Đề tài Điều khiển hệ thống cân trộn nguyên liệu sử dụng PLC S7 - 200 (Phần 1)

Nội dung text: Đề tài Điều khiển hệ thống cân trộn nguyên liệu sử dụng PLC S7 - 200 (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CÂN TRỘN S K C 0 0 3 0 0 9 NGUYÊN LIỆU SỬ DỤNG PLC S7 - 200 MÃ SỐ: T2010 - 10 Chủ nhiệm đề tài: GV.Th.S NGUYỄN TẤN ĐỜI S K C 0 0 3 0 0 9 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 11/2010
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CÂN TRỘN NGUYÊN LIỆU SỬ DỤNG PLC S7-200 Mã số: T2010 – 10 Chủ nhiệm đề tài: GV ThS Nguyễn Tấn Đời TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 11 NĂM 2010
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CÂN TRỘN NGUYÊN LIỆU SỬ DỤNG PLC S7-200 Mã số: T2010 – 10 Chủ nhiệm đề tài: GV ThS Nguyễn Tấn Đời TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 11 NĂM 2010
4. DANH SÁCH NHỮNG ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH 1. Khoa Điện Điện Tử, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM 2. Công ty Đông Á
5. MỤC LỤC TRANG Phần Mở đầu 1 I. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1 II. Tính cấp thiết của đề tài 1 III. Mục tiêu 1 IV. Cách tiếp cận 1 V. Đối tượng nghiên cứu 2 VI. Nội dung nghiên cứu 2 Phần Nội Dung 3 Chương 1: Giới thiệu PLC Siemens 3 Chương 2: Giới thiệu về Loadcell . 19 Chương 3: Giới thiệu đầu cân EX2002 . 22 Chương 4: Thiết kế và thi công mô hình trạm cân trộn 38 Chương 5: Điều khiển mô hình trạm cân 44 Chương 6: Kết quả đạt được 48 1. Tính khoa học 48 2. Khả năng triển khai ứng dụng thực tế 48 3. Hiệu quả kinh tế xã hội 48 Phần Kết luận 49 I. Kết luận. 49 II. Đề nghị 49 Phụ lục 50 I. Hình ảnh hệ thống hoạt động II. Chương trình PLC
6. DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢNG BIỂU Hình 1: cấu trúc PLC Hình 2: cấu trúc CPU Hình 3: PLC S7-200 Hình 4: ghép nối S7-200 với máy tính Hình 5: cấu tạo Loadcell Hình 6: sơ đồ nối dây Loadcell Hình 7: sơ đồ mạch cầu Loadcell Hình 8: Loadcell tải lớn Hình 9: Loadcell tải nhỏ Hình 10: đầu cân CKW55 Hình 11: đầu cân WE2004 Hình 12: đầu cân EX2002 Hình 13: sơ đồ nối dây EX2002 Hình 14: hệ thống dùng Loadcell và Vi xử lý Hình 15: hệ thống dùng Loadcell và PLC Hình 16: hệ thống dùng Loadcell, đầu cân và PLC Hình 17: sơ đồ khối hệ thống cân trộn Hình 18: mô hình trạm cân trộn Hình 19: sơ đồ kết nối PLC và thiết bị
7. THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VIỆT NAM: Đề tài Điều khiển hệ thống cân trộn nguyên liệu sử dụng PLC S7200 trình bày một phương pháp dùng để xử lý tín hiệu từ Loadcell trong công nghiệp. Phương pháp này thực hiện dựa trên đặc tính điều khiển hiệu quả của PLC trong công nghiệp, kết hợp tính năng cho phép giao tiếp giữa PLC và đầu cân. Kết quả đạt được những vấn đề sau - Giao tiếp giữa Loadcell và đầu cân - Giao tiếp giữa đầu cân và PLC S7-200 - Thi công mô hình trạm cân - Điều khiển mô hình hoạt động tốt Phương pháp thực hiện mang tính thực tiễn cao, có thể ứng dụng trong các hệ thống điều khiển thiết bị thực tế. ENGLISH: Topic Using PLC S7-200 controll the mixer system presented a method to proccess loadcell signal. This based on the effect of controll on PLC (Programmable Logic Controller) anh the interface of PLC and Dingo Excell 2002. Results are the following: - Interfacing of loadcell anh Dingo Excell 2002 - Interfacing of Dingo Excell and PLC S7-200 - Produce a Mixer system model - Operate the model This approach is very effective in fact, can be used in some industry systems.
8. PHẦN MỞ ĐẦU I. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC: - Vấn đề điều khiển thiết bị công nghiệp bằng PLC rất phổ biến ở nhiều nước trên thế giới. - Hấu hết các trạm cân trộn đều sử dụng PLC và Loadcell điều khiển. - Một số hệ thống sử dụng Module Ananlog của PLC, tuy nhiên gặp khó khăn trong xử lý nhiễu, một số hệ thống sử dụng đầu cân. - Đây là lãnh vực mới mẽ và có xu hướng phát triển mạnh đối với ngành công nghiệp Việt Nam. II. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI: - Đáp ứng nhu cầu thực tế - Hầu hết các trạm cân trộn bên ngoài đều sử dụng đầu cân giao tiếp PLC - Một số nghiên cứu của giảng viên và sinh viên về lãnh vực này lại sử dụng module Analog, hiệu quả không cao - Có yêu cầu về chuyển giao công nghệ từ cá nhân và đơn vị sản xuất bên ngoài. III. MỤC TIÊU: - Tham gia phong trào NCKH - Nâng cao trình độ - Phục vụ giảng dạy lý thuyết và thực hành PLC - Tạo ra sản phẩm đáp ứng nhu cầu thị trường về điều khiển cân trộn. - Chuyển giao công nghệ IV. CÁCH TIẾP CẬN, PHƢƠNG PHÁP và PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Khảo sát một số trạm cân trộn thực tế, so sánh với thực tế trong trường - Nghiên cứu lý thuyết, thực hiện mô phỏng và thi công thực tế - Nghiên cứu về lý thuyết giao tiếp giữa đầu cân và PLC S7200 - Thi công mô hình dạng bảng đèn, - viết chương trình điều khiển trên S7200 TRANG - 1
9. V. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU: - Phần mềm Step7 MicroWIN, PLC S7200. - Đầu cân EX-2002. - Loadcell - Giao tiếp loadcell và đầu cân. - Giao tiếp PLC và đầu cân. - Mô hình trạm cân trộn. VI. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU: - Tìm hiểu về hệ thống cân trộn nguyên liệu - Thực hiện kết nối giữa loadcell và đầu cân - Thi công mô hình cân trộn nguyên liệu - Viềt chương trình điều khiển PLC S7200 TRANG - 2
10. PHẦN NỘI DUNG Chƣơng 1: GIỚI THIỆU VỀ PLC SIEMENS 1.1 Giới thiệu chung về PLC: - PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển logic khả trình, được sử dụng phổ biến trong điều khiển thiết bị công nghiệp. - Cấu trúc PLC gồm các thành phần sau: Nguồn cung cấp: có thể tích hợp sẵn bên trong PLC hoặc làm riêng bên ngoài. Có nhiều cấp điện áp khác nhau tùy loại PLC, gồm 110VAC hoặc 220VAC hoặc 24VDC. CPU (Central Processing Unit): đây là bộ xử lý trung tâm làm việc như 1 máy tính, dùng để lưu trữ và xử lý chương trình người dùng. I/O (Input/Ouput): các ngõ vào/ra giúp PLC có thể giám sát các quá trình và đưa ra các tác động thích hợp. Đèn báo: dùng để chỉ báo trạng thái PLC, gồm nguồn, chạy chương trình, lỗi hệ thống. Các cảnh báo này rất cần thiết trong quá trình chẩn đoán sự cố. Cấu trúc tổng quát PLC như hình 1. Hình 1: Cấu trúc PLC Một CPU bao gồm các thành phần như hình 2. Hình 2: Cấu trúc CPU TRANG - 3
11. - Hoạt động: Các PLC hoạt động theo chu trình lặp, mỗi chu trình hoạt động gồm 4 giai đoạn: Giai đoạn 1: sau khi bật nguồn, PLC sẽ tự kiểm tra lỗi phần cứng, lỗi phần mềm. Giai đoạn 2: nếu không có lỗi nó sẽ đọc toàn bộ giá trị ngõ vào và chứa vào bộ nhớ, giai đoạn này gọi là đọc ngõ vào. Giai đoạn 3: với dữ liệu ngõ vào trong bộ nhớ, chương trình sẽ được thực hiện một lần, giai đoạn này gọi là thực hiện chương trình. Giai đoạn 4: trong khi thực hiện chương trình, các giá trị ngõ ra chỉ được thay đổi tạm thời trong bộ nhớ. Sau khi quét xong chương trình, dữ liệu ngõ ra sẽ được cập nhật từ các giá trị tạm thời, gọi là xuất dữ liệu cho ngõ ra. Sau đó PLC sẽ khởi động lại quá trình bằng cách khởi động việc kiểm tra lỗi. Quá trình này lặp lại từ 10 đến 100 lần/giây 1.2 PLC S7-200: a. Khái niệm: S7-200 là PLC cỡ nhỏ của hãng Siemens. Có cấu trúc theo kiểu module và có các module mở rôṇ g. Các module này đươc sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau . Hình vẽ 3 mô tả một PLC S7-200. Hình 3: Hình dạng PLC S7-200 TRANG - 4
12. b. Đặc điểm : Đặc điểm và thông số của các loại PLC S7-200 được giới thiệu trong bảng sau: Đặc trƣng CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 226 Kích thước(mm) 90x80x62 90x80x62 120.5x80x62 190x80x62 Bô ̣nhớ chương trình 2048 words 2048words 4096words 4096words Bô ̣nhớ dữ liêụ 1024 words 1024words 2560words 2560words Cổng logic vào 6 8 14 24 Cổng logic ra 4 6 10 16 Modul mở rôṇ g None 2 7 7 Digital I/O cưc̣ đaị 128/128 128/128 128/128 128/128 Analog I/O cưc̣ đaị None 16In/16Out 32In/32Out 32In/32Out Bô ̣đếm (Counter) 256 256 256 256 Bô ̣điṇ h thì (Timer) 256 256 256 256 Tốc đô ̣thưc̣ thi lêṇ h 0.37s 0.37s 0.37s 0.37s Khả năng lưu trữ khi mất điện 50 giờ 50 giờ 190 giờ 190 giờ c. Ghép nối PLC S7-200: Để ghép S 7-200 với các máy tính PC qua cổng RS -232 cần có cáp nối PC /PPI với bô ̣chuyển đổi từ RS232 sang RS485, theo hình vẽ 4. Hình 4: Ghép nối S7-200 vớ i má y tính qua cổng RS232 TRANG - 5
13. d. Module mở rộng: - Có thể mở rộng ngõ vào/ra của PLC bằng cách ghép nối thêm vào PLC các module mở rộng về phía bên phải của CPU. Các CPU 224 và 226 có thể ghép tối đa 7 module. - Các module mở rộng Digital hay Analog đều chiếm chỗ trong bộ đệm, tương ứng với số đầu vào/ ra của các module. - Ví dụ minh họa vị trí và địa chỉ các module mở rộng như sau: e. Bộ nhớ: - Bô ̣nhớ của S 7-200 đươc̣ chia thà nh 4 vùng có một tụ điện làm nhiệm vụ duy trì dữ liêụ trong môṭ khoảng thời gian nhất điṇ h khi mất nguồn . Bô ̣ nhớ S7-200 có tính năng động cao , có thể đoc̣ ghi đươc̣ trong toàn vùng , ngoại trừ các bit nhớ đặc biệt SM (Special memory) chỉ có thể truy nhập để đoc̣ , bao gồm: o Vùng chương trình : miền nhớ đươc̣ sử duṇ g để lưu trữ các lêṇ h chương trình. o Vùng tham số: miền lưu trữ các tham số như từ khóa , điạ chỉ traṃ , cũng giống như vùng chương trình. TRANG - 6