Đồ án tốt nghiệp Đhbk Hệ Thống Trộn và Chiết hóa chất sử dụng hai PLC khác nhau

Đồ án tốt nghiệp Đhbk Hệ Thống Trộn và Chiết hóa chất sử dụng hai PLC khác nhau....................................................................................................................................................................................................................................................................................

Nhận xét của người hướng dẫn

Nhận xét của người phản biện

TÓM TẮT

Tên đề tài:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG SCADA GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRỘN VÀ CHIẾT HÓA CHẤT TRÊN CÁC PLC KHÁC NHAU

1 Mục tiêu của đề bài

- Vận dụng phần mềm Wincc được tích hợp trong Phần mềm TIA portal, thiết kế

giao diện HMI điều khiển và giám sát hệ thống nhiều PLC của nhiều hãng khácnhau, biến tần và các thiết bị khác trong công nghiệp, đáp ứng các hệ thống sảnxuất công nghiệp vừa và lớn.

- Có thể vận dụng những thiết bị có sẵn tại doanh nghiệp hoặc dùng những thiết bị

có giá thành hợp lý, có thể khác hãng thiết bị mà trước đây sử dụng mục đích đápứng được các nhu cầu doanh nghiệp là linh động các linh kiện trong dây chuyềnhợp lý nhất có thể

- Giúp liên kết các PLC của các hãng khác nhau bỏ qua sự hạn chế của các chuẩntruyền thông khác nhau

- Nâng cao khả năng tự nhiên nghiên cứu của sinh viên và phát triển nghề nghiệptrong tương lai

2 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu

- Tiếp cận lý thuyết, áp dụng để thiết kế giải bài toán ứng dụng trong công nghiệp

- Phạm vi nghiên cứu: Lý thuyết kết hợp thực tiễn

3 Nội dung nghiên cứu

- Chương 1: Tổng quan về đề tài – Hệ thống trộn và chiết hóa chất

- Chương 2: Tìm hiểu về các loại PLC, thiết bị sử dụng trong hệ thống và truyềnthông trong công nghiệp

- Chương 3: Giới thiệu về TIA portal, WinCC, các phần mềm lập trình và hỗ trợkhác

2 Nguyễn Tấn Vũ 108150056 15SK Điện-Điện tử

3 Đặng Quốc Việt 108150054 15SK Điện-Điện tử

4 Đặng Văn Toàn 14TDH2 Kỹ thuật điều khiển và tự

động hóa

1 Tên đề tài đồ án:

Thiết kế hệ thống SCADA giám sát, điều khiển hệ thống trộn và chiết hóa chất trên các PLC khác nhau

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu

1 Lập trình code truyền thông CC link và chiết hóa chất

5 Họ tên người hướng dẫn :

1 Họ tên người hướng dẫn: Phần/ Nội dung:

TS.Trương Thị Bích Thanh Theo dõi và góp ý trong quá trình thực

hiện đề tàiThs Trần Anh Tuấn Theo dõi và góp ý trong quá trình thực

TS Phan Văn Hiền

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian hơn 4 tháng thực hiện đề tài tốt nghiệp, được sự hướng dẫn chỉ bảo tậntình của các thầy cô bộ môn trong khoa Điện Trương Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng đếnnay chúng em đã hoàn thanh đề tài tốt nghiệp của mình đúng thời hạn

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô bộ môn Điện công nghiệptrong Khoa Điện, Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng, đặc biệt là thầy Ths Trần AnhTuấn và cô Ts.Trương Thị Bích Thanh, đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ tận tình trong

quá trình nhóm thực hiện đề tài tốt nghiệp của mình.

Cuối cùng chúng em gửi lời cảm ơn tới gia đình, toàn thể bạn bè đã luôn động viên emtrong quá trình thực hiện đề tài

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nền kinh tế nước ta đang ngàymột đi lên Ứng dụng công nghệ tự động hóa vào quá trình sản xuất là nhu cầu tất yếu củahầu hết các quốc gia trong đó có Việt Nam, một nước đang trên đường phát triển và hộinhập cùng thế giới Ngành tự động hóa cũng không ngừng phát triển để đáp ứng nhu cầucủa sản xuất Tự động hóa trong quá trình sản xuất đã và đang được ứng dụng rộng rãi vào nhiều lĩnh vực, nhiều ngành nghề góp phần không nhỏ vào sự phát triển của đất nước

Trước sự hội nhập của nền kinh tế thế giới, nền công nghiệp của nước ta nói riêng

và các nước trên thế giới nói chung đang trong thời kỳ phát triển mạnh mẽ Bên cạnh đóchi phí vật tư linh kiện sản xuất cũng là mối quan tâm đặc biệt của các doanh nghiệp ViệtNam (trung và nhỏ) Điều đó đặt ra bài toán kinh tế cho doanh nghiệp là sau một thời giandài sử dụng thì điều tất yếu xảy ra là một số linh kiện hư hỏng

Chúng em thực hiện đề tài “Thiết kế hệ thống SCADA giám sát, điều khiển hệ thống

trộn và chiết hóa chất trên các PLC khác nhau” với mục đích đáp ứng được các nhu cầu

doanh nghiệp là linh động trong các linh kiện trong dây chuyền

CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của nhóm em với sự hướng dẫn của giảng viên Ths Trần Anh Tuấn, Ths Nguyễn Văn Tấn, Ts Trương Thị Bích Thanh, tất cả các nguồn tài liệu đã được công bố đầy đủ, nội dung của Đồ án là trung thực

Sinh viên thực hiện

MỤC LỤC

Tóm tắt

Nhiệm vụ đồ án

Lời nói đầu và cảm ơn

Lời cam đoan liêm chính học thuật

Mục lục:

CHƯƠNG 1 13

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 13

1.1 Tổng quan về tự động hóa trong công nghiệp hiện nay 13

1.2 Tính cấp thiết của đề tài 15

1.3 Giới thiệu hệ thống trộn hóa và chiết hóa chất sử dụng kết hợp nhiều loại PLC 15

CHƯƠNG 2 17

TÌM HIỂU VỀ CÁC LOẠI PLC VÀ THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG 17

2.1 Tổng quan chung về PLC 18

2.1.1 Giới thiệu 18

2.1.2 Cấu trúc chung của PLC 19

2.1.3 Vai trò của PLC 20

2.2 Một số dòng PLC 21

2.2.1 PLC Misubishi FX3G-14M 22

2.2.2 PLC Siemens S7-1200 23

2.3 Biến Tần 26

2.3.1 Khái niệm 26

2.3.2 Nguyên lý hoạt động của biến tần 26

2.3.3 Biến tần Mitsubishi FR-D720 27

2.4 Cảm biến 29

2.4.1 Khái niệm 29

2.4.2 Thiết kế và lắp đặt 29

2.4.3 Tính chọn thiết bị 29

2.5 Thiết bị bảo vệ 31

2.5.1 Công tắc tơ 31

a) Khái niệm 31

b) Nguyên lý hoạt động 32

c) Ưu nhược điểm 32

Hình 2.11: Công tắc tơ 32

2.5.2 Rơle bảo vệ 33

a) Khái niệm 33

b) Nguyên lý hoạt động 33

c) Ưu nhược điểm 33

2.6 Giới thiệu về mạng truyền thông 33

2.6.1 Khái niệm 33

2.6.2 Vai trò của mạng truyền thông 34

2.6.3 Giao thức Modbus 34

2.6.4 Giao thức CC-link 35

2.6.5 FX3U-16CCL-M 37

2.6.6 Remote I/O AJ65SBTB1-16DT 38

a) Chức năng 38

b) Sơ đồ đấu dây 39

2.6.7 RS-485 40

2.6.8 Chuẩn dữ liệu RS-485 40

2.7 Truyền thông CC-link 41

2.7.1 CC-link 41

2.7.2 Các phiên bản CC Link 42

2.7.3 Cách đấu dây CC link 42

2.7.4 Cài đặt cho các trạm 43

2.7.5 Kết nối với PLC 44

CHƯƠNG 3 46

GIỚI THIỆU VỀ TIA PORTAL, WINCC VÀ CÁC PHẦN MỀM SỬ DỤNG 46

3.1 Giới thiệu về phần mềm TIA portal tích hợp WINCC 46

3.2 Giới thiệu về phần mềm GX Works2 47

Hình 3.2 Ứng dụng GX Works 2 47

3.3 OPC 49

3.3.1 Khái niệm 49

3.3.2 Phần mền KEPServerEX 49

CHƯƠNG 4 51

THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIÁM SÁT 51

4.1 Quy trình hoạt động 51

4.2 Quy trình điều khiển trộn hóa chất 52

4.3 Quy trình điều khiển chiết hóa chất 52

4.4 Lưu đồ thuật toán chương trình 53

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ VÀ MÔ PHỎNG 55

5.1 Mô phỏng 55

5.1.1 Sử dụng WinCC mô phỏng hệ thống 55

5.1.2 Quá trình mô phỏng 56

a) Điều khiển tổng và mô phòng toàn hệ thống 56

b) Màn hình điều khiển và mô phỏng quá trình trộn hóa chất 57

c) Quá trình chiết hóa chất 58

d) Động cơ trộn được điều khiển tốc độ bằng biến tần 59

KẾT LUẬN 61

1 Kết quả đạt được 61

2 Kết luận 61

Tài liệu tham khảo 62

Phụ lục 63

DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1: Tự động hóa trong công nghiệp.……….14

Hình 1.2: Giao diện hệ thống……… 16

Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống ……… 17

Hình 2.1: PLC đầu tiên ra đời tại Hoa Kỳ……… 18

Hình 2.2: Cấu trúc tổng quát PLC……… 19

Hình 2.3: Một số ứng dụng của PLC……… 21

Hình 2.4: PLC Mitsubishi FX3G-14M……… 23

Hình 2.5: PLC S7-1200……… …25

Hình 2.6: Sơ đồ cấu tạo biến tần……… 26

Hình 2.7: Biến tần FR-D720 Mitsubishi……… 28

Hình 2.8: Cảm biến EFM-115……… 30

Hình 2.9: Cảm biến Keller 26Y……… …30

Hình 2.10: Cảm biến tiệm cận UP-18RM5PA……… 31

Hình 2.11: Công tắc tơ……… … 32

Hình 2.12: Hệ thống CC-Link cơ bản……… 37

Hình 2.13: FX3U-16CCL-M……… …38

Hình 2.14: AJ65SBTB1-16DT……… 38

Hình 2.15: Sơ đồ đấu dây AJ65SBTB1-16DT……….… 39

Hình 2.16: Kết nối remote I/O với hệ thống……… 41

Hình 2.17 Kết nối cáp với đầu điện trở……….….43

Hình 2.18: Kết nối dây dẫn CC-link……….… 43

Hình 2.19: Cài đặt cho trạm chủ……….……43

Hình 2.20: Cài đặt cho remote i/o……… 44

Hình 2.21: Kết nối giữa PLC và trạm chủ……….….45

Hình 3.1: Chương trình TIA portal……….……46

Hình 3.2: Ứng dụng GX Works 2……….… 47

Hình 3.3: Giao diện chương trình GX Works 2……….48

Hình 3.4: Kết nối các thiết bị qua OPC……… 49

Hình 3.5: KEPserverEX……… … 50

Hình 3.6: Khả năng kết nối của Kepserverex……… 50

Hình 4.1: Quy trình hoạt động của trạm trộn chiết hóa chất……… ………….… … 51

Hình 4.2: Lưu đồ trộn hóa chất……….………… 53

Hình 4.3: Lưu đồ chiết hóa chất……….54

Hình 5.1: Giao diện mô thiết kế mô phỏng hệ thống bằng Wincc……… … 55

Hình 5.2: Màn hình điều khiển và mô phỏng tổng của hệ thống……… …….56

Hình 5.3: Quá trình trộn hóa chất……… ….57

Hình 5.4: Quá trình chiết hóa chất……… …58

Hình 5.5: Động cơ trộn……… ….59

Hình 5.6: Dữ liệu hoạt động của hệ thống……… …60

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Tổng quan về tự động hóa trong công nghiệp hiện nay

Trong những năm gần đây, tự động hóa là một nhân tố quan trọng trong quá trình côngnghiệp hóa và hiện đại hóa Nhờ có tự động hóa trong công nghiệp, các nhà máy đã và

đang trở nên hiệu quả hơn trong việc sử dụng năng lượng, nguyên vật liệu và nguồn nhânlực Tự động hóa trong công nghiệp là việc sử dụng các hệ thống quản lý như máy tính,robot và công nghệ thông tin để điều khiển các loại máy móc và quy trình sản xuất khácnhau trong công nghiệp Sau cơ khí hóa, tự động hóa chính là bước thứ hai trong trongquá trình công nghiệp hóa Bộ điều khiển lập trình PLC được sử dụng ngày càng rộng rãitrong công nghiệp nước ta như là 1 giải pháp điều khiển lý tưởng cho việc tự động hóacho các quá trình sản xuất Cùng với sự phát triển của công nghiệp máy tính, hiện nay bộđiều khiển lập trình PLC đạt được những ưu thế cơ bản trong ứng dụng điều khiển côngnghiệp đáp ứng yêu cầu điều khiển và giám sát hệ thống từ đơn giản đến phức tạp với độtin cậy cao

PLC( Programmable Logic Controller) là một máy tính thu nhỏ nhưng với các tiêuchuẩn công nghiệp cao và khả năng lập trình logic mạnh PLC là đầu não linh hoạt vàquan trọng trong điều khiển tự động hóa điện công nghiệp Trong những nhà máy hiệnnay, ở nhiều cấp độ khác nhau phương thức điều khiển giám sát SCADA được áp dụng dễdàng với các phần tử điều khiển chấp hành gồm toàn bộ các bộ điều khiển lập trình PLC

Hình1.1 Tự động hóa trong công nghiệp Đặc biệt đang hướng tới công nghiệp 4.0 thì điều khiển và giám sát hệ thống thông quacác giao diện HMI hay các máy tính là điều không thể thiếu Tuy nhiên thực tế thì cácthiết bị điều khiển công nghiệp của chúng ta được sản xuất bởi rất nhiều nhà sản xuấtkhác nhau và được lập trình hay sử dụng các chuẩn truyền thông riêng biệt Không có gìđáng nói khi chúng ta sử dụng đồng bộ tất cả các thiết bị do 1 nhà sản xuất tạo ra, tuynhiên với tuổi thọ hệ thống vài chục năm thì không thể đảm bảo được rằng các thiết bị sẽkhông bị hư hỏng gì, và theo thời đại thì mốt số thiết bị đã lỗi thời và không còn được sản

xuất nữa, khi đó chúng ta không thể tìm ra thiết bị thay thế phù hợp Bởi vì nó có nhữngchuẩn giao thức kết nối khác nhau, Bên cạnh đó giá cả cạnh tranh của các thiết bị mới tiêntiến hơn đòi hỏi các kỹ sư cần có kĩ năng xử lý các dây chuyền thiết bị mới kết hợp vớicác thiết bị cũ của các hang sản xuất khác một cách đồng bộ và hiệu quả.

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Với sự phát triển mạnh mẽ trong thời đại công nghiệp hóa 4.0, dây chuyền sản xuấttrong các nhà máy công nghiệp ngày càng cài tiến để sản phẩm ngày càng phù hợp vớinhu cầu của thị trường Bên cạnh đó chi phí vật tư linh kiện sản xuất cũng là mối quantâm đặc biệt của các doanh nghiệp Việt Nam (trung và nhỏ) Điều đó đặt ra bài toán kinh

tế cho doanh nghiệp là sau một thời gian dài sử dụng thì điều tất yếu xảy ra là một số linhkiện hư hỏng Do đó, các doanh nghiệp có thể vận dụng những thiết bị có sẵn tại doanhnghiệp hoặc dùng những thiết bị có giá thành hợp lý, có thể khác hãng thiết bị mà trướcđây sử dụng Đảm bảo nhu cầu làm việc liên tục của dây chuyền nhà máy

Chúng em thực hiện đề tài với mục đích đáp ứng được các nhu cầu doanh nghiệp làlinh động trong các linh kiện trong dây chuyền Qua đó chúng em thực hiện đề tài sử dụngPLC Mishubishi, Siemens điều khiển dây chuyền trộn chiết hóa chất vào xe bồn nhằmtrình bày rõ nét nhất về vấn đề thay thế và sử dụng các thiết bị các hãng sản xuất trongdây chuyền doanh nghiệp phù hợp nhất Người vận hành có thể giám sát và điều khiểntrên một máy tính trên cả hệ thống dây chuyền một cách dễ dàng

1.3 Giới thiệu hệ thống trộn hóa và chiết hóa chất sử dụng kết hợp nhiều loại PLC

Giao diện hệ thống

Hình 1.2 Giao diện SCADA của hệ thống

Sơ đồ hệ thống

Sau khi bơm hóa

chất đủ dunglượng thì bình

trộn hoạt động

Sau khi trộn xong thì xả xuống bình chứa sau đó chiết

ra xe bồn

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU VỀ CÁC LOẠI PLC VÀ THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG

2.1 Tổng quan chung về PLC

2.1.1 Giới thiệu

Tự động hóa ngày càng đóng vai trò quan trọng trong đời sống và công nghiệp Ngàynay ngành tự động đã phát triển đến trình độ cao nhờ những tiến bộ của lý thuyết điềukhiển tự động, tiến bộ của các ngành khác như điện tử, tin học… Nhiều hệ thống điềukhiển đã ra đời, nhưng phát triển mạnh và có khả năng phục vụ rộng rãi chính là bộ điềukhiển lập trình PLC

Bộ điều khiển lập trình đầu tiên (Programmable controller) đã được những kỹ sư Công tyGeneral Motor – Hoa Kỳ đã sáng chế và cho ra đời năm 1968

Với các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng các yêu cầu điều khiển:

 Dễ lập trình và thay đổi chương trình

 Cấu trúc dạng module mở rộng, dễ bảo trì và sửa chữa

 Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất

Hình 2.1 PLC đầu tiên ra đời tại Hoa Kỳ

Thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC: Programmable Logic Control) (hình 2.1) là loạithiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ

lập trình, thay cho việc thể hiện thuật toán đó bằng mạch số.

2.1.2 Cấu trúc chung của PLC

PLC được nhiều hãng chế tạo, và mỗi hãng có nhiều họ khác nhau, và có nhiều phiênbản ( version ) trong mỗi họ, chúng khác nhau về tính năng và giá thành, phù hợp với mức

độ bài toán đơn giản hay phức tạp Ngoài ra còn có các bộ ghép nối mở rộng cho phépliên kết nhiều bộ PLC nhỏ ( thành mạng PLC ) để thực hiện các chức năng phức tạp, haygiao tiếp với máy tính để tạo thành một mạng tích hợp, thực hiện việc theo dõi, kiểm tra,điều khiển một quá trình công nghệ phức tạp hay toàn bộ một phân xưởng sản xuất Mặc

dù vậy, một hệ thống điều khiển dùng bất kỳ loại PLC nào cũng đều có cấu trúc như hình2.2

Hình 2.2 Cấu trúc tổng quát PLC

Chương trình của các PLC thường có cấu trúc, gồm có chương trình chính ( mainprogram ), các chương trình con ( subroutine ) và chương trình ngắt ( interrupt ) Nhờ đócấu trúc của chương trình trở nên dễ đọc và rõ ràng hơn Chương trình PLC được thực thitheo các chu kỳ quét liên tục Chương trình PLC thực thi là một phần của một quá trìnhlặp lại: chu kỳ quét Chu kỳ quét của PLC bắt đầu với việc CPU đọc trạng thái của cácngõ vào Chương trình ứng dụng được thực hiện sử dụng trạng thái của các đầu vào này.Khi chương trình này thực hiện xong thì CPU sẽ bắt đầu quá trình tự chẩn đoán và các tác

vụ giao tiếp Chu kỳ quét kết thúc bởi việc cập nhật các ngõ ra, sau đó lại lặp lại từ đầu.Thời gian thực hiện chu kỳ quét phụ thuộc vào kích thước của chương trình, số lượng cácngõ vào/ra cần được giám sát của PLC và vào số lượng yêu cầu giao tiếp.

2.1.3 Vai trò của PLC

PLC được xem như trái tim trong một hệ thống điều khiển đơn lẻ với chương trìnhđiều khiển được chứa trong bộ nhớ của PLC, PC thường xuyên kiểm tra trạng thái của hệthống thông qua các tín hiệu hồi tiếp từ thiết bị nhập để từ đó có thể đưa ra những tín hiệuđiều khiển tương ứng với thiết bị xuất PLC có thể được sử dụng cho những yêu cầu điềukhiển dơn giản và được lập đi lập lại theo chu kỳ, hoặc liên kết với máy tính chủ kháchoặc máy tính chủ thông qua một kiểu hệ thống mạng truyền thông để thực hiện các quátrình xử lý phức tạp

Tín hiệu vào: mức độ thông minh của một hệ thống điều khiển phụ thuộc chủ yếu vàokhả năng của PLC để đọc được các dữ liệu khác nhau từ cảm biến cũng như các thiết bịnhập bằng tay Tiêu biểu cho các thiết bị nhập bằng tay như: nút ấn,bàn phím và chuyểnmạch Mặt khác để đo, kiểm tra chuyển động, áp suất lưu lượng chất lỏng… PLC phảinhận các tín hiệu từ các cảm biến Ví dụ: tiếp điểm hành trình, cảm biến quang điện…tínhiệu đưa vào PLC có thể là tín hiệu số (Digital) hoặc tín hiệu tương tự (Analog) các tínhiệu này được giao tiếp với PLC thông qua các modul nhận tín hiệu vào khác nhau khácnhau DI (vào số) hoặc AI (vào tương tự)…

Một số ưu điểm của PLC

Sự ra đời của hệ điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển cũng như cácquan niệm thiết kế về chúng, hệ điều khiển dùng PLC có nhiều ưu điểm như sau :

- Giảm 80% số lượng dây nối

- Công suất tiêu thụ PLC rất thấp

- Có chức năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho công tác sửa chữa được nhanh chóng và dễdàng

- Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng băng thiết bị lập trình (máy tính, màn hình) màkhông cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt các thiết bị xuất nhập.

- Số lượng Rơle và Timer ít hơn nhiều so với hệ cổ điển

- Số lượng tiếp điểm trong chương trình sử dụng không hạn chế

- Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài ms) dẫn đến tăng cao quátrình sản xuất

- Chi phí lắp đặt thấp

- Độ tin cậy cao

- Chương trình điều khiển có thể in ra giấy chỉ trong vài phút giúp thuận tiện cho vấn đềbảo trì và sửa chữa hệ thống

Ứng dụng của PLC

PLC được sử dụng khá rộng rãi trong các ngành: Công nghiệp, máy công nghiệp, thiết

bị y tế, ôtô (xe hơi, cần cẩu), điều khiển đèn giao thông, dây chuyền nhà máy, công nghệchế biến thực phẩm…

Hình 2.3: Một số ứng dụng của PLC

2.2 Một số dòng PLC

2.2.1 PLC Misubishi FX3G-14M

 Giới thiệu:

Với dòng sản phẩm FX3G này, bộ nhớ trong đã được nâng lên đến 32Kb bước lệnhdành cho dòng tiêu chuẩn, tốc độ xử lý một lệnh đơn logic cũng được nâng lên trong thờigian ngắn hơn là 0.21µs Thêm vào đó, nó còn được cho phép xử lý trên số thực và cácngắt

Việc lập trình trên FX3G sẽ dễ hơn bao giờ hết,chính nhờ vào sự thi hành đồng thờithông qua 2 cổng truyền thông có tốc độ cao là RS422 & USB Còn đối với dòng sảnphẩm FX3G có trang bị ngõ ra kiểu transistor,chúng cho phép phát xung độc lập trên cả 3ngõ ra có thể lên đến 100 kHz, đã được nhà sản xuất tích hợp và thực hiện cải tiến nhiềutập lệnh điều khiển vị trí.Chức năng này cho phép cài đặt mật khẩu truy cập và phânquyền theo người sử dụng

 Đặc điểm của PLC Mitsubishi FX3G-14M

+ Số I/O linh hoạt: 14/24/40/60 I/O

+ Tập lệnh điều khiển vị trí linh hoạt mạnh mẽ, cho phép phát xung tối đa lên đến 100kHztrên 3 trục độc lập (40/60 I/O)

+ Bộ nhớ trong đến 32Kb

+ Cổng lập trình Giao tiếp USB và RS422 giúp tăng tốc cho việc lập trình, gỡ lỗi và giámsát

+ Tích hợp bộ đếm tốc độ cao 60Hz x 4 kênh và 10Hz x 2 kênh

+ Cho phép kết nối 2 board đồng thời, mở rộng thêm tính năng phụ

+ Tương thích với hầu hết các module mở rộng thế hệ trước

+ Điều khiển đồng thời nhiều biến tần qua mạng RS485

Hình 2.4 PLC Mitsubishi FX3G-14M

 Ưu điểm của FX3G-14M

Việc kết nối mở rộng thông qua 2 bus ở bên trái và bên phải cho phép khả năng kết nối

mở rộng các khối chức năng đặc biệt như analog / truyền thông nối mạng… để có thể đạtđược hiệu suất làm việc tốt hơn

2.2.2 PLC Siemens S7-1200

 Giới thiệu

PLC S7-1200 là những kết hợp I/O và các lựa chọn cấp nguồn, bao gồm 9 module các

bộ cấp nguồn cả VAC – hoặc VDC - các bộ nguồn với sự kết hợp I/O DC hoặc Relay.Các module tín hiệu để mở rộng I/O và các module giao tiếp dễ dàng kết nối với các mặtcủa bộ điều khiển Tất cả các phần cứng Simatic S7-1200 có thể được gắn trên DIN railtiêu chuẩn hay trực tiếp trên bảng điều khiển, giảm được không gian và chí phí lắp đặt

Các module tín hiệu có trong các model đầu vào, đầu ra và kết hợp loại 8, 16, và 32điểm hỗ trợ các tín hiệu I/O DC, relay và analog Bên cạnh đó, bảng tín hiệu tiên tiến cótrong I/O số 4 kênh hay I/O analog 1 kênh gắn đằng trước bộ điều khiển S7-1200 chophép nâng cấp I/O mà không cần thêm không gian Thiết kế có thể mở rộng này giúpđiều chỉnh các ứng dụng từ 10_I/O đến tối đa 284_I/O, với khả năng tương thích chươngtrình người sử dụng nhằm tránh phải lập trình lại khi chuyển đổi sang một bộ điều khiểnlớn hơn Các đặc điểm khác: bộ nhớ 50 KB với giới hạn giữa dữ liệu người sử dụng và dữliệu chương trình, một đồng hồ thời gian thực, 16 vòng lặp PID với khả năng điều chỉnh

tự động, cho phép bộ điều khiển xác định thông số vòng lặp gần tối ưu cho hầu hết cácứng dụng điều khiển quá trình thông dụng Simatic S7-1200 cũng có một cổng giao tiếpEthernet 10/100Mbit tích hợp với hỗ trợ giao thức Profinet cho lập trình, kết nối HMI/SCADA hay nối mạng PLC với PLC

 Đặc điểm của PLC S7 1200

+ PLC S7-1200 gồm các board:

1 cổng tín hiệu ra analog 12 bit (+- 10VDC, 0-20mA)

2 cổng tín hiệu vào + 2 cổng tín hiệu ra số, 0.5A

+ Module mở rộng tín hiệu vào/ra

Các module mở rộng tín hiệu vào/ra sẽ được gắn trực tiếp vào phía bên phải của CPU.Với dải rộng các loại module tín hiệu vào/ra số và analog giúp linh hoạt trong việc sửdụng S7-1200

+ Module truyền thông

Bên cạnh truyền thông ethernet được tích hợp sẵn, CPU S7-1200 còn có thể mở rộngthêm được 3 moulde truyền thông khác nhau Điều đó giúp cho việc kết nối được linhhoạt, nhanh chóng hơn. 

+ Giao tiếp

PLC Siemens S7-1200 hỗ trợ các kết nối Profibus và kết nối PTP (point to point)

Giao tiếp PROFINET với:

- Đa dạng phương thức truyền thông

- Hỗ trợ cả tính năng Safety trên các CPU dòng F

- Chức đựng nhiều tính năng cao cấp như: Điều khiển vòng kín, bộ đếm tốc độ cao HSC,phát xung đầu ra PTO/PWM

Hình 2.6 Sơ đồ cấu tạo biến tần

2.3.2 Nguyên lý hoạt động của biến tần

Trước tiên, Biến tần chuyển đổi điện xoay chiều vào thành điện áp một chiều sử dụng

bộ chỉnh lưu (chuyển đổi điện xoay chiều vào thành một chiều) Điện đầu vào có thể làmột pha hoặc ba pha, nhưng nó sẽ ở mức điện áp và tần số cố định Tiếp theo, điện áp mộtchiều được tạo ra sẽ được trữ trong giàn tụ điện (Tụ điện là bộ phận điện thụ động đượcdùng để trữ năng lượng trong một trường điện) Điện áp một chiều này ở mức rất cao

Cuối cùng, thông qua trình tự kích hoạt thích hợp bộ biến đổi IGBT (IGBT là từ viếttắt của Tranzito lưỡng cực có cổng cách điện hoạt động giống như một công tắc bật và tắtcực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của biến tần) của Biến tần sẽ tạo ra một điện áp xoaychiều ba pha Điện áp và tần số đầu ra biến thiên và thay đổi khi cần tăng hoặc giảm tốc

độ của động cơ.

2.3.3 Biến tần Mitsubishi FR-D720

Mitsubishi là thương hiệu nổi tiếng toàn cầu chuyên phân phối về thiết bị điện Mộttrong số những dòng sản phẩm được ưa thích sử dụng thị trường Việt Nam chính là dòngbiến tần FR-D720 Mitsubishi

 Đặc điểm

- Biến tần FR-D720 có hệ thống làm mát: Self-cooling, Forced air cooling

- Nhỏ gọn nhưng được trang bị tính năng và hiệu suất ở mức cao nhất

- Dễ sử dụng và tiết kiệm điện năng

- Có bộ kiểm tra hoạt động với chức năng đảm bảo an toàn khi làm việc

- Thiết kế tuổi thọ cao với khả năng tự tìm lỗi

- Có chức năng mật khẩu

- Dễ dàng thay thế quạt làm mát

- Điện trở phanh có thể kết nối

- Chức năng bảo vệ và quá tải với hệ thống kiểm tra sự cố phase cho cả đầu vào và ra đảmbảo hoạt động không xảy ra hỏng hóc

- Thân thiện với môi trường và an toàn

Hình 2.7: Biến tần FR-D720 Mitsubishi

 Chức năng chính

+ Thiết lập tần số tối đa và tối thiểu, hoạt động đa tốc độ, mô hình tăng / giảm tốc, bảo

vệ nhiệt, tăng giảm tốc độ kích thích từ tính, xoay màn hình, tự động khởi động lại sau khimất điện, thiết lập từ xa, lựa chọn chế độ hoạt động thử lại, bù trượt, mất kiểm soát, mô-men xoắn

+Tích hợp sẵn bộ điều khiển PID, Modbus TU

 Hỗ trợ các chuẩn truyền thông

+ RS 485

+ Kết nối PU

2.4 Cảm biến

2.4.1 Khái niệm

Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái hay quá trình vật lý hay hóahọc ở môi trường cần khảo sát, và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin vềtrạng thái hay quá trình đó

2.4.2 Thiết kế và lắp đặt

Đối với hệ thống trộn và chiết hóa chất này, sử dụng 3 loại cảm biến: cảm biến tiệm cận,cảm biến lưu lượng dòng chảy, cảm biến đo mức nước

- Cảm biến lưu lượng dòng chảy:

+ Vị trí: đặt trên đường ống dẫn hóa chất từ máy bơm vào bể chứa

+ Nhiệm vụ: Để đo thể tích nước đã chảy qua ống dẫn trong một khoảng thời gian

- Cảm biến mức:

+ Vị trí: Đặt ở vị trí đáy, cận trên bể chứa hóa chất

+ Nhiệm vụ: Đo mức chất lỏng có trong bể, xử lí và truyền tín hiệu để điều khiển động cơtrộn và máy bơm hóa chất

- Cảm tiệm cận:

+ Vị trí: Đặt ở vị trí cửa trạm xả hóa chất

+ Nhiệm vụ: Nhận biết, thông báo khi có xe vào lấy hóa chất

2.4.3 Tính chọn thiết bị

Chọn cảm biến lưu lượng

 Với chất lưu là hóa chất, ống kim loại cứng Cảm biến lưu lượng cho phép hiển thịtrực tiếp lưu lượng chất lỏng qua đường ống vào bể trên màn hình của cảm biến

 Cảm biến lưu lượng hiện nay tích hợp các lớp như PTFE, Hastelloy; Tantalum,Titanium hay Platinum giúp thiết bị không bị ăn mòn trong khi đo lưu lượng cácdòng chảy dạng axit; hóa chất có tính ăn mòn cao như Axit HCL; Axit H2SO4;Khí HF…

 Cảm biến loại này thường được lắp đặt bên ngoài đường ống dẫn chất lỏng nên rất

dễ bảo trì và vận hành

Hình 2.8: Cảm biến lưu lượng

Chọn cảm biến đo mức trong bể chứa

 Các bồn chứa trong dự án được gắn cảm biến mức ở cận trên và cận dưới để tạocác tín hiệu khởi động, dừng bình thường, dừng khẩn cấp,… cho hệ thống cácbơm, động cơ hoặc van

 Dãy đo độ cao cột chất lỏng rộng Nhiệt độ chịu đựng lớn từ -40℃ đến 100℃

 Sai số của cảm biến thấp

Hình 2.9: Cảm biến mực nước

Chọn cảm tiệm cận

 Cảm biến tiệm cận có thể phát hiện vật thể từ xa, đo lường khoảng cách hoặc tốc

độ di chuyển của đối tượng, Khi có xe vào vị trí sẵn sàng nhận hóa chất, cảmbiến sẽ gửi tín hiệu tới hệ thống máy tính thông báo tình trạng làm việc cho phép

xả hóa chất

 Thời gian đáp ứng nhanh, tuổi thọ cao

 Tính chính xác cao, khả năng chống nhiễu

Những năm gần đây người ta đã chế tạo loại công tắc tơ không tiếp điểm,việc đóngngắt công tắc tơ loại này được thực hiện bằng cách cho các xung điện để khóa hoặc mở

các van bán dẫn (thyristor, triac) Công tắc tơ có tần số đóng cắt lớn, có thể tới 1800 lầntrong một giờ.

b) Nguyên lý hoạt động

Khi cấp nguồn điện bằng giá trị điện áp định mức của Công tắc tơ vào hai đầu củacuộn dây quấn trên phần lõi từ cố định thì lực từ tạo ra hút phần lõi từ di động hình thànhmạch từ kín (lực từ lớn hơn phản lực của lò xo), contactor ở trạng thái hoạt động Lúc nàynhờ vào bộ phận liên động về cơ giữa lõi từ di động và hệ thống tiếp điểm làm cho tiếpđiểm chính đóng lại, tiếp điểm phụ chuyển đổi trạng thái (thường đóng sẽ mở ra, thường

hở sẽ đóng lại) và duy trì trạng thái này

Khi ngưng cấp nguồn cho cuộn dây thì công tắc tơ ở trạng thái nghỉ, các tiếp điểm trở vềtrạng thái ban đầu

c) Ưu nhược điểm

Kích thước nhỏ gọn có thể tận dụng khoảng không gian hẹp để lắp đặt và thao tác màcầu dao không thực hiện được Điều khiển đóng cắt từ xa có vỏ ngăn hồ quang phóng rabên ngoài nên an toàn tuyệt đối cho người thao tác với hệ thống điện, thời gian đóng cắtnhanh, vì những ưu điểm trên công tác tơ được sử dụng rộng rãi điều khiển đóng cắt trongmạch điện hạ áp đặc biệt sử dụng nhiều trong các nhà máy công nghiệp

Tuổi thọ công tắc to được tính bằng số lần đóng cắt, sau số lần đóng cắt ấy, contactor

sẽ không dùng tiếp được nữa

Hình 2.11: Công tắc tơ

2.5.2 Rơle bảo vệ

a) Khái niệm

  Rơle bảo vệ (relay bảo vệ) là các thiết bị điện từ, dựa trên hoạt động của cuộn dây điện

từ tác động lên các bộ phận truyền động để phát hiện các hoạt động bất thường như: quádòng, quá áp, dòng công suất ngược hoặc quá thấp tần số

b) Nguyên lý hoạt động

Khi có dòng điện chạy qua relay, dòng điện này sẽ chạy qua cuộn dây bên trong và tạo

ra một từ trường hút Từ trường hút này tác động lên một đòn bẩy bên trong làm đónghoặc mở các tiếp điểm điện và như thế sẽ làm thay đổi trạng thái của relay Số tiếp điểmđiện bị thay đổi có thể là 1 hoặc nhiều, tùy vào thiết kế

Relay có 2 mạch hoạt động độc lập Một mạch điều khiển cuộn dây của relay ở trạng thái

ON hay OFF Một mạch kiểm soát dòng điện dựa vào trạng thái ON hay OFF củarelay.Dòng chạy qua cuộn dây để điều khiển relay ON hay OFF thường vào khoảng30mA với điện áp 12V hoặc có thể lên tới 100mA Hầu hết các con chip đều không thểcung cấp dòng này Lúc này ta cần có một BJT để khuếch đại dòng nhỏ ở ngõ ra IC thànhdòng lớn hơn phục vụ cho relay

c) Ưu nhược điểm

Relay cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, dễ thay thế

Tuối thọ của relay phụ thuộc vào số lần đóng mở, cặp tiếp điểm sẽ bị oxi hóa theo thờigian

2.6.2 Vai trò của mạng truyền thông

Sử dụng mạng truyền thông công nghiệp để thay thế cách nối điểm- điểm cổ điển giữacác thiết bị công nghiệp mang lại hàng loạt những lợi ích như sau:

 Đơn giản hóa cấu trúc liên kết của các thiết bị công nghiệp

 Tiết kiệm dây nối và công thiết kế, lắp đặt hệ thống

 Nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thông tin

 Nâng cao độ linh hoạt, tính năng mở của hệ thống

 Mở ra nhiều chức năng và khả năng ứng dụng mới của hệ thống

2.6.3 Giao thức Modbus

Modbus là gì ?

Modbus do Modicon (hiện nay thuộc Schneider Electric) phát triển năm 1979, làmột phương tiện truyền thông với nhiều thiết bị thông qua một cặp dây xoắn đơn Banđầu, nó hoạt động trên RS232, nhưng sau đó nó sử dụng cho cả RS485 để đạt tốc độ caohơn, khoảng cách dài hơn và nhiều slave trên một bus truyền MODBUS đã nhanh chóngtrở thành tiêu chuẩn thông dụng trong ngành tự động hóa

Modbus là một hệ thống “Master - Slave”, Master được kết nối với một hay nhiềuSlave Master thường là một PLC, PC, DCS, hay RTU Slave Modbus RTU thường là cácthiết bị hiện trường Khi một Master Modbus RTU muốn có thông tin từ thiết bị Slave,Master sẽ gửi một thông điệp về dữ liệu cần, tóm tắt dò lỗi tới địa chỉ thiết bị Slave Mọithiết bị khác trên mạng sẽ nhận thông điệp này nhưng chỉ có thiết bị nào được chỉ địnhmới có phản ứng Các thiết bị Slave trên mạng Modbus không thể tạo ra kết nối, chúngchỉ có thể phản ứng Nói cách khác, Slave sẽ gửi data về cho Master chỉ khi Master cóyêu cầu

Ba phiên bản MODBUS phổ biến nhất được sử dụng ngày nay là:

 MODBUS ASCII

 MODBUS RTU

 MODBUS/TCP

Định dạng gói tin của RTU

Định dạng gói tin của RTU cho phép truyền các byte đầy đủ toàn bộ dải giá trị củabyte từ 0-255 Không có ký tự bắt đầu hoặc kết thúc để chỉ ra việc bắt đầu hoăck kết thúcgói tin

Việc kết thúc gói tin được báo bởi thời gian trễ tương đương với thời gian truyền 3 bytetrên giao thức truyền thông mà không có bất kỳ dữ liệu nào được truyền đi

 Device Address – địa chỉ của Slave: chiếm 1 byte với tầm giá trị từ 1 đến 247 Địachỉ Broadcast hay master là 0

 Function Code – mã chức năng: chiếm 1 byte với tầm giá trị từ 1 đến 127 để miêu

tả cho các mã chức năng cơ bản hay mở rộng Mã chức năng được gửi từ mastertới slave để slave thực hiện các yêu cầu master chỉ định

 Data – dữ liệu: kích thước dữ liệu từ 0 – N byte chứa các thông tin được yêu cầutheo mã chức năng

 CRC- Cyclic Redundancy Check hay Error check- kiểm tra mã lỗi truyền thông:chiếm 2 byte với giá trị được tính toán từ các byte của gói tin Giá trị này có thểđược tính trên cả master và slave để xác minh độ tin cậy rằng dữ liệu được truyền

CC-Link cho mạng truyền thông tốc độ cao giữa các bộ điều khiển và thiết bị trườngthông minh như I/O, cảm biến và bộ truyền động trong các mạng lưới với hơn 65 trạm, nócung cấp khả năng truyền thông thật sự mà không cần lặp lại Được hỗ trợ bởi mật độrộng của thiết bị tự động từ nhiều nhà máy, CC-Link cung cấp yếu tố truyền thông chosản xuất tích hợp và hiệu quả hoặc quá trình cơ sở thông qua cáp đơn Sự đáp ứng thờigian nhanh là kết quả của các giao thức đơn giản và hiệu quả cao.CC-Link bao hàm nhiềuđặc tính cấp cao như tính năng stand-by master, tháo gỡ và tự động trở về chức năngSlave cũng như tự động khôi phục từ các tính năng lỗi truyền thông Có khả năng kết nốitương tác với nhiều thiết bị có hỗ trợ tương tác.

Có tổng cộng 4 loại trạm trong hệ thống CC-Link

 Trạm chủ là trạm mà môđun chủ và cục bộ được gắn kết trên các đơn vị cơ

sở và điều khiển toàn bộ hệ thống CC-Link

 Trạm cục bộ là trạm mà mô đun chủ và cục bộ được gắn kết với đơn vị cơ

sở và giao tiếp với trạm chủ và các trạm cục bộ khác Các mô đun có thểchỉa sẻ với mô đun chủ (Việc lựa chọn trạm chủ và cục bộ phụ thuộc vàocài đặt tham số mạng)

 Trạm từ xa Trạm từ xa tương ứng với một mô đun I/O hoặc một mô đunchức năng đặc biệt và thường thực thi đầu vào và đầu ra Bên cạnh đó, cácthiết bị khác (biến tần, bộ hiển thị, cảm biến, vv ) Hơn nữa, trạm này cũngđược chia thành một trạm I/O từ xa (tương ứng với một mô đun I/O) và một

trạm thiết bị từ xa (tương ứng với một mô đun chức năng đặc biệt; biến tần,

bộ hiển thị, cảm biến, vv

 Trạm thiết bị thông minh Trạm thiết bị thông minh là trạm (mô đun giaodiện RS-232C, mô đun định vị trí, bộ hiển thị, vv ) có thể thực thi truyềnthông dữ liệu sử dụng truyền tức thời

Hình 2.12: Hệ thống CC-Link cơ bản

2.6.5 FX3U-16CCL-M

Khối chính CC-Link FX3U-16CCL-M là một khối chức năng đặc biệt chỉ định mộtFX3G / FX3U / FX3GC / FX3UC Series PLC là trạm chủ (master station) của hệ thốngCC-Link Chỉ một đơn vị FX3U-16CCL-M có thể được kết nối với một đơn vị chính bộđiều khiển logic lập trình duy nhất

Hình 2.13: FX3U-16CCL-M

2.6.6 Remote I/O AJ65SBTB1-16DT

Hình 2.14: AJ65SBTB1-16DT a) Chức năng

Kết nối với mạng CC-Link thông qua mô đun CC-Link Master QJ61BT11N hoặcFX3U-16CCL-M tạo thành một CC-Link Remote Station 

Kết nối với CC-Link Master với tổng chiều dài chiều dài tối đa 1,2 Km tại tốc độ truyền

156 kbps Khoảng cách kết nối có thể lên đến 13.2 Km khi sử dụng thêm bộ T-branchRepeater