hình 2.7 Giao diện cài đặt thông số

Sau khi chọn sẽ xuất hiện ra những kênh đầu ra của module NI USB-9213 Ta

có thể kích chọn 1 hoặc giữ Ctrl rồi kích các kênh để chọn nhiều kênh 1 lúc

Hình 2.8 Lựa chọn các kênh cho module NI USB 9213

Sau khi chọn xong, nhấn finish, giao diện cuối cùng để chỉnh sửa cácthông số cần thiết cho module Sau đó nhấn ok để hoàn thành bước cài đặt cổngtín hiệu cho Module NI USB-9213

Hình 2.9 Bảng chỉnh sửa thông số cho module

Trên giao diện Pront Panel để chọn đồ thị, ta kích chuột phải chọn Graph

=> Waveform Chart, ta có thể phóng to và thu nhỏ sao cho phù hợp Tương ứngbên giao diện Block Diagram cũng hiện khối mô phỏng tương ứng

15

Hình 2.10 Cách lấy khối biểu đồ Wave form Chart

Vào tương tự để lấy khối biểu đồ hình cột

Hình 2.11 Cách lấy khối biểu đồ cột Themometer

Vào tương tự để lấy khối đèn cảnh báo

Hình 2.12 Cách lấy khối đèn cảnh báo

Để lấy khối Control, ta chỉ cần kích chuột phải vào khối sum và so sánh

=> Create => Control rồi cài đặt thông số theo mong muốn

Hình 2.13 Cách lấy khối control

Muốn hệ thống chạy liên tục ta cần vòng lặp While Loop bằng kích chuộtphải bên giao diện Block Diagram => Structures => While Loop

Sau khi lấy hết tất cả các khối cần để mô phỏng chương trình, ta đượcchương trình hoàn thiện như sau

Hình 2.14 Chương trình mô phỏng

17

Chương trình khi đèn báo không sáng

Hình 2.15 Chương trình mô phỏng khi đèn báo không sáng

Chương trình khi đèn báo sáng

Hình 2.15 Chương trình mô phỏng khi đèn báo sáng

2.3 Nguyên lí hoạt động và chức năng của hệ thống

Nguyên lí hoạt động: khi nhập tín hiệu y2, tín này sẽ được chuyển về khốicộng cùng với module được gộp vào khối cộng rồi gửi đến 2 dạng biểu đồ đểhiện Đồng thời cũng sẽ gửi tín hiệu để khối so sánh để so sánh với tín hiệu đặt y

để đưa kết quả xem đèn có báo động hay không

Chức năng của hệ thống: Để đưa tín hiệu nhập hiển thị ra biểu đồ, đồngthời so sánh để đèn hiện cảnh báo hay không

19

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG VIỆC ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÔNG ĐOẠN CHIẾT CHAI (SẢN PHẨM LÀ CHẤT LỎNG) ỨNG DỤNG PHẦN MỀM

LABVIEW.

3.1 Mô tả các yêu cầu cho mỗi thành phần của hệ thống

Tổng quan của sơ đồ hệ thống chiết chai

Hình 3.1 Sơ đồ thực tế hệ thống chiết chai

Dưới đây là 1 số thiết bị dành cho hệ thống

Bảng 3.1 Thống kê các thiết bị được sử dụng cho hệ thống

STT Các thiết bị Tính năng Chi phí Hình ảnh minh họa

cơ của băng tải và động

cơ máy chiết

24.900.000 đ

2 Cảm biến tiệm cận Đếm số chai 89.000 đ

3 Băng tải Vận chuyển sản phẩm 7.900.000 đ

4 Máy chiết Rót chất lỏng 15.000.000 đ

21

Biến tần Unidrive SP: Dùng để điều khiển băng chuyền và máychiết.

Cảm biến: Đếm số lượng chai (Khi đủ 3 chai máy chiết sẽ bơm xuống)

Băng chuyền: Khi cảm biến chưa đếm đủ số lượng chai cần thiết thì chạy, khi đủthì dừng

Máy chiết: Hoạt động khi đủ số chai

3.2 Xây dựng sơ đồ khối hệ thống

Hình 3.2 Sơ đồ khối của hệ thống

3.3 Xây dựng sơ đồ nguyên lí

Nguyên lý:

Khi tốc độ của máy chiết bằng tốc độ của băng tải và cảm biến đếm được

3 chai thì biến tần sẽ cho máy chiết chạy và bơm cho 3 chai cùng lúc trongkhoảng thời gian 3s rồi đảo chiều thực hiện lại hành trình

Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lí của hệ thống

3.4 Thiết kế chương trình trên LabView

Dựa vào sơ đồ khối và nguyên lí như trên, ta xây dựng được trình chươngtrong LabView như sau:

23

Hình 3.4 Chương trình mô phỏng trên Front Panel

Hình 3.5 Chương trình mô phỏng trên Block Diagram

Điều chỉnh tốc độ của 2 động cơ, nếu như tốc độ của chúng bằng nhau thìtín hiệu được về biến tần và biến tần sẽ sáng lên

Bộ đếm sản phẩm là đếm số chai, cứ mỗi 3 chai thì tín hiệu sẽ gửi về máychiết để làm việc, chu kì này sẽ làm việc liên tục đến khi ấn Stop để dừng hệ

KẾT LUẬN

Qua việc được nghiên cứu và thực hành đề tài mà giảng viên giao cho tìmhiểu, nhóm 7 đã thực hành trên phần mềm LabView và đã đạt được các kết quảnhư sau:

- Tìm hiểu và cách sử dụng về phần mềm LabView phiên bản 2017

- Tìm hiểu và sử dụng Module NI USB 9213 trên phần mềm LabView đểthực hiện điều chỉnh nhiệt độ và đưa ra cảnh báo nếu nhiệt độ tăng quámức cho phép quy định

- Mô phỏng lại hệ thống chiết chai thông qua phần mềm LabView, đồngthời tìm hiểu các thiết bị phần cứng để lắp ráp cho mô hình thực tế

Thông qua việc mô phỏng hệ thống này, các thành viên của nhóm đã thấyrằng việc tự động hóa cho khâu sản xuất này là cực kì quan trọng Nó giúp khinước được rót vào chai là cực kì chính xác và cả thời gian cũng được rút ngắn đikhá nhiều Đồng thời rút gọn được người sản xuất khi chỉ cần một người vậnhành máy

Qua quá trình làm việc, chúng em đã nắm rõ hơn phần lý thuyết đã học và

có thêm nhiều hiểu biết Tuy nhiên, do đề tài khá mới mẻ so với các môn họctrước, tầm hiểu biết còn hạn chế nên thống của nhóm xây dựng còn chưa tối ưu

Em mong thầy có thể chỉ báo để giúp nhóm có thể hoàn thành được nhiệm vụ tốthơn nữa

25

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] – TS Nguyễn Bá Hải

Giáo trình, lập trình LabView – NXB Khoa học và kĩ thuật Hà Nội 2010[2] – Datasheet NI USB 9213