Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC LỜI CAM ĐOAN Hệ thống cân là một hệ thống được áp dụng rất nhiều trong các nhà máy sản xuất. Với những yêu cầu về định lượng sản phẩm một cách chính xác khi được đưa vào quá trình sản xuất. Từ những yêu cầu thực tế và lòng đam mê nghiên cứu các hệ thống cân nên chúng em mạnh dạn chọn đề tài “THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÂN DÙNG PLC” này để làm luận văn tốt nghiệp cho mình. Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng em đã nỗ lực hết sức, tuy nhiên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót và những nội dung trình bày trong quyển báo cáo này là những hiểu biết và những thành quả của chúng em đạt được trong suốt quá trình nghiên cứu dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Ths.Nguyễn Hoàng Dũng. Chúng em xin cam đoan rằng: những nội dung trình bày trong quyển báo cáo luận văn tốt nghiệp này không phải là bản sao chép từ bất kỳ công trình đã có trước nào. Nếu không đúng sự thật, chúng em xin chịu mọi trách nhiệm trước nhà trường. Cần Thơ, ngày tháng năm 2012 Sinh viên thực hiện (ký tên và ghi họ tên) CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 1 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được luận văn này là kết quả của toàn bộ nỗ lực của bản thân chúng em trong suốt thời gian theo học tại trường, là toàn bộ năng lực của chúng em khi bắt tay vào quá trình nghiên cứu. Để được thành công như ngày hôm nay chúng em không bao giờ quên được sự giúp đỡ và sự giảng dạy rất nhiệt tình của các Thầy cô Bộ môn Tự động hoá – Khoa Công nghệ - Trường Đại học Cần Thơ. Các Thầy cô là những đội ngũ đi trước rất am hiểu về lĩnh vực khoa học kỹ thuật đã tận tình giảng dạy và giúp chúng em hoàn thành được rất nhiều đề tài Luận văn rất hay và có ứng dụng nhiều trong thực tế. Và đều không thể kể đến sự thành công của chúng em ngày hôm nay đó là sự nhiệt huyết tận tình hướng dẫn của Thầy Nguyễn Hoàng Dũng. Thầy đã cùng chúng em đi qua những ngày khó khăn trong quá trình nghiên cứu và chỉ dẫn của Thầy là niềm động lực rất lớn đối với chúng em. Và cuối cùng chúng em xin ghi ơn công lao cha mẹ đã sinh ra và cho chúng em được ăn học đến ngày hôm nay để có cơ hội tiếp cận với lĩnh vực khoa học, nhờ sự động viên thường xuyên và quan tâm đủ mặt về phía gia đình là một động lực giúp chúng em vực qua mặt tâm lý, sự chán nản để chúng em quyết tâm hoàn thành tốt được đề tài này. Chúng em cũng xin cảm ơn đến những người bạn thân đã không ngại chia sẽ về kinh nghiệm làm đề tài cũng như hỗ trợ các công việc để giúp nhóm em hoàn thành tốt được luận văn này. CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 2 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Nhận xét của Giáo viên hướng dẫn  Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2012 Giáo viên hướng dẫn Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Nhận xét của Giáo viên phản biện 1  CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 3 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2012 Giáo viên phản biện 1 Nhận xét của Giáo viên phản biện 2  CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 4 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2012 Giáo viên phản biện 2 Mục lục 1 LỜI CAM ĐOAN 1 2 LỜI CẢM ƠN 2 Mục lục 5 Danh mục hình 8 Danh mục bảng 10 Kí hiệu và viết tắt 11 Tóm tắt 12 Abstract 13 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 14 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 14 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 14 CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 5 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 14 1.4 GỚI THIỆU NỘI DUNG 15 1.5 HƯỚNG GIẢI QUYẾT 15 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 16 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG 16 2.1.1 Khối lượng của một vật thể 16 2.1.2 Các hình thức xác định khối lượng của vật 16 2.2 CẢM BIẾN TRỌNG LƯỢNG (LOADCELL) 17 2.2.1 Cấu tạo của một Loadcell 17 2.2.2 Mạch cầu Wheatstone 17 2.2.3 Ứng dụng loadcell vào đề tài 19 2.3 BỘ KHUẾCH ĐẠI LOADCELL CHUẨN CÔNG NGHIỆP 20 Thông số 21 Giá trị 21 Dãy đầu vào 21 0-1mV/V, 0-2mV/V, 0-3mV/V, 0-4mV/V, 0-10mV/V, 0-20mV/V, 0-30mV/V, 0- 40mV/V 21 Dãy tín hiệu đầu ra 21 0-5V, 0-10V, 1-5V 21 Điện áp nguồn nuôi 21 12 – 24 VDC 21 Điện áp nguồn nuôi loadcell 21 10VDC, 100mA 21 2.4 MODUL MỞ RỘNG ANALOG EM231 21 2.4.1 Cấu tạo 21 2.4.2 Thông số kỹ thuật 22 2.5 GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC LẬP TRÌNH 25 2.5.1 Khái niệm chung 25 2.5.2 Những đặc điểm của PLC 25 2.5.3 Phân loại PLC S7 200 25 2.5.4 Chức năng hình dạng bên ngoài PLC S7 200 CPU 224 27 2.5.5 Cấu trúc bên trong 27 2.5.6 Đặc điểm ngõ vào ra của PLC S7 200 28 2.5.7 Cáp truyền thông 29 2.5.8 Thực hiện chương trình 29 2.5.9 Phần mềm lặp trình của PLC S7 200 30 2.6 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM WINCC 6.0 SP2 36 2.6.1 Các đặc điểm chính của WinCC 36 2.6.2 Các chức năng chính của WinCC 37 CHƯƠNG III: THI CÔNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG 38 3.1 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 40 3.1.1 Đấu nối PLC S7-200 CPU224 với Modul Analog EM231 40 3.1.2 Đấu nối Modul Analog EM231 với bộ khuếch đại MKcells, Loadcell với MKcells 41 3.1.3 Động cơ và mạch điều khiển động cơ 42 3.1.4 Thiết kế mô hình cơ khí 44 CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 6 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC 3.1.5 Cảm biến 51 3.1.6 Van khí nén 53 3.2 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 54 3.2.1 Ý tưởng thiết kế chương trình: 54 3.2.2 Lưu đồ chương trình điều khiển hệ thống 55 61 3.2.3 Quy ước các ngõ vào ra cho PLC 62 3.2.4 Thiết kế truyền dữ liệu PC – Access 72 3.2.5 Thiết kế giao diện và điều khiển giám sát bằng WinCC 73 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ KIẾN NGHỊ 81 4.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 81 4.1.1 Phần cứng 81 4.1.2 Phần mềm 82 4.2 KIẾN NGHỊ 85 4.2.1 Giới hạn kết quả đề tài 85 4.2.2 Hướng phát triển 85 Phụ lục 86 Tài liệu tham khảo 88 CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 7 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Danh mục hình Hình 2. 1 Cân bằng đòn cân 16 Hình 2. 3 Mạch cầu Wheatstone 18 Hình 2. 6 Loadcell UWE dạng thanh 19 Hình 2. 7 Bộ khuếch đại loadcell MKcells KM02A 20 Hình 2. 15 Vòng quét trong PLC S7 200 30 Hình 2. 16 Mô tả lệnh Load 31 Hình 2. 17 Mô tả lệnh Load Not 31 Hình 2. 18 Mô tả lệnh đấu nối tiếp 31 Hình 2. 19 Mô tả lệnh đấu song song 31 Hình 2. 20 Mô tả lệnh Set và Reset 32 Hình 2. 21 Mô tả lệnh TON 32 Hình 2. 22 Mô tả lệnh Timer Off delay 32 Hình 2. 23 Mô tả lệnh Timer ON có nhớ 32 Hình 2. 24 Lệnh đếm lên được trình bày dưới dạng Ladder 33 Hình 2. 25 Lệnh đếm xuống được trình bày dưới dạng Ladder 34 Hình 2. 26 Lệnh đếm lên xuống 34 Hình 2. 27 Mô tả lệnh gọi chương trình con 34 Hình 2. 28 Mô tả lệnh nhảy 35 Hình 2. 29 Các bước điều khiển chương trình 36 Hình 3. 1 Các bước thiết kế mô hình định lượng 39 Hình 3. 2 Sơ đồ điều khiển hệ thống 40 Hình 3. 3 Sơ đồ đấu nối PLC, EM 231 và bộ khuếch đại 40 Hình 3. 6 Cách đấu dây bộ khuếch đại loadcell 42 Hình 3. 7 Mạch nguồn 12 VDC 3A 42 Hình 3. 8 Mạch kích động cơ từ ngõ ra PLC 43 Hình 3. 9 Hình chiếu đứng của phễu 45 Hình 3. 10 Hình chiếu cạnh của phễu 46 Hình 3. 11 Hình chiếu bằng của phễu 47 Hình 3. 12 Hình chiếu đứng băng tải 47 Hình 3. 13 Hình chiếu cạnh băng tải 48 Hình 3. 14 Hình chiếu bằng băng tải 49 Hình 3. 15 Bản vẽ mô hình cân định lượng 50 Hình 3. 16 Cảm biến quang PZ2-41P loại PNP 51 Hình 3. 17 Cách đấu dây cảm biến quang PZ2-41P 52 Hình 3. 18 Cảm biến quang BYD30-DDT-T loại NPN 52 Hình 3. 19 Cách đấu dây cảm biến quang BYD30-DDT-T 53 Hình 3. 22 Quan hệ giữa khối lượng và giá trị AD đọc về 54 Hình 3. 23 Lưu đồ chương trình cân 57 Hình 3. 24 Lưu đồ giải thuật điều khiển hệ thống cân với tải trọng 2kg 60 Hình 3. 25 Màn hình giao diện PC Access 72 Hình 3. 26 Các biến đã khai báo hoàn chỉnh 72 Hình 3. 27 Cửa sổ làm việc của WinCC 73 CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 8 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Hình 3. 28 Cửa sổ liên kết các Tag giữa PC Access với WinCC 73 Hình 3. 29 Giao diện đồ họa hệ thống định lượng 74 Hình 3. 30 Cửa sổ thiết lập cho Alarm Logging 75 Hình 3. 31 Tùy chọn màu cho các Alarm 75 Hình 3. 32 Cửa sổ thiết lặp cho các biến trạng thái Tag Logging 76 Hình 3. 33 Các màu tương ứng với các biến trạng thái Tag Logging 76 Hình 3. 34 Giao diện Web Navigator 77 Hình 3. 35 Giao diện tạo bảo mật cho người dùng 78 Hình 3. 36 Truy xuất dữ liệu ra Excel 79 Hình 3. 37 Thiết lập chế độ hoạt động của chức năng WinCC 80 Hình 4. 1 Mô hình cơ khí hoàn chỉnh của cân 81 Hình 4. 2 Giao diện điều khiển hệ thống tự động 82 Hình 4. 3 Giao diện Web Navigator 83 Hình 4. 4 Truy suất dữ liệu ra Excel 83 Hình 4. 5 Biểu đồ thể hiện các biến trạng thái 84 Hình 4. 6 Thay đổi các biến trạng thái tag logging 84 Hình 4. 7 Theo dõi Alarm logging 85 CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 9 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Danh mục bảng Bảng 2. 1 Thông số Loadcell UWE 20 Bảng 2. 2 Thông số kỹ thuật KM02A 21 Bảng 3. 1 Linh kiện dùng trong mạch nguồn 12VDC 43 Bảng 3. 2 Cách linh kiện dùng trong mạch kích động cơ 43 Bảng 3. 3 Thông số cảm biến quang PZ2-41P loại PNP 51 Bảng 3. 4 Thông số cảm biến quang BYD50-DDT-T loại NPN 52 Bảng 3. 5 Quy ước các ngõ vào ra cho PLC 62 CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 10 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm [...].. .Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Kí hiệu và viết tắt - PLC: Progammble Logic Control - WinCC: Windows Control Center - HMI: Human Machine Interface - CPU: Central Processing Unit - SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition CBHD: Ths Nguyễn Hoàng Dũng Trang 11 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Tóm tắt... thông số ban đầu cho hệ thống cân Qua thời gian nghiên cứu thiết kế, cân chỉnh và vận hành thực tế Kết quả của hệ thống cân này có độ chính xác ± 6g Với kết quả này, nhóm chúng em mạnh dạn đề nghị đề tài được nghiên cứu thêm và đưa vào áp dụng trong sản xuất CBHD: Ths Nguyễn Hoàng Dũng Trang 12 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Abstract Topic... người dùng muốn cài đặt [8] CBHD: Ths Nguyễn Hoàng Dũng Trang 23 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Hình 2 9 Các switch cho phép cấu hình modul EM231 [9] Hình 2 10 Cấu trúc dữ liệu của word ngõ vào [9] Bảng 2 4 Bảng cấu hình modul EM 231 [9] CBHD: Ths Nguyễn Hoàng Dũng Trang 24 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết. .. mở rộng cho các mô hình cân định lượng với công suất lớn hơn, ứng dụng nhiều hơn trong thực tiễn CBHD: Ths Nguyễn Hoàng Dũng Trang 14 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC 1.4 GỚI THIỆU NỘI DUNG - Đề tài thiết kế, thi công, điều khiển và giám sát hệ thống cân định lượng là đề tài mang tính ứng dụng trong sản xuất Hệ thống gồm một phễu lớn chứa... UWE 2.3 BỘ KHUẾCH ĐẠI LOADCELL CHUẨN CÔNG NGHIỆP (Nguồn: www.candaithanh.com) Hình 2 7 Bộ khuếch đại loadcell MKcells KM02A CBHD: Ths Nguyễn Hoàng Dũng Trang 20 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC - Trong thực tế và trong sản xuất công nghiệp nếu liên quan đến định lượng dùng loadcell thì thiết bị thường đi kèm là bộ khuếch đại chuẩn cho loadcell... (24 VDC) cần thiết cho bộ vi xử lý và các mạch điện trong các module giao tiếp nhập và xuất Thiết bị lập trình PLC Bộ nhớ Sensors SW Giao diện nhập Bộ xử lý ( CPU) Giao diện xuất Thiết bị điều khiển Bộ nguồn công suất Hình 2 12 Sơ đồ khối hệ thống PLC S7 200 [2] CBHD: Ths Nguyễn Hoàng Dũng Trang 27 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC - Bộ nhớ... trường, và vào mục đích phù hợp với đề tài thiết kế hệ thống định lượng nên chúng em đã nghiên cứu và sử dụng loadcell dạng thanh vào đề tài, vì nó phù hợp theo thiết kế cơ khí và chịu tải trọng Hình 2 6 Loadcell UWE dạng thanh CBHD: Ths Nguyễn Hoàng Dũng Trang 19 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Bảng thông số kỹ thuật: Đặc tính kỹ thuật... Hoàng Dũng Trang 35 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC này rất mềm dẻo được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực điều khiển trong công nghiệp - Phương pháp điều khiển lập trình thực hiên theo các bước sau Xác định thật kỹ yêu cầu công nghệ Liệt kê số đầu vào/ra cho PLC Thiết kế giải thuật (Lập lưu đồ cho PLC thực hiện) Viết chương trình điều khiển... trên, chúng em mạnh dạn đề xuất đề tài Thiết kế hệ thống cân dùng PLC 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI - Thiết kế, thi công, điều khiển và giám sát hệ thống cân định lượng trực tuyến dùng PLC - Với phương pháp cân động sẽ thay thế cho phương pháp cân tĩnh truyền thống Khi cân động, sản phẩm dạng hạt sẽ được định lượng một cách tự động, vận chuyển theo phương hướng đã định trước, cân với tốc độ nhanh, hiệu quả, không... Trang 26 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC 2.5.4 Chức năng hình dạng bên ngoài PLC S7 200 CPU 224 CPU 224 có 14 ngõ vào và 10 ngõ ra, có khả năng kết nối thêm 7 modul mở rộng - Các đèn báo trên S7 200 CPU 224 (Hình 2.11) + SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị lỗi + RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN, chỉ PLC đang ở chế độ làm việc và thực . Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Tóm tắt Đề tài nêu lên một giải pháp thiết kế hệ thống cân định lượng trực tuyến dùng PLC. PLC có nhiệm vụ đọc. Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được luận văn này là kết quả của toàn bộ nỗ lực của bản thân chúng em trong suốt thời gian theo học. Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC LỜI CAM ĐOAN Hệ thống cân là một hệ thống được áp dụng rất nhiều trong các nhà máy