Luận Văn Mô hình chăm sóc heo tự động có điều khiển và giám sát qua hệ thống Scada trên máy tính

Tên đ tài: Mô hìnhăch măsócăheoăt ăđ ngăcóăđi uăkhi năvƠăgiámăsátăquaăh ăth ngăSCADA trên máy tính... 25 Ch ngă3.ăTệNHăTOÁNăVÀăTHI TăK ..... Relay trung gian 24V.. Ch ngă3:ăTínhăToánăVƠă

Tp HCM, ngày … tháng … n m 2019

Chuyên ngành: Công ngh k thu t đi n - đi n t truy n thông Mã ngành: 41

15141DT2B

I.ăTểNă ăTÀI:ăMÔ HÌNH CH MăSịC HEO T ă NGăCịă I UăKHI Nă

VÀ GIÁMăSÁTăQUAăH ăTH NGăSCADA TRÊN MÁY TÍNH II.ăNHI MăV ă

 N i dung 3: Thi t k mô hình tr n th c n, b n n c và máng n, u ng

 N i dung 4: Thi t k mô hình toàn h th ng

 N i dung 5: Thi công mô hình h th ng c khí, h th ng đi n

 N i dung 6: Vi t ch ng trình đi u khi n cho h th ng

 N i dung 7: Thi t k giao di n giám sát SCADA, giao di n hi n th d li u

c m bi n online

 N i dung 8: ánh giá k t qu th c hi n, c i ti n mô hình

III.ăNGÀYăGIAOăNHI MăV : 19/02/2019

IV.ăNGÀYăHOÀNăTHÀNHăNHI MăV : 05/07/2019

V.ăăH ăVÀăTểNăCÁNăB ăH NGăD N: GVC, ThS Hoàng Ng c V n

Tên đ tài: Mô hìnhăch măsócăheoăt ăđ ngăcóăđi uăkhi năvƠăgiámăsátăquaăh ă

th ngăSCADA trên máy tính

tài này là do chúng tôi t th c hi n d a vào m t s tài li u và không sao chép t tài li u hay công trình đư có tr c đó N u có b t k s gian l n nào chúng tôi xin ch u trách nhi m v n i dung đ án c a mình

Hu nh V n Sanh Võ Duy Tâm

L i đ u tiên chúng em xin chân thành c m n các th y cô giáo trong Tr ng

i H c S Ph m K Thu t TP HCM nói chung, các th y cô và sinh viên trong khoa

i n – i n T nói riêng đư d y d cho em ki n th c v các môn đ i c ng c ng

nh các môn chuyên ngành, giúp em có đ c c s lý thuy t v ng vàng và t o đi u

ki n giúp đ em trong su t quá trình h c t p

Em c ng xin g i l i tri ân và bi t n sâu s c đ n GVC, ThS Hoàng Ng c V n

ng i đư t n tình h ng d n, ch b o em trong su t quá trình làm khoá lu n

Cu i cùng, em xin chân thành c m n gia đình và b n bè, đư luôn t o đi u

ki n, quan tâm, giúp đ , đ ng viên em trong su t quá trình h c t p và hoàn thành khoá lu n t t nghi p

Sinh viên th c hi n đ án

Hu nh V n Sanh Võ Duy Tâm

Nhi m v đ án t t nghi p i

Lch trình th c hi n đ án t t nghi p ii

L i cam đoan iii

L i c m n iv

M c l c v

Li t kê hình v viii

Li t kê b ng x

Tóm t t xi

Ch ngă1.ăT NGăQUAN 1

1.1 t v n đ 1

1.2 M c tiêu 1

1.3 N i dung nghiên c u 2

1.4 Gi i h n 2

1.5 B c c 2

Ch ngă2.ăC ăS ăLụăTHUY T 4

2.1 T ng quan v h th ng ch m sóc heo t đ ng 4

2.2 T ng quan v plc và plc s7-1200 4

2.2.1 T ng quan v plc 4

2.2.2 Gi i thi u v plc s7- 1200 8

2.3 H th ng đi u khi n đi n- khí nén 13

2.3.1 Nh ng đ c đi m c b n 13

2.3.2 C u trúc c a h th ng khí nén 14

2.4 C m bi n l c loadcell 16

2.4.1 Gi i thi u v c m bi n l c loadcell 16

2.6 Bi n t n mitsubishi fr-e700 20

2.6.1 Gi i thi u bi n t n 20

2.6.2 Nguyên lí ho t đ ng c a bi n t n 20

2.6.3 Bi n t n Mitsubishi FR-E700 21

2.7 Relay đi n c c báo m c n c 22

2.8 Van đi n t 23

2.8.1 Gi i thi u van đi n t 23

2.8.2 Các thông s 24

2.9 M t s linh ki n khác 24

2.9.1 Nút nh n 24

2.9.2 Nút d ng kh n c p 24

2.9.3 MCB 25

2.9.4 Relay trung gian 8 chân đi n áp 24V 25

Ch ngă3.ăTệNHăTOÁNăVÀăTHI TăK 26

3.1 Mô hình h th ng 26

3.1.1 Gi i thi u v h th ng 26

3.1.2 Ch c n ng t ng ph n 26

3.2 Tính toán và thi t k h th ng 26

3.2.1 S đ kh i h th ng 26

3.2.3 S đ k t n i plc v i toàn h th ng 35

3.2.4 thi t k ph n khung h th ng 38

Ch ngă4.ăTHIăCỌNGăH ăTH NG 40

4.1 Gi i thi u 40

4.2 Thi công h th ng 40

4.3 L p trình cho h th ng 42

4.3.1 L u đ gi i thu t 42

4.3.2 Ph n m m l p trình cho plc 48

Ch ngă5.ăK TăQU ă- NH NăXÉTă- ÁNHăGIÁ 56

5.1 K t qu 56

5.1.1 K t qu nghiên c u: 56

5.1.2 K t qu thi công 56

5.2 Nh n xét – đánh giá 59

Ch ngă6.ăK TăLU NăVÀăH NGăPHÁTăTRI N 60

6.1 K t lu n 60

6.2 H ng phát tri n 60

TÀIăLI UăTHAMăKH O 62

PH NăPH ăL C 63

Hình 2 1 T ng quan PCL S7- 1200 9

Hình 2 2 B ng tín hi u c a PLC S7- 1200 11

Hình 2 3 Các Module tín hi u PLC S7- 1200 12

Hình 2 4 Các module truy n thông PLC S7- 1200 13

Hình 2 5 C u trúc h th ng đi u khi n khí nén 15

Hình 2.6 H th ng đi n - khí nén 15

Hình 2 7 Loadcell thanh 17

Hình 2 8 C u đi n tr Wheatstone 17

Hình 2 9 Nguyên lí ho t đ ng c a loadcell 18

Hình 2 10 B khu ch đ i tín hi u loadcell 19

Hình 2 11 Nguyên lí ho t đ ng c a bi n t n 21

Hình 2 12 Bi n t n mitsubishi FR-E700 22

Hình 2 13 Relay đi n c c 23

Hình 2 14 Van đi n t 23

Hình 2 15 Nút nh n 24

Hình 2 16 Nút d ng kh n c p 25

Hình 2 17 MCB 25

Hình 2 18 Relay trung gian 24V 25

Hình 3 1 S đ kh i c a h th ng 27

Hình 3 2 S đ k t n i loadcell v i m ch khu ch đ i 28

Hình 3 3 Xi lanh khí nén 29

Hình 3 4 Xi lanh tròn 30

Hình 3 5 Van đi n t 30

Hình 3 6 Van đi n t 5/2 31

Hình 3 7 S đ k t n i c a van đi n t 5/2 v i PLC 31

Hình 3 8 M t s lo i đ ng c 3 pha 32

Hình 3 9 Bi n t n Mitsubishi FR-E700 32

Hình 3 10 CPU 1212C và module m r ng SM1223 34

Hình 3 11 S đ k t n i c b n c a CPU 1212C 34

Hình 3 15 S đ k t n i loadcell v i AI c a CPU 37

Hình 3 16 M ch đ ng l c xilanh 37

Hình 3 17 Thi t k m t tr c c a h th ng 38

Hình 3 18 Thi t k m t sau c a h th ng 38

Hình 3 19 Thi t k m t bên c a h th ng 39

Hình 4 1 M t tr c và sau c a h th ng 40

Hình 4 2 M t bên và trên c a h th ng 41

Hình 4.3 Bên ngoài t đi n 41

Hình 4.4 Bên trong t đi n 42

Hình 4 5 L u đ gi i thu t 47

Hình 4 6 Tia Portal V13 49

Hình 4 7 Giao di n b t đ u c a ch ng trình 49

Hình 4 8 Giao di n t o d án m i 50

Hình 4 9 Giao di n b t đ u c a d án m i 50

Hình 4 10 Giao di n Devices & networks 50

Hình 4.11 Giao di n Add new device 51

Hình 4 12 Giao di n làm vi c 51

Hình 4.13 Giao di n vi t ch ng trình 51

Hình 4.14 Giao di n đ ng nh p vào màn hình qu n lí h th ng 52

Hình 4 15 Giao di n SCADA qu n lí h th ng 52

Hình 4 16 Bi u t ng Visual studio 54

Hình 4 17 Giao di n t o m t project m i 54

Hình 4 18 Giao di n l a ch n 55

Hình 4 19 C u hình cho web 55

Hình 5 1 M t tr c c a h th ng 56

Hình 5 2 M t bên c a h th ng 57

Hình 5 3 Giao di n Home c a trang web 57

Hình 5 4 Giao di n thông tin v d án 58

Hình 5 5 Giao di n truy xu t toàn b d li u c m bi n 58

LI T KÊ B NG

B ng Trang

B ng 2 1 B ng phân lo i ch c n ng c a các dòng PLC S7- 1200 9

B ng 2 2 B ng các module h tr PLC S7- 1200 11

B ng 2 3 B ng thông s b khu ch đ i tín hi u loadcell 20

Ngày nay cùng v i s phát tri n c a các ngành khoa h c k thu t, k thu t đi n

t mà trong đó đi u khi n t đ ng đóng vai trò h t s c quan tr ng trong m i l nh v c khoa h c k thu t, qu n lý, công nghi p t đ ng hóa… Do đó chúng ta c n ph i n m

b t và v n d ng đi u khi n t đ ng m t cách hi u qu nh m đóng góp vào s phát tri n khoa h c k thu t c a th gi i nói chung và trong s phát tri n c a k thu t đi u khi n t đ ng nói riêng

Xu t phát t nh ng l n tham quan các doanh nghi p có dây chuy n s n xu t, các trang tr i ch n nuôi công nghi p, chúng em đư đ c th y nhi u khâu t đ ng hóa trong qui trình ch n nuôi t o ra các s n ph m ch n nuôi ch t l ng cao M t trong đó

là các trang tr i ch n nuôi giám sát các nhu c u c b n c a v t nuôi s d ng b đi u khi n l p trình PLC Siemens

Sau khi tìm hi u, nghiên c u v các đ tài và công trình tr c đây, nhóm quy t

VÀăGIÁMăSÁTăQUAăH ăTH NGăSCADAăTRểNăMÁYăTệNH”

V i đ tài này, nhóm hy v ng s làm c s nghiên c u cho các nhóm sau có th m

r ng, phát tri n n a N u đ c đi u ch nh t t, ý t ng này k t h p v i h th ng làm

s ch trang tr i ch n nuôi, thu gom và x lí ch t th i … s t o ra m t h th ng phân trang tr i nuôi heo thông minh hoàn thi n

Ch ngă1.ăT NG QUAN

Ngày nay cùng v i s phát tri n c a các ngành khoa h c k thu t, k thu t đi n

t mà trong đó đi u khi n t đ ng đóng vai trò h t s c quan tr ng trong m i l nh v c khoa h c k thu t, qu n lý, công nghi p t đ ng hóa… Do đó chúng ta c n ph i n m

b t và v n d ng đi u khi n t đ ng m t cách hi u qu nh m đóng góp vào s phát tri n khoa h c k thu t c a th gi i nói chung và trong s phát tri n c a k thu t đi u khi n t đ ng nói riêng

Xu t phát t nh ng l n tham quan các doanh nghi p có dây chuy n s n xu t, chúng em đư đ c th y nhi u khâu t đ ng hóa trong quá trình s n xu t M t trong

nh ng ng d ng đó là áp d ng vào quy trình ch n nuôi b ng h th ng cho n, u ng

và giám sát các nhu c u khác c a heo m t cách t đ ng s d ng b đi u khi n l p

trình PLC Siemens

Sau khi tìm hi u, nghiên c u v các đ tài và công trình tr c đây, nhóm quy t

VÀăGIÁMăSÁTăQUAăH ăTH NGăSCADAăTRểNăMÁYăTệNH”

ư có khá nhi u đ tài th c hi n vi c ch m sóc các lo i v t nuôi khác nhau nh

cá, bò Nh ng v i m i lo i v t nuôi l i có nh ng nhu c u v n u ng khác nhau thì

l i c n có nh ng mô hình khác nhau Vì v y ta c n m t h ng x lí phù h p h n v i

t ng lo i v t nuôi mà đây đ i t ng ch n nuôi là heo

Và nhi u h th ng ch n nuôi ch th c hi n vi c cho n u ng mà ch a th c hi n giám sát, l u tr d li u, qu n lý Vì v y chúng ta c n xây d ng vi c giám sát h

th ng

V i đ tài này m c tiêu mà nhóm đ ra là tìm hi u và nghiên c u sâu h n và

PLC S7 – 1200 và các ng d ng trong th c t T đó thi t k và thi công mô hình

ch m sóc heo t đ ng Bên c nh đó là đi u khi n và giám sát ho t đ ng c a mô hình

trên máy tính

1.3 N IăDUNGăNGHIểNăC U

 N I DUNG 1: Nghiên c u tài li u v PLC S7 -1200, c m bi n loadcell, bi n

t n Mitsubishi FR-E700, relay đi n c c báo m c n c, relay trung gian và các van

khí nén

 N I DUNG 2: D a trên các d li u thu th p đ c, d a trên kh i l ng th c

n đ nh tr c, ti n hành l a ch n gi i pháp thi t k và thi công mô hình K t n i các ngo i vi v i PLC, đ ng c v i bi n t n

 N I DUNG 3: Thi t k l u đ gi i thu t và vi t ch ng trình đi u khi n cho PLC Thi t k giao di n đi u khi n, giám sát h th ng, giao di n hi n th d li u

online

 N I DUNG 4: Th nghi m và đi u ch nh ph n m m, ph n c ng đ mô hình

đ c t i u, s d ng d dàng ánh giá các thông s c a mô hình so v i thông s

 Ch ngă6: K t Lu n và H ng Phát Tri n

Ch ngă1:ăT ngăQuan

Ch ng này trình bày v n đ d n nh p, lý do ch n đ tài, m c tiêu, n i dung nghiên c u, các gi i h n và b c c đ án

Ch ngă2:ăC ăS ăLỦăThuy t

Gi i thi u các linh ki n, thi t b s d ng thi t k h th ng, các chu n truy n, giao th c

Ch ngă3:ăTínhăToánăVƠăThi tăK

Tính toán thi t k , đ a ra s đ nguyên lí c a h th ng

Ch ngă4:ăThiăCôngăH ăTh ng

Thi công h th ng, l u đ , đ a ra gi i thu t và ch ng trình

Ch ngă5:ăK tăQu ,ăNh năXét,ă ánhăGiá.ă

a ra k t qu đ t đ c sau m t th i gian nghiên c u, m t s hình nh c a h

Ch ngă2.ăC ăS LÝ THUY T

Nhu c u n và u ng là hai nhu c u c b n và thi t y u nh t đ i v i m t trang

tr i nuôi heo, vi c qu n lí n u ng này có th th c hi n b i con ng i nh ng nh v y

đ i v i m t trang tr i l n thì s t n nhi u nhân công và vi c qu n lí các s li u v

l ng th c n cho heo c ng tr nên khó kh n, vì th m t h th ng qu n lí vi c n

u ng và các s li u v l ng th c n trong ngày là vô cùng c n thi t

2.2.1 T ngăquanăv ăPLC

2.2.1.1 Gi iăthi u

K thu t đi n t đư phát tri n đ n trình đ k di u và s có nh ng ti n b v t

b t trong t ng lai Nó góp ph n không nh và s n xu t công nghi p Nh t là trong giai đo n h i nh p hi n nay Các doanh nghi p không ng n ng i h giá thành s n

ph m t ng s c c nh tranh v i các công ty khác M t trong nh ng gi i pháp v trang thi t b hi n đ i này là PLC PLC có kh n ng v n hành t đ ng theo m t quy trình

đ nh s n mà không c n có s tham gia c a con ng i lúc v n hành B i t t c nh ng

gì c n thi t cho ra đ i m t lo t s n ph m đư tích h p t t c trong m t thi t b nh g n

đó là PLC H th ng t đ ng này g n nh t i u khi k t h p v i máy vi tính đ đi u khi n và ki m soát quá trình s n xu t hoàn toàn ch trên máy vi tính

Th t ra h th ng đi u khi n t đ ng này đư xu t hi n t n m 1970 và nhanh chóng tr thành s l a ch n cho vi c s n xu t Nh ng Vi t Nam, còn khá nhi u công ty hoàn toàn xa l v i PLC T i sao nh v y? V giá thành? úng là PLC còn khá đ t nh ng ch v i m t công ty s n xu t thì gi a đ u t ban đ u đó v i nh ng l i ích nó đem l i thì giá thành không đáng quan tâm l m Th t ra là do ng i thay đ i, do

ch a hi u nhi u v PLC nên khi v n h nh, b o trì, b o d ng, thay đ i ch ng trình

g p không ít khó kh n cho ng i s d ng Vì v y c n ch đ ng ti p c n, khi n m b t

đ c r i v n đ chuy n giao công ngh không còn đáng lo và PLC có th hi n tính

u vi t nh s hi u bi t c a ng i s d ng V y PLC là gì? Hy v ng n i dung đ c

đ c p trong đ án này giúp ng i đ c hi u h n v PLC

2.2.1.2 PLC là gì?

PLC là vi t t t c a Programmable Logic Controller có ngh a là thi t b đi u khi n logic kh trình S phát tri n c a PLC đư mang l i nhi u thu n l i và làm cho các thao tác máy tr nên nhanh, nh y, d dàng và tin c y h n Nó có kh n ng thay

th hoàn toàn cho các ph ng pháp đi u khi n truy n th ng dùng relay (lo i thi t b

ph c t p và c ng k nh); kh n ng đi u khi n d dàng và linh ho t d a trên vi c l p trình trên các l nh logic c b n; kh n ng đ nh th i, đ m; gi i quy t các v n đ toán

 Có nh ng module chuyên d ng đ th c hi n ch c n ng đ c bi t hay

nh ng module truy n thông đ k t n i PLC v i m ng công nghi p

 Module ph i ghép (đ h tr cho v n đ truy n thông n i b )

 Module ch c n ng (đ h tr cho v n đ truy n thông m ng)

2.2.1.4 C uătrúcăb ănh ăPLC

 B nh chia làm 3 vùng chính

 Vùngăch aăch ngătrìnhă ngăd ng:ăVùng ch a ch ng trình đ c chia làm

mi n:

 Organisation block: Mi n ch a ch ng trình t ch c, ch a ch ng trình chính,

các l nh trong kh i này luôn đ c quét

 Subroutine (Ch ng trình con): Mi n ch a ch ng trình con, đ c t ch c thành hàm và có bi n hình th c đ trao đ i d li u, ch ng trình con này s

đ c th c hi n khi nó đ c g i trong ch ng trình chính

 Interrup (Ch ng trình ng t): Mi n ch a ch ng trình ng t đ c t ch c thành hàm và có kh n ng trao đ i d li u v i b t c m t kh i ch ng trình nào khác

Ch ng trình này s đ c th c hi n khi có s ki n ng t x y ra Có r t nhi u s

ki n ng t nh : Ng t th i gian, ng t xung t c đ cao …

 Vùngăch aăthamăs ăc aăh ăđi uăhƠnh: chia thành mi n khác nhau:

 I (Process Image Input): Mi n d li u các c ng vào s , tr c khi b t đ u th c

hi n ch ng trình, PLC s đ c giá tr logic c a t t c các c ng đ u vào và c t

gi chúng trong vùng nh I Thông th ng ch ng trình ng d ng không đ c

tr c ti p tr ng thái logic c a công vào s mà ch l y d li u c a c ng vào t b

đ m I

 Q (Process Image Output): Mi n b đ m các d li u c ng ra s K t thúc giai

đo n th c hi n ch ng trình, PLC s chuy n giá tr logic c a b đ m Q t i các

c ng ra s Thông th ng ch ng trình không tr c ti p gán giá tr t i t n c ng

ra mà ch chuy n chúng t i b đ m Q

 M (Mi n các bi n c ): Ch ng trình ng d ng s d ng nh ng bi n này d l u

gi các tham s c n thi t và có th truy nh p theo bit (M), byte (MB), t (MW) hay t kép (MW)

 T (Timer): Mi n nh ph c v b th i gian (Timer) bao g m vi c l u gi giá tr

th i gian đ t tr c (PV- Preset Value), giá tr đ m th i gian t c th i (CV- Current Value) c ng nh giá tr Logic đ u ra c a b th i gian

 C (Counter): Mi n nh ph c v b đ m bao g m vi c l u gi giá tr đ t tr c

(PV- Preset Value), giá tr đ m t c th i (CV- Current Value) và giá tr logic đ u

ra c a b đ m

 Vùngăd ăli u.ă

Vùng d li u là m t vùng nh đ ng Nó có th đ c truy c p theo t ng bit, t ng byte, t ng t đ n (word) hay t kép (double word) và đ c s d ng làm mi n l u tr

d li u cho các thu t toán, các hàm truy n thông, l p b ng, các hàm d ch chuy n, xoay vòng thanh ghi, con tr đ a ch …

2.2.1.5 X ălỦăch ngătrình

PLC th c hi n ch ng trình theo chu k l p M i vòng l p đ c g i là m t vòng quét (Scan) M i vòng quét đ c b t đ u b ng vi c đ c d li u t các c ng vào cùng

b đ m o, ti p theo giai đo n th c hi n ch ng trình Trong t ng vòng quét ch ng trình th c hi n b ng l nh đ u tiên và k t thúc b ng l nh k t thúc Sau giai đo n th c

hi n ch ng trình là giai đo n truy n thông và ki m tra l i, vòng quét đ c k t thúc

b ng giai đo n chuy n các n i dung c a b đ m o đ n c ng ra

2.2.1.6 C uătrúcăch ngătrình

Ch ng trình trong S7-1200 đ c l u trong b nh PLC vùng dành riêng cho

ch ng trình và có th đ c l p v i 2 d ng c u trúc khác nhau:

 L p trình có c u trúc: ch ng trình đ c chia thành nh ng ph n nh và m i

ph n th c thi nh ng nhi m v riêng bi t c a nó, t ng ph n này n m trong nh ng

kh i ch ng trình khác nhau Lo i hình c u trúc này phù h p v i nh ng bài toán

đi u khi n nhi u nhi m v và ph c t p PLC S7-1200 có 3 lo i kh i c b n sau:

 Lo i kh i organization Block: kh i t ch c và qu n lí ch ng tình đi u khi n kh i này luôn đ c th c thi và luôn đ c quét trong m i chu kì quét

 Lo i kh i ch ng trình con: Kh i ch ng trình v i nh ng ch c n ng

riêng gi ng nh m t ch ng trình con ho c m t hàm (ch ng trình con có bi n

hình th c) M t ch ng trình ng d ng có nhi u kh i ch ng trình con và các kh i

ch ng trình con này đ c phân bi t v i nhau b ng tên c a ch ng trình con đó

 L p trình tuy n tính: toàn b ch ng trình n m trong m t kh i b nh Lo i hình c u trúc tuy n tính này phù h p v i nh ng bài toán t đ ng nh Không ph c

t p Kh i đ c ch n ph i là kh i organization Block mà PLC luôn quét và th c hi n

t ng các l nh đó th ng xuyên T l nh đ u tiên đ n l nh cu i và quay l i l nh đ u

tiên

 Lo i kh i ch ng tình ng t: là kh i ch ng trình đ c bi t có kh n ng trao đ i 1 l ng l n v i các kh i ch ng trình khác Ch ng trình s đ c th c thi m i khi có s ki n ng t x y ra

2.2.2 Gi iăthi uăv ăPLCăS7- 1200

1200 -S7-1200 bao g m m t microprocessor, m t ngu n cung c p đ c tích h p s n, các đ u vào/ra (DI/DO)

- M t s tính n ng b o m t giúp b o v quy n truy c p vào c CPU và ch ng trình đi u khi n:

+ T t c các CPU đ u cung c p b o v b ng password ch ng truy c p vào

PLC

+ Tính n ng “know-how protection” đ b o v các block đ c bi t c a mình

- S7-1200 cung c p m t c ng PROFINET, h tr chu n Ethernet và TCP/IP Ngoài ra có th dùng các module truy n thông m r ng k t n i b ng RS485 ho c

RS232

- Ph n m m dùng đ l p trình cho S7-1200 là Step7 Basic Step7 Basic h tr

ba ngôn ng l p trình là LAD, FBD và STL Ph n m m này đ c tích h p trong TIA Portal c a Siemens

- V y đ làm m t d án v i S7-1200 ch c n cài TIA Portal vì ph n m m này

đư bao g m c môi tr ng l p trình cho PLC và thi t k giao di n HMI

2: Khe c m th nh n m d i c a phía trên

3: Các LED tr ng thái dành cho I/O tích h p

4: B ph n k t n i PROFINET (phía trên c a CPU

Các ki u CPU khác nhau cung c p m t s đa d ng các tính n ng và dung l ng giúp cho ng i dùng t o ra các gi i pháp có hi u qu cho nhi u ng d ng khác nhau

B ng 2 1 B ng phân lo i ch c n ng c a các dòng PLC S7- 1200

Ch căn ng CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C

 2 ngõ ra

 8 ngõ vào / 6 ngõ ra

 2 ngõ ra

 14 ngõ vào /

10 ngõ ra

 2 ngõ ra

Kích th c nh ti n trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)

PROFINET 1 c ng truy n thông Ethernet

16 x DC In / 16 x DC Out

16 x DC In / 16 x Relay Out

Chú thích:

1: Các LED tr ng thái

2: B ph n k t n i n i dây c a ng i dùng có th tháo ra

2.2.2.3 Các module tín hi u

Ng i dùng có th s d ng các module tín hi u đ thêm vào CPU các ch c

n ng Các module tín hi u k t n i vào phía bên ph i c a CPU

 CPU h tr t i đa 3 module truy n thông

 M i CM k t n i vào phía bên trái c a CPU (hay v phía bên trái c a m t CM

khác)

Hình 2 4 Các module truy n thông PLC S7- 1200

Chú thích:

1: Các LED tr ng thái dành cho module truy n thông

2: B ph n k t n i truy n thông

2.3 H ăTH NGă I UăKHI Nă I N- KHÍ NÉN

2.3.1 Nh ngăđ căđi măc ăb n

H th ng khí nén g m nhi u thi t b nh ng quan tr ng nh t là máy nén

khí và bình tích áp, đ c s d ng r ng rưi trong công nghi p l p ráp, ch bi n đ c

bi t nh ng l nh v c c n đ m b o v sinh, ch ng cháy n ho c môi tr ng đ c

h i Ví d nh l nh v c l p ráp đi n t , ch bi n th c ph m, các khâu phân lo i, đóng gói s n ph m thu c dây chuy n s n xu t t đ ng, trong công nghi p gia công c khí,

trong công nghi p khai khoáng,

u đi m:

- Do không khí có kh n ng ch u nén nên có th nén và trích ch a trong bình

ch a v i áp su t cao thu n l i, nh là m t kho ch a n ng l ng Trong v n hành,

ng i ta th ng xây d ng tr m khí nén dùng chung cho nhi u m c đích khác nhau

nh công vi c làm s ch, truy n đ ng trong các máy móc

- Có kh n ng truy n t i đi xa b ng h th ng đ ng ng v i t n th t nh

- Khí nén sau khi sinh công c h c có th th i ra ngoài mà không gây t n h i cho môi tr ng

- T c đ truy n đ ng cao, linh ho t

- D đi u khi n v i đ tin c y và chính xác

- Có gi i pháp và thi t b phòng ng a quá t i, quá áp su t hi u qu

Nh c đi m:

- Công su t chuy n đ ng không l n

- Do kh n ng đàn h i c a khí nén khá l n nên khi t i tr ng thay đ i thì v n t c truy n đ ng có xu h ng thay đ i Vì v y kh n ng duy trì chuy n đ ng th ng đ u

- Kh i các thi t b ch p hành: Xi lanh, đ ng c khí nén, giác hút

D a vào n ng l ng c a tín hi u đi u khi n, ng i ta chia ra hai d ng h th ng

khí nén:

- H th ng đi u khi n b ng khí nén trong đó tín hi u đi u khi n b ng khí nén

và do đó kéo theo các ph n t x lý và đi u khi n s tác đ ng b i khí nén

Hình 2 5 C u trúc h th ng đi u khi n khí nén

- H th ng đi u khi n đi n - khí nén các ph n t đi u khi n ho t đ ng b ng tín

hi u đi n ho c k t h p tín hi u đi n - khí nén.[3]

Hình 2.6 H th ng đi n - khí nén

2.4 C m bi n l c loadcell

i m quan tr ng nh t c a đ tài này chính là qu n lí l ng th c n và tr n th c

n ch n nuôi heo nên chúng em quy t đ nh dùng loadcell đ th c hi n vi c cân đo

qu đ c đ c lên màn hình a ph n các thi t b hay b hi n th hi n đ i đ u cho phép giao ti p v i các thi t b ngoài khác nh máy tính ho c máy in Nh ng load cell này d a trên nguyên lý c u đi n tr cân b ng (Wheatstone) g i là c m bi n t i c u

đi n tr

Giá tr l c tác d ng t l v i s thay đ i đi n tr c m ng trong c u đi n tr , do

đó tr v tín hi u đi n áp t l u đi m chính c a công ngh này là xu t phát t yêu

c u th c t , v i nh ng tham s xác đ nh tr c, s có các s n ph m thi t k phù h p cho t ng ng d ng c a ng i dùng đó các ph n t c m ng có kích th c và hình

d ng khác nhau phù h p v i yêu c u c a ng d ng Các d ng ph bi n: c m bi n t i

d ng kéo (shear), d ng u n (bending) và c m bi n t i d ng nén (compression)…

2.4.2 LoadcellăHo tăđ ngănh ăth ănƠo?

Thành ph n c u t o c b n c a cân đi n t bao g m hai b ph n chính B ph n

th nh t là đòn cân và b ph n th hai là m ch x lý tín hi u đi n t đây, ta phân tích c u t o c a đòn cân và không đi sâu vào ph n m ch đi n t

Hình 2 7 Loadcell thanh

òn cân tên ti ng anh là “Strain Gauge Load Cell” hay g i t t là “Load Cell”

c m bi n t i Nh tên g i ph n ánh, đòn cân đ c c u t o b i hai thành ph n, thành

ph n th nh t là “Strain Gauge” và thành ph n còn l i là “Load” Strain Gauge là m t

đi n tr đ c bi t ch nh b ng móng tay, có đi n tr thay đ i khi b nén hay kéo dưn

và đ c nuôi b ng m t ngu n đi n n đ nh, ch nh b ng móng tay, đ c dán ch t lên Load, ngh a là m t thanh kim lo i ch u t i

Thanh kim lo i này m t đ u đ c g n c đ nh, đ u còn l i t do và g n v i m t bàn cân ( a cân) Khi ta b m t kh i l ng lên đ a, thanh kim lo i này s b u n cong do tr ng l ng c a kh i l ng cân gây ra Khi thanh kim lo i b u n, đi n tr Strain Gauge s b kéo dưn ra và thay đ i đi n tr Nh v y, khi đ t v t cân lên bàn cân, tùy theo kh i l ng v t mà Load, thanh kim lo i s b u n đi m t l ng t ng

ng và l ng này đ c đo l ng qua s thay đ i đi n tr c a Strain Gauge Thông

th ng, thanh kim lo i s đ c c u t o sao cho b t ch p v trí ta đ t v t cân lên

bàn/đ a, nó đ u cho cùng m t m c đ b u n nh nhau

C u t o chính c a loadcell g m các đi n tr Strain Gauges R1, R2, R3, R4 k t

n i thành 1 c u đi n tr Wheatstone nh hình d i và đ c dán vào b m t c a thân

loadcell

C u đi n tr Wheatstone

M t đi n áp kích thích đ c cung c p cho ngõ vào loadcell (2 góc (1) và (4) c a

c u đi n tr Wheatstone) và đi n áp tín hi u ra đ c đo gi a hai góc khác

T i tr ng thái cân b ng (tr ng thái không t i), đi n áp tín hi u ra là s không

ho c g n b ng không khi b n đi n tr đ c g n phù h p v giá tr [4]

ó là lý do t i sao c u đi n tr Wheatstone còn đ c g i là m t m ch c u cân

b ng

Hình 2 9 Nguyên lí ho t đ ng c a loadcell

Khi có t i tr ng ho c l c tác đ ng lên thân loadcell làm cho thân loadcell b

bi n d ng (giưn ho c nén), đi u đó d n t i s thay đ i chi u dài và ti t di n c a các

s i kim lo i c a đi n tr strain gauges dán trên thân loadcell d n đ n m t s thay đ i giá tr c a các đi n tr strain gauges S thay đ i này d n t i s thay đ i trong đi n

áp đ u ra

Nh đư nói, cân đi n t s đo l ng m c đ b u n c a thanh kim lo i b i tr ng

l c do v t cân gây ra nên cân đi n t ch cho chúng ta giá tr tr ng l ng c a v t tìm kh i l ng c a v t, ta c n ph i chia cho gia t c tr ng tr ng, mà gia t c này thì không ph i là m t h ng s m i n i trên trái đ t Do đó, khi s n xu t cân, nhà s n

xu t xây d ng m t b hi u ch nh bên trong cân đi n t đ hi u ch nh l i cân t i n i

c n s d ng

Kho ng u n cong c a thanh kim lo i vào kho ng 1/500 cm Tuy giá tr u n cong

r t nh nh ng đ đ Strain Gauge phát hi n và đo l ng kh i l ng trong kho ng

nh t đ nh tùy theo lo i cân đi n t Thông th ng Strain Gauge ch phát hi n và đo

l ng trên m t kho ng nh , h p, cân đi n t nào đo kh i l ng càng l n và càng chính xác đòi h i kho ng Strain Gauge phát hi n càng r ng và đ nh y càng l n Hành đ ng nh đ t đ t ng t hay th y v t cân có kh i l ng cân n ng lên bàn cân r t

d làm cho thanh kim lo i b bi n d ng đ t ng t làm cân s không chính xác và mau

h ng Strain Gauge Không nên cân m t kh i l ng l n v t qua kh i thang đo c a

cân

2.5 Gi iăthi uăb ăchuy năđ iăloadcellăRW-ST01A

Hình 2 10 B khu ch đ i tín hi u loadcell

B chuy n đ i khuy ch đ i tín hi u RW-ST01A đ c ng d ng trong các thi t

b c n đ c, chu n hóa và khu ch các tín hi u t loadcell, k t n i v i PLC ho c các

đ u hi n th V i thi t k ch ng nhi u t t, vì v y nó đ c s d ng r t ph bi n trong các h th ng tr m tr n n i mà có r t nhi u đ ng c c ng nh bi n t n ho t đ ng Các

B chuy n đ i đ c áp d ng r t khác nhau, nh dùng làm đ u dò nhi t đ , đ u dò

l c, đ u dò đ m, đ u dò tr ng l ng , cung c p ch c n ng nh m t thi t b chuy n

đ i các tín hi u v t lý khác nhau, ph thu c vào các t bào t i ( cell ), t ng ng v i các đ u ra t ng t 0~10V.[5]

B ng 2 3 B ng thông s b khu ch đ i tín hi u loadcell

Nguyên lý c b n làm vi c c a b bi n t n c ng khá đ n gi n u tiên, ngu n

đi n xoay chi u 1 pha hay 3 pha đ c ch nh l u và l c thành ngu n 1 chi u b ng

ph ng Công đo n này đ c th c hi n b i b ch nh l u c u diode và t đi n Nh

v y, h s công su t Cos c a h bi n t n đ u có giá tr không ph thu c vào t i và

có giá tr ít nh t 0.96 i n áp m t chi u này đ c bi n đ i (ngh ch l u) thành đi n

áp xoay chi u 3 pha đ i x ng Công đo n này hi n nay đ c th c hi n thông qua h IGBT (transistor l ng c c có c ng cách ly) b ng ph ng pháp đi u ch đ r ng

xung (PWM) Nh ti n b c a công ngh vi x lý và công ngh bán d n l c hi n nay,

t n s chuy n m ch xung có th lên t i d i t n s siêu âm nh m gi m ti ng n cho

đ ng c và gi m t n th t trên lõi s t đ ng c

Hình 2 11 Nguyên lí ho t đ ng c a bi n t n

H th ng đi n áp xoay chi u 3 pha đ u ra có th thay đ i giá tr biên đ và

t n s vô c p tu theo b đi u khi n Theo lý thuy t, gi a t n s và đi n áp có m t quy lu t nh t đ nh tu theo ch đ đi u khi n i v i t i có momen không đ i, t s

đi n áp t n s là không đ i Tuy v y v i t i b m và qu t, quy lu t này l i là hàm b c

4 i n áp là hàm b c 4 c a t n s i u này t o ra đ c tính mô men là hàm b c hai

c a t c đ phù h p v i yêu c u c a t i b m/qu t do b n thân mô men c ng là hàm

b n 2 c a đi n áp Hi u su t chuy n đ i ngu n c a các b bi n t n r t cao vì s d ng các b linh ki n bán d n công su t đ c ch t o theo công ngh hi n đ i Nh v y,

n ng l ng tiêu th x p x b ng n ng l ng yêu c u b i h th ng Ngoài ra, bi n t n ngày nay đư tích h p r t nhi u ki u đi u khi n khác nhau phù h p h u h t các lo i

ph t i khác nhau Ngày nay bi n t n có tích h p c b PID và thích h p v i nhi u chu n truy n thông khác nhau, r t phù h p cho vi c đi u khi n và giám sát trong h

th ng SCADA

2.6.3 Bi n t n Mitsubishi FR-E700

- Ch đ đi u khi n: Forward/Reveres, Multi speed, PID control, truy n thông…

- Ch c n ng b o v đ ng c khi quá t i, ng n m ch khi đang ho t đ ng

- Có chân k t n i đi n tr th ng cho ng d ng c n d ng nhanh

- Có th g n thêm card m r ng I/O, card truy n thông

- Tích h p thêm c ng k t n i màn hình r i, c ng USB k t n i v i PC.[6]

2.7 Relayăđi năc căbáo m căn c

Hình 2 13 Relay đi n c c

Ngu n c p: 110 - 220 VAC, 50 - 60 Hz

Dao đ ng đi n áp cho phép: ± 10% c a ngu n c p

Công su t tiêu th : 3.2 VA

Th i gian đáp ng: Max 80 ms khi ho t đ ng, Max 160 ms khi ph n h i

Tín hi u ra đi u khi n: Ngõ ra ti p đi m relay

Chúng ta có các lo i van đi n t nh sau: van đi n t th ng đóng, van đi n t th ng

m

Van đi n t th ng có các kích c nh sau: Phi 21mm, Phi 27mm, Phi 32mm, Phi

42mm, phi 48mm, phi 60mm, phi 76mm, Phi 90mm, Phi 114mm.[8]

Trong đ tài có yêu c u t m cho heo và cho heo u ng nên chúng em quy t đ nh s

d ng lo i van n c đi n t trên vì lí do giá c h p lí và d s d ng

+ Nhi t đ môi tr ng làm vi c t âm 10 đ n 80 đ C

2.9 M tăs ălinhăki năkhác

2.9.1 Nútănh n

Hình 2 15 Nút nh n

2.9.2 Nútăd ngăkh năc p

Hình 2 16 Nút d ng kh n c p

2.9.3 MCB

MCB đóng vai trò đóng c t đi n cho toàn h th ng

Hình 2 17 MCB

2.9.4 Relay trung gian 8ăchơnăđi năápă24V

Hình 2 18 Relay trung gian 24V

Ch ngă3.ăTệNHăTOÁNăVÀăTHI TăK

3.1.1. Gi iăthi uăv ăh ăth ng

H th ng ch m sóc heo s th c hi n cân đo kh i l ng t ng nguyên liêu li u

th c n đư đ c đ t tr c và tr n l i Nh ng s li u v kh i l ng th c n trong ngày

s đ c hi n th t c th i trên màn hình SCADA đ ng i qu n lí có th đ c tr c ti p

Ngoài ra nh ng d li u v l ng th c n c ng có th xu t ra d ng bi u đ đ ng i

qu n lí có th đánh giá l ng th c n trong nhi u ngày b ng bi u đ l ng th c n Bên c nh đó kh i l ng th c n c ng nh các thành ph n th c n c ng đ c l u tr thành m t c s d li u và đ a lên qu n lí trên web Ngoài ra còn có th t m cho heo vào đúng th i gian trong ngày mà chúng ta đư cài đ t tr c, th i gian t m ng n hay dài là do ng i s d ng cài đ t trên màn hình h th ng SCADA H th ng cho heo

u ng t đ ng ho t đ ng đ c l p v i b x lí trung tâm, ch c n h t n c b m s t

đ ng b m b n ch a, thùng u ng h t van s t đ ng x n c vào thùng u ng

3.1.2. Ch căn ngăt ngăph n

X lý cân đo: X lý tín hi u nh n đ c t c m bi n loadcell và t o ra tín hi u

đ a v PLC đ th c hi n các tác v khác

Giao di n đi u khi n, giám sát: Th c hi n vi c đi u khi n t t m h th ng và

x lý và hi n th d li u, hi n th ho t đ ng c a h th ng

3.2.1. S ăđ ăkh iăh ăth ng

V i gi i h n và yêu c u mà đ tài đ a ra, nhóm ti n hành thi t k s đ kh i h

th ng nh sau:

Hình 3 1 S đ kh i c a h th ng

Ch căn ngăcácăkh i:

 Kh iăc măbi năloadcell: Có ch c n ng thu nh n và khu ch đ i tín hi u t ng

t đ a vào ngõ vào analog c a PLC

 Kh iănútănh n: Có ch c n ng dùng đ b t/t t h th ng, ch n ch đ ho t đ ng

cho h th ng Manual và Auto, đi u khi n các xi lanh và đ ng c ch đ

Manual

 Kh iăh ăthi tăb ăch păhƠnh: Xi lanh có ch c n ng đóng, x các b n nguyên

li u, b n cân và b n tr n bi n t n và đ ng c dùng cho quá trình tr n các nguyên li u

 Kh iăx ălỦ trung tâm: Có ch c n ng nh n, x lý thông tin và đi u khi n các

kh i khác

 Kh iăgiaoădi năScada: đi u khi n và giám sát ho t đ ng c a mô hình

 Kh iăwebăhi năth ăd ăli u: hi n th , tìm ki m d li u thông s giá tr c m bi n

c a h th ng

 Kh iăngu n: có ch c n ng c p ngu n cho c h th ng

TínhătoánăvƠăthi tăk ăcácăkh i:

 Khu ch đ i tín hi u kh i l ng

Vì tín hi u cho ra c a loadcell là t m Mili-Volt trong khi đó ngõ vào analog

c a PLC là t 0-10V nên chúng ta c n có m t b khu ch đ i tín hi u c a loadcell lên

H th ng đi u khi n khí nén s th c hi n nhi m v đóng m các b n nguyên

li u, b n cân và c a x c a b n tr n H th ng s g m 2 ph n chính là xi lanh và van

đi n t

ra do áp l c đ c thi t l p b i khí nén đang áp su t l n h n áp su t khí quy n S giưn n không khí này làm cho piston di chuy n theo h ng mong mu n

M t khi đ c kích ho t, không khí nén vào trong ng m t đ u c a piston và

do đó, truy n t i l c trên piston Do đó, piston s di d i (di chuy n) b ng khí nén

Hi n nay trên th tr ng có r t nhi u lo i xi lanh v i kích th c và công d ng

khác nhau nh xi lanh vuông, xi lanh tròn, xi lanh k p, xi lanh compact, xi lanh

xoay, xi lanh tr t… v i yêu c u c a đ tài nhóm quy t đ nh ch n xi lanh tròn đ s

d ng [9]