Đặt vấn đề Hiện na , sự nghiệp công nghiệp hóa hiện ại hóa ng c ng phát triển mạnh mẽ, sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, trong ó kỹ thuật iều khiển tự ộng cũng góp phần rất lớn tạo iều kiện ể nâng cao hiệu quả trong quá trình sản xuất. Vì thế tự ộng hóa quá trình công nghệ ã thực sự phát triển v ứng dụng mạnh mẽ trong công nghiệp, cũng l sự lựa chọn tối ƣu trong mọi lĩnh vực nhằm tạo ra sản phẩm chất lƣợng cao, tiết kiệm chi phí sản xuất tạo khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trƣờng. Trong các ng nh công nghiệp sản xuất chất lỏng nhƣ hóa chất, nƣớc uống óng chai, sữa, nƣớc mắm, dầu ăn…vấn ề cần iều khiển mức, lƣu lƣợng dòng chả cần áp ứng với ộ chính xác cao ể phục vụ quá trình sản xuất ạt hiệu quả tốt hơn, ảm bảo quá trình sản xuất các chất lỏng không bị gián oạn, tăng tuổi thọ thiết bị. Ngƣời vận h nh không cần phải trực tiếp kiểm tra trong các bồn chứa hoặc óng mở bơm liên tục, vấn ề bị cạn ha tr n trong bồn chứa chất lỏng ho n to n ƣợc khắc phục cho dù ầu ra tha ổi.
Chính vì vậ , chúng tôi chọn ề t i ―GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN BƠM, LỌC VÀ CÂN SẢN PHẨM‖. Với êu cầu ứng dụng thực tế trên, ối tƣợng ề t i thực hiện chính ở â l hệ thống bồn chất lỏng, hệ thống bồn chất lỏng ƣợc hình th nh với hệ thống bơm v xả chất lỏng nhƣng không nhỏ hơn giá trị mức ặt trƣớc (giá trị min), ồng thời cũng không lớn hơn giá trị max. Để l m ƣợc iều n , nó òi hỏi ta phải iều khiển lƣu lƣợng chất lỏng từ má bơm v o hệ thống bồn nƣớc, l m mực chất lỏng trong bồn luôn nằm trong khoảng giá trị ặt. Khoa học kỹ thuật ng c ng phát triển, ặc biệt l ng nh tự ộng iều khiển, nó ƣợc ứng dụng rộng rãi trong ời sống, công nghiệp.Vì vậ cần phải có những bộ iều khiển hiện ại, chính xác v áng tin cậ.
PLC l một sự lựa chọn tốt nhất cho các ứng dụng trong công nghiệp với ộ chính xác, ổn ịnh v ộ tin cậ cao. Với sự phát triển của kỹ thuật iều khiển tự ộng hiện na thì có nhiều cách ể iều khiển mức chất lỏng của hệ thống bồn nƣớc, nhƣng ở â chúng em sử dụng PLC S7-200 ể iều khiển, sử dụng phần mềm DOPSOFT giao tiếp hiển thị trực tiếp lên má tính. 1 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.1: Mô hình thực tế 1.2 Mục tiêu đề tài Sau khi xác ịnh ƣợc ối tƣợng, chủ thể v giới hạn phạm vi nghiên cứu, việc xác ịnh mục tiêu sẽ l bƣớc quan trọng kế tiếp nhằm ịnh hƣớng úng ắn cho qu trình thực hiện ề t i. Mục tiêu ề t i cụ thể ƣợc thể hiện nhƣ sau: Thiết kế, thi công hệ thống bơm iều khiển mực chất lỏng v cân sản phẩm.
Lựa chọn thiết bị cho mô hình. Giải thuật cho PLC theo êu cầu của ề t i, iều khiển mức chất lỏng theo thông số c i ặt. Sử dụng phần mềm DOPSOFT ể iều khiển giám sát hệ thống iều khiển mức chấ lỏng.3 Nội dụng đề tài Hệ thống gồm 2 bồn (bồn trên v bồn dƣới) ặt song song nhau. Bồn trên có một van AC 1 do 2 cái phao iện iều khiển óng ngắt van.
Bồn dƣới có một van AC 2 do cảm biến iện cảm v loadcell iều khiển óng ngắt van. Mức nƣớc ở bồn trên ƣợc o 2 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP bằng một cảm biến siêu âm với ngõ ra analog. Chất lỏng ƣợc bơm lên bồn trên bởi một ộng cơ ƣợc iều khiển bằng biến tần DELTA bộ iều khiển PLC S7-200. Mức chất lỏng ƣợc mặc ịnh từ bồn, sau ó hệ thống ƣợc cho phép hoạt ộng bằng nút nhấn start từ mô hình.
Bơm sẽ bắt ầu hoạt ộng bơm chất lỏng từ chỗ chứa chất lỏng lên do biến tần iều khiển với vận tốc V v vận tốc V sẽ giảm 50% khi bị tác ộng ở mức thấp v ạt giá trị 0 ở mức cao. Sau ó má bơm sẽ dừng bơm,khi mức chất lỏng xuống mức thấp thì má bơm hoạt ộng lại. Van AC 1 xả chất lỏng xuống bồn dƣới ến khi ầ bồn thì phao iện sẽ tác ộng l m van AC 1 óng lại, khi mức chất lỏng xuống mức thấp thì van AC tiếp tục xả chất lỏng. Khi có vật tác ộng cảm biến iện cảm thì van AC 2 ở bồn dƣới xả chất lỏng, khi vật ó nặng ến 2kg thì loadcell tác ộng l m cho van AC 2 ngƣng xả.
Hệ thống cứ hoạt ộng liên tục nhƣ vậ khi ta ấn nút STOP thì hệ thống sẽ dừng lại.4 Giới hạn của đề tài Giới hạn về công nghệ. Nguyên liệu cung cấp cho hệ thống còn hạn chế. Phần cơ khí chỉ tính toán trên ý tƣởng thực tế nên chƣa ƣợc hoàn chỉnh. Bộ phận lọc thiết kế chƣa ƣợc tốt.5 Phƣơng pháp, đối tƣợng nghiên cứu 1.1 Phƣơng pháp nghiên cứu Để thực hiện ề tài nhóm ã tham các t i liệu trong sách, trên internet và dựa trên hệ thống,yêu cầu thực tế ể xây dựng lại mô hình áp ứng ƣợc những yêu cầu ó.
Các bƣớc nhóm thực hiện: Thiết kế hệ thống áp ƣng ƣợc các yêu cầu ã ề ra. Đề ra mục tiêu v hƣớng i cụ thể. Nghiên cứu các tài liệu liên quan. Hoàn thành từng thành phần riêng lẻ.
Tích hợp thành một hệ thống hoàn chỉnh. Viết chƣơng trình iều khiển, giám sát.2 Đối tƣợng nghiên cứu PLC S7-200 Siemens. Biến tần DELTA. Màn hình HMI DELTA BO7S411 với phần mềm DOPSOFT.
3 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Các thiết bị van AC, ầu cân, cảm biến siêu âm Carlo gavezzi, cảm biến iện cảm Omron, phao iện. CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung về plc của hãng siemens PLC (Programmable Logic Controller ) là bộ iều khiển lập trình, PLC ƣợc xếp vào trong họ má tính, ƣợc sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp v thƣơng mại. PLC có ầ ủ chức năng v tính toán nhƣ vi xử lý. Ngoài ra, PLC có tích hợp thêm một số h m chu ên dùng nhƣ bộ iều khiển PID, dịch chuyển khối dữ liệu, khối truyền thông… PLC có những ƣu iểm: Có kích thƣớc nhỏ, ƣợc thiết kế v tăng bền ể chịu ƣợc rung ộng, nhiệt, ẩm và tiếng ồn, áng tin cậy.
Rẻ tiền ối với các ứng dụng iều khiển cho hệ thống phức tạp. Dễ dàng và nhanh chống tha ổi cấu trúc của mạch iều khiển. PLC có các chức năng kiểm tra lỗi, chẩn oán lỗi. Có thể nhân ôi các ứng dụng nhanh và ít tốn kém.
Một PLC gồm có những phần cơ bản sau: Bộ nguồn: cung cấp nguồn thiết bị và các module mở rộng ƣợc kết nối vào. CPU: thực hiện chƣơng trình v dữ liệu ể iều khiển tự ộng các tác vụ hoặc quá trình. Các ngõ vào/ra: gồm có các ngõ vào/ra số, v o/ra tƣơng tự. Các ngõ vào dùng ể quan sát tín hiệu từ bên ngo i ƣa v o (cảm biến, công tắc), ngõ ra dùng ể iều khiển các thiết bị ngoại vi trong quá trình.
Các cổng/module truyền thông (CP: Communication Professor): dùng ể nối CPU với các thiết bị khác ể kết nối thành mạng, xử lý thực hiện truyền thông giữa các trạm trong mạng. Các loại module chức năng (FM: Function Module). Ví dụ các module iều khiển vòng kín, các module thực hiện logic mờ… Cấu trúc bên trong của PLC 4 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.1: Cấu trúc của PLC 2.2 Plc simatic s7-200 cpu 226 2.1 Cấu trúc phần cứng S7-200 l thiết bị iều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng SIEMENS có cấu trúc theo kiểu Module v có các module mở rộng. Các module n ƣợc sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau.
Th nh phần cơ bản của S7-200 l khối vi xử lý CPU-226. Nguồn CPU Output modul Memory Link In put module Hình 2.2: Sơ đồ khối của PLC 5 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình ảnh về PLC S7 – 200 CPU 226 Hình 2.3: PLC S7-200 CPU 226 Đặc điểm của CPU 226 Nguồn cung cấp: 24 VDC Ngõ ra số: 16 DO DC 24 ngõ vào và 16 ngõ ra. Có khả năng thêm 7 modul mở rộng. Bộ nhớ chƣơng trình: 24KB Bộ nhớ dữ liệu: 10KB 2 PPI/FREEPORT PORTS Điều khiển PID: Có Phần mềm: Step 7 Micro/WIN.
Thời gian xử lý 1024 lệnh nhị phân: 0.37ms Bit memory/Counter/Timer: 256/256/256 Bộ ếm tốc ộ cao: 6 x 60 Khz Bộ ếm lên/xuống: Có Ngắt phần cứng: 4 Số ầu vào/ra có sẵn: 24DI / 16DO. Số ầu vào/ra số cực ại (sử dụng Module mở rộng): 128DI /120DO Số ầu vào/ra tƣơng tự (sử dụng Module Analog mở rộng): 28AI/7AO hoặc 0AI/14AO.IP20 Kích thƣớc: Rộng x Cao x Sâu: 196 x 80 x 62. Số ầu ra ƣợc tích hợp sẵn: 16 (Rơle) Thêm cổng PPI làm tăng tính linh hoạt và lựa chọn truyền thông 6 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ngoài ra, CPU 226 XM có bộ nhớ chƣơng trình v bộ nhớ dữ liệu ƣợc nâng cao. Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ kể từ khi PLC bị mất nguồn cung cấp.
Các cổng vào ra: Hình 2.4: Các cổng vào ra của PLC Các chế độ làm việc của CPU 226: PLC có 3 chế ộ làm việc: RUN: Khi PLC thực hiện chƣơng trình từng bộ nhớ, PLC sẽ chuyển từ RUN sang STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chƣơng trình gặp lệnh STOP. STOP: Cƣỡng bức PLC dừng chƣơng trình ang chạy và chuyển sang chế ộ STOP. TERM: Cho phép máy lập trình tự quyết ịnh chế ộ hoạt ộng cho PLC RUN hoặc STOP. Các đèn báo trên S7-200 CPU226: SF ( èn ỏ): Đèn ỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng.
RUN ( èn xanh): Đèn xanh RUN chỉ ịnh PLC ang ở chế ộ làm việc và thực hiện chƣơng trình ƣợc nạp vào trong máy. STOP ( èn ỏ): Đèn ỏ STOP chỉ ịnh rằng PLC ang ở chế ộ dừng chƣơng trình v ang thực hiện lại.x ( èn xanh): Khi èn xanh sáng là báo hiệu trạng thái ang hoạt ộng của cổng Ix. Đèn n báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của công tắc. 7 do an ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Qx.