TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO  TIỂU LUẬN MÔN HỌC HỆ SCADA ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỚNG TRỢN SƠN TỰ ĐỢNG GVHD: PSG.TS Ngơ Văn Thuyên Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Yên …………….16151319 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2019 Mục Lục GIỚI THIỆU Ngày nay, phát triển khoa học kỹ thuật diễn nhanh chóng tồn giới Những thành tựu khoa học kỹ thuật vận dụng thực tế để tạo hàng loạt sản phẩm Một thành tựu khoa học kỹ thuật ứng dụng rộng rãi kỹ thuật điều khiển Tuy phát triển năm gần nhanh chóng thay công nghệ điều khiển cổ điển, lỗi thời, lạc hậu với nhiều đặc điểm ưu việt Trên đà hội nhập với giới Việt Nam nhanh chóng tiếp thu thành tựu khoa học kỹ thuật áp dụng thành tựu khoa học kỹ thuật q trình cơng nghiệp hố đại hố đất nước Công nghệ cũ, thiết bị cũ dần thay công nghệ mới, thiết bị Các thiết bị công nghệ tiên tiến với hệ thống thiết bị lập trình PLC, Vi xử lý, Vi điều khiển, Điện khí nén, Điện tử Đang ứng dụng rộng rãi công nghiệp dây truyền sản xuất nước ngọt, chế biến thức ăn gia xúc, máy điều khiển theo chương trình CNC, hệ thống đèn giao thơng, hệ thống báo động, hệ thống làm mát ngành khí… Để nắm bắt khoa học kỹ thuật tiên tiến trường Đại học, Cao đẳng trường Trung học đưa thiết bị đại, kiến thức khoa học vào giảng dạy Hệ Scada mảng có ứng dụng mạnh mẽ đảm bảo có độ tin cậy cao Cũng lý em vận dụng kiến thức hệ Scada vào đề tài “Thiết kế điều khiển giám sát hệ thống trộn sơn tự động” Trên thực tế ý tưởng khơng lạ vận dụng rộng rãi ngành Công nghiệp Đặc biệt phân xưởng nhà máy trộn sơn, đóng thùng sản phẩm … Tuy nhiên mẻ Sinh viên Do em làm đề tài với mong muốn nghiên cứu sâu kỹ thuật Nội dung bao gồm phần phụ lục : -Phần 1: Tổng quan đề tài -Phần 2: Thiết kế xây dựng hệ thống -Phần 3: Chương trình giao diện HMI Em xin chân thành cảm ơn đóng góp, nhận xét ý kiến quý báu Thầy đề tiểu luận hoàn thiện tốt PHẦN 1: TỔNG QUAN I Đặt vấn đề 1.1 Giới thiệu chung Trong q trình cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước tự động hóa đóng vai trò cấp thiết khơng thể thiếu phát triển nhanh chóng đất nước Những hệ thống tự động hóa làm việc liên tục, khơng mệt mỏi, độ xác tốc độ nhanh nhiều Vì việc áp dụng tự động hóa để thay ng̀n nhân lực thủ công áp dụng từ lâu mở rộng rộng rãi Hệ thống PLC có nhiều ưu điểm bật so với điều khiển khác như: đơn giản, dễ thay đổi, dễ lập trình, tin cậy mơi trường cơng nghiệp, cạnh tranh giá thành với điều khiển khác Với việc điều khiển giám sát mơ hình kèm theo thiết bị giao tiếp người điều hành với thiết bị HMI Hiện nay, đất nước ta bước vào thời kỳ cơng nghiệp hố, đại hóa, để q trình phát triển nhanh cần tập trung đầu tư vào dây chuyền sản xuất tự động hóa, nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất, nâng cao suất lao động cho sản phẩm có chất lượng cao Một phương án đầu tư vào tự động hoá việc ứng dụng PLC vào dây chuyền sản xuất Đối với tính tiện ích hệ thống PLC nên điều khiển sử dung nhiều lĩnh vực khác Một ngành phát triển mạnh mẽ ngành xây dựng, việc ứng dụng PLC vào ngành xây dựng việc làm đem lại hiệu cao phù hợp, đặc biệt công đoạn pha chế sơn Trong đó, cần nghiên cứu thiết kế hệ thống trộn sơn đảm bảo yêu cầu công nghệ, nhằm nâng cao độ xác đạt màu sơn đạt yêu cầu chất lượng sản phẩm so với việc trộn thủ công 1.2 Tại cần giám sát hệ thống HMI giúp người điều khiển q trình quan sát thông số trạng thái hoạt động trình từ xa trực quan hơn.Việc sử dụng HMI giúp người dùng thao tác với trình mà khơng cần tiếp cận trực tiếp -Tính đầy đủ kịp thời xác thơng tin -Tính mềm dẻo, dễ thay đổi bổ xung thông tin cần thiết -Tính đơn giản hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành sửa chữa -Tính “Mở”: có khả kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị nhiều loại giao thức -Khả lưu trữ cao II Mục tiêu đề tài 2.1 Mục đích nghiên cứu Sơn nguyên vật liệu chủ yếu ngành xây dựng,chủ yếu sơn phủ bề mặt nhằm bảo vệ bề mặt đối tượng sử dụng, đồng thời hình thức trang trí thẩm mỹ,chính màu sắc sơn yếu tố quan tâm hàng đầu Đa số việc pha màu thị trường thực phương pháp thủ cơng (tức theo kinh nghiệm) Chính độ xác khơng cao, sản phẩm sản xuất không theo mong muốn, tỷ lệ phế phẩm nhiều, suất thấp, lãng phí sức lao động, thời gian, Để loại bỏ nhược điểm Cũng để tạo sản phẩm theo mong muốn, thao tác đơn giản, đưa điểu khiển lập trình PLC vào để thực cụ thể dây chuyền sản xuất tự động 2.2 Mục tiêu đề tài “Thiết kế điều khiển giám sát hệ thống trộn sơn tự động”: -Nghiên cứu tỉ lệ pha màu sơn xây dựng hệ thống trộn sơn tự động công nghiệp kiến thức học -Ứng dụng phần mềm TIA Portal để lập trình điều khiển thiết kế HMI cho hệ thống tự động -Nắm bắt nguyên lí hoạt động Loadcell, Junction box, chuyển tín hiệu, hình HMI, biến tần, van điện từ… để ứng dụng vào thiết kế hệ thống -Có thể sản xuất tự động thùng sơn với nhiều màu sắc khác dựa vào tỷ lệ màu bản: đỏ, xanh lá, xanh dương vàng -Sản xuất tự động hàng loạt sản phẩm với độ xác cao ( màu sơn mong muốn ) mà không cần tốn sức tính tốn lượng sơn bờn chứa sơn tổng nhờ vào Loadcell PHẦN 2: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỚNG I Mơ tả quy trình cơng nghệ 1.1 Mơ tả hệ thống Hệ thống quy trình sản xuất sơn tự động nhờ trộn loại màu sơn bản: màu đỏ, màu vàng, màu xanh dương màu xanh lục Có thể đặt số lượng sơn vào màu sơn cần sản xuất Dựa vào màu sơn đặt hệ thống tự điều chỉnh thời gian mở van sơn màu theo tỷ lệ để trộn màu cần sản xuất, rời từ cân khối lượng sơn để tính tỷ lệ phù hợp màu Chẳng hạn với lượng sơn màu Cam cần sản xuất 10 Kg cần pha tỷ lệ 1:1 màu Đỏ màu Vàng, sau trộn xong đổ sơn vào thùng sơn, đóng nắp đưa thùng sản phẩm Có thể sản xuất liên tục màu nhiều màu với số lượng kèm 1.2 Yêu cầu thiết kế Để hệ thống hoạt động xác tránh sai sót, cần thiết kế hệ thống: -Hệ thống đóng mở thùng chứa sơn -Hệ thống cân đo lượng sơn -Hệ thống trộn sơn II Các phương án thiết kế phần cứng 2.1 Cấu hình hệ DAQ dạng vào tập trung Phương án 1: Dùng cấu hình hệ DAQ dạng vào tập trung, mạch điều hòa tín hiệu cắm trực tiếp vào PL -Ưu điểm: nhỏ gọn, tốc độ thu thập liệu điều khiển nhanh nhất, chi phí thấp -Nhược điểm: mạch điều hòa tín hiệu nằm phần cứng hệ DAQ (cần nằm PLC) nên cảm biến cấu chấp hành không đặt xa PLC mà phải gần 2.2 Dùng cấu hình hệ DAQ dạng vào phân tán Phương án 2: Dùng cấu hình hệ DAQ dạng vào phân tán sử dụng phát dây nối trực tiếp (two-wire transmitter) -Ưu điểm: chịu môi trường khắc nghiệt hệ thống có nhiễu (đặc biệt hệ thống có motor cơng suất lớn), cảm biến đặt xa PLC hàng trăm mét chất lượng độ xác tín hiệu cao -Nhược điểm: dây nối PLC dài, tốn dùng nhiều sensors Vì điều hòa tín hiệu dùng cho sensor 2.3 Dùng điều khiển thơng minh độc lập đứng Phương án 3: Bộ điều khiển độc lập thông minh đứng định cấu hình từu máy tính dùng giao tiếp nối tiếp card PCMCIA -Ưu điểm : +Giống ưu điểm I/O phân tán với điều hòa tín hiệu thơng minh, đờng thời khả tự định từ xa làm tăng độ tin cậy hệ thống +Có thể điều khiển định cấu hình từ máy tính dùng giao tiếp nối tiếp card PCMCIA +Có thể hoạt động độc lập mà khơng cần PC ( mục tiêu quan trọng nhất) hữu ích phải đặt thu thập liệu xa môi trường khắc nghiệt, ứng dụng không cho phép trì kết nối liên tục tới máy tính ( Vd: điều khiển nhiệt độ xe tải đông lạnh, thu thập liệu nhiệt đờ từ trạm khí tượng thủy văn gửi đất liền,…) -Nhược điểm: Chi phí cao,… 2.4 Phương án lựa chọn Do thiết kế hệ thống tính tốn khoảng cách nên cần lựa chọn phương án cấu hình DAQ dạng vào tập trung thích hợp hệ thống điều khiển đặt gần với cảm biến, tín hiệu ngõ cảm biến – 20mA với khoảng cách tầm 10m sai số tín hiệu khơng đáng kể Sơ đờ cấu hình vào/ra tập trung phương án lựa chọn mơ tả hình 2.1 Hình 2.1 Sơ đờ cấu hình vào tập trung III Lựa chọn thiết bị 3.1 PLC S7-1200 CPU 1214C -CPU sử dụng hệ thống mô tả hình 3.1 -Thơng số kỹ thuật: • • • • • 14DI x 24VDC 10DO x 24VDC AI 0-10VDC ( – 20 mV) Power supply 20.4-28.8VDC Program/Data memory 75kb Hình 3.1 CPU 1214c DC/DC/DC 6ES7214-1AG40-0XB0 -Lý lựa chọn thiết bị: Lập trình đơn giản, quen thuộc, nhiều tài liệu, dễ tìm mua 3.2 Analog input -Module Analog input sử dụng hệ thống mô phỏng hình 3.2 Hình 3.2 Module Analog Input SM12316ES7231-4HD32-0XB0 -Thơng số kỹ thuật • 4AI • ±10 V, ±5 V, ±2.5 V, or 0-20 mA/4-20mA • 12 bit+sign (13 bit ADC) 3.3 Digital output -Module Digital output sử dụng hệ thống mơ tả hình 3.3 Hình 3.3 Module Digital Output SM1222 6ES7222-1BF32-0XB0 -Thơng số kỹ thuật • 8DO x 24VDC • Transistor 0.5A 3.4 Cảm biến quang -Cảm biến quang sử dụng hệ thống mơ tả hình 3.4 Hình 3.4 Cảm biến quang E3F DS30C4 NPN -Thông số kỹ thuật • • • • Nguồn điện cung cấp : ~ 36V DC Khoảng cách phát : ~ 30cm Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở Dòng kích ngõ ra: 300mA.Ngõ dạng NPN cực thu hở giúp tùy biến điện áp ngõ ra, trở treo lên áp tạo thành điện áp ngõ nhiêu • Nhiệt độ: -40 đến 70 độ C 3.5 Junction Box Vì hệ thống dùng tới loadcell để lắp xung quanh thùng cân sơn nhằm xác định khối lượng sơn cân được, nên em dùng junction box để thu tín hiệu loadcell thành tín hiệu để xử lý -Junction Box dùng hệ thống mô tả hình 3.5 10 Hình 3.5 Junction box RW-JX4 -Thơng số k thut Kớch thc l cm: 4ì5 Tớn hiệu vào: tối đa tín hiệu mV • Tín hiệu ra: mV 3.6 Bộ chuyển đổi tín hiệu Vì tín hiệu Loadcell mV nên cần chuyển tín hiệu sang mA để nối vào PLC -Bộ chuyển đổi tín hiệu sử dụng hệ thống mơ tả hình 3.6 Hình 3.6 Bộ chuyển đổi tín hiệu KM02 -Thơng số kỹ thuật: • Nhiệt độ sử dụng: ~ 850C • Vout: ~ 10V • Iout: ~ 20mA • Cuộn dây relay 3.7 Động khuấy ( trộn sơn ) -Động khuấy sử dụng hệ thống mô tả hình 3.7 11 Hình 3.7 Động khuấy -Thơng số kỹ thuật • Cơng suất điện: 400W • Điện áp pha 220V 50Hz, pha 380V 50Hz • Cơng suất khuấy thùng 150-500 Lít tùy thuộc độ nhớt thể tích dung dich khuấy • Cánh khuấy mái chèo cánh cánh (Option) • Chiều dài trục khuấy 500mm-1000mm • Đường kính cánh khuấy: 100mm-350mm 3.8 Loadcell - Có loại Loadcell phổ biến như: dạng thanh, dạng trụ, dạng chữ “Z”, dạng mỏng … Để phù hợp với hệ thống nên cần sử dụng Loadcell dạng chữ “Z” để cân khối lượng sơn thùng với Loadcell xung quanh thùng chứa dựa vào lực kéo Loadcell với thùng cân sơn khung giá đỡ để xác định khối lượng sơn thùng -Loadcell sử dụng hệ thống mơ tả hình 3.8 Hình 3.8 Loadcell chữ Z dạng treo -Thơng số kỹ thuật: • Tải trọng: 100 kg • Điện áp biến đổi: ( ± 0.002 ) mV/V • Sai số: ( ≤ ± 0.01 ) %R.O 12 • Nhiệt độ làm việc: -20 ~ + 600C 3.9 Van điện từ, cảm biến siêu âm, xy lanh khí nén 3.9.1 Cảm biến siêu âm -Cảm biến siêu âm sử dụng hệ thống mô tả hình 3.9.1 Hình 3.9.1 Cảm biến siêu âm ULM-53N-10-I -Thơng số kỹ thuật: • • • • Dải giá trị: 0.5 – 10m Nguồn cấp: 18 – 36V DC Dòng ra: – 20mA Độ phân giải: