nghiên cứu hệ điều khiển phân tán simatic pcs7 và điều khiển mô hình quy trình trộn hỗn hợp bằng mạng profibus plc s7 300_part2

Các dữ liệu định hình theo kiểu này đều được thực hiện trước để hiển thị và lưu trữ.. S7-PLCSIM cung cấp một giao diện đơn giản để theo dõi và sửa đối các thông số khác nhau được sử dụ

Báo cáo Luận văn tốt nghiệp Học kỳ II năm học 2012 -2013

- — Thông báo đơn và theo nhóm: nếu các thông báo được định hình riêng biệt

(thông báo đơn) nhóm lại với nhau thì chúng được gọi là các thông báo theo

nhóm Một thông báo theo nhóm có thể được tạo cho mỗi lớp và kiểu thông

báo Ngoài ra ta có thể kết hợp các thông báo theo nhóm Nếu một thông báo

theo nhóm được hiển thị, nghĩa là có ít nhất một thông báo đơn được thực

thi Ta không thể nhận ra các thông báo đơn trong kiêu hiển thị này

e_ Khóa và cho phép thông báo: Những thông báo cá biệt, những lớp và kiểu thông

báo có thê ẩn và hiện lại trong việc thu thập ở chế độ run time

e_ Ghi nhận: Alarm Logging có thể sử dụng lưu trữ trong thời gian ngăn và lưu trữ

tuần tự

e Lưu trữ trong thời gian ngăn: Có thê lưu trữ trong thời gian ngắn đến 10.000 thông báo trong danh sách các thông báo Ta có thể tải nơi lưu trữ vào một trong hai vùng: bộ đệm vòng của bộ nhớ chính và trong đĩa cứng

e© Lưu trữ tuần tự: Toàn bộ đĩa cứng có thé duoc str dụng Ta có thể dùng

các vùng lưu trữ như: Lưu trữ trong thời gian ngắn và lưu trữ liên tục trên đĩa cứng

2.4.5.2 Chức năng

Soạn thảo Alarm Logging đảm trách về các thông báo nhận được và lưu trữ Nó chứa các chức năng để nhận các thông báo từ các quá trình, đề chuẩn bị, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ chúng Với đặc tính này, Alarm Logging giúp ta tìm ra nguyên nhân của

lỗi

Các đặc tính của Alarm Logging bao gồm: Cung cấp các thông tin về lỗi và

trạng thái hoạt động toàn diện; cho phép sớm nhận ra các tình trạng nguy cấp: tránh và

giảm thiểu thời báo; khả năng cung cấp tài liệu

Alarm Logging chia làm 2 thành phần: Hệ thống cấu hình (Alarm Logging CS)

và hệ thông run-time (Alarm Logging RT)

e Nhiém vu cua Alarm Logging CS:

Str dung Alarm Logging CS để đặt câu hình cho các thông báo để chúng được

hiển thị theo cách mà ta muốn Ta có thể thực hiện điều này trước khi hệ thống run-

time khởi động Hệ thống cấu hình Alarm Logging của WinCC cung cấp một giao diện đặc biệt mà ta tạo lập sẵn

e Nhiém vu cua Alarm Logging RT:

Alarm Logging RT có nhiệm vụ thu thập các thông báo và hồi đáp Nó chuẩn bị

các thông báo để hiển thị và lưu trữ trong quá trình hoạt động hệ thống PLC và HMI

2.4.6 Tag Logging

Tag Logging có các chức năng 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 hệ thống Chia làm hai thành phần: Hệ thống cấu hình (Tag Logging CS ), Hệ thống run-time (Tag Logging RT), theo hình 2.55

5 Tag Logging - [Qckstart MCP] Bel x

File Edit View Help

KH: El Qckstart MCP Archive name | Archive type | Archive mode | Last change |

3 Timers J.J TenkStand A ProcessValue A Shor-Termmảich 05/27/99 01:28

~~] Archives

Navigation VWindnw Data Window

Tag name Tag type Comments Last change Archiving type Supplying tags

TarkStand &¡ch Analog 05/27/99 01:34:54 |Cyclic-continuous [System

e© Timers: Tag Logging phân biệt 2 hệ thống thời gian khác nhau: thời gian thu thập và thời gian lưu trữ

Báo cáo Luận văn tốt nghiệp Học kỳ LI năm học 2012 -2013

- Thời gian nén: Được sử dụng đề tạo tầm thời gian giới hạn trong đó dữ liệu được nén

e Archives: Có thể lưu trữ bằng 3 cách

- Lưu trữ giá trị quá trình: Nhận nội dung của các tag quản lý dữ liệu

- _ Lưu trữ nén: Nén di liệu và liên kết các giá trị rất hiệu quả Bằng cách này,

các giá trị đo lường được bỗ túc trực tiếp và phi nhận ngay lập tức Lưu trữ

nén cho phép lưu trữ trong thời gian dài cho tất cả các kiểu tag khác trong Tag Logging

- Lwu trit theo người dùng: Một số tag user-defined được nạp vào vùng lưu trữ cho người sử dụng Vùng lưu trữ này dùng để thu thập đữ liệu quan

trọng, ấn định tham số sản xuất, điều khiến đữ liệu liệt kê

Giao tiếp giữa PLC và WinCC được thực hiện bởi các dạng thông báo tuân thủ theo các quy ước đặc biệt về cầu trúc

Về cơ bản, các dữ liệu trong vùng lưu trữ cho người đùng chỉ được xử lý và lưu trữ theo cách điều khiển-ngắt đưới hình thức các nhóm đữ liệu Tất cả các phương pháp lưu trữ của việc lưu trữ tuần hoàn các đữ liệu quá trình có thê được sử dụng trong vùng lưu trữ cho người sử dụng

e Trends (Dé thi giá đối tượng theo thời gian)

Ta có thể vẽ đồ thị các đường cong từ các giá trị thu được từ quá trình Với chức năng này, WinCC giúp ta có thể theo dõi sự thay đối các giá trị đo lường theo thời gian một cách tổng quát và rõ ràng

Có thê vẽ được nhiều đường cong trên cùng một đồ thị bằng cách chọn nhiều tag tương ứng với các thông số mà ta cần hiển thị

e Tables (Bang giá trị theo thời gian)

Table cũng có chức năng giỗng như Trend nhưng không hiển thị các thông số bằng đường cong mà bằng giá trị cụ thể tại một thời điểm cụ thể Với tính năng này của

Table, khi cần thiệt ta có thê hiệu chỉnh các thông sô đâu vào đê đạt được các giá trị ngõ ra tôi ưu như mong muôn

s Nhiệm vụ của Tag Logging RT

Hệ thống Tag Logging RT nhận các giá trị dữ liệu và liên kết chúng với các đặc

tính đã ấn định Các dữ liệu định hình theo kiểu này đều được thực hiện trước để hiển

thị và lưu trữ

“ Tag

Tag được tạo trong WInCC va được phân loại bởi quản lý dữ liệu trong suốt hệ

thống Các tag này tượng trưng cho các phép tính toán bên trong, các giá trị giới hạn,

kết quá liên kết, hoặc các sự kiện của hệ thống đơn giản như thời gian, sử dụng chuột,

bàn phím, hay các giá trị đo lường

Tag nộ1⁄ ngoại: Tag ngoại thu thập các biến của quá trình Tag nội thu thập các

giá trị và các trạng thái của hệ thống bên trong

s* Các tag lưu trữ nén:

Hỗ trợ việc lưu trữ trong thời gian dài cho tất cả các kiêu Tag Logging khác Ta

có thể thêm các chức năng chọn lựa như giá trị cao/thap hoặc thực thi các ham user-

defined thông qua phân viết chương trình

s%* (Các chu trình:

Các chu kỳ thời gian khác nhau được tạo lập để thu thập và lưu trữ Chúng tạo

cơ sở để thu thập dữ liệu trong các hệ thống digital Khi chúng là đầu vào, chúng cũng được cung cấp độ dài thời gian (thời gian giữa hai lần quét) Khoảng thời gian tối thiểu

là 500 ms

Tag Logging có sự khác nhau giữa các chu kỳ thu thập va lưu trữ Khoảng thời gian của các chu kỳ là một số nguyên gồm nhiều đoạn thời gian của chu kỳ thu thập tương ứng

e Chu kỳ thu thập:

Chu kỳ thu thập giúp Tag Logging RT thu thập tag quản lý dỡ liệu Quản lý dữ

liệu thực thi anh quá trình của nó một cách liên tục Tag Logging RT thu nhận nội dung

đữ liệu tại lúc bắt đầu chu kỳ thu thập

Khi xác định các chu kỳ thu thập với khoảng thời gian nhỏ, phải đảm bảo rằng khoảng thời gian này lớn hơn hắn so với khoảng thời gian thu thập phần cứng Với

Báo cáo Luận văn tốt nghiệp Học kỳ LI năm học 2012 -2013

Tại những thời điểm xác định trước, chu kỳ lưu trữ sẽ phát các tag ra một cách

đều đặn cho mục đích hiển thị và lưu trữ Mối quan hệ giữa chu kỳ lưu trữ và chu kỳ thu thập xác định số lượng dữ liệu quá trình được xử lý tại cùng thời điểm Chu kỳ thu

thập sẽ cung cấp các đữ liệu quá trình này

=| YBS-Editor

ee Actions

1 Standard Module

2) Project Module

Hình 2.56: Giao diện chính của Global Scripts [12]

Ta phân biệt các kiểu sau:

s* Cac ham project:

Ta có thể tạo một hàm project mdi hay thay đổi hàm đã có Trong project, những hàm này được tạo duy nhất

Ta không thể tạo hay thay đổi hàm nội Chúng được nhận biết thông qua các project

s%* Các thao tác:

Ta có thể tạo và thay đổi các thao tác bằng Global Scripts Trong project, các

thao tác được tạo duy nhất

Str dung cdc ham project, ham chuẩn, và hàm nội trong những vùng sau:

e_ Các thao tác C có liên quan đến đối tượng

e_ Các thao tác có liên quan đến đối tượng mà ta tạo trong hộp thoại động

Sử dụng chúng để tạo ra các vùng động sau:

e Lưu trữ dữ liệu quá trình

e Lưu trữ cho người dùng

2.5.1 Sơ lược về các kiêu lập trình

Có hai kiểu lập trình: lập trình tuyến tính và lập trình có cấu trúc

Báo cáo Luận văn tốt nghiệp Học kỳ LI năm học 2012 -2013

* Lập trình có cấu trúc (structured) :

Trong PLC SIEMENS S7 tô chức theo các khối mà có thể lập trình được với từng nhiệm vụ riêng Loại hình cấu trúc này phù hợp với những bài toán điều khiến

nhiều nhiệm vụ và phuc tap PLC S7-300 cé 4 loại khối cơ bản

e Khối tô chức OB (Oganization Block): Khối tổ chức và quản lý chương trình

điều khiến, theo bảng 2.10

Bảng 2.10: Các loại OB và mức độ ưu tiên [12]

OB83 Ngắt do thêm bớt module 26.28

Warm or cold restart or delete a block being

CPU or terminate OB90

OB121 Sai lap trinh » Thân sự

e Khối hàm chức năng FB (Function Block): Là loại khối FC đặc biệt có khả

năng trao đối một lượng dữ liệu với các khối chương trình khác Các dữ liệu này phải được tô chức thành khối dữ liệu riêng có tên gọi là Data block

e_ Khối hàm (Function): Khối chương trình với những chức năng riêng giống như một chương trình con hoặc một hàm

e_ Khối dữ liệu (Data Block): Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình Các tham số khối do ta tự đặt

Ngoài ra còn có các khối hệ thống như: SEB, SFC, SDB

Toàn bộ các khối chương trình con được quản lý một cách thống nhất bởi khối OBI Chương trình trong các khối được liên kết với nhau bằng các lệnh gọi khối,

Báo cáo Luận văn tốt nghiệp Học kỳ LI năm học 2012 -2013

chuyển khối Từng nhiệm vụ điều khiển con có thể được chia thành những nhiệm vụ nhỏ và cụ thể hơn nữa, do đó một khối chương trình con cũng có thé duoc gọi từ một

khối chương trình con khác Nhưng tránh không bao giờ một khối chương trình con lại gọi đến chính nó

Khi thực hiện lệnh gọi một khối con, hệ điều hành sẽ:

- Chuyển khối con được gọi từ vùng load memory vào vùng word memory

- Cấp phát cho khối con một phần bộ nhớ trong word memory đề làm local

block Cấu trúc local block được quy định khi soạn thảo các khối

- Truyén các tham trị từ khối mẹ cho biến hình thức IN, IN-OUT của local

block

- Sau khi khối con thực hiện xong nhiệm vụ và ghi kết quả đưới dạng tham

tri dau ra cho bién OUT, IN-OUT cia local block, hé điều hành sẽ

chuyên các tham trị này cho khối mẹ và giải phóng khối con cùng local block ra khỏi word memory

Số các lệnh gọi lồng nhau phụ thuộc vào từng chủng loại module CPU mà ta sử dụng Nếu số lần gọi khối lồng nhau mà vượt quá con số giới hạn cho phép, PLC sẽ tự

chuyên sang chế độ STOP và set cờ báo lỗi

Ta có bảng so sánh khả năng lập trình của các PUC SIMATTIC SŠ7-300 như sau: ( CPU 312 IFM CPU 315-2 DP), theo bang 2.11

Bang 2.11: So sanh kha nang lap trinh cua cac PLC SIMATIC S7-300 [12]

Hinh 2.57: Lap trinh dang Ladder [13]

Đây là ngôn ngữ thích hợp với những người quen thiết kế mạch logic

- Ngôn ngữ liệt kê lệnh, ký hiệu STL (Statement List)

Hinh 2.58: Lap trinh dang Statement List [13]

Đây là ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính Một chương trình được

ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm một hàng và

đều có cầu trúc chung là “tên lệnh” + “toán hạng”

- Ngôn ngữ hình khối, ký hiệu FBD (Function Block Diagram)

Function Block Diagram (FBD)

Suitabla for users from the word of circuit engineering, for example

Báo cáo Luận văn tốt nghiệp Học kỳ II năm học 2012 -2013

Hình 2.60: Lập trinh dang GRAPH [13]

Đây là ngôn ngữ lập trình cấp cao dạng đồ họa cầu trúc chương trình rõ ràng, chương trình ngăn gọn Thích hợp cho người trong ngành cơ khí vốn quen với giản đồ

Grafcet của khí nén

- Ngôn ngữ High GRAPH

Hình 2.61: Lập trinh dang High GRAPH [13]

2.5.3 Các toán hạng và giới hạn cho phép của CPU S7 300:

Các toán hạn và giới hạn cho phép của CPU S7 300 được trình bay trong ban 2.12:

Báo cáo Luận văn tốt nghiệp Học kỳ LI năm học 2012 -2013

Phần mêm S7-PLCSIM cho phép bạn chạy và thử nghiệm chương trình của bạn

trên một PLC mô phỏng ton tại trên máy tính của bạn hoặc thiết bị lập trình (chắng hạn

như PG 740) Bởi vì các mô phỏng tồn tại hoàn toàn trong phần mềm Step7, bạn không

cần phải được kết nối với bất kỳ phần cứng S7 (CPU hoặc I/O modules) Voi CPU S7

mô phóng, bạn có thể kiểm tra và gỡ lỗi chương trình cả S7-300 và S7-400 CPU

S7-PLCSIM cung cấp một giao diện đơn giản để theo dõi và sửa đối các thông

số khác nhau được sử dụng bởi chương trình (chang han như đối với các biến đầu vào

ON và OFF) Bạn cũng có thê sử dụng các ứng dụng khác nhau của phần mém Step 7 trong khi bạn đang chạy chương trình của bạn vào CPU mô phỏng Điều này cho phép

bạn sử dụng các công cụ như bảng biến (VAT) đề theo dõi và sửa đôi các biến

PLC mô phỏng chạy các chương trình dành cho Š7-300 CPU S7-400

Bạn có thể thay đổi chế độ hoạt động CPU (STOP, RUN, va RUN-P)

như một CPU thực sự Ngoài ra, S7-PLCSIM cung cấp một chức năng Pause cho phép bạn để ngăn chặn các CPU trong giây lát mà không ảnh hưởng đến trạng thái của chương trình

S7-PLCSIM cũng cho phép bạn sử dụng tất cả công cụ của Step 7 để theo dõi và sửa đôi các hoạt động của PLC mô phỏng

Việc mô phỏng bằng S7-PLCSIM có những hạn chế sau:

PLC mô phỏng không hỗ trợ tất cả các thông báo lỗi bằng văn bản cho bộ đệm chan đoán Nó chỉ hỗ trợ các thông tin có sẵn từ quá trình RUN chuyên đổi chế độ Nó

cũng hỗ trợ chân đoán các lỗi gây tử vong và thời gian sự kiện, chăng hạn như vòng

lặp vô hạn

Hệ thống dữ liệu khối (SDBs) được tải về với chương trình của bạn, nhưng

bị bỏ qua bởi các mô phỏng PLC

2.6.3 Cách sử dụng S7- PLCSIM:

Cách download chương trình xuống PLC mô phỏng:

Mở trình quản lý SIMATTIC

Mở trình mô phỏng bằng cách nhắn biểu tượng On/Off trên thanh công cụ

Chọn lệnh từ menu PLC tải hay click vào biểu tượng download

File Edit Insert PLO View Options Window Help

§ mai Simulation On/Off button

ZEBRA blocks object

Báo cáo Luận văn tốt nghiệp Học kỳ II năm học 2012 -2013

% Thiết lập PLC mô phỏng:

- Bang cách click vào Insert, sau đó ta có thê chọn các khối đầu vào/ra và

timer như hình bên dưới

File Edit View Insert PLC Execute Tools Window Help

Ca Gd &}) l°:csiM(rCPzZiP) ~| db = G+ ik?

[Elcpu [ = ] m [# llEos c | m | [Eos.F=fm 8 | ˆ

Lipp | RUNF jae 0 [ets +] [[ÍñE 1 ere) | =

# B5 4 3 2170 Pt) ULL ee

Press Fl to get Help CPU/CP: MPI=2 DP=2 IP=1

|

Hình 2.63: Hiển thị các khối trong mô phỏng

s* Lựa chọn mô phỏng cho PUC:

Với chương trình tải vào CPU, bạn có thê chạy chương trình Trước khi bắt đầu chương trình, đảm bảo rằng chương trình luôn thực hiện quét liên tục Sử dụng menu

lệnh Execute > Mode >Continuous Scan để thực hiện chế độ quét liên tục hoặc nhấp chuột vào nút thanh công cụ chọn các tùy chọn kiểm soát thực hiện để chạy chương trình liên tục

Nhấp vào bít 0 hoặc bít 1 trong đối tượng xem biến đầu vào để bật

IB0.0 hoặc IBO.1

Hình 2.66: Mô phỏng các bit trên IBO

% Sau khi làm xong ta sẽ có được hình như sau:

File Edit View Insert PLC Execute Tools Window Help

Báo cáo Luận văn tốt nghiệp Học kỳ II năm học 2012 -2013

2.7 BOARD THÍ NGHIỆM

2.7.1 Khung board thí nghiệm

- Yéu cau cua board thi nghiém: bền, thầm mỹ, kết câu nhỏ øọn có thé dé dang di chuyén, dam bao an toan dién

- _ Lựa chọn vật liệu: bền, nhẹ cách điện để tránh sự cố rò điện

- - Về hình dáng: có kết cầu tương đối gọn, có tay xách thuận tiện cho quá trình di

chuyển Có kết cấu sao cho thuận tiện cho việc quan sát và thao tác với các đối

tượng trên board thí nghiệm

2.7.2 Mạch điện

s* Nguôn cung cấp yêu câu phải có độ tin cậy cao và Ôn định, gồm:

- _ Nguồn DC 24V cung cấp cho PLC S7-300 và module I/O mé rong ET 200M

- _ Nguồn DC 24V cung cấp cho các ngõ vào Input của PLC

s* Để board thí nghiệm được gọn nhẹ và độ tin cậy cao: các thiết bị chấp hành được

mô tả là các đèn, tương ứng với tạng thái hoạt động và không hoạt động là trạng thái sáng và tắt của đèn Ngõ vào được nối với các công tắc nhằm thê hiện trạng thái tác động và không tác động của các cảm biến thông qua vị trí đóng ngắt của các công tắc

Chương 3: NỘI DUNG VÀ KÉT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.1 BOARD THÍ NGHIỆM

3.1.1 Khung board thí nghiệm

- Vật liệu chế tạo: Aluminium, nhôm

- Aluminium có các đặc điểm kỹ thuật phù hợp các yêu cầu thiết kế board thí nghiệm

đã đặt ra như gọn, nhẹ bên và dễ thi công lắp đặt, hơn hết vật liệu này cách điện khá tốt

giúp đề phòng sự có rò rỉ điện

3.1.2 Mạch điện

Mô hình board thí nghiệm điều khiển hệ thống trạm trộn sử dụng các đèn

24VDC đề mô phỏng các thiết bị điều khiến như van tự động và động cơ, các biến trở biểu diễn mực nguyên liệu trong Silo 2, Silo 4 và giá trị nhiệt độ của bộ phận gia nhiệt bằng tín hiệu analog Tất cả các cảm bién mực cao, mực thấp của các Silo, cảm biến

báo vị trí chai, cảm biến báo đây chai và tất cả các thiết bị đưa tín hiệu hồi tiếp về trạng thái của các thiết bị điều khiển được thay bằng công tắc và đén báo

Khi bam ntit Start thì board thí nghiệm sẽ hoạt động, khi bắm nút Stop hệ thống

Báo cáo Luận văn tốt nghiệp Hoc ky WH nam hoc 2012 -2013

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý đấu nối ngõ ra của PLC

Tương tự, các tín hiệu cám biến và hỏi tiếp trạng thái thiết bị được đấu nối trực

tiếp về ngõ vào của module I/O của PLC, theo hình 3.3

Báo cáo Luận văn tốt nghiệp Học kỳ II năm học 2012 -2013

3.2 DIEU KHIEN

s* Quy trình sản xuất chung bao gồm 4 công đoạn:

> Giai đoạn 1: Nguyên liệu thô (Raw material)

Các nguyên liệu thô được chứa trong các bồn riêng biệt và nguyên liệu này được bơm tự động vào 3 Silo 1, 2, 3 để bắt đầu quy trình sản xuất chính nhằm đảm bảo giả thiết rằng trước mỗi lần thực hiện quy trình sản xuất này nguyên liệu trong các si lô luôn được cấp đầy đủ

Khi nguyên liệu được cấp vào các si lô 1, 2, 3 đạt đến mức cho phép đã được xác định trước thì quá trình cấp nguyên liệu cho bồn phản ứng (Silo 4) sẽ được tiến hành tự động ngay sau đó, bằng cách mở các van, bơm tương ứng với các si lô cấp nguyên liệu thô để bơm nguyên liệu thô từ 3 Silo vào bồn phản ứng chuẩn bị cho giai đoạn tiếp theo

> Giai doan 2: Tao san pham (Creating the product)

Nguyên liệu được bơm vào bổn phản ứng cho đến hết các phụ gia cần thiết cũng được đưa vào bồn, khi mực trong bồn đạt mức cao nhất cho phép thì quá trình gia nhiệt

và khuấy trộn nguyên liệu sẽ được tiến hành cho đến khi nhiệt độ trong bồn đạt nhiệt

độ đã định trước và sau một khoảng thời gian duy trì nhiệt độ tối thiểu này (nhằm đảm

bảo các nguyên liệu có thể hoàn trộn với nhau hoàn toàn) thì tiến hành ngưng gia nhiệt

và ngưng khuấy trộn hỗn hợp

»> Giai đoạn 3: Giai đoạn đóng chai (Filling)

Sau khi đã thực hiện xong việc khuấy trộn hỗn hợp và gia nhiệt thì đèn báo hiệu cho phép lấy sản phẩm sẽ được bật sáng đồng thời động cơ kéo băng chuyền sẽ được

mở tự động để đưa chai vào vị trí vòi cấp sản phẩm Khi cảm biến vị trí phát hiện có

chai ở vị trí vòi cấp thì động cơ kéo băng chuyền dừng lại đồng thời các van, bơm

tương ứng được mở cho đến khi cảm biến mức chất lỏng chai báo đầy thì các bơm và van cấp sản phẩm sẽ được đóng lại Việc đóng chai sản phẩm sẽ được tiến hành cho đến khi cảm biến báo mức của bồn phản ứng báo mức thấp thì quy trình được ngừng

lại

> Giai đoạn 4: Súc rửa

Các bồn phản ứng (Silo 4), các đương ống (piping), các van (valve), các phần tử chấp hành (actuator), bồn (filling tank) cé thể sau đó được súc rửa bằng hệ thống rửa

Báo cáo Luận văn tốt nghiệp Học kỳ II năm học 2012 -2013

(CIP) Chat thai sau d6 duoc thu vao một bồn chứa để loại bỏ đi hoặc được tận dụng cho các mục đích khác

s* Mô tả quy trình công nghệ:

Với hệ thống phần cứng có sẵn chúng ta có thể sản xuất linh hoạt các loại sản phẩm

từ ba loại nguyên liệu chính A, B, € Có thể sản xuất được các sản phẩm khác nhau theo các công thức khác nhau từ ba loại nguyên liệu chính trên

> Chuan bi:

Các nguyên liệu A, B, C phải được chuẩn bị sẵn và lưu trữ ở các bồn quy định

Silo 1, Silo 2, Silo 3

Các chất phụ gia, xúc tác, chất chóng ăn mòn phải được định lượng chính xác và đầy đủ cho quy trình sản xuất sắp diễn ra

Bồn phản ứng Silo 4 phải ở trong tình trạng tốt và hợp vệ sinh trước mỗi quy trình sản xuất mới

Các bơm, van, đường ống phải được rửa sạch nguyên liệu trước lần sản xuất

Khi đã đủ thời gian tao thành sản phẩm sẽ tiến hành thực hiện việc đóng chai

cho sản phẩm trước khi xuất ra ngoài

> Súc rửa và làm vệ sinh ( thực hiện thủ công):

e Bồn nguyên liệu thô: Silo 1, Silo 2, Silo 3

Cho nước vào đầy các Silo (được phát hiện nhờ các cảm biến mức cao LSH_1, LSH_2,LSH_3), nước sẽ hoà tan nguyên liệu cạn cần rửa trong các Silo này

Mở van xả đáy ứng với từng bồn: MV_212, MV_222, MV_232 để tháo hỗn hợp

Xả nước trong Silo 4 ra ngoài khi dung dịch (nước và sản phẩm của lần sản xuất

trước hoặc nước nước và chất bản) đạt độ hòa tan nhất định

Lặp lại các bước đến khi Reactor hoàn toàn sạch theo tiêu chuẩn an toàn vệ sinh

> Các đường ống, van phía dưới Silo 1, Silo 2, Silo 3

Khi rửa bồn Silo 1, Silo 2, Silo 3 nước xả nguyên liệu tự các bồn này được cho chảy qua hệ thống ống, van, bơm đề đến bồn phản ứng Silo 4 Tai đây ta sẽ mở van đáy bồn của Silo 4 để tháo hỗn hợp nước xả

> Các đường ống, van phía dưới Silo 4

Khi rửa bồn phản ứng Silo 4, dung dịch (ngày càng loãng) có thể cho chảy qua

hệ thống ống, van, bơm rồi xả ra ngoài tại đầu thoát cuối cùng của thiết bị đóng chai (vòi cắp sản phẩm)

Quy trình được mô tả như hình 3.6

Báo cáo Luận văn tôt nghiệp Học kỳ II năm học 2012 -2013

Các thiết bị điều khiển trong quy trình: Pk]

_Van tay (Manual Valve): MV_211, MV_212, MV_ 221, CV 151

_Motor khuấy trộn (Mixing Motor): MM_ 141

_ Motor điều khién bang tai (Conveyor Motor): CM_161

_Cam bién (Level Switch): X, LSH_1, LSL_1, LSH_2, ><] ev_152

3.2.1 Phần thực hiện mô phỏng với PCS 7

3.2.1.1 Mô tả quy trình thực hiện mô phỏng

s* Định lượng chat A

- Mo van CV_111, CV_112

- _ Cho phép bơm PM_111 hoạt động để bơm chất A từ bồn Silo 1 sang Silo 4

- FC_11 giữ nhiệm vụ giám sát lượng chất A chảy trong đường ống khi đạt đạt đủ lượng chất A theo yêu cầu thì tác động ngưng bơm PM_111 và đóng các van

CV_111,CV_ 112

s* Định lượng chat B

-_ Mở vanCV_121,CV_122

- _ Cho phép bơm PM_ 121 hoạt động để bơm chất B từ bồn Silo 2 sang Silo 4

- _FC_12 giữ nhiệm vụ giám sát lượng chất B chảy trong đường ống khi đạt đạt đủ lượng chất B theo yêu cầu thì tác động ngưng bơm PM_121 và đóng các van

CV_121,CV_ 122

* Định lượng chất C

> Theo quy trình được mô phỏng trên PCS 7

- Cho phép bom PM_131 hoat déng dé bom chat C tir bin Silo 3 sang Silo 4

- FC13 giit nhiém vu gidm sat luong chat C chay trong duong ống khi đạt đạt đủ lượng chất C theo yêu cầu thì tác động ngung bom PM_131 và đóng các van

CV_131,CV_ 132

* Khuấy trộn

- Khi ba nguyên liệu A, B C đã được định lượng đầy đủ, cho phép mở motor

khuấy trộn MM_141 hỗn hợp dung dịch nhằm đảm bảo các nguyên liệu được

trộn đều với nhau

Báo cáo Luận văn tốt nghiệp Học kỳ II năm học 2012 -2013

- _ Nhiệt độ của Silo 4 được kiểm soát bởi TC_111 điều khiển theo phương pháp PID do đó tác động van CV_141 để điều chỉnh lượng hơi nóng vào Jacket nhiều

hay ít nhằm đảm bảo nhiệt độ hỗn hợp trong thời gian xác định

- Sau khi két thúc việc khuấy trộn và gia nhiệt hỗn hợp, đèn báo hiệu cho phép

lấy sản phẩm ra sẽ bật lên và đồng thời mở động cơ kéo băng chuyền để đưa

chai vào vị trí vòi cấp sản phẩm

s* Đóng chai

Băng chuyền sẽ vận chuyển chai đến vị trí cấp nguyên liệu, khi cảm biến vị trí P phát

hiện có chai tại ví trí cấp nguyên liệu thì hệ thống sẽ ngưng động cơ kéo băng chuyền

tiến hành mở các van CV_151, CV_152 và bơm PM_151 để bơm sản phẩm từ Silo 4 vào chai Khi cảm biến mức LSH_5 báo chai đã đầy thì sẽ tiến hành tắt bom PM_151

và các van CV_151, CV_152 và sẽ mở động cơ kéo băng chuyền CM_161 để đưa chai

mới vào vị trí rót sản phẩm và quy trình được lặp lại cho đến khi cảm biến LSL,_4 báo mức thấp của bồn phát hiện thì quy trình ngừng lại

s* Vệ sinh, súc rửa

- - Cho nước vào Silo 4

- _ Cho phép motor MM_141 khuấy trộn hỗn hợp nước và cặn dư sản phẩm, có thể kèm thêm gia nhiệt bằng cách cho phép bộ điều khiển nhiệt độ TC_111 hoạt

động (mớ thêm van CV_141) để rút ngắn thời gian súc rửa

- - Khi dung dịch (nước và cặn dư sản phẩm) đạt độ hoàn tan nhất định, xả dung dịch ra ngoài bằng cách mở van MV_241

- _ Lặp lại các bước trên đến khi Silo 4 hoàn toàn sạch theo tiêu chuẩn an toàn, vệ sinh

Hoạt động thủ công:

- _ Trước mỗi quy trình sản xuất sản phẩm, người được phân công nhiệm vụ phải định lượng các chất phụ gia, chất xúc tác, đầy đủ theo yêu cầu công nghệ của đúng sản phẩm sẽ sản xuất

- _ Trong quá trình trộn và gia nhiệt, người được phân công nhiệm vụ có thể thêm vào bồn phản ứng chất phụ gia, chất xúc tác, tùy theo công nghệ riêng đối với từng loại sản phẩm

- _ Việc xúc rửa bồn phản ứng Silo 4 và các bồn chứa nguyên liệu thô Silo 1, Silo 2

và Silo 3 được thực hiện thủ công

- _ Việc cung cấp chất A vào Silo 1, chất B vào Silo 2, chất C vào Silo 3 được thực

hiện bằng xe chuyên dụng và phải luôn đảm bảo luôn trong tình trạng chủ động cung cấp các nguyên liệu cần thiết cho quy trình sản xuất sắp diễn ra

Yếu tố an toàn:

- _ Cảnh báo tràn khi chất lỏng trong bồn Silo 1, Silo 2, Silo 3, Silo 4 Vượt mức cao khi nhận tín hiệu từ các Level Switch High: LSH_1,LSH_2,LSH_3,LSH_4

- _ Cảnh báo cạn chất lỏng trong bồn Silo 1, Silo 2, Silo 3, Silo 4 khi nhận tín hiệu

tu Level Switch Low: LSL_1, LSL_2, LSL_3, LSL_4

Yếu tô vệ sinh:

- _ Các bơm cần có bộ lọc vệ sinh ở ngay trước đầu hút

- Nước xả cuối cùng của quá trình súc rửa phải đạt tiêu chuẩn an toàn về vệ sinh cho phép

3.2.1.2 Mô phỏng với phần mềm PLCSIM

Để thực hiện project, cần thực hiện các bước thực hiện căn bản sau

- Khoi déng SIMATIC Manager va thiét lap project PCS 7

- Cấu hình phần cứng

- Download cấu hình phần cứng xuống PLCSIM

- Tao cdc so dé CFC va SFC

- Compile va Download chuong trinh xuéng PLCSIM

- Tao icons block va Complie OS

- Chỉnh sửa giao diện và gán tag vào các đối tượng trong ảnh quá trình (process picture)

- Thực hiện mô phỏng runtime bang PLCSIM

Chứ ý:

Trước khi cấu hình phần cứng, cần phải điều chỉnh Set PG/PC Interface để tương thích với việc mô phỏng bằng PLCSIM Trong SIMATIC Manager chọn Option>Set PG-PC Interface chon mục “Access Point of the Application” là

“S7ONLINE (STEP 7) > PLCSIM (TCP/IP)”

a Tao project moi cho PCS 7

Các bước thực hiện

- Mo SIMATIC Manager

- Chon File> ’New Project’ Wizard > Next

- _ Trong mục CPU chon AS414-3IE, nhẫn Next

Báo cáo Luận văn tốt nghiệp Học kỳ II năm học 2012 -2013

o Muc Plant hierarchy, chon “Number of levels”: 4

o Muc AS objects, chon “CFC Charts” va “SFC charts”

o Muc OS objects, chon “PCS 7 OS” va chon “Single-user System” Nhan

Next dé tiép tuc, theo hinh 3.7

PCS 7 Wizard: ‘New Project’ |- 4¬

I SFC chart

OS objects :

[ SIMATIC BATCH f~ Mulliple stztian system

r

Preview >>>

tack [Noe] | coreet_| He

Hình 3.7: Tạo project mới bằng New Project Wizard

- Đặt tên cho Multiproject Nhắn Finish để hoàn thành việc tạo project

b Cau hinh phan cteng — Hardware Configuration

Do ES và OS sử dụng cùng một máy tính nên hệ thống là trạm đơn (Single-user

system) Tram ES/OS kết nối với S7-400 thông qua chuẩn Industrial Ethernet, S7-400

kết nối với module mở rộng ET 200M qua chuẩn PROFIBUS, theo hình 3.8

c Cầu hình cho SIMATIC 400

Các bước thực hiện

- Trong SIMATIC 400(1) chọn Hardware Cửa số HW Config xuất hiện

- Chon slow X5 (PN/IO module), Edit > Object Properties

- Chon New va click OK, theo hinh 3.9

BH HW Config - [SIMATIC 400(1) (Configuration) luan_van_Prj]

[-=-|-e-]les>)

Press Fl to get Help

Hình 3.9: Cầu hình S7-400 trong HW Config

- - Gán các biểu tượng vào các địa chỉ analog và digital của các module mở rộng trong IM153 bằng cách chọn module đó, thực hiện Edit > Edit Symbols

- Module AI8x12Bit, theo hinh 3.10

Báo cáo Luận văn tốt nghiệp Học kỳ II năm học 2012 -2013

1 LI111 WORD Level Silo 1

4 TC311 WORD Temperature of Silo 4

The symbols are updated with LIK or ‘Apply’

i” Edit Symbols - DIL6xDC24V |S

2 1 01 NK112_open BOOL Valve from Silo 1 open

3 1 02 NK211_open BOOL Valve from Silo 2 open

4 1 03 NK212_open BOOL Valve from Silo 2 open

7 1 0.6 NK113_open BOOL Valve Control Temperature

8 I 07 NK411_open BOOL Valve 1 for Draining

11 1 1.2 NP112_run BOOL Pump fromSilo 2 run

16 1 1.7

I Display Columns A OM CCC

The symbols are updated with ‘OK or ‘Apply’

Hình 3.11: Cấu hình module mở rộng DI thứ nhất trong IM153

- Module DI16xDC24V, theo hinh 3.12

E ï Edit Symbols - DI16xDC24V ||

1 HI1 BOOL High level Silo 1

= LH BOOL Low level Silo 1

2 HE BOOL High level Silo 2 =

4 Lữ BOOL Low level Silo 2 t

a HIS BOOL High level Silo 3

7 Hl4 BOOL High level Silo 4

8 Lia BOOL Low level Silo 4

9 HIS BOOL High level Can

11 x

Add to Symbols | elete Symbo | Sorting: Address ascending x

Ï— Display Columns A OL MC CC The symbols aré updated with 'OK' or ‘Apply’

Hinh 3.12: Cau hinh module mé réng DI thir hai trong IM153

§ Edit Symbols - DO16xDC24V/0.5A |

Address / Symbol Data type | Comment

x NK111_copen BOOL Walwe open

2 a 81 NK112_copen BOOL Valve open

as a a2 NK211_copen BOOL Valve open

+ Qa a3 NK212_copen BOOL Valve open

5 a a4 NK311_copen BOOL Walve open

6 a 05 NK312_copen BOOL Walve open

ov Qa 08 NK113_copen BOOL Walve open

8 a OT NK411_copen BOOL Wale open

9 Qa 1.0 NK412_copen BOOL Wale open

10 a 1.1 NP111_crun BOOL Pump run

11 a 1.2 NP112_crun BOOL Pump run

12 a 13 NP113_crun BOOL Pump run

13 a 1.4 NP114_crun BOOL Pump run

14 Qa 15 NP115_crun BOOL Conveyor run

15 a 16 MR311_crun BOOL Agitator run

16 a +7

«| un '

Add to Symbols | Delete Symbol Sorting: Address ascending =]

[— Display Colurnns A O, M,C, CC

The symbols are updated with ‘OK' or Apply’

Ok Apply Close Help

Hình 3.13: Cấu hình module mở rộng DO trong IM153

- Sau khi cấu hình xong chọn Station > Save and Complie

d Cấu hinh cho SIMATIC PC Station

Các bước thực hiện

- Trong SIMATIC PC Station(1) chon Configuration, HW Config xuat hiện

- Trong catalog chon SIMATIC PC Station\CP Industrial Ethernet\IE General\SW V8.1 kéo va tha vao slot 1 Hép thoai "Properties - Ethernet

interface” xuat hién, theo hinh 3.14

- Chon Ethernet(1) Click OK

- Chon Station > Save and Compile

Báo cáo Luận văn tốt nghiệp Học kỳ II năm học 2012 -2013

Properties - Ethernet interface PM-IQ (R0/53.5)

Hinh 3.14: Dat dia chi IP cho tram SIMATIC PC Station (1)

e Download cấu hình phần cứng xuống PLCSIM

Các bước thực hiện

- _ Trong Component View, chon CPU 414-3 PN/DP > Connections hoặc bam vào biểu tượng th trong SIMATIC Manager Cửa số NetPro sẽ xuất hiện, theo hình 3.15

VỆ Neio - |lun vạn, (Netsen) — CA ogram le on van lan DỊ [J a

ao M lộ, & đùi | cổ Ha ! |

MPI Suchen: Ai ai PROFIBUS(1) Selection of the network

PROFIBUS

= AS PROFIBUS-PA cA? PROFINET IO

To display the connection table, please select a module capable of a connection (CPU, FM module,

OPC server or application} To display the network address overview, please select a subnet

Xe IPRDFIBUS.DP slaves for SIMATIC S7, M7, andC7 Xf (distibuted rack)

Hình 3.15: Cách kết nối trong phan mém NetPro

- Chon Network > Save and complie > Complie and check everything

- Trong SIMATIC Manager chon Option > Simulate Modules dé mé

PLCSIM

- Trong NetPro chon CPU 414-3 PN/DP, Edit > Download in current project

> Selected stations, theo hinh 3.16

#8 NetPro - [luan_van_Prj (Network) C:\Program Files\ \luan_van\luan Px] [-o-l_£@- ke

SP Nehvork Edit Insert PLC View Options Window Help ~Íølx

PUDFIIE TPNIO EU _

i eo mS m:-

È ˆ ˆ pe; oe

Selected and Partner Stations } Station(1)

Hình 3.16: Download chương trình xuống PLCSIM

f Chương trình CFC và SFC

Các thiết bị trong công nghiệp khi hoạt động luôn có các tín hiệu hồi tiếp (feedback) về các 1nput để báo trạng thái của chúng, từ đó làm điều kiện để thực hiện các bước hoạt động tiếp theo Khi mô phỏng bằng PLCSIM, các ngõ vào số của

PLCSIM sẽ mô phỏng các cảm biến và tín hiệu hồi tiếp từ thiết bị, các ngõ vào tương

tự sẽ mô phỏng các mực chất lỏng và nhiệt độ Ở chế độ mô phỏng này các bước thực hiện sẽ bám sát với quy trình khi thực hiện trên Panel mạng công nghiệp Khi đó:

- - Các cảm biến sẽ được mô phỏng qua việc tác động (bật/tắt) các ngõ vào của

Báo cáo Luận văn tốt nghiệp Hoc ky I năm học 2012 -2013

2 Quy trình trộn, gia nhiệt thành sản phẩm sau đó xả xuống và đóng chai, đặt tên

là REAC

Điều này phù hợp với thực tế khi nhà máy vận hành nhiều quy trình khác nhau, quan

st trong phan Plant View trong SIMATIC Manager, theo hình 3.17

| SIMATIC Manager - [Iuan_van_MP (Plant View) C\Program Files\SIEMENS\STEP?\s/proj\luan_van\luan_MP]

tị File Edit Insert PLC View Qptions Window Help

D oo | 5° Qe] 8a) EE | #8 ||‹Mofta› aan

Ví dụ trong quy trình REAC chứa các CEC chart sau:

- CFC _NK113: diéu khién đóng mở van CV_141 để gia nhiệt

- CFC NK411 va CFC_NK412: diéu khién dong mở van CV_151 và CV_152 dé

đồ sản phẩm từ Silo 4 xuống chai

- CFC_NPI114: điều khiển đóng mở bơm tir Silo 4

- CFC NP115: diéu khién đóng mở băng tải

- CFC _NR311: diéu khién dong mé déng co khuay trén trong Silo 4

- CFC _LIB11: diéu khién va giém st muc san pham cua Silo 4

- CFC _TC311: diéu khién va gidm sat nhiệt độ trong Silo 4

Lập trình CEC có ưu điểm lớn là lập trình theo hướng đối tượng, hình 3.18 là lưu đồ CFC chart của đối tượng van CV_ 141

Hình 3.18: CFC chart diéu khién van CV_141

Chú ý trong công nghiệp khi sử dụng van có hai tín hiệu hồi tiếp là FbkOpen

và FbkClose để báo trạng thái hiện tại của van và hai tín hiệu này luôn ngược nhau Khối FBOP và FBOPI dùng để mô phỏng tín hiệu feedback từ van ở chế độ mô phỏng

dùng CFC (ïnput SimOn của 2 khối đều bằng 1)

Ví dụ: khi van đang mở, tín hiệu từ output Ctrl cua khối Valve ở mức 1, đưa vào input Control của khối SIMV, tiếp tục đưa vào input SimPV_In của khối FBOP và sau cùng quay trở lại input FbkOpen của khối Valve Tín hiệu hồi tiếp đã báo cho chương trình là van đang mở, khi đó output FbkOpenOut của van lên mức 1 Tương tự khi van đang đóng, tín hiệu từ output Ctrl của khối Valve ở mức 0 sẽ đưa tới tín hiệu FbkCloseOut ở mức 1 Người lập trình sẽ sử dụng hai tín hiệu output FbkOpenOut và FbkCloseOut này để làm điều kiện so sánh trong SEC chart để thực hiện các bước tiếp theo trong quy trình Ví dụ trong quy trình thì sau khi mở van sẽ gia nhiệt khi đó điều kiện để thực hiện gia nhiệt là tín hiệu feedback FbkOpenOut=1

Khối FB dùng để mô phỏng ở chế độ sử dung PLCSIM (SimOn=0) Input PV_In được đưa vào I0.6 và ngõ ra PV_ Out sẽ được dùng làm điều kiện thực hiện các bước tiếp theo trong quy trình Để đơn giản và tiết kiệm input nên chỉ sử dụng một tín hiệu feedback cho van, van mở và đóng tương ứng với tác động I0.6=1 và 10.6=0

Báo cáo Luận văn tốt nghiệp Học kỳ II năm học 2012 -2013

Khối COUT lấy tín hiệu đóng hoặc mở của van để đưa ra Output Q0.6 của PLC

Cac CFC chart dung cho cac van va d6ng co con lại lập trình tương tự

Lưu ý: Do phạm vi bài báo cáo không cho phép nên các CFC chart dùng để thực hiện công việc còn lại như điều khiển nhiệt độ, định lượng chất lỏng (Dose), giám sát sẽ không được đưa vào Nếu bạn đọc có nhu cầu tìm hiểu thêm xin liên hệ với nhóm thực hiện luận văn

s* Lưu đồ chương trình trên SFC

> Lưu đồ quy trình RMT (theo hình 3.19 từ giao diện SFC Editor)

RUN_OKI Tín hiệu feedback của 2 van bằng 1?

I2.0=0? (cảm biến mức thắp phát hiện)

Chú ý: Step hoặc transition có màu trắng là rỗng

Các step và transition của hai nhánh từ Silo 3 làm tương tự như của Silo 1 Để đa dạng cách mô phỏng ở Silo 2 sẽ dùng giá trị đọc được từ giá trị analog để làm điều kiện để thực hiện mở và đóng van CV_111 và CV_112 Khi đó sửa điều kiện LEV_HIGH2 và

RUN_ OK2 như sau:

Báo cáo Luận văn tốt nghiệp Học kỳ II năm học 2012 -2013

Hình 3.20: Lưu đồ SEC của quy trình REAC

Bảng 3.2: Ý nghĩa của các bước và điều kiện thực hiện của lưu đồ SFC cua REAC

START Tắt cả các van, động cơ xả ở chế độ tự động

HIGH_OK Cảm biến mức cao REAC tác động?

OPEN Mở van NK113 điều khiển nhiệt độ, mở bơm trộn MM_ 141

CLOSE_OK Tín hiệu feedback từ CV_141=0?

X_OK Tín hiệu feedback động cơ CM_ 161 = 1?

Cảm biến X tác động?

OFF CON Tín hiệu feedback động cơ CM_ 161 = 02

VALVE OPEN | Mở 2 van xả CV_151,CV_152

OPEN_OK Tin hiéu feedback 2 van CV_151, CV_152 = 1?

RUN_OK Tín hiệu feedback bơm xả PM_ 151 = 1?

Cảm biên mức thâp SiIlo 4 hoặc cảm biên mức cao của chai tác động?

PUMP_OFF Tắt bơm xả PM_151

OFF_OK Tin hiéu feedback bom xa PM_151 = 0?

VALVE_CLOSE | Dong 2 van xa CV_151, CV_152

CLOSE_OK1 Tin hiéu feedback 2 van CV_151, CV_152 = 0?

LIMIT Cảm biến mức thấp Silo 4 phát hiện?

NO_LIMIT Cảm biến mức thấp Silo 4 không phát hiện?

CLOSE_OK2 Tín hiệu feedback bơm trộn MM_ 141 = 0?

END Tất cả các van, động cơ xả ở chê độ tay