GI Ớ I THI ỆU ĐỀ TÀI
Đặ t v ấn đề
Trong bối cảnh công nghiệp hóa hiện đại hóa, nhu cầu tự động hóa trong sản xuất ngày càng tăng cao để đạt hiệu quả kinh tế và sản lượng lớn Các doanh nghiệp hiện nay thường áp dụng dây chuyền tự động hóa điều khiển bằng PLC nhằm giảm sức lao động và chi phí thuê mướn công nhân Việc sử dụng dây chuyền sản xuất tự động bằng PLC không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn đáp ứng kịp thời nhu cầu sản xuất lớn Vì vậy, chúng tôi quyết định thực hiện đề tài “Thiết Kế Mô Hình Máy Pha Màu Sơn Sử Dụng PLC S7-1200”.
Gi ớ i h ạn đề tài
Thiết kế và thi công mô hình trộn sơn nước từ hai màu thành một màu cụ thể là một quá trình lặp đi lặp lại Để thay đổi màu sơn, cần phải thay đổi nguyên liệu ngay từ đầu trước khi thực hiện quy trình trộn.
Phương pháp nghiên cứ u
- Nghiên cứu trên các tài liệu liên quan
- Nghiên cứu trực tiếp trên mô hình.
N ộ i dung c ủa đề tài
Chương 1: Giới Thiệu Đề Tài
Chương 2: Tổng Quan Nghiên Cứu Đề Tài
Chương 3: Tính Toán Thiết Kế
Chương 4: Tiến Hành Thi Công – Đánh Giá Kết Quả
T Ổ NG QUAN NGHIÊN C ỨU ĐỀ TÀI
T ổ ng Quan V ề PLC
Hình 2 1 Thiết bị điều khiển logic khả trình
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-
200 So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:
S7-1200 là dòng bộ điều khiển logic lập trình (PLC) lý tưởng cho nhiều ứng dụng tự động hóa Với thiết kế nhỏ gọn, chi phí hợp lý và tập lệnh mạnh mẽ, S7-1200 mang đến giải pháp tối ưu cho các nhu cầu tự động hóa.
Bộ vi xử lý tích hợp trong S7-1200 kết hợp với bộ nguồn và các mạch ngõ vào, ngõ ra tạo ra một PLC mạnh mẽ Sau khi tải xuống chương trình, CPU sẽ thực hiện các mạch logic cần thiết để giám sát và điều khiển thiết bị trong ứng dụng Nó theo dõi các ngõ vào và điều chỉnh ngõ ra dựa trên logic của chương trình, bao gồm các hoạt động như logic Boolean, đếm, định thì, các phép toán phức hợp, và giao tiếp với các thiết bị thông minh khác.
- Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển:
+ Người dùng có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mã nằm trong một khối xác định.
+ Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép người dùng cấu hình việc truy xuất đến các chức năng của CPU
CPU hỗ trợ cổng PROFINET để giao tiếp qua mạng PROFINET, đồng thời cung cấp các module truyền thông cho việc kết nối qua các mạng RS232 và RS485.
Để thực hiện một dự án với S7-1200, bạn chỉ cần cài đặt TIA Portal, vì phần mềm này tích hợp cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.
Bộ phận kết nối nguồn
Các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau các nắp che)
Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên
Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp
Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU)
Các loại CPU đa dạng mang đến nhiều tính năng và khả năng khác nhau, giúp người dùng phát triển các giải pháp hiệu quả cho nhiều ứng dụng.
Bảng 2 1 Các kiểu CPU Chức năng CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C
Kích thước vật lý (mm) 90 x 100 x 75 110 x 100 x 75
2 kB I/O tích hợp cục bộ
Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)
Bộ nhớ bit (M) 4096 byte 8192 byte Độ mở rộng các module tín hiệu
Các bộ đếm tốc độ cao
Các module truyền thông 3 (mở rộng về bên trái)
Thẻ nhớ Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)
Thời gian lưu giữ đồng hồ Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 40oC
PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet
Tốc độ thực thi tính toán thực
Tốc độ thực thi Boolean 0,1 μs/lệnh
Họ S7-1200 cung cấp nhiều module tín hiệu và bảng tín hiệu, giúp mở rộng dung lượng CPU Người dùng cũng có thể lắp đặt thêm module truyền thông để hỗ trợ các giao thức khác nhau.
Bảng 2 2 Các module tín hiệu và truyền thông Module Chỉ ngõ vào Chỉ ngõ ra Kết hợp In/Out
4 x Analog In / 2 x Analog Bảng tín hiệu Out
Kiểu số _ _ 2 x DC In / 2 x DC Out
Hình 2 3 Hệ thống điều khiển sử dụng dụng PLC
Phần mềm WinCC của Siemens là công cụ chuyên dụng cho việc thiết kế giao diện điều khiển HMI (Giao diện Người-Máy) và hỗ trợ xử lý, lưu trữ dữ liệu trong hệ thống SCADA (Giám sát và Thu thập Dữ liệu), phục vụ cho ngành tự động hóa.
WinCC v12, tích hợp trong TIA Portal v12, là phần mềm kỹ thuật dùng để thiết lập bảng điều khiển HMI, máy tính công nghiệp và máy tính PC thông thường Phần mềm này được ứng dụng thông qua WinCC Runtime Advanced cho các hệ thống đơn giản, hoặc WinCC Runtime Professional cho các hệ thống SCADA phức tạp hơn.
WinCC cung cấp các khả năng sau:
WinCC cung cấp khả năng giám sát quá trình thông qua giao diện đồ họa Màn hình hiển thị sẽ được cập nhật liên tục mỗi khi có sự thay đổi trạng thái trong quá trình.
WinCC cho phép bạn điều khiển quy trình hiệu quả, ví dụ như xác định một điểm đặt từ giao diện người dùng hoặc mở một van một cách dễ dàng.
WinCC cung cấp khả năng giám sát quy trình hiệu quả, tự động thông báo khi có sự cố nghiêm trọng xảy ra Nếu giá trị đã được xác định trước vượt quá ngưỡng cho phép, hệ thống sẽ hiển thị thông báo ngay trên màn hình để người dùng kịp thời xử lý.
WinCC cho phép lưu trữ quá trình, giúp in ra hoặc lưu trữ giá trị quá trình theo cách điện tử Điều này không chỉ hỗ trợ thu thập thông tin quy trình mà còn cho phép truy cập dữ liệu lịch sử một cách dễ dàng.
WinCC có 4 phiên bản phụ thuộc vào hệ thống điều khiển:
- Wincc Basic để thiết lập cho màn hình HMI cơ bản
Wincc Basic được đính kèm với trong mỗi phần mềm STEP 7 Basic and STEP 7 Professinal
- Wincc Comfort để thiết lập cho tất cả các màn hình HMI (Bao gồm Comfort HMI và điện thoại di động)
- Wincc Advanced để thiết lập cho tất cả các màn hình HMI và máy tính với phần mềm hiển thị Wincc Runtime Advanced
Wincc Runtime Advandec là phần mềm hiển thị cho hệ thống máy tính 1 trạm.
- Wincc Professional để thiết lập cho tất cả các màn hình HMI và máy tính trong có có cả hệ thống SCADA
Wincc Runtime Proffesional là hệ thống SCADA được sử dụng để thiết lập cả hệ thống 1 trạm điều khiển và nhiều trạm điều khiển
Nguyên lý ho ạt độ ng c ủ a máy tr ộ n
Lập trình PLC điều khiển máy trộn sơn từ hai màu sơn khác nhau:
- Khi nhấn Start thì bơm 1 và bơm 2 hoạt động để bơm sơn vào bồn trộn
- Khi có sơn vào bồn thì phao dâng lên tác động công tắc trung, động cơ trộn hoạt động để trộn sơn
Khi bồn trộn đầy sơn, phao dâng tác động đến công tắc đầy khiến bơm 1 và bơm 2 ngừng hoạt động, trong khi bơm 3 sẽ hoạt động để bơm sơn ra ngoài.
- Sau khi xã hết thì phao hạ tác động đến công tắc thấp, động cơ trộn và bơm 3 ngừng hoạt động
- Khi nhấn Stop thì hệ thống ngừng hoạt động
Sơ đồ h ệ th ố ng t ổ ng quát
Hình 2 4 Mô hình nguyên lý máy trộn
TÍNH TOÁN - THI Ế T K Ế
L ậ p mô hình thu ậ t toán t ổ ng quát
Hình 3 1 Lưu đồ khối của hệ thống
L ập trình cơ sở ho ạt động trong đề tài
Hình 3 2 Chương trình điều khiển tự động
Phân công vào ra
Bảng 3 1 Phân công ngõ vào ngõ ra Địa Chỉ Kiểu tín hiệu Giải thích
I0.3 Đầu vào Công tắc thấp
I0.4 Đầu vào Công tắc trung
I0.5 Đầu vào Công tắc cao
Q0.4 Đầu ra Động cơ trộn
L Ậ P TRÌNH SCADA H Ệ TH Ố NG MÁY TR ỘN SƠN TRÊN
L ậ p Trình Scada Trên Tia Portal V13
Hình 4 1 Kh ởi độ ng Tia v13
Hình 4 2 Tạo một Project mới
Hình 4 3 Ch ọ n PLC và h ệ th ố ng mô ph ỏ ng
Hình 4 4 Ch ọ n CPU và Version
Hình 4 6 Kết nối PLC với hệ thống mô phỏng
Thiết kế giao diện mô phỏng WinCC
Mở giao diện làm việc :
Sau khi viết xong chương trình (code) ta chọn Divice → Screens → Add new screen để tạo gian diện mô phỏng
Hình 4 7 Giao diện thiết kế chính
Mở thanh công cụtoolbox để chọn các Symbol :
Từ thanh công cụ toolbox, người dùng có thể chọn các biểu tượng chức năng như nút nhấn, hiển thị số đếm, chức năng thông báo (alarm), cũng như các biểu tượng khác như băng chuyền và bồn nước.
Hình 4 8 Lấy các biểu tượng điều khiển
Chọn chuột phải vào biểu tượng → Properties đểcài đặt các thông số
Hình 4 9 Cài đặt hiệu ứng và kết nối với chương trình chính
Hình 4 10 Cài đặt chức năng nút nhấn
Hình 4 11 Lấy biểu tượng hiển thị và cài đặt hiệu ứng
Chọn biểu tượng symbol từ toolbox thả vào màn hình chính
Chọn chuột phải vào biểu tượng → Properties → General để thay đổi biểu tượng theo mong muốn.
Hình 4 13 Thay đổi biểu tượng
Chọn chuột phải vào biểu tượng → Properties → Aminations → Appearance
→ chọn loại hiệu ứng ( mức 1 vật sẽ đổi màu xanh nếu mức 0 vật sẽ bình thường ).
Hình 4 14 Đặt hiệu ứng chuyển động và kết nối với chương trình chính.
Làm tương tự đến khi hoàn thành thiết kế
Hình 4 15 Hoàn thành bản thiết kế.
Nhấn vào nút Start simulation để chạy chương trình mô phỏng
Hình 4 17 Kiểm tra lỗi trước khi mô phỏng.
Hình 4 18 Giao diện của WinCC trước mô phỏng có thể chỉnh sửa.
Hình 4 19 Màn hình mô phỏng tự động khi click vào ô Auto
Hình 4 20 Màn hình mô phỏng bằng tay khi click vào ô Man.
Hoàn thành mô hình
Hình 4 21 Mô hình hoàn thiện
K Ế T LU Ậ N
Ưu điể m c ủa đề tài
Pha chế màu sơn từ hai màu ban đầu
Biết cách sử dụng và lập trình phần mềm TIA PORTAL với PLC-S7 1200 và viết chương trình ứng dụng
Mô phỏng trên Wincc, HMI
Thiết kế và lắp ráp mô hình pha trộn sơn.
Nhược điể m c ủa đề tài
Mô hình hiện tại vẫn đang ở giai đoạn nghiên cứu và chưa được triển khai thành dây chuyền công nghệ thực tế Để chuyển từ mô hình sang ứng dụng thực tế, cần phải thực hiện nhiều thay đổi về cấu trúc và khung mô hình nhằm nâng cao tính ổn định của hệ thống.
Các thiết bị sử dụng chưa đạt được tính chính xác cao, còn mang tính tương đối
Các khâu trong mô hình vẫn còn thiếu và chưa sát với thực tế
Do thời gian và kiến thức có hạn nên còn nhiều chức năng của phần mềm TIAPORTAL và WinCC, HMI chưa được khai thác tối đa.