thiết kế và thi công phần mềm điều khiển hệ thống kho xá nhà máy thức ăn chăn nuôi sử dụng nền tảng pcs7 siemens

HỒ CHÍ MINHKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ---⸙∆⸙--- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG KHO XÁ NHÀ MÁY THỨC ĂN CHĂN NUÔI SỬ DỤNG

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN -⸙∆⸙ -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN

MỀM ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG KHO XÁ

NHÀ MÁY THỨC ĂN CHĂN NUÔI SỬ DỤNG

NỀN TẢNG PCS7 SIEMENS

GVHD:ThS Nguyễn Phong Lưu SVTH: Nguyễn Văn Tôn

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN -⸙∆⸙ -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG PHẦN

MỀM ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG KHO XÁ

NHÀ MÁY THỨC ĂN CHĂN NUÔI SỬ DỤNG

NỀN TẢNG PCS7 SIEMENS

GVHD:ThS Nguyễn Phong Lưu SVTH: Nguyễn Văn Tôn

Mục lục

LIỆT KÊ HÌNH VẼ

LIỆT KÊ BẢNG

TÓM TẮT

Mục tiêu chính của đề tài là tìm hiểu và sử dụng PLC Siemens dòng S7-400 để xâydựng nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi gia súc nói chung và hệ thống kho xá củanhà máy nói riêng

Tìm hiểu về một hệ thống điều khiển phân tán DCS (Distributed controlsystem) với số IO nhà máy lên tới 4000 I/O

Viết chương trình và cấu hình dưới nền tảng PCS7 V8.2 của Siemens sử dụng các khối

Thiết kế giao diện, giám sát và điều khiển bởi phần mềm WinCC qua các trạm máytính

Chi tiết bao gồm các thành phần công việc sau:

• Tìm hiểu nguyên lý hoạt động và các thông số của hệ thống kho xá của nhàmáy

• Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, các viết chương trình, khai báo, cho CPUtrong phần mềm PCS7 V8.2

• Đọc hiểu bản vẽ Process Flow Diagram từ đó liệt kê được số thiết bị sử dụng vàthiết kế giao diện điều khiển

• Biết cách sử dụng các thiết bị như: biến tần (VFD), khởi động mềm (SS), cáccảm biến vị trí, nhiệt độ, báo đầy, …

• Hiểu được động lực học máy móc, cách tính chọn công suất motor,…

• Lập trình CFC, SFC, giao diện SCADA bằng phần mềm PCS7 và WinCC đểđiều khiển và giám sát hệ thống

Từ những kiến thức cơ bản đã học và những kiến thức tìm hiểu được, sinh viên đã thựchiện xong đề tài với nội dung: “Thiết kế và thi công phần mềm điều khiển hệ thốngkho xá nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi sử dụng nền tảng PCS7 Siemens”

Vì vậy hệ thống kho xá cũng là một hệ thống rất cần thiết đối với một nhà máysản xuất thức ăn chăn nuôi gia súc Với tổng diện tích kho xá là 15.000 , sức chứa lêntới 50.000 tấn nguyên liệu.

Trong các hệ thống kho xá trước đây, việc sử dụng nhà kho như một nơi chứa vàdùng xe tải để đổ nguyên liệu vào đó thì chúng ta sẽ không tận dụng được tối đa sứcchứa của kho xá Ngoài ra việc hạn chế xe tiếp xúc nguyên liệu sẽ giúp nguyên liệuđược đảm bảo hơn

Với hệ thống kho xá của nhà máy Việt Thắng, hệ thống sẽ tự động phân loạiđược nguyên liệu và di chuyển đến kho chứa nguyên liệu đó, từ đó giảm được sự canthiệp của con người để giảm tránh sai xót nhầm lẫn nguyên liệu với nhau Nguyên liệuđược đổ từ trên cao xuống từ đó sẽ tận dụng được tối đa sức chứa của nhà kho Hệthống bao gồm 26 nhà kho riêng biệt từ đó có thể lưu trữ được lên tới 26 loại nguyênliệu khác nhau Với việc nắm bắt được thời cơ về giá cả, nhà máy có thể nhập nguyênliệu và lưu trữ để giảm chi phí sản xuất nhất có thể

Đề tài “Thiết kế và thi công phần mềm điều khiển hệ thống kho xá nhà máy sảnxuất thức ăn chăn nuôi sử dụng nền tảng PCS7 Siemens” là một đề tài hay với sinhviên ngành điều khiển tự động Yêu cầu sinh viên có kiến thức về tự động hóa như :

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.2 MỤC TIÊU

Thực hiện Thiết kế và thi công phần mềm điều khiển hệ thống kho xá nhà máysản xuất thức ăn chăn nuôi sử dụng nền tảng PCS7 Siemens Có khả năng điều khiểnđược vị trí lưu trữ tùy ý theo người vận hành Yêu cầu hệ thống điều khiển phải đơngiản cho người vận hành và hoạt động đúng yêu cầu và được ổn định

Hệ thống được viết chương trình dưới nền tảng PCS7 của Siemens với PLC

S7-400 CPU 410-5H đóng vai trò là khối xử lý trung tâm

Hiểu và hiệu chỉnh các khối trong thư viện của PCS7 để đáp ứng được nhu cầuđiều khiển của nhà máy

Thiết kế giao diện trên WinCC sao cho giao diện càng đúng với thực tế càng tốt

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Các nội dung chính sẽ được thực hiện trong đề tài:

Chương 1: Tổng quan

Chương này trình bày vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu và giới hạncủa đề tài

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương này trình bày về sơ lược về hệ thống kho xá, giới thiệu các thành phầntrong hệ thống DCS, giới thiệu phần mềm PCS7

Chương 3: Thiết kế hệ thống

Chương này trình bày sơ đồ khối, giới thiệu cụ thể những linh kiện, thiết bị sửdụng trong hệ thống, nguyên lý hoạt động của hệ thống

Chương 4: Thi công hệ thống

Chương này trình bày các bước thi công hệ thống hoàn chỉnh từ phần cứng tớiphần mềm, kết quả sau khi thi công Trình bày lưu đồ giải thuật, cách lập trình

Chương 5: Kết quả, nhận xét, đánh giá

Chương này trình bày những kết quả đạt được sau quá trình thực hiện đề tàiChương 6: Kết luận và hướng phát triển

Chương này trình bày đề tài đã thực hiện một cách bao quát nhất, tạo tiền đề đểphát triển hệ thống tốt hơn

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.4 GIỚI HẠN

Một nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi gia súc thì có nhiều phân đoạn khácnhau Với việc hạn chế kiến thức và thời gian, đề tài này chỉ tập trung Thiết kế và thicông phần mềm điều khiển hệ thống kho xá nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi sửdụng nền tảng PCS7 Siemens

Các thông số máy móc và cảm biến được tính toán theo các công thức đã đượchọc và tìm hiểu, đối chiếu lại với thực tế đã lắp đặt tại nhà máy

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG KHO XÁ

Hệ thống kho xá nhằm mục đích là lưu trữ nguyên liệu nhằm phục vụ nhu cầusản xuất Được xếp vào loại quan trọng trong một nhà máy sản xuất thức ăn bởi vìnguồn nguyên liệu đôi khi sẽ bị cạn kiệt và giá thành thay đổi thất thường Vì vậy,chúng ta có thể mua nguyên liệu về và lưu trữ trong kho

Với nhà máy Việt Thắng với quy mô kho xá có diện tích là 15.000 , sức chứa lêntới 50.000 tấn nguyên liệu Với hệ thống nhập nguyên liệu tự động này, toàn bộ dâychuyển kho xá này có tổng cộng là 3 đường vào (2 đường dành cho xe tải độ liệu, và 1đường từ cầu cảng đổ trực tiếp vào) và 26 kho để chứa nguyên liệu Mỗi kho được đặtmột mã code riêng biệt để phân biệt và quản lý

Với kích thước mỗi kho là 32x16x8 m, mỗi kho sẽ có 4 cảm biến vị trí để chúng tanhận biết được vị trí chính xác của mỗi kho Mục đích thiết kế ra mỗi kho 4 cảm biến

là để nguyên liệu đước rải ở mỗi vị trí sẽ được đều hơn, nếu chúng ta rải nguyên liệu ởgiữa kho thì hình dạng về sau nó sẽ là dạng hình chóp đứng Vì vậy, cần phải rải đềunguyên liệu cho mỗi kho để người lái xe nâng sẽ dễ làm việc hơn trong việc di chuyểnnguyên liệu vào hố để di chuyển vào khu sản xuất

Hình 2 1: Kho xá nhà máy Việt Thắng Long An

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

PLC S7-400 có các ưu điểm vượt trội hơn so với các bộ điều khiển logic khảtrình trước nó về cả phần cứng và phần mềm Đó là:

- CPU được phân loại chuyên biệt và rõ ràng

- Tốc độ xử lý của CPU cao

- Qua Simatic Net CP Enthernet tới một mạng Enthernet công nghiệp

- Qua Simatic Net CP PROFIBUS tới một mạng PROFIBUS khác

- Qua giao tiếp MPI có sẵn tới một mạng MPI khác

- Qua giao tiếp PROFIBUS DP có sẵn tới một mạng giao tiếp PROFIBUS khác

* Ứng dụng

S7-400 đặc biệt thích hợp cho các tác vụ dữ liệu chuyên sâu trong các ngànhcông nghiệp lớn Tốc độ xử lý cao phục vụ tốt cho các ngành công nghiệp sản xuất.Nhiều thành phần của S7-400 có sẵn trong một phiên bản SIPLUS để hoạt động trongcác điều kiện môi trường khắc nghiệt

Một số lĩnh vực ứng dụng của S7-400 bao gồm:

- Cẩu trục lớn

- Ngành công nghiệp ô tô

- Hệ thống kho tự động

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

- Công nghiệp thực phẩm và đồ uống

- Công nghiệp hóa chất

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của PLC

Chương trình do người dùng lập trình ghi vào PLC, PLC sẽ liên tục quét lần lượtcác tín hiệu ngõ vào và xử lý các tín hiệu đó để điều khiển ngõ ra theo chương trình đãghi vào

Hình 2 2: Sơ đồ nguyên lý PLC.

2.2.3 Hệ thống DCS

DCS - (Distributed Control System), hệ thống điều khiển phân tán là một hệthống điều khiển cho một dây chuyền sản xuất, một quá trình hoặc bất cứ một hệ thốngđộng học nào, trong đó các bộ điều khiển không tập trung tại một nơi mà được phântán trên toàn hệ thống với mỗi hệ thống con được điều khiển bởi một hoặc nhiều bộđiều khiển

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

DCS là một hệ thống có chức năng giống như SCADA nhưng thông thường đượcbán và lắp đặt ra thị trường một hệ thống hoàn chỉnh, trong đó cả phần cứng và phầnmềm, công nghệ, truyền thông đều xuất xứ từ một hãng Hệ thống điều khiển phân tán DCS là hệ thống chuyên dụng được dùng để điều khiển các quá trình sản xuất liên tụchoặc theo mẻ (Batch- oriented) như trong lọc dầu, hóa dầu, trạm phát điện trung tâm,dược phẩm, sản xuất thức ăn, nước uống, sản xuất xi măng, sản xuất thép và sản xuấtgiấy

2.2.4 Phần mềm PCS7 – Siemens

Hệ thống điều khiển phân tán DCS đã được phát triển và ứng dụng trong nhiềulĩnh vực sản xuất công nghiệp đòi hỏi việc điều khiển và giám sát khối lượng rất lớncác ngõ vào/ra phân tán PCS7 (Process Control System) của Siemens là một hệ thốnggiải pháp mang tính phân cấp đáp ứng được các yêu cầu đó bao gồm tập hợp đa dạngphần cứng chuẩn và các phần mềm hỗ trợ Ngôn ngữ lập trình đồ họa dạng lưu đồCFC và SFC thân thiện cùng với phần mềm WinCC cao cấp giúp vận hành và giám sát

hệ thống tốt hơn

PCS 7 là hệ thống bao gồm tích hợp nhiều phần mềm đặc thù và phần cứng chuẩn từchính hãng Siemens, do đó luôn đảm bảo tính nhất quán trong toàn bộ hệ thống Về cơbản thì một hệ thống SIMATIC PCS7 được chia làm ba phần chính

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2 3: Những thành phần cốt lõi trong một hệ thống SIMATIC PCS7

• Operator System (OS)

• Automation System (AS)

• Engineering System (ES)

2.2.4.1) Operator Station (OS)

Operator System cho phép người vận hành tương tác một cách an toàn với hệthống với quy trình được kiểm soát bởi PCS7 Người vận hành có thể giám sát quytrình sản xuất bằng nhiều cách khác nhau nhưng rất trực quan và cũng có thể phân tích

và thao tác dữ liệu khi cần thiết Operator System bao gồm cả máy server và máyclient có thể thực hiện đồng thời cùng một lúc trên nền tảng vật lý riêng biệt

2.2.4.2) Automation Stations (AS)

Automation System là tên dùng để đặt cho các lớp bộ điều khiển PLC được sửdụng với PCS7, ngày nay Siemens hỗ trợ dòng PLC S7-400 có thể lập trình bởi phầnmềm PCS7

2.2.4.3) Engineering System (ES)

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Engineering System bao gồm phần mềm dùng để cấu hình đa dạng thành phầntrong hệ thống PCS7 Nền tảng SIMATIC Manager giữ vai trò trung tâm quản lý, điềuphối và kết nối tất cả các công cụ kỹ thuật của PCS7

Hình 2 4: Các chức năng của máy ES

Các chức năng mà ES có thể làm trong PCS7 như sau:

1. Xuất / nhập project

2. Lập trình CFC/ SFC

3. Cấu hình phần cứng

4.Thiết kế giao diện điều khiển/ vận hành

5.Quản lý mẻ sử dụng SIMATIC BATCH

…

· SIMATIC Manager: phần mềm này làm nền tảng và là trung tâm quản lý chotất cả các thành phần của trạm kỹ thuật, là mối liên kết toàn bộ dự án VớiSIMATIC Manager ta có thể tạo dự án, tạo thư viện, quản lý và chẩn đoán cácthành phần trong dự án, lưu trữ các đối tượng của dự án… SIMATIC Managerthường được sử dụng để quản lý các dự án của nhà máy

· PH (Plant Hierarchy): thiết kế hệ thống phân cấp của nhà máy PH hỗ trợ cấuhình diện rộng của quá trình điều khiển và quản lý dữ liệu của nhà máy

· HW Config: cấu hình phần cứng cho CPU, định địa chỉ truyền thông, các

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

· CFC (Continuous Function Chart): CFC là gói phần mềm định hướng chonhà máy, cấu hình các đồ họa của tác vụ tự động hóa Sử dụng CFC thông qua cáckhối đã được tạo sẵn (đây là gói phần mềm lập trình có cấu trúc) Các khối đượcquản lý theo nhóm tùy theo chức năng của chúng trong thư viện, thực hiện lập trìnhbằng các động tá kéo/thả

· SFC (Sequential Function Chart): Là gói phần mềm được cấu hình cho hệthống điều khiển tuần tự với hệ thống điều khiển tuần tự, chức năng tự động hóatiêu cơ sở là được điều khiển trên sự thay đổi trạng thái và cũng có thể chọn lọc từquá trình

· SCL (Structured Control Language): Đây là ngôn ngữ lập trình giống vớiPascal để lập trình cho những tác vụ phức tạp Trên ES, nó được sử dụng để tạo racác khối và biên dịch các yêu cầu của CFC/SFC chart

· WinCC (Windows Control Centre): WinCC được sử dụng cho việc cấu hìnhcho hệ thống điều khiển và giám sát nhà máy trên nền PCS 7 Với phần mềm này,bạn có thể tạo ra bức tranh quá trình, các báo cáo, các thông báo về hệ thống, đồ thịtín hiệu, nhật ký vận hành… mô phỏng giao diện toàn bộ quá trình vận hành của hệthống một cách trực quan

· Graphics Designer Editor: thiết kế các đối tượng đồ họa, hình ảnh và hìnhđộng

· Station Configurator: hiển thị cấu hình PC thực tế tìm thấy được và cấu hìnhcho hệ thống PCS 7

· Multiproject: trong SIMATIC Manager, người dùng có thể khởi tạo các dự án(single project hoặc multiproject) Một Multiproject có thể chứa nhiều dự án nhỏ

và môt thư viện dữ liệu Master

· Master Data Library: liên quan với Multiproject Khác với các thư viện ứngdụng cụ thể hoặc các hệ thống khác, một thư viện dữ liệu Master nằm trong mộtMultiproject và tập hợp tất cả các chức năng sử dụng trong Multiproject

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Trạm kỹ thuật trong PCS 7 có thể được chia thành hai phần chính là AS và OS

· AS bao gồm thiết kế hệ thống phân cấp nhà máy, các khối chức năng, cácCFC, các SFC; cấu hình cho phần cứng và các thành phần truyền thông

· OS thiết kế các chức năng vận hành và đồ họa

2.2.5) CFC (Continuous Function Chart)

2.2.5.1) CFC là gì?

CFC là trình biên soạn với giao diện lập trình dạng đồ họa, được cài đặt dựa vàogói phần mềm STEP 7 của Siemens CFC được dùng để tạo toàn bộ cấu trúc phầnmềm cho CPU sử dụng các khối có sẵn của thư viện hoặc của người dùng tự tạo ra.CFC cho phép bạn tạo logic, gắn tham số và thậm chí kết nối các khối lại với nhau.Kết nối ở đây các giá trị có thể chuyển từ một đầu ra sang một hoặc nhiều đầu vàotrong quá trình giao tiếp giữa các khối hoặc các đối tượng khác

2.2.5.2) Nguyên tắc hoạt động

Lập trình với các công cụ đồ họa trong CFC editor Bạn kéo và thả các khối từthư viện (đã được Siemens cấu hình từ trước) vào trong chart Ở đây, bạn sẽ thấy cácblock như một “board mạch” Bạn nối các input, output của block bằng các cú clickchuột Bạn không cần phải quan tâm đến thuật toán hoặc phân chia vùng nhớ, Nóicách khác, bạn hoàn toàn tập trung hoàn toàn trong việc lập trình, tạo logic cho block

đó Các vùng nhớ của các khối được tạo tự động hoặc bạn có thể điều chỉnh tùy ý Bạncũng có thể sao chép và gắn các block đã lập trình trước đó qua các chart khác mà vẫngiữ nguyên các kết nối Điều này giúp bạn tiết kiệm được rất nhiều thời gian lập trình.Sau khi hoàn thành việc cấu hình cho một chart, bạn tiến hành biên dịch và tải xuốngCPU

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2 5: Khối Motor-Large từ thư viện PCS7 APL V8.2

Chúng ta chỉ cần kéo thả ra màn hình là khối motor này sẽ tự động nằm trongOB35 cyclic interrupt5 (100ms)

Công việc tiếp theo chúng ta cần làm là gắn I/O, tạo logic điều khiển (nếu có )Trong thư viện của APL PCS7 V8.2 (Advanced process library V8.2) có nhiều loại

6)Counter, timer block

7)Digital, analog logic block

8)Channel block (digital, analog channel) …

Vì vậy, khi lập trình chúng ta cần phải xem xét đối tượng chúng ta muốn tạo cầnnhững thuộc tính gì Từ đó, chúng ta vào thư viện và lấy ra những block phù hợp.Việc sử dụng thư viện bừa bãi sẽ dẫn đến chương trình cần nhiều tác vụ để hoànthành, dẫn đến CPU bị quá tải và chương trình sẽ báo lỗi

2.2.6) SFC (Sequential Function Chart)

2.2.6.1) SFC là gì?

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

SFC (Sequential Funtion Chart) Hệ thống điều khiển tuần tự Cho phép bạn lậptrình và chạy chương trình theo kiểu đồ họa, giao diện thân thiện với người dùng Hệthống được chuyển từ sang tự động và thực hiện ở đó Một hệ thống điều khiển tuần tựcho phép điều khiển theo trạng thái hoặc theo điều kiện Có nghĩa là nếu đúng trạngthái này, đúng điều kiện này thì mới cho thực hiện

Bạn có thể sử dụng SFC để mô tả quy trình hoạt động hệ thống một cách chi tiết Ví

dụ, SFC điều khiển một hệ thống tự động được tạo bởi các CFC bằng cách thay đổitrạng thái và xử lý tín hiệu

SFC có hai chuẩn loại khác nhau dành cho tùy ứng dụng

1.SFC chart

2.SFC type với SFC instances

Trong đó SFC chart dùng trong các điều khiển tuần tự mà trong hệ thống của bạn chỉ

có một

SFC type nên dùng trong các trường hợp hệ thống bạn cần phải lặp đi, lặp lại nhiềulần Ví dụ như cân, một nhà máy có 10 cái cân nên việc bạn tạo SFC type thì chỉ cầntạo một lần và sử dụng cho 10 cái cân (gắn địa chỉ) Về việc lập trình, khi bạn muốnsửa chương trình thì chỉ cần sửa 1 cái và 10 cái kia sẽ tự động sửa tương tự

Trong trường hợp bạn dùng SFC chart trong trường hợp này thì cần phải lặp đi lặp lạiviệc lập trình cho 10 cái cân Việc lại sẽ bị tốn nhiều thời gian và cũng có thể sai sót.Tuy nhiên, để lập trình được SFC type đòi hỏi người lập trình phải có kinh nghiệm vàđòi hỏi kĩ năng lập trình cao

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2 6: Liên kết giữa SFC và CFC

Sequencers thực hiện theo từng sự kiện trong SFC Khi bạn tạo ra một sequencer nó sẽ

tự động tạo ra một số liên tiếp Điều này để bạn có thể tiện theo dõi bên CFC khi lậptrình

Mỗi một SFC chart cho phép tạo ra tối đa là 8 sequencers

SFC type cho phép tạo tối đa 32 sequencers

Với mỗi sequencers sẽ có một điều kiện thỏa mãn để thực thi (Start conditions) Mộtlúc chỉ có một sequencer thể hiện trên màn hình máy tính của bạn, nếu bạn muốn xemsequencer khác chỉ cần ấn tab khác

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Step là nơi để bạn cấu hình những việc mà AS cần làm, nó phân chia làm 3 giaiđoạn (Khởi tạo, Xử lý, kết thúc) cho mỗi step

Hình 2 7: Hình ảnh của step trong SFC

2.2.6.2.2) Transition là gì?

Transition giống như một điều kiện, để các step sau được thực thi thì phải dựa vàokết quả logic mà mình cấu tạo trong transition Nếu thỏa mãn logic mà mình lậptrình trong transition thì nó sẽ thoát ra và nhảy qua step mới thực thi, nếu sai thì nó

sẽ mắc kẹt ở đó và chờ khi nào đúng thì mới nhảy qua bước khác để làm

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

được thực hiện cùng một lúc Và nó chỉ xuống thực hiện tiếp nếu tất cả các nhánhđều đã được thực thi hoàn thành và đúng điều kiện

Hình 2 10: Hình ảnh của Alternative branch trong SFC

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.2.6.2.5) Loop là gì?

Nếu bạn cần thực thi một điều gì được lặp đi, lặp lại thì Loop sẽ được sử dụng.Một loop bao gồm một vòng lặp thực hiện, và một điều kiện để thoát ra khỏi vònglặp

Nếu mà điều kiện để quay lại vòng lặp và điều kiện thoát ra khỏi vòng lặp đềuđúng cùng một lúc Thì chương trình sẽ thoát ra khỏi vòng lặp và thực thi các bướctiếp theo của sequence

Hình 2 11: Hình ảnh Loop trong SFC

2.2.6.2.6) Jump là gì?

Jump luôn luôn nhảy đến step mà điều kiện đó đúng

Ở Jump chúng ta cần lưu ý là điểm đến (Jump destination) khi mà điều kiện đó đúng

Hình 2 12: Hình ảnh lệnh Jump trong SFC

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.2.6.3) Các thành phần trong giao diện

Hình 2 13 :Các thành phần trong giao diện người dùng

Bảng 1: ý nghĩa các thanh trong môi trường SFC

2.2.6.4) Các kí hiệu trong thanh phần tử

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2 14: Kí hiệu trong thanh phần tử

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.1 YÊU CẦU ĐIỀU KHIỂN

Với tổng thiết kế năng suất 600.000 tấn/ năm, sản xuất gồm 3 line thì tổng số I/O saukhi tính toán là hơn 4000 I/O

Vì vậy sau khi tính toán, phân bố thì ta có sơ đồ cấu hình nhà máy như hình

Hình 3 1 :Sơ đồ cấu hình nhà máy

Nhà máy có tổng cộng 8 tủ MCC, 8 tủ RIO BOX Trong đó 6 tủ MCC (từ MCC2MCC7), 7 tủ RIO BOX (RIO BOX 1  RIO BOX 7) dùng để điều khiển các thiết bịtrong khu tháp sản xuất, và 2 tủ MCC (MCC1.1 và MCC1.2), 1 tủ RIO BOX 8 dùng

để điều khiển các thiết bị ngoài khu vực SILO và Kho xá

Số lượng các khối chức năng trong sơ đồ cấu hình nhà máy

• Operator System Server: 1 trạm

• Operator System Client :2 trạm

• Engineering System (ES): 1 PC sử dụng phần mềm lập trình PCS7 V8.2

• Automation System (AS) : 2 CPU 410-5H

• Managed Switch :2 cái SCALANCE X-200 managed

• Unmaged Switch :2 cái SCALANCE X-100 unmanaged

• Module truyền thông : ET200-SP 16 cái

Số lượng card I/O từng RIOBOX

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.2.1) Nhu cầu điều khiển

Với hệ thống kho xá với thiết kế nguyên liệu sẽ đi gồm 3 đường (2 đường cho xetải và 1 đường cho cầu cảng) và đi vào 26 kho xá Vì vậy việc chọn thiết bị được tínhtoán như sau:

• 26 kho sẽ được chia làm 2 bên, mỗi bên sẽ chịu trách nhiệm điều khiển 13 kho

• Mỗi kho sẽ được gắn 4 vị trí để xác định vị trí nhằm mục đích rải nguyên liệuđược đều hơn thuận lợi cho việc người lái xe nâng làm việc an toàn và thuậntiện hơn

* Lý thuyết điều khiển kho xá

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Hình 3 2: lý thuyết điều khiển kho xá

Dựa vào cảm biến vị trí, ta có thể biết hiện tại đang ở kho bao nhiêu, việc chạyqua kho mới sẽ do người vận hành quyết định

Ta lấy ví dụ: Nếu đang từ kho 11 chạy qua kho 4 thì Tripper Car và dischargecar sẽ di chuyển forward và dừng lại ở vị trí cảm biến đầu tiên của kho là 4.1,còn ngược lại nếu đang từ kho số 4 mà chạy qua kho 11 thì Tripper Car vàdischarge car sẽ di chuyển reverse và dừng lại ở vị trí cảm biến cuối cùng củakho 11 là 11.4

Hình 3 3: Vị trí đặt cảm biến cho mỗi kho chiều rộng 16m

 Bên trong kho xá chúng ta sẽ bao gồm Tripper Car, băng tải chuyền liệu vàokho xá, băng tải rải liệu, và 2 động cơ di chuyển băng tải rải liệu này (tất cảthiết bị trên đều x2 vì 2 bên điều khiển như nhau về mặt phần cứng)

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

• Tiếp theo đó là những thiết bị đảm nhận phụ trách công việc là vận chuyểnnguyên liệu từ nguồn vào đến vị trí bao gồm như: bucket elevator (gầu tải),Chain conveyor (băng tải xích),

• Motorized valve (van motor dùng để phân đường nguyên liệu), Drum magnet(máy nam châm dùng để hút những vật như sắt để tránh hư hỏng thiết bị), DrumSieve (máy sàng để lọc những phi nguyên liệu), Pulse Filter (lọc bụi)

• Với thiết kế theo nhà sản xuất thì conveyor đổ liệu đầu tiên sẽ là băng tải (đểngười vận hành có thể điều chỉnh được tốc độ nhanh chậm để tránh bị nghẹtnguyên liệu trong quá trình vận chuyển)

• Với những bucket elevator (gầu tải) có công suất >22KW đều phải khởi độngdùng Soft-Starter (khởi động mềm)

• Chain conveyor (băng tải xích) có công suất >11KW sử dụng loại khởi độngSao-Tam giác

Còn lại các thiết bị khác khởi động dạng khởi động trực tiếp (DOL)

• IO list từng thiết bị

IO list rất là quan trọng, nó thể hiện được từng thiết bị có những tín hiệu gì cầnphải xử lý

Hình 3 4: IO list thiết bị

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Người lập trình sẽ dựa vào đây và khai báo I/O trên phần cứng PLC

3.2.2) Tính toán chọn công suất của băng tải xích

Công thức tính chọn công suất băng tải với sự hướng dẫn của tập đoàn Bechtel(một tập đoàn ở Mỹ chuyên về kỹ thuật, xây dựng và quản lý dự án)

Công thức này được Bechtel công bố trên internet

Theo Bechtel thì để tính toán được công suất của băng tải xích thì có công thức sau:

P(KW)=

P = công suất motor (KW)

V = tốc độ băng tải m/s

= khối lượng đầy nguyên liệu trong băng tải (kg)

µ1 = hệ số ma sát giữa thép và nguyên liệu (với sản phẩm chạy trơn là 1.15)

= tổng khối lượng của băng tải (khi chưa có nguyên liệu) (kg)

µ2= hệ số ma sát giữa thép dưới và xích (đối với thép khoảng 0.25, với nhựakhoảng 0.15)

với =

Lấy ví dụ băng tải 1505

Với các thông số thiết kế từ Buhler và manual thiết bị của Buhler

Thì Buhler đưa ra các thông số như sau:

Chiều dài băng tải thiết kế l= 64m

Năng suất thiết kế =100t/h

Bắp có khối lượng riêng là D=0.7 t/

Đối với nguyên liệu là bắp thì vận tốc băng tải v= 0.534m/s

 = = = 3330 (kg)

Băng tải Buhler sử dụng có tên là AHKG200

Trong manual Buhler để khối lượng băng tải khi chạy không tải là 70kg/m

 Tổng khối lượng băng tải với chiều dài 64m = 70 * 64 = 4480 (kg)

 P(KW)=

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

=

Nhận thấy thực tế băng tải không luôn luôn đầy liệu nên ta chọn công suất động

cơ là 30KW để vừa đảm bảo được nhu cầu vận chuyển vừa tiết kiệm chi phí điện năng

3.2.3) Sơ đồ khối hệ thống và chức năng của các khối.

Hệ thống kho xá có sơ đồ khối như sau:

Hình 3 5: Sơ đồ khối hệ thống kho xá

*Chức năng của các khối:

- Khối điều khiển trung tâm: Là nơi chứa chương trình điều khiển Xử lý các tín hiệungõ vào từ các khối cảm biến, khối điều khiển nút nhấn Đồng thời xuất tín hiệu điềukhiển các khối ngõ ra của hệ thống

- Khối nguồn: Là khối phụ trách việc cấp nguồn cho toàn bộ các khối trong hệ thống

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

- Khối cảm biến: Chuyển đổi các tín hiệu vật lý sang tín hiệu điện để khối điều khiểntrung tâm có thể xử lý

- Khối điều khiển, nút nhấn: Nhận tín hiệu điều khiển của người vận hành

- Khối điều khiển cơ cấu chấp hành: Nhận tín hiệu từ khối điều khiển trung tâm đểhoạt động nhằm thay đổi trạng thái hoạt động của hệ thống

- Khối giám sát điều khiển: Hiển thị chi tiết về trạng thái hoạt động cũng như cácthông số của hệ thống Đồng thời nhận các tín hiệu cài đặt, điều khiển từ người vậnhành

3.2.4) Chọn thiết bị cho các khối

3.2.4.1) Khối điều khiển trung tâm.

1) CPU 410-5H

CPU410-5H Process Automation là dòng PLC mạnh nhất hiện tại của Siemens.CPU này được thiết kế dùng cho nền tảng SIMATIC PCS7 So với các dòng trước củaSiemens, thì dòng CPU410-5H này có thể dùng cho tất cả các nhu cầu điều khiển côngnghiệp

Với thời gian trung bình xử lý của CPU là 110µs, bộ nhớ 48MB, có hỗ trợ hệ thốngRedundancy Điều này cực kỳ quan trọng trong các ngành công nghiệp mang tính chấtnguy hiểm như nhà máy sản xuất hạt nhân, nguyên tử,… Không thể nào mà PLC cóthể stop được, phải có một PLC khác để backup thì hệ thống Redundancy đảm nhiệmnhiệm vụ này

CPU 410-5H có thể sử dụng phần mền PCS7 V8.1 hoặc phiên bản cao hơn để lậptrình

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Hình 3 6: CPU 410-5H

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Hình 3 7: Các thành phần hiển thị trên CPU 410-5H

Top bar

Bottom bar

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Giao tiếp (Interface)

truyền thông bằngprofinet

Bảng 4: Ý nghĩa led hiển thị CPU 410-5H

Thông số kỹ thuật của CPU 410-5H

Digital input channels Tối đa 131072 channels

Digital output channels Tối đa 131072 channels

Analog input channels Tối đa 8192 channels

Analog output channels Tối đa 8192 channels

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Bảng 5: Thông số CPU 410-5H

2) Module truyền thông ET200SP dòng IM155-6PN HF V3.3

Hình 3 8: Module truyền thông giao thức Profinet ET200SP của Siemens

Module truyền thông IM 155-6PN High Feature ET200SP của hãng Siemens làmodule truyền thông cho dòng sản phẩm ET200SP với khả năng mở rộng lên đến 64

module input và output Hỗ trợ truyền thông Profinet RJ45, chu kỳ vòng lặp là 250micro giây, được điều khiển thông qua PLC

Vì là truyền thông profinet nên ta thiết lập địa chỉ IP

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Hình 3 9: Thiết lập địa chỉ IP

3) Module DI 16x24VDC (6ES7131-6BH00-0BA0)

Hình 3 10: digital input card

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Bảng 6: chú thích Card Digital Input

Digital Input module với 16 channels

Loại sink input (PNP, P-reading)

Supply Voltage L+

Input delay 0.05 đến 20ms (từng kênh)

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

Hình 3 11: Sơ đồ đấu dây cho module DI

Hình 3 12: Cấu hình địa chỉ cho từng card DI với start và end address

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

4) Digital output DQ16x24VDC/0.5A 6BH000BA0)

Hình 3 13: Digital Output card

Bảng 7: Chú thích card Digital output

Dital output module với 16 channels

Loại Source output (PNP, P-switching)

Supply voltage (L+)

Dòng ra mỗi channel 0.5A, tối đa cho nguyên card là 8A