CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU Trong chương này giới thiệu về đề tài Tổng quan về đề tài Mục tiêu của đề tài Cấu trúc của quyển CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trình bày về bộ điều khiển và các phần mềm sử dụng Bộ điều khiển PLC S7-1200 Giới thiệu phần mềm TIA Portal Giới thiệu phần mềm thiết kế giao diện WINCC CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ Trình bày về sơ đồ lắp đặt, sơ đồ đấu dây và tính chọn thiết bị Các thiết bị trong hệ thống Sơ đồ khối hệ thống Sơ đồ lắp đặt thiết bị Sơ đồ đấu dây động lực và điều khiển Tính chọn các thiết bị CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN Chương này gồm các phần sau: Quy trình hoạt động 14 Giản đồ Grafcet Chương trình điều khiển CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT VÀ KẾT NỐI GIAO DIỆN VỚI PLC Thiết kế giao diện Giao diện điều khiển và giám sát hệ thống CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương này trình bày một số kết luận sau khi thực hiện đề tài này và đưa ra hướng phát triển cho đề tài.4 Kế hoạch thực hiện Thời Gian Người STT Công việc hoàn thành thực hiện Tìm hiểu đề tài 15/10/2024 Võ Duy Thiệu Tìm kiếm tài liệu 1 Tìm hiểu máy bơm nước Tìm hiểu cảm biến áp suất Tìm hiểu PLC S7-1200 Sơ đồ khối – sơ đồ đấu nối các thiết 19/10/2024 Võ Duy 2 Thiệu bị Tính chọn các thiết bị 22/10/2024 Võ Duy 3 Thiệu Sơ đồ lắp đặt Võ Duy 4 Kiểm tra các thiết bị 1/11/2024 Thiệu Quy trình hoạt động của hệ thống 5/11/2024 Võ Duy 5 Thiệu Lưu đồ giải thuật Võ Duy 6 Viết chương trình điều khiển 21/11/2024 Thiệu Thiết kế và thực hiện giao diện 26/11/2024 Võ Duy 7 Thiệu giám sát 29/11/2024 Võ Duy Hoàn chỉnh bài báo cáo Word 8 Thiệu Hoàn chỉnh bài báo cáo Power 15 Point CHƯƠNG2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Bộ điều khiển PLC S7-1200 SIMATIC S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic khả trình (PLC) của hãng SIEMENS có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hoá với quy mô nhỏ và vừa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh giúp chúng ta có nhiều giải pháp hoàn hảo hơn cho những ứng dụng sử dụng với SIMATIC S7- 1200. Với thiết kế theo dạng module, tính năng cao, SIMATIC S7- 1200 thích hợp với nhiều ứng dụng tự động hóa khác nhau, cấp độ từ nhỏ đến trung bình. Đặc điểm nổi bật là S7-1200 được tích hợp sẵn cổng truyền thông Profinet (Ethernet), sử dụng chung một phần mềm Simatic Step 7 Basic cho việc lập trình PLC và các màn hình HMI.
Điều này giúp cho việc thiết kế, lập trình, thi công hệ thống điều khiển được nhanh chóng, đơn giản. S7-1200 bao gồm các họ CPU 1211C, 1212C, 1214C, 1215C, 1217C. Mỗi loại CPU có đặc điểm và tính năng khác nhau, thích hợp cho từng ứng dụng của khách hàng. Với khả năng mở rộng các tính năng truyền thông và ngõ vào ra đa dạng, PLC Siemens thực hiện được hầu hết các yêu cầu điều khiển thông thường.1 Hình dán bên ngoài 1) Kết nối nguồn vào PLC 2) 2) Khe cấm thẻ nhớ dưới nắp dậy 3) Kết nối dây dẫn người dùng có thể tháo rời 4) Đèn Led trạng thái cho các ngõ I/O 16 5) Đầu kết nối cổng PROFINET 2.2 Thông số kỹ thuật PLC S7- 1200 PLC S7-1200 có nhiều dòng CPU khác nhau như: CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C, CPU1215C, 1217C và đồng thời cho người dùng có nhiều sự chọn lựa với nguồn điện áp AC/DC, tín hiệu đầu vào/ra là Relay hay DC Mỗi loại CPU có đặc điểm và tính năng khác nhau như: bộ nhớ, số lượng ngõ vào/ra, số module có thể mở rộng.
Tùy theo mỗi ứng dụng mà có thể lựa chọn CPU phù hợp làm cho hệ thống hoạt động tốt với giá thành kinh tế nhất.2 Cảm biến loadcell 2.1 Định nghĩa Cảm biến Loadcell là thiết bị điện tử dùng để chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu điện.2 ứng dụng Cảm biến Loadcell thường sử dụng để cảm ứng các lực lớn, tĩnh hay những lực biến thiên chậm. Có một số trường hợp cảm biến Loadcell được thiết kế để đo lực tác động mạnh và sẽ phụ thuộc vào thiết kế của cảm biến Loadcell.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Cấu tạo cảm biến Loadcell được cấu tạo từ hai thành phần chính là “Strain gage” và “Load”. 18 Strain gage chính là điện trở đặc biệt, với kích thước chỉ bằng móng tay, điện trở sẽ thay đổi khi bị nén hoặc kéo dãn. Nó được nuôi bằng nguồn điện ổn định và được dán chết lên “Load”.
Load là một thanh kim loại chịu tải có tính đàn hồi. Nguyên lý hoạt động của cảm biến loadcell sẽ dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone. Phần giá trị lực tác dụng sẽ tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở và vì vậy sẽ trả về tín hiệu điện áp tỉ lệ. 19 Theo như sơ đồ phía trên, một điện áp kích thích được cung cấp cho ngõ vào loadcell, R1 và R4 của cầu điện trở Wheatstone và phần điện áp tín hiệu ra được đo giữa hai góc khác là R2 và R3.
Khi ở trạng thái không tải, điện áp tín hiệu ra sẽ bằng 0 hoặc xấp xỉ bằng 0. Khi đặt vật có khối lượng lên dĩa cân, phần thân Loadcell sẽ bị kéo - nén, làm cho điện trở của các điện trở ở strain gauge sẽ thay đổi theo bởi sự thay đổi độ dài và tiết diện của các dây kim loại trong điện trở. Tuy nhiên, được biết độ biến dạng của thanh kim loại chỉ là phần trọng lượng mà Loadcell đo được. Để có thể tìm được khối lượng của vật thì cần phải chia cho gia tốc trọng trường.
Khi sản xuất cân, nhà sản xuất sẽ xây dựng một bộ hiệu chỉnh bên trong cân điện tử để hiệu chỉnh lại cân tại nơi cần sử dụng. Giúp cho cân luôn đạt được độ chính xác mong muốn.3 Cảm biến mức(on/off) 2.1 Định nghĩa Cảm biến báo mức on/off hay còn gọi là cảm biến báo đầy báo cạn là một thiết bị có khả năng đo mức vật liệu rắn, lỏng trong thùng chứa hay các thiết bị chứa khác. Đặc điểm chung của các dòng này là có ngõ ra dạng Relay on/off giúp báo động các thiết bị đèn báo, còi báo hay các loại công tắc khác một cách nhanh chóng.2 ứng dụng Dùng để đo mức vật liệu rắn lỏng trong một thiết bị nào đó 2.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động cảm biến sẽ kích hoạt báo động hoặc hiển thị thông số nếu vật chất bên trong đạt đến những mức tương ứng.4 Van điện từ 2.1 Định nghĩa Van điện từ sử dụng từ trường để đóng mở, kiểm soát lưu chất trong hệ thống đường ống. Van sử dụng nguồn điện 24v, 220v xoay chiều hoặc một chiều.
Van có thiết kế phổ biến nhất là dạng hai cổng: một vào và một ra. Ngoài ra chúng cũng có thiết kế dạng ba cổng: một vào và hai cổng ra. Dạng ba cổng thường sử dụng trong các hệ thống phân chia dòng lưu chất. Các hệ thống hiện đại có thể sử dụng rất nhiều van điện từ để ghép lại với nhau, nhằm tối ưu hóa hoạt động của hệ thống.2 ứng dụng Van điện từ có cơ chế đóng mở nhanh, hoạt động ổn định, tốn ít năng lượng và có thiết kế nhỏ gọn.
Trong các hệ thống công nghiệp, chúng đóng vai trò mở, trộn phân chia dòng lưu chất trong đường ống. Van được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực, từ môi trường chất lỏng như nước, dầu, hóa chất đến các môi trường dạng khí, hơi.3 Cấu tạo và ứng dụng Cấu tạo van điện từ 21 Trên đây là bản vẽ kĩ thuật của van điện từ. Van điện từ có cấu tạo khá đơn giản gồm các bộ phận sau Valve Body (Thân van): Thường được chế tạo từ vật liệu đồng, gang sử dụng cho các hệ thống nước, hơi, khí nén hoặc có thể là nhựa, inox khi sử dụng trong các môi trường như hơi nóng có nhiệt độ cao, hóa chất có độ ăn mòn. Seal (Đệm van, màng van): Được làm từ các loại vật liệu như cao su EPDM, Teflon(PTFE), Buna, Viton.
Với nhiệm vụ làm kín, ngăn không cho nước rò rỉ qua Plunger(Piston): Là bộ phận trực tiếp giúp van đóng hoặc mở, được làm từ vật liệu inox. Spring (lò xo van): Lò xo được chế tạo từ inox, có độ đàn hồi tốt, giúp đẩy trục van lên xuống để đóng mở van. Lò xo của van điện từ thường được thiết kế khoảng 8- 10 bar Coid (Cuộn điện của van): Là bộ phận chính giúp tạo ra từ trường cho van. Coid điện của van được quấn từ dây đồng sử dụng nguồn điện thông dụng như 24v, 110v hoặc 220v Nguyên lý hoạt động của van điện từ Sau khi hiểu về van điện từ là gì? Chúng tôi sẽ giới thiệu thêm về nguyên lý hoạt động của van điện từ để bạn độc hiểu rõ hơn.
Van sử dụng hiện tượng cảm ứng điện từ để hoạt động. Khi dòng điện đi qua cuộn dây thì nó sẽ sinh ra một dòng từ trường. Dòng từ trường này sẽ hút pit tông lên trên. Pit tông rời khỏi vị trí ban đầu sẽ giúp cho dòng lưu chất đi qua hoặc chặn hoàn toàn dòng lưu chất.
22 Do sử dụng hiện tượng cảm ứng điện từ nên van đóng mở rất nhanh, gần như tức thì. Vì vậy chúng được sử dụng nhiều trong các hệ thống cấp lưu lượng chính xác. Việc đóng ngắt tức thời giúp kiểm soát lưu lượng gần như một cách tuyệt đối. Dùng thêm các cảm biến để điều khiển van một cách tối ưu Ngoài sử dụng hiện tượng cảm ứng điện từ, van còn sử dụng hiện tượng chênh lệch áp suất.
Đây là nguyên lý sử dụng trong các dòng van điện từ gián tiếp và bán trực tiếp.5 Giới thiệu phần mềm TIA Portal Phần mềm TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal) dùng để điều khiển và lập trình cho SIMATIC S7- 1200, là phần mềm 20 cơ sở tích hợp tất cả các phần mềm lập trình cho các hệ thống tự động hóa và truyền động điện. Phần mềm TIA Portal có tích hợp các sản phầm SIMATIC khác nhau trong một phần mềm như phần mềm Step7, lập trình HMI và WinCC.6 Giới thiệu phần mềm thiết kế giao diện WINCC Phần mềm WinCC (Windows Control Center) của Siemens là một phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) cũng như phục vụ việc xử lý và lưu trữ dữ liệu trong một hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition). 23 CHƯƠNG3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 3.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 1.