Điều khiển và giám sát hệ thống pha màu tự động sử dụng plc s7 200 và wincc

Điều khiển giám sát hệ thống pha trộn màu công nghiệp sử dụng PLC s7 200 cpu 224 xp. Mô phỏng và giám sát bằng wincc .ứng dụng PLC vào trong ngành xây dựng là một việc làm sẽ đem lại hiệu quả cao và rất phù hợp, đặc biệt là trong công đoạn pha chế sơn.Sơn là một trong những nguyên vật liệu chủ yếu trong ngành xây dựng,chủ yếu là sơn phủ bề mặt nhằm bảo vệ bề mặt đối tượng sử dụng đồng thời cũng là hình thức trang trí thẩm mỹ,chính vì vậy màu sắc của sơn là một yếu tố quan tâm hàng.

LỜI CAM ĐOAN

Chúng em xin cam đoan bản Đồ Án: “Xây dựng sơ đồ khối điều khiển giám sát

quá trình cho mô hình Y-0046” do chúng em tự thiết kế dưới ý tưởng về hệthống trộn sơn trong công nghiệp và dưới sự hướng dẫn của giảng viên Th.s MaiThế Thắng Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế

Để hoàn thành bản đồ án này chúng em chỉ sử dụng những tài liệu được ghitrong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệunào khác Nếu phát hiện có sự sao chép chúng em xin chịu hoàn toàn tráchnhiệm

Hà Nội, ngày 30 tháng 04 năm 2016

Nhóm sinh viên thực hiện

Vũ Công Chiến

Lê Văn Cường Phạm Quang Đạo Hoàng Văn Hậu Nguyễn Văn Hùng

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, đất nước ta bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hóa, để quátrình này phát triển nhanh chúng ta cần tập trung đầu tư vào các dây chuyền sảnxuất tự động hóa, nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất, nâng cao năng suất laođộng và cho ra sản phẩm có chất lượng cao Một trong những phương án đầu tưvào tự động hoá là việc ứng dụng PLC vào các dây chuy ền sản xuất Đối vớinhững tính năng tiện ích của hệ thống PLC nên hiện nay bộđiều khiển này đangđược sử dung rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau.Một trong những ngànhđang phát triển mạnh mẽ nhất hiện nay đó là ngành xây dựng, và việc ứng dụngPLC vào trong ngành xây dựng là một việc làm sẽ đem lại hiệu quả cao và rấtphù hợp, đặc biệt là trong công đoạn pha chế sơn.Sơn là một trong nhữngnguyên vật liệu chủ yếu trong ngành xây dựng,chủ yếu là sơn phủ bề mặt nhằmbảo vệ bề mặt đối tượng sử dụng đồng thời cũng là hình thức trang trí thẩmmỹ,chính vì vậy màu sắc của sơn là một yếu tố quan tâm hàng.Đa số việc phaPha màu hiện nay trên thị trư ờng đều được thực hiện trên phương phápthủcông (tức theo kinh nghiệm) Chính vì vậy độ chính xác không cao, sản phẩmsản xuất ra đôi khikhông theo mong muốn, tỷ lệ phế phẩm nhiều, năng suấtthấp, lãng phí sức lao động, thời gian, … Để loại bỏ những nhược điểm trên.Cũng như để tạo ra những sản phẩm theo mong muốn, chỉ bằng một thao tácđơn giản, đưa bộ điểu khiển lập trình PLC vào để thực hiện cụ thể là một dâychuyền sản xuất tự động:

Mô hình này có thể sử dụng trong hệ thống trộn bêtông và một sốlĩnh vực khácnhư pha chế hoá chất, thực phẩm, …

Chương 1: Tổng quạn về hệ DCS trên nền PLC 1.1 Cấu tạo của một hệ điều khiển giám sát

 Giao diện quá trình: Các cảm biến và cơ cấu chấp hành,ghép nối vào /ra ,chuyển đổi tín hiệu(giao diện giữa thiết bị điều khiển và quá trình kĩ thuật)

 Thiết bị điều khiển tự động: Các bộ điều khiển chuyên dụng như bộ điều khiển khả trình PLC,thiết bị điều chỉnh số đơn lẻ ,máy tính cá nhân và cácphần mềm điều khiển tương ứng.(giao diện giữa người vận hành và máy)

 Hệ thống điều khiển giám sát :Các thiết bị và phần mềm giao diện

máy,các trạm kĩ thuật ,các trạm vận hành,giám sát và điều khiển cao cấp

 Hệ thống truyền thông :Ghép nối điểm - điểm,bus cảm biến/ chấp

hành,bus trường ,bus hệ thống

 Hệ thống bảo vệ ,cơ cấu thực hiện chức năng an toàn

Hình 1.1 Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển và giám sát

1.2 Hệ DCS là gì ?

Hệ DCS là một hệ thống điều khiển phân tán (Distributed Control System)thường được sử dụng trong các quá trình , các hệ thống sản xuất , hệ thống động(dynamic system) Trong đó các phần tử điều khiển không được đặt tại các vị trítrung tâm nhưng mỗi hệ thống con được điều khiển bằng một hoặc nhiều bộđiều khiển trong hệ thống Toàn bộ hệ thống được điều khiển ,giám sát nhờ giaotiếp thông qua việc nối mạng

1.3Cấu tạo của một hệ điều khiển phân tán

 Các trạm điều khiển cục bộ (LCS) hay trạm quá trình

 Trạm vận hành(OS)

 Trạm kĩ thuật và các công cụ phát triển(ES)

 Hệ thống truyền thông(files bus, system bus)

Hình 1.2 Cấu trúc cơ bản của hệ điều khiển phân tán

Ngoài ra cấu hình cụ thể còn có trạn vào ra từ xa Remote I/O Station ,bộ điều khiển chuyên dụng

 Giao diện bus hệ thống

 Giao diện bus trường(nếu sử dụng cấu trúc vào ra phân tán)

 Các modul vào ra số,modul an toàn cháy nổ

Chức năng của trạn điều khiển cục bộ :

 Điều khiển quá trình :điều khiển các mạch vòng kín(nhiệt độ ,áp suất ,lưu lượng,độ PH,độ đậm đặc ) dựa trên luật PID

 Điều khiển trình tự

 Điều khiển logic

 Thực hiện các công thức

 Đặt các tín hiệu đầu ra về trạng thái an toàn khi xảy ra sự cố hệ thống

 Lưu trữ tạm thời các tín hiệu quá trình trong trường hợp mất liên lạc với trạm vận hành

 Nhận biết các trường hợp vượt ngưỡng giá trị và đưa ra các thông báo báođộng

1.5 Trạm vận hành

Trạm vận hành và trạm kĩ thuật được đặt trong phòng điều khiển trung tâm.Cáctrạm này có thể hoạt động song song hoặc độc lập với nhau và để tiện cho việc vận hành hệ thống đối với mỗi một phân đoạn-một xưởng sản xuất người ta lại

bố trí một trạm vận hành Các phần mềm chạy trên các trạm là hoàn toàn giống nhau do đó khi một trạm bị sự cố các trạm khác có thể thay thế chức năng của trạm đó

Chức năng :

 Hiển thị các hình ảnh chuẩn(hình ảnh tổng quan ,hình ảnh nhóm ,hình ảnhmạch vòng,các đồ thị thời gian,đồ thị quá khứ )

 Hỗ trợ vận hành hệ thống thông qua các công cụ thao tác tiêu biểu ,các hệ thống hướng dẫn chỉ đạo và trợ giúp.

 Tạo và quản lí các công thức điều khiển

Đặc tính tiêu biểu của các công cụ phát triển trên trạm kĩ thuật :

 Các công cụ phát triển được tích hợp sẵn trong hệ thống

 Công việc phát triển không yêu cầu tích hợp phần cứng DCS tại chỗ

 Các ngôn ngữ lập trình tiêu biểu đó là sơ đồ khối hàm(FBD-Function Block Diagram) ,biểu đồ tiến trình(CFC – Continuous Function

Chart),tương tự IEC 61131-3 FBD0 và SFC

 Một dự án có thể do nhiều người phát triển song song

 Giao diện với các hệ thống cấp trên(CAD/CAM,MES,PPS,ERP…)

Bên cạnh đó nhà sản xuất còn cung cấp các thư viện khối hàm chuyêndụng,phần mềm mô phỏng để tạo các đầu vào ra mô phỏng giúp cho việc pháttriển được an toàn ,chắc chắn hơn.Trong một số hệ thống người ta không phânbiệt rõ ràng giữa trạm vận hành và trạm kĩ thuật mà sử dụng một bàn phím cókhóa chuyển qua lại giữa hai chế độ vận hành và kĩ thuật

1.7 Bus hệ thống

Bus hệ thống có chức năng nối các trạm điều khiển cục bộ lại với nhau và vớicác trạm vận hành và trạm kĩ thuật Trong các hệ thống ứng dụng người tathường sử dụng cấu hình dự phòng cho các bus hệ thống.Giải pháp mạng có thể

là đặc chủng của riêng công ty ,một số hệ thống mạng thông dụng :Enthernet,Profibus-Fms và ControlNet

Đặc điểm của việc trao đổi thông tin qua bus :Lưu lượng thông tin lớn do đótốc độ đường truyền tương đối cao Tính năng thời gian thực cũng là một yếutoos được đặt ra (đặc biệt với bus điều khiển ) thời gian phản ứng nằm trongphạm vi 0.1 s trở lên.Số lượng trạm tham gia thường không lớn và nhu cầu traođổi dữ liệu không có đột biến lớn

Cấu hình tiêu biểu của một hệ điều khiển phân tán hiện đại ,ngoài các phần mô

tả trên còn có thêm các trạm sever,máy tính phân tích,máy in ,một số bộ điềukhiển chuyên dụng…

Hình 1.3 Cấu hình tiêu biểu của một hệ điều khiển phân tán hiện đại

1.8 Bus trường và các hệ thống vào /ra từ xa

Khi sử dụng cấu trúc vào /ra phân tán các trạm cục bộ sẽ được bổ sung cácmodul giao diện bus để nối với các trạm vào /ra từ xa(remote I/O station) và một

số thiết bị trường thông minh.Đối với bus trường thì đặc điểm quan t5aam tới đó

là tính năng thời gian thực ,chuẩn truyền dẫn ,tính năng điện học của các linhkiện mạng ,cap truyền …Một số bus trường được hỗ trợ mạnh : Profibus-DP,Foundation Fieldbus …

Một trạm vào ra từ xa có cấu trúc không khác biệt nhiều so với một trạm điềukhiển cục bộ duy chỉ thiếu khối xử lí trung tâm cho chức năng điều khiển.Trạmvào ra từ xa thường được đặt gần quá trình kĩ thuật

Bên cạnh phương pháp ghép nối thiết bị điều khiển với quá trình kĩ thuật thôngqua các modul vào /ra ta có thể sử dubgj các cảm biến ,cơ cấu chấp hành có giaodiện bus trường

1.9 Hệ DCS trên nền PLC

Thiết bị điều khiển khả trìnhPLC(Programmable Logic Cotroller) là một loạimáy tính điều khiển chuyên dụng do nha phát minh người Mỹ Richard Morleyđưa ra lần đầu tiên vào năm 1968 Với cấu trúc ghép nối vào ra linh hoạt vànguyên tắc làm việc đơn giản theo chu kì,khả năng lập trình và lưu trữ chươngtrình trong bộ nhớ không cần can thiệp trực tiếp đến phần cứng do đó PLC dầntrở nên thông dụng và có thể thay thế cho các mạch logic tổ hợp và tuần tự cồngkềnh Ngày nay PLC hiện đại không chỉ dừng lại ở các phép toán logic đơn giản

mà nó còn làm việc với các tín hiệu tương tự ,các phép toán số học,thậm trí làthuật toán điều khiển phản hồi ,PID và điều khiển mở Các bộ định thời,bộ đếm

và các phép toán thông dụng thuộc phạm vi chức năng chuẩn của một PLC Việc sử dụng PLC trong việc điều khiển quá trình liên tục trong công nghiệpchế biến , khai thác, môi trường… đã trở nên phổ biếnMột số hệ DCS trên nền

PLC tiêu biểu:SattLine(ABB),ProcessLogic(RockWell),ModiconTSX(SchneiderElectric),PCS7(Siemens)…Thực tế ngày nay PLC được dùng cho các bài toánđiều khiển logic cũng như điều khiển quá trình.Đối với PLC sử dụng trong các

hệ phân tán thường có cấu hình mạnh ,hỗ trợ điều khiển trình tự cùng với cácphương pháp lập trình hiện đại (SFC)

Cấu trúc phần cứng

PLC có cấu tạo tương tự như một máy tính gồm có vi xử lí,các bộ nhớ làmviệc và bộ nhớ chương trình,giao diện vào/ra và cung cấp nguồn.Tuy nhiên mộtđiểm khác cơ bản là PLC không có các thành phần giao diện người-máy nhưmàn hình ,chuột ,bàn phím do đó việc lập trình phải thực hiện một cách giántiếp thông qua máy tính riêng biệt được ghép nối với CPU qua giao diện thiết bịlập trình (cổng nối tiếp RS-232 hoặc RS 485 )

Hình 1.4 Các thành phần chức năng chính của một PLC

 Bộ xử lí trung tâm(CPU) bao gồm một hoặc nhiều vi xử lí ,bộ nhớ chươngtrình ,bộ nhớ làm việc ,đồng hồ nhịp và giao diện với thiết bị lập trình được liên kết với nhau thông qua một hệ thống bus nội Nhiệm vụ chính của CPU là quản lí các cổng vào /ra,xử lí các thông tin và thực hiện các thuật toán điều khiển Bộ nhớ chương trình thường có dạng FPROM dùng

để lưu trữ các hệ điều hành và mã chương trình ứng dụng Dữ liệu vào ra

và các phép tính toán khác được lưu trong bộ nhớ làm việc Ram.Đồng hồ nhịp có vai trò tạo ngắt cứng để điều khiển chương trình theo chu

kì(thông thường trong khoảng 0,01s tới 1000 phút)

 Các thành phần vào ra(I/O) đóng vai trò giao diện giữa CPU và quá trình

kĩ thuật Nhiệm vụ của chúng là chuyển đổi ,thích ứng tín hiệu ,cách li gavanic giữa các thiết bị ngoại vi (cảm biến,nút ấn ,công tắc hành trình,cơcấu chấp hành :contactor,động cơ ,van khí , máy bơm )với CPU.Các thànhphần vào ra được kết nối với CPU qua hệ thống bus nội bộ hoặc bus trường

 Bộ cấp nguồn (PS) có chức năng biến đổi và ổn định nguồn nuôi

(5VDC,12VDC,24VDC…) và xoay chiều (110VAC,220VAC…)

 Ngoài các thành phần trên một PLC còn có các thành phần chức năng nhưghép nối mở rộng , điều khiển chuyên dụng và xử lí truyền thông

Đối với các ứng dụng lớn ta cần sử dụng PLC có thiết kế modul bởi tính linh hoạt cao

 Các module chức năng ( function module, FM) được sử dụng để thực hiện một số nhiệm vụ điều khiển riêng, ví dụ module điều khiển PID, module điều khiển động cơ bước, module cân,… Các module này hoạt động tương đối độc lập với CPU, tuy nhiên có thể trao đổi dữ liệu quá trình và dữ liệu tham số thông qua bus nội bộ và các hàm hoặc khối hàm gia tiếp hệ thống

 Các module ghép nối ( interface module, IM) được sử dụng để mở rộng

hệ thống khi số lượng các module lớn, không đủ chỗ trên một giá đỡ

 Các module truyền thông ( communication module, CM) có vai trò là giao diện mạng, dùng để ghép nối nhiều PLC với nhau, với các thiết bị trường và các máy tính giám sát

Chương 2 :Khảo sát mô hình pha trộn màu Y- 0046 2.1 Các thiết bị được sử dụng trong mô hình

2.1.1 PLC S7-200 (CPU 224 XP)

S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình của hang Siemens (CHLB Đức)

có cấu trúc kiểu modul và có các modul mở rộng Các modul này được sử dụngvới nhiều mục đích khác nhau

Toàn bộ nội dung chương trình sẽ lưu trong bộ nhớ của PLC,trong trường hợ

bộ nhớ của không đủ ta có thể sử dụng bộ nhớ ngoài để lưu trữ chương trình và

Trong đồ án này chúng em chọn PLC S7-200 CPU 224XP

Bảng 2.1 Thông số kĩ thuật cơ bản của PLC S7-200 CPU 224XP

Khả năng lưu trữ khi mất điện 100h

2.1.1.1 Đầu vào

Điện áp mức 1 logic 1 :15-30VDC ,dòng điện nhỏ nhất 4mA,35V ở thời giantức 500ms

Trạng thái mức 1 chuẩn 24VDC,7mA

Đáp ứng thời gian lớn nhất ở các chân I0.0 đến I1.5 có thể chỉnh từ 0.2-0.8 msmặc định là 0.2 ms

Các chân từ I0.0-I1.5 được sử dụng bởi bộ đếm tốc độ

Trạng thái mức logic 0 tối đa VDC 1mA

Sự cách li về quang 500VCA 1 min

2.1.1.2 Đầu ra

Kiểu đầu ra Relay hoặc transistor

Điện áp khoảng 24,4 đến 28,8 VDC

Dòng tối đa 2A điểm 8 A I common

Quá dòng 7 A với contact đúng

Điện trở cách li nhỏ nhất 10 MW

Thời gian sử dụng 10 triệu giờ và công tắc 100.000 giờ với tốc độ tải

Điện trở công tắc tối đa 200MW

Chế độ bảo vệ ngắn mạch không có

2.1.1.3 Nguồn cấp

Nguồn có thể tích hợp sẵn trong PLC hoặc làm riêng bên ngoài,có nhiều cấpđiện áp khác nhau trên loại PLC gồm 110 VAC và 220VAC hoặc 24 VDC Hiệnnay có 2 cấp điện áp hay sử dụng là 24 VDC và 220 VAC

Điện áp nguồn 20.4-24.8 VDC

Điện áp nguồn 20,4-20,8 VDC

Dòng vào Max 900 mA tại 24 VDC

Cách li điện ngõ vào không có

Thời gian duy trì khi mất nguồn 10 ms tại 24 VDC

Cầu chì bên trong 2A;250V

2.1.1.4 Cổng truyền thông của PLC

S7-S200 sử dụng cổng truyền thong nối tiếp RS 485 với phích cắm 9 chân đểphục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình

Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG 720 nối thẳng cáp MPI ,máy lậptrình đi kèm với cáp

Ghép nối với máy tính PC qua cổng RS 232 cần có cáp nối PC/PCI với bộchuyển đổi RS 232 / RS 485

2.1.2 Module mở rộng EM 231

Để tăng khả năng của bộ điều khiển trong các ứng dụng thực tế ,phần lớn cácđối tượng điều khiển có số lượng đầu vào ra cũng như chủng loại tín hiệu vào ra khác nhau.Các bộ PLC được thiết bị cứng hóa về cấu hình ,vì vậy chúng bịchia nhỏ thành các module.PLC S7-200 có nhiều loại module mở rộng Cácmodule mở rộng vào ra số hoặc vào ra tương tự ,các tín hiệu đầu ra có thể làđiện áp 24 VDC hoặc role Trong đồ án này chúng em lựa chọn module EM231

EM 231 là một Module tương tự gồm có 4AI 12 bit{có tích hợp các bộ chuyểnđổi A/D (ADC – Analog Digital Convert)12 bit ở bên trong}

Nguồn nuôi 24VDC

Dòng điện ngõ vào 0-20 mA

Độ phân giải : 5µA hay từ 1,25-2,5 mV

Giá trị số ngõ vào : -32000 đến 32000 (lưỡng cực) hay từ 0-32000(đơn cực)

Hình 2.1 Hình ảnh module EM 231

Fixed Terminal Block : Đầu nối cố định

Configuration : Công tắc cấu hình

Gain :Chỉnh hệ số khuyêch đại

RA , A+ , A- Các đầu nối của đầu vào A

RB , B+ , B- Các đầu nối của đầu vào B

RC , C+ , C- Các đầu nối của đầu vào C

RD , D+ , D- Các đầu nối của đầu vào DFixed Terminal Block Đầu nối cố định

Configuration Công tắc cấu hình ,cho phéo chọn độ

phân giải và dải đầu vào

Bảng 2.2 : Các thành phần của module EM 231

Hình 2.2 Mạch ngõ vào của Module EM 231

Định dạng dữ liệu

Dữ liệu đầu vào :

Kí hiệu là AIWxx(Ví dụ : AIW0,AIW2…)

Định dạng :

Đối với giải tín hiệu đo không đối xứng (Ví dụ : 0-10 V …)

Module Analog Input củaS7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào (áp ,dòng)

thành giá trị số từ 0÷32000.

Đối với giải tín hiệu đo đối xứng (Ví dụ :±10V,±5V )

Module Analog Input của S7-200 chuyển dải tín hiệu đo đầu vào(áp ,dòng)thành giá trị số từ -32000 ÷ 32000

Cách nối dây

 Đầu vào tương tự

Với thiết bị đo đầu ra kiểu điện áp (Ví dụ : 0-10V)

Hình 2.3 Sơ đồ đấu dây module EM 231 với thiết bị đo đầu ra kiểu điện áp

Với thiết bị đo đầu ra kiểu dòng điện (Ví dụ :4-20mA)

Hình 2.4 Sơ đồ đấu dây module EM 231 với thiết bị đo đầu ra kiểu dòng điện

 Đầu ra tương tự

Hình 2.5 Sơ đồ đấu dây đầu ra tương tự module EM 231

 Cấp nguồn cho Module

Hình 2.6 Sơ đồ đấu dây cấp nguồn module EM 231 Tổng quát cách nối dây :

Hình 2.7 Sơ đồ tổng quát cách đấu dây module EM 231

Cài đặt dải tín hiệu vào

Bảng 2.3 : Switch chọn ngõ vào và độ phân giải

Để hiệu chỉnh đầu vào, sử dụng các bước sau đây

1 Tắt nguồn cung cấp cho Module Gạt Switch để chọn dải đo đầu vào

2 Bật nguồn cho CPU và module Đợi Module ổn định trong 15 phút

3 Sử dụng một máy phát, một nguồn điện áp, hoặc một nguồn dòng cấp giá trị 0tới một trong những đầu vào

4 Đọc giá trị nhận được trong CPU

5 Điều chỉnh chiết áp OFFSET cho đến khi đọc được giá trị 0, hoặc giá trị sốmong muốn cần thiết kế

6 Sau đó nối một trong những đầu vào với giá trị lớn nhất của dải đo.Đọc giá trịnhận được trong CPU

7 Điều chỉnh chiết áp GAIN cho đến khi đọc được giá trị 32000, hoặc giá trị sốmong muốn cần thiết kế

giá trị dữ liệu

8 Lặp lại các bước điều chỉnh OFFSET và hiệu chuẩn GAIN nếu cần thiết

 Chú ý : Nguồn cung cấp cho cảm niến phải được loại bỏ nhiễu vàphải ổn định.

Dây tín hiệu phải có lớp bọc chống nhiễu

Các đầu vào Analog phải được nối ngắn mạch.(Ví dụ B+nối với B-)

2.1.3 Cảm biến Sick UP30 – 211118

Cảm biến siêu âm với mức độ hiển thị áp suất lên đến 6 bar , giá trị đo khoảng30….700 mm đầu ra analog 4-20mA/0-10V V1xPNP- đầu ra nối Process G1/2

Hình 2.8 Cảm biến Sick UP30-211118

2.1.3.1 Mô tả

Khoảng cách 30-500mm hạn chế khoảng cách quét 30-700mm

Thiết bị đo mức trong bình áp lực nhỏ từ 0,5 đến 6 bar

Thường được sử dụng trong ngành công nghiệp in ấn hoặc ứng dụng máy mócnói chung

Phạm vi hoạt động :30-700mm

Chịu được áp suất nhỏ :0,5-6 bar

Nhiệt độ môi trường: -400C ÷850C

Đầu ra tương tự (Analogue) 4-20mA.0-10V,cỏng cắm G1/2A(Ren ống của Anh)Điện thế cung cấp 9VDC-30VDC

2.1.3.2 Lợi ích

Tiết kiệm chi phí

Giảm thời gian lắp đặt,chi phí

Hệ thống đo lường linh hoạt cho các kích cỡ thùng khác nhau

2.1.4 PSA/PSB Series

Đặc điểm :

Cảm biến áp suất có độ chính xác cao

Hiển thị led đỏ độ sang cao

Độ phân giả cao 1/1000

Có thể chuyển đổi nhiều đơn vị áp suất

Có nhiều chế độ ngõ ra: chế độ trễ;chế độ cài đặt tự động

Ngăn chặn sự nhảy lập cập của ngõ ra

Ngõ ra analog (1-5)VDC

Có mạch bảo vệ quá dòng điện bên trong,mạch bảo vệ chống nối ngược cựcnguồn

Chức năng điều chỉnh Zero

Hiển thị giữ giá trị đỉnh và đáy

để chuyển đổi công việc này : Hệ thống sử dụng dòng điện xoáy được phát ratrong vật thể kim loại nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ ,hệ thống sử dụng sự thayđổi điện dung khi vật thể tới gần ,hệ thống sử dụng nam châm và hệ thốngchuyển mạch cộng từ.

2.1.6 Cáp USB/PPI

Đối với các thiết bị lập trình của hãng Siemens có các cổng giao tiếp PPI thì cóthể kết nối trực tiếp với PLC thông qua một sợi cáp Tuy nhiên khi kết nối vớimáy tính cá nhân cần thiết phải có cap chuyển đổi PC/PPI.Có 2 loại cáp chuyểnđổi là RS 232/PPI multi-master và cáp USB/PPI multi –master (130mm ×51mm) dài 5,3 m

Hình 2.11 Hình dáng cáp USB/PPI

2.1.7 Cảm biến tiệm cận điện dung Austonics CR 18- 8DP

Cảm biến tiệm cận điện dung Austonics CR 18- 8DP là sản phẩm của hãngAutonics nhằm phát hiện vật mà không cần tiếp xúc với tốc độ nhanh ,trong môitrường khắc nghiệt cần thiết trong công nghiệp và tự động hóa

Nguyên lí hoạt động là sự có mặt của đối tượng làm thay đổi điện dung bảncực của cảm biến Cấu tạo của cảm biến tiệm cận điện dung bao gồm 3 bộ phậnchính : Mạch dao động , bộ phát hiện và mạch đầu ra

Đặc điểm của cảm biến là không đòi hỏi đối tượng là kim loại mà có thể pháthiện chất lỏng ,tốc độ chuyển mạch nhanh,tuổi thọ của cảm biến dài- độ chínhxác cao dễ dàng điều chỉnh vị trí ,có thiết bị bảo vệ nối ngược cực nguồn và quáđiện áp

Thông số kĩ thuật

Khoảng cách phát hiện là 8mmNguồn cấp 12VDC-24VDCNgõ ra PNP.NO.DC3-Wire

Có sẵn cáp nối dài 2m,đèn led báo hiệu

Phát hiện được chất lỏng ,kim loại …

Hình 2.12 Austonics 18- 8DP

Chương 3 Thiết kế hệ điều khiển và giám sát cho mô hình

3.1 Xây dựng sơ đồ khối điều khiển giám sát quá trình cho mô hình 0046

Y-Trong cấp điều khiển giám sát ,ta sẽ xây dựng màn hình điều khiển và giám sáttoàn bộ hệ thống

Trong cấp điều khiển ,ta sử dụng PLC S7-200 CPU 224 XP và module mởrộng EM 231 Module mở rộng EM 231 nhận tín hiệu tương tự từ các cảm biến

đo mức và PLC nhận các tín hiệu số từ các cảm biến tiệm cận ,cảm biến tiệmcận điện dung Từ đó , đưa ra các tín hiệu điều khiển van điện từ ,động cơ khuấy, động cơ bàn quay

Trong cấp trường ,ta sử dụng các cảm biến đo mức ,cảm biến tiệm cận ,cảmbiến tiệm cận điện dung để đưa tín hiệu lên cấp điều khiển (PLC)

Hình 3.1 Sơ đồ khối điều khiển giám sát

3.2 Các bước thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho mô hình pha trộn màu Y-0046

3.2.1 Phân tích yêu cầu công nghệ

Trong lao động sản xuất ngày nay , vấn đề tự động hóa các quy trình sản suấtkhông chỉ nâng cao năng suất ,giảm bớt sức lao động và tạo ra các sản phẩm tốtnhất , mà còn tránh được những tổn thất cho con người về mặt sức khỏe cũngnhư tính mạng

Việc dây truyền sản suất còn lạc hậu khiến chúng ta tốn rất nhiều công sức vàthời gian ,thậm trí còn ảnh hưởng rất lớn đến sức khẻo nhưng hiệu quả kinh tếlại thấp Chính vì vậy ,xã hội càng phát triển thì dây truyền sản xuất và máymóc càng trở lên quan trọng hơn

Trong thực tế ngành công nghiệp pha trộn màu ,sơn, xà phòng ,hóa chất độchại phần lớn là do người lao động tự pha trộn với công nghệ thủ công,không cónhững máy móc dây truyền pha chế tự động Một vấn đề rất đáng quan tâm đó làngười lao động lun phải tiếp xúc với các dung dịch và các chất độc hại làm ảnhhưởng tới sức khẻo người lao động ,hàng ngày hàng giờ họ luôn phải đối mặtvới nguy hiểm ,bị đe dọa bởi những căn bệnh hiểm nghèo Thế nhưng khôngphải dung dịch nào con người cũng có thể tiếp xúc trực tiếp mà cần phải có máymóc hiện đại thay thế

Chính vì thế việc xây dựng những hệ thống điều khiển giám sát ,thiết kế dâytruyền ,trạm trộn tự động đưa vào thay thế con người là rất cần thiết

Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ ,tự động hóa các thiết bị có ứngdụng cao như Zen, Logo,PLC và phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao diệnWin CC thong qua quá trình học ,tìm hiểu về công nghệ pha trộn dung dịch.Chúng em đã thực hiện đề tài Nghiên cứu khai thác và sử dụng mô hình điềukhiển và giám sát hệ thống pha trộn màu Trong quá trình nghiên cứu chúng em

đã áp dụng kiến thức đã học và thực tiễn để tìm hiểu về phần mềm Win CC vàlập trình cho PLC S7-200

Việc thực hiện đề tài : “ Nghiên cứu khai thác sử dụng mô hình điều khiểngiám sát hệ thống pha trộn màu ” nhằm những mục đích sau :

Trong đồ án này chúng em tìm hiểu được về phần mềm Win CC và PLC

S7-200 của hãng Siemens và ứng dụng vào thực tế để điều khiển một hệ thống tự

động.Chúng em đã tìm hiểu được quy trình thiết kế một hệ thống tự động dungPLC điều khiển.

Qua đó chúng em được làm quen với chương trình Step 7- Microwin và từ đólập trình cho PLC hoạt động theo yêu cầu công việc

Tìm hiểu được quy trình của một trạm trộn màu tự động,tạo ra được hệ thốngpha trộn màu ứng dụng vào thực tế

Giảm bớt sức lao động ,tránh được sự độc hại cho con người và góp phần vàoviệc công nghiệp hóa ,hiện đại hóa đất nước

Hình 3.2 Mô hình pha trộn màu Y-0046

Tín hiệu vào Loại tín

hiệu Tín hiệu ra Loại tín hiệu

Cảm biến tiệm cận điện dung Số Động cơ bàn quay SốCảm biến áp suất Số ,Analog Vale áp suất Số

Bảng 3.1 Các tín hiệu vào ra

Các biến cần điều khiển Chức năng

Bảng 3.2 Các biến cần điều khiển

3.2.2 Tính trọn các thiết bị cấp trường

Động cơ khuấy

Động cơ bàn quay

Các van điện từ

Cảm biến tiệm cận

Cảm biến tiệm cận điện dung

Cảm biến mức Sick UP30-211118

3.2.3 Xây dựng bài toán điều khiển trên PLC S7-200 CPU 224 XP

3.2.3.1 Bảng định địa chỉ cho PLC

ST

3 Bottle is arrived I0.2 Cảm biến báo có chai

4 Bottle is filling I0.3 Cảm biến báo chai tới vị trí rót

5 Bottle is ready I0.4 Cảm biến báo bàn quay đúng vị trí

6 Mixer full off I1.0 Cảm biến báo bình trộn đầy

7 Cyan Valf Q0.0 Van rót màu xanh vào bồn trộn

8 Magenta valf Q0.1 Van rót màu đỏ vào bồn trộn

9 Yellow valf Q0.2 Van rót màu vàng vào bồn trộn

14 System Ready Q1.1 Đèn báo hệ thống sẵn sang

Bảng 3.4 Bảng định địa chỉ PLC 3.2.3.2 Sơ đồ đi dây

Hình 3.4 Đấu dây Module mở rộng EM 231

3.2.3.3 Thuật toán điều khiển

Hình 3.5 Thuật toán chương trình