(Đồ án hcmute) điều khiển, giám sát hệ thống bơm, lọc và cân sản phẩm tự động sử dụng plc s7 200

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT HỆ THỐNG BƠM, LỌC VÀ CÂN
SẢN PHẨM TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC S7-200

GVHD: TS. NGUYỄN MINH TÂM
SVTH: NGUYỄN TRÍ ĐẠT
MSSV: 11151115
SVTH: VŨ MINH ĐỨC
MSSV: 11151196

SKL 0 0 3 9 4 0

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2015

do an


do an


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hƣớng dẫn: TS. NGUYỄN MINH TÂM
Họ và tên sinh viên 1: NGUYỄN TRÍ ĐẠT
Họ và tên sinh viên 2: VŨ MINH ĐỨC
Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động
Hóa
Ng nhận ề tài: 15/03/2015

ĐT: 0902873941
MSSV: 11151115
MSSV: 11151196
Lớp: 11151CL2
Ngày nộp ề tài: 25/07/2015

1. Tên ề tài:
Thiết Kế, Thi Công, Điều Khiển, Giám Sát Hệ Thống Bơm, Lọc Và Cân Sản Phẩm
2. Nhiệm vụ và nội dung:
 Nhiệm vụ:
 Thiết kế và thi cơng mơ hình bơm, lọc và cân sản phẩm dựa vào mơ hình
thực tế.
 Ứng dụng PLC S7-200 CPU 226, biến tần DELTA v o iều khiển mơ hình.
 Sử dụng phần mềm giám sát DOPSOFT thơng qua màn hình HMI của hãng
DELTA ể giám sát quá trình hoạt ộng của hệ thống.
 Nội dung:
 Giao tiếp Free-port ầu cân và PLC S7-200.
 Thiết kế hệ thống iện mơ hình
 Thiết kế giao diện iều khiển và giám sát qua HMI
 Sử dụng biến tần DELTA và cảm biến siêu âm iều khiển má bơm
Tp.HCM, ng ….tháng….năm 2015
Giáo viên hƣớng dẫn

Tp.HCM, ng ….tháng…. năm 2015
Chủ nhiệm ngành

TS. NGUYỄN MINH TÂM

do an


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******

BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN
Giáo viên hƣớng dẫn:

TS. NGUYỄN MINH TÂM

Sinh viên thực hiện:

NGUYỄN TRÍ ĐẠT

MSSV: 11151115

VŨ MINH ĐỨC

MSSV: 11151196

Chun ngành:

Cơng Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hoá

Tên ề tài: Thiết Kế, Thi Công, Điều Khiển, Giám Sát Hệ Thống Bơm, Lọc Và Cân Sản
Phẩm.
NHẬN XÉT
1. Về nội dung ề tài & khối lƣợng thực hiện:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2. Ƣu iểm:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
3. Khuyết iểm:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
......................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
......................................................................................................................................
6. Điểm:……………….(Bằng chữ: ............................................................................ )
Tp.Hồ Chí Minh, ng
tháng năm 2015
Giáo viên hƣớng dẫn

do an


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc
*******

BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Giáo viên phản biện :
Sinh viên thực hiện :

Ngành:

NGUYỄN TRÍ ĐẠT

MSSV: 11151115

VŨ MINH ĐỨC

MSSV: 11151196

Cơng Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hoá

Tên ề tài: Thiết Kế, Thi Công, Điều Khiển, Giám Sát Hệ Thống Bơm, Lọc Và Cân Sản
Phẩm.
NHẬN XÉT
1. Về nội dung ề tài & khối lƣợng thực hiện:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2. Ƣu iểm:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
3. Khuyết iểm:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?

......................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
......................................................................................................................................
6. Điểm:……………….(Bằng chữ: ............................................................................ )
Tp.Hồ Chí Minh, ng

tháng

Giáo viên phản biện

do an

năm 2015


LỜI NÓI ĐẦU
Ở Việt Nam cũng nhƣ hầu hết các nƣớc ang phát triển hiện nay trên thế giới ều
hƣớng ến việc cơng nghiệp hóa, hiện ại hóa ất nƣớc. Với sự phát triển nhanh chóng
của khoa học kỹ thuật nên việc áp dụng các thành tựu của nó vào trong q trình sản xuất
từ lâu ã khơng cịn xa lạ với con ngƣời. Chính vì thế trong cơng nghiệp, tự ộng iều
khiển óng một vai trị rất quan trọng, nó nâng dần tính hiện ại hóa của cơng nghiệp ẩy
nền công nghiệp từ thô sơ lên một nền ại cơng nghiệp m ỉnh cao của nó là sự tự ộng
hóa một cách hồn tồn.
Nhờ việc ứng dụng cơng nghệ tự ộng trong công nghiệp mà sức lao ộng của con
ngƣời giảm i rất nhiều nhờ ó m năng suất lao ộng ƣợc tăng lên rất nhiều. Con ngƣời
ít phải quan tâm ến các vấn ề phụ nhƣ nhấn nút, canh thời gian hoạt ộng …. V một
ngƣời có thể làm công việc của nhiều ngƣời.
Sau hơn bốn năm học tập ngành công nghệ kỹ thuật iều khiển và tự ộng hóa tại
trƣờng Đại học sƣ phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh, ƣợc sự chỉ bảo v giúp ỡ tận tình
của q thầy cơ cùng những nhu cầu thiết thực ngoài thực tế nên ồ án tốt nghiệp này

chúng em quyết ịnh chọn ề t i: ―Điều Khiển, Giám Sát Hệ Thống Bơm, Lọc Và Cân
Sản Phẩm Sử Dụng PLC S7-200.”
Mơ hình của chúng em ƣợc xây dựng dựa trên những yêu cầu iều khiển thực tế
của hệ thống giám sát, xử lý và lấy mẫu dầu thô thông qua quá trình i thực tập. Vì kiến
thức, sự hiểu biết cơng nghệ cịn hạn chế cũng nhƣ thời gian tìm hiểu, thực hiện nên
chúng em chƣa thể phát huy hết ý tƣởng vào mơ hình này. Trên thực tế hệ thống giám
sát, xử lý dầu thô rất phức tạp về cơ khí v có cơng nghệ rất hiện ại nên ở â chúng em
ƣa ra một mơ hình tƣợng trƣng nên sự chính xác và hiệu quả sẽ khơng cao so với thực
tế. Chúng em rất mong nhận ƣợc sự thông cảm của quý thầy cô.

i

do an


LỜI CÁM ƠN
Trong suốt quãng thời gian l m ồ án các thầ cô ã luôn tạo mọi iều kiện,
hƣớng dẫn chỉ bảo cho chúng em với sự tận tụy và nhiệt huyết của mình. Các thấ cơ ã
khơng ngại khó khăn v d nh thời gian quý báu ể hƣớng dẫn chúng em. Chính những
iều ó l ộng lực ể chúng em không ngừng học hỏi, phấn ấu, trau dồi kiến thức trong
thời gian qua.
Đồ án― Điều Khiển, Giám Sát Hệ Thống Bơm, Lọc Và Cân Sản Phẩm Sử Dụng
PLC S7-200‖ chính l sự vận dụng tổng hợp kiến thức m chúng em ã ƣợc học dƣới sự
giảng dạy của thầ cô. Hơn nữa ồ án cũng cho em thấ ƣợc cũng nhƣ hiểu ƣợc phần
nào công việc của ngƣời cử nhân trong môi trƣờng làm việc tƣơng lai. Tu nhiên với
những kiến thức còn hạn chế nên trong q trình l m ồ án chắc chắn khơng tránh khỏi
những thiếu sót, sai phạm kính mong q thầy cơ góp ý, chỉ bảo ể chúng em có thể hồn
thiện hơn.
Bên cạnh sự nỗ lực, cố gắng, ý thức của bản thân mỗi ngƣời trong nhóm nhƣng ể
hồn thành tốt ồ án n chúng em ã nhận ƣợc sự giúp ỡ của các thầy cô, các bạn

ồng nghiệp v ặc biệt là thầy Nguyễn Minh Tâm. Thầ ã tận tình, hƣớng dẫn, chỉ bảo
những sai sót và những kinh nghiệm quý báu trong thực tế ể giúp chúng em hoàn thành
ề tài này một cách tơt nhất.
Do ó lời cảm ơn ầu tiên chúng em xin chân thành gửi ến thầy Nguyễn Minh
Tâm. Kế ến chúng em xin cảm ơn q thầ cơ trong ng nh Điện- Điện tử nói riêng và
tồn thể q thầ cơ trƣờng ại học sƣ phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh nói chung ã
truyền ạt kiến thức cho chúng em ể chúng em có thể ho n th nh ồ án này một cách tốt
nhất.
Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn!

ii

do an


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ...................................................................................................................... i
LỜI CÁM ƠN ...................................................................................................................... ii
MỤC LỤC .......................................................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BIỂU ĐỒ .......................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG ........................................................................................................ viii
DANH MỤC VIẾT TẮT.................................................................................................... ix
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn ề .................................................................................................................. 1
1.2 Mục tiêu ề tài ............................................................................................................ 2
1.3 Nội dụng ề tài ........................................................................................................... 2
1.4 Giới hạn của ề tài ..................................................................................................... 3
1.5 Phƣơng pháp, ối tƣợng nghiên cứu .......................................................................... 3
1.5.1 Phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................................................... 3
1.5.2 Đối tƣợng nghiên cứu .......................................................................................... 3

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................... 4
2.1 Giới thiệu chung về plc của hãng siemens ................................................................ 4
2.2 Plc simatic s7-200 cpu 226 ........................................................................................ 5
2.2.1 Cấu trúc phần cứng .............................................................................................. 5
2.2.2 Cổng truyền thơng ............................................................................................... 8
2.2.3 Thực hiện chƣơng trình. ...................................................................................... 8
2.2.4 Cấu trúc chƣơng trình. ......................................................................................... 9
2.2.5 Các vùng nhờ của S7-200 .................................................................................. 10
2.3 GIỚI THIỆU VỀ CÁC ĐỐI TƢỢNG SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI...................... 10
2.3.1 Đầu cân T7E ...................................................................................................... 10
2.3.1.1 Thông số kỹ thuật ........................................................................................ 10
2.3.1.2 Sơ ồ khối.................................................................................................... 11
2.3.1.3 Kết nối cảm biến.......................................................................................... 11
2.3.1.4 Giao diện giao tiếp và màn hình.................................................................. 12
iii

do an


2.3.1.5 Hƣớng dẫn vận hành ................................................................................... 13
2.3.1.6 Hiệu chỉnh .................................................................................................. 14
2.3.1.7 Chỉ thị lỗi ..................................................................................................... 15
2.3.2 Giới thiệu chung về biến tần .............................................................................. 15
2.3.2.1 Nguyên lý làm việc...................................................................................... 15
2.3.2.2 Thông số kỹ thuật ........................................................................................ 16
2.3.2.3 Tên và chức năng của từng bộ phận ............................................................ 17
2.3.3 Các loại cảm biến ............................................................................................... 21
2.3.3.1 Cảm biến siêu âm ........................................................................................ 21
2.3.3.2 Cảm biến iện cảm ...................................................................................... 23
2.3.3.3 Cảm biến Loadcell....................................................................................... 25

2.3.3.4 Cảm biến mức (phao iện) .......................................................................... 26
2.4 CÁC THIẾT BỊ CHẤP HÀNH ................................................................................ 26
2.4.1 Relay .................................................................................................................. 26
2.4.1.1 Định nghĩa ................................................................................................... 27
2.4.1.2 Nguyên lý hoạt ộng ................................................................................... 27
2.4.2 Má bơm 220v 3 pha ......................................................................................... 27
2.4.2.1 Nguyên lý hoạt ộng của má bơm nƣớc ly tâm ........................................ 28
2.4.2.2 Thông số kỹ thuật ........................................................................................ 28
2.4.3 Van Solenoid...................................................................................................... 28
2.4.3.1 Van AC ........................................................................................................ 29
2.4.3.2 Thông số kỹ thuật ........................................................................................ 29
2.4.3.3 Cấu tạo ......................................................................................................... 30
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ............................................................................. 30
3.1 Thiết kế hệ thống. ..................................................................................................... 30
3.2 Chọn bộ iều khiển trung tâm .................................................................................. 30
3.3 Chiết kế các bộ phần của hệ thống ........................................................................... 31
3.4 Sơ ồ khối hệ thống ................................................................................................. 31
3.5 Lựa chọn plc. ............................................................................................................ 32
iv

do an


3.6 Lựa chọn loadcell ..................................................................................................... 36
3.7 Lựa chọn má bơm .................................................................................................. 36
3.8 Lựa chọn một số các thiết bị khác ............................................................................ 37
3.9 Module chuyên dụng em231 .................................................................................... 38
3.10 Module chuyên dụng EM232 ................................................................................. 40
CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ THU THẬP DỮ
LIỆU .................................................................................................................................. 43

4.1. Yêu cầu hoạt ộng của hệ thống ............................................................................. 43
4.2.Lƣu ồ chƣơng trình................................................................................................. 44
4.3.Điều khiển và giám sát trên HMI ............................................................................. 47
4.3.1.Yêu cầu iều khiển và giám sát trên HMI: ........................................................ 47
4.3.2.Cách kết nối với PLC: ....................................................................................... 47
4.3.3.Cách thiết kế giao diện giám sát, iều khiển, cảnh báo và thu thập dữ liệu dùng
HMI:............................................................................................................................ 48
4.3.3.1.Giới thiệu phần mềm thiết kế giao diện HMI: ............................................ 48
4.3.3.2 Cách sử dụng phần mềm DOPSOFT: ......................................................... 49
4.3.3.3.Thiết kế giao diện HMI cho ối tƣợng: ....................................................... 52
CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ ................................................................................................... 61
5.1.KẾT QUẢ MƠ HÌNH CƠ KHÍ ............................................................................... 61
5.2.KẾT QUẢ MƠ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN .............................................................. 64
5.3 ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT DÙNG HMI ................................................................ 65
5.4 VẬN HÀNH ............................................................................................................. 66
CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI........................... 67
6.1 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 67
6.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................................................... 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 68
PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 69

v

do an


DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BIỂU ĐỒ
Hình 1.1: Mơ hình thực tế ................................................................................................... 2
Hình 2.1: Cấu trúc của PLC ................................................................................................ 5
Hình 2.2: Sơ ồ khối của PLC ............................................................................................. 5

Hình 2.3: PLC S7-200 CPU 226 ......................................................................................... 6
Hình 2.4: Các cổng vào ra của PLC .................................................................................... 7
Hình 2.5: Vịng qt trong S7-200 ...................................................................................... 9
Hình 2.6: Đầu cân T7E ...................................................................................................... 11
Hình 2.7: Các cổng kết nối của ầu cân T7E .................................................................... 11
Hình 2.8: Sơ ồ chân của giác cắm 9 chân kết nối với cảm biến ...................................... 12
Hình 2.9: Ý nghĩa các chân ............................................................................................... 12
Hình 2.10: Sơ ồ chân giao tiếp với màn hình .................................................................. 13
Hình 2.11: Biến tần Delta VFD-EL ................................................................................... 15
Hình 2.12: Cấu trúc bên ngoài của biến tần Delta VFD-EL ............................................. 17
Hình 2.13: Sơ ồ kết nối từ bên ngồi vào biến tần .......................................................... 19
Hình 2.14: Sơ ồ các chân vào biến tần ............................................................................ 20
Hình 2.15: Ý nghĩa các chân cổng giao tiếp RS-485 ........................................................ 21
Hình 2.16: Cảm biến siêu âm ............................................................................................ 22
Hình 2.17: Sơ ồ dây của cảm biến siêu âm ..................................................................... 22
Hình 2.18: Cấu trúc bên trong của cảm biến iện cảm ..................................................... 23
Hình 2.19: Phát hiện vật ể l m ầy.................................................................................. 24
Hình 2.20: Ứng dụng trong khoan bo mạch ...................................................................... 24
Hình 2.21: Kiểm tra sản phẩm ........................................................................................... 25
Hình 2.22: Phao iện AC ................................................................................................... 26
Hình 2.23: Rơle 24VDC .................................................................................................... 27
Hình 2.24: Van iện từ AC ................................................................................................ 29
Hình 2.25: Cấu trúc bên trong của Van AC ...................................................................... 29
Hình 2.26: Tên từng bộ phận của Van .............................................................................. 30
Hình 3.1: Sơ ồ khối hệ thống ........................................................................................... 32
Hình 3.2: CPU 226 ............................................................................................................ 33
Hình 3.3: Sơ ồ kết thiết bị với PLC S7-200 CPU 226 ..................................................... 34
Hình 3.4: Sơ ồ ộng lực của Van .................................................................................... 35
Hình 3.5: Sơ ồ ộng lực của má bơm với biến tần ........................................................ 35
Hình 3.6: Loadcell Keli ..................................................................................................... 36

Hình 3.7: Bộ nguồn 24VDC – 10A ................................................................................... 37
Hình 3.8: Đèn báo 220VAC .............................................................................................. 37
vi

do an


Hình 3.9: Module EM231 .................................................................................................. 38
Hình 3.10: Cấu trúc bên trong của Module EM231 .......................................................... 39
Hình 3.11: Sơ ồ nối dây của EM231 ............................................................................... 40
Hình 3.12: Module EM232 ................................................................................................ 41
Hình 3.17: Cấu trúc bên trong của Module EM232 .......................................................... 42
Hình 3.18: Sơ ồ nối dây của EM232 ............................................................................... 43
Hình 4.1: Lƣu ồ hệ thống bơm, lọc sản phẩm ................................................................. 45
Hình 4.2: Lƣu ồ hệ thống cân và rót sản phẩm ............................................................... 46
Hình 4.3: Các COM trong màn hình HMI ........................................................................ 47
Hình 4.4: Giao diện chính.................................................................................................. 49
Hình 4.5: Chọn Model HMI .............................................................................................. 49
Hình 4.6: Chọn cổng giao tiếp và chuẩn kết nối ............................................................... 50
Hình 4.7: Trang giao diện thiết kế ..................................................................................... 51
Hình 4.8: Trang nhập dữ liệu............................................................................................. 51
Hình 4.9: Numberic Display.............................................................................................. 52
Hình 4.10: Màn hình lựa chọn Model HMI ...................................................................... 53
Hình 4.11: Lựa chọn cấu hình giao tiếp HMI ................................................................... 53
Hình 4.12: Chọn Module sử dụng ..................................................................................... 54
Hình 4.13: Chọn loại PLC sử dụng ................................................................................... 55
Hình 4.14: Bắt ầu thiết kế ................................................................................................ 55
Hình 4.15: Tạo khối nút nhấn ............................................................................................ 56
Hình 4.16: Chọn hình ảnh nút nhấn................................................................................... 56
Hình 4.17: Chọn ịa chỉ nút nhấn ...................................................................................... 57

Hình 4.18: Đặt tên và hình ảnh cụ thể cho nút nhấn ......................................................... 58
Hình 4.19: Phát thảo bồn chứa ngun liệu ...................................................................... 58
Hình 4.20: Mơ hình hồn chỉnh trên HMI ......................................................................... 59
Hình 4.21: Màn hình giới thiệu hệ thống .......................................................................... 59
Hình 4.22: Mơ hình hệ thống nút nhấn.............................................................................. 60
Hình 4.23: Mơ hình hệ thống hồn chỉnh trên HMI .......................................................... 60
Hình 5.1: Mơ hình hệ thống .............................................................................................. 61
Hình 5.2: Mơ hình hệ thống giám sát ................................................................................ 62
Hình 5.3: Mơ hình bồn chứa với cảm biến siêu âm .......................................................... 62
Hình 5.4: Mơ hình lọc, phao iện ...................................................................................... 63
Hình 5.5: Bộ lọc................................................................................................................. 63
Hình 5.6: Mơ hình cân sản phẩm....................................................................................... 64
Hình 5.7: Tủ iện ............................................................................................................... 65
Hình 5.8: Mơ phỏng trên HMI .......................................................................................... 66
vii

do an


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Tên và các chức năng của RS232 ....................................................................... 8
Bảng 2.3: Kí hiệu các chân trong biến tần Delta ............................................................... 20

viii

do an


DANH MỤC VIẾT TẮT
PLC

CPU
AC
DC
VAC
VDC
CB
IN
OUT
HMI
RAM
ROM

Programable logic controller
Center processor unit
Alternating current
Direct current
Voltage alternating current
Voltage direct current
Circuit breaker
Input
Output
Human machine interface
Random access memory
Real only memory

ix

do an

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Hiện na , sự nghiệp cơng 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 q
trình cơng 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 dịng chả cần áp
ứng với ộ chính xác cao ể phục vụ quá trình sản xuất ạt hiệu quả tốt hơn, ảm bảo q
trình sản xuất các chất lỏng khơng 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 tơi 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 ịi 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, cơng 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 cơng 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: Mơ 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 mơ 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.

1.3 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 mơ 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.
1.4 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 tốn trên ý tƣởng thực tế nên chƣa ƣợc hoàn chỉnh.
Bộ phận lọc thiết kế chƣa ƣợc tốt.

1.5 Phƣơng pháp, đối tƣợng nghiên cứu
1.5.1 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,u cầu thực tế ể xây dựng lại mơ 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.
 Hồn thành từng thành phần riêng lẻ.
 Tích hợp thành một hệ thống hồn chỉnh.
 Viết chƣơng trình iều khiển, giám sát.
1.5.2 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 cơng nghiệp v thƣơng mại.
PLC có ầ ủ chức năng v tính tốn nhƣ vi xử lý. Ngồi 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

thơng…
 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 ốn 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 q trình.
 Vùng nhớ.
 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 vịng 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
2.2.1 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
Memory

Output
Link

modul

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
 Ngồi ra, CPU 226 XM có bộ nhớ chƣơng trình v bộ nhớ dữ liệu ƣợc nâng cao.
 Tồn bộ vùng nhớ khơng 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.
 Ix.x ( èn xanh): Khi èn xanh sáng là báo hiệu trạng thái ang hoạt ộng của
cổng Ix.x. Đèn n báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cơng
tắc.

7

do an


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
 Qx.x ( èn xanh): Khi èn xanh sáng là báo hiệu trạng thái ang hoạt ộng
của cổng Qx.x. Đèn n báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của
cổng.
2.2.2 Cổng truyền thông
S7-200 sử dụng cổng truyền thơng nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân ể phục
vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác. Tốc ộ truyền cho
máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud. Tốc ộ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là
38.400 baud.
Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ
chuyển ổi RS232/RS485.
Bảng 2.1: Tên và các chức năng của RS232
Chân

Giải thích

5 4 3 2 1

1

Đất

2

24 VDC

3

Truyền và nhận dữ liệu

4

Không sử dụng

5

Đất

6

5VDC

7

24VDC

8

Truyền và nhận dữ liệu

9

Không sử dụng

2.2.3 Thực hiện chƣơng trình.
PLC thực hiện chƣơng trình theo chu kì vịng lặp. Mỗi vòng lặp ƣợc gọi l vòng
quét (scan). Mỗi vòng quét ƣợc bắt ầu bằng giai oạn ọc dữ liệu từ các cổng v o vùng
bộ ếm ảo, tiếp theo l giai oạn thực hiên chƣơng trình.Trong từng vịng qt, chƣơng
trình ƣợc thực hiện bằng lệnh ầu tiên v kết thúc bằng lệnh kết thúc (MEND). Sau giai
8

do an


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
oạn thực hiện chƣơng trình l giai oạn tru ền thơng nội bộ v kiểm tra lỗi.Vịng quét
ƣợc kết thúc bằng giai oạn chu ển các nội dung của bộ ếm ảo tới các cổng ra.

Hình 2.5: Vòng quét trong S7-200
Nhƣ vậ tại thời iểm v o/ra thông thƣờng lệnh không l m việc trực tiếp với cổng
vào/ra m chỉ thông qua bộ ệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số.Việc tru ền thông
giữa bộ ệm ảo với ngoại vi trong các giai oạn 1v 4 do CPU quản lý. Khi gặp lệnh
v o/ra nga lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng mọi cơng việc khác, nga cả chƣơng trình
xử lý ngắt ể thực hiện lệnh n một cách trực tiếp với cổng v o/ra.

2.2.4 Cấu trúc chƣơng trình.
Có thể lập trình cho PLC bằng cách sử dụng một trong những phần mềm sau :
 STEP7-Micro/ DOS.
 STEP7-Micro/ WIN.
Những phần mềm n
ều có thể c i ặt ƣợc trên các má lập trình họ PG7xx v
các máy tính cá nhân (PC).
Các chƣơng trình cho S7-200 phải có cấu trúc chƣơng trình chính (main progam)
v sau ó ến các chƣơng trình con v chƣơng trình sử lý ngắt ƣợc chỉ ra sau â :
 Chƣơng trình chính ƣợc kết thúc bằng lệnh kết thúc chƣơng trình (MEND).
 Chƣơng trình con l một bộ phận của chƣơng trình, các chƣơng trình con
phải ƣợc viết sau lệnh kết thúc chƣơng trình chính ó l lệnh MEND.

9

do an


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
 Các chƣơng trình xử lý ngắt l một bộ phận của chƣơng trình. Nếu cần sử
dụng chƣơng trình, cần xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc chƣơng trình
chính MEND.
Các chƣơng trình con ƣợc nhóm lại th nh một nhóm nga sau chƣơng trình
chính. Sau ó ến nga các chƣơng trình xử lý ngắt. Bằng cách viết nhƣ vậ cấu trúc
chƣơng trình ƣợc rõ r ng v thuận tiện hơn trong việc ọc chƣơng trình sau n . Có thể
tự do trộn lẫn các chƣơng trình con v chƣơng trình sử lý ngắt ằng sau chƣơng trình
chính.
2.2.5 Các vùng nhờ của S7-200
Bộ nhớ của S7-200 có tính năng ộng cao, có thể ọc v ghi ƣợc to n vùng,
ngoại trừ phần các bít nhớ ặc biệt ƣợc kí hiệu SM (Special Memor ) chỉ có thể tru

cập ọc.
Bộ nhớ có một tụ nhớ ể ni, du trì dữ liệu trong một khoảng thời gian khi mất
iện.
Bộ nhớ của s7-200 ƣợc chia th nh 4 vùng:
 Vùng nhớ chƣơng trình: L vùng lƣu giữ các lệnh chƣơng trình. Vùng n
thuộc kiêu khơng bị mất dữ liệu, ọc v ghi ƣợc.
 Vùng nhớ tham số: L vùng lƣu giữ các thơng số nhƣ: từ khóa, ịa chỉ trạm.
Có thể ọc v ghi ƣợc.
 Vùng nhớ dữ liệu: Đƣợc sử dụng ể lƣu trữ các dữ liệu của trƣơng trình.
2.3 GIỚI THIỆU VỀ CÁC ĐỐI TƢỢNG SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI
2.3.1 Đầu cân T7E
2.3.1.1 Thông số kỹ thuật
 Tín hiệu tƣơng tự:
 Tín hiệu vào: -19mv -> 19mv.
 Tốc ộ chuyển ổi: 10 lần /s
 Sai số : 0.0015%.
 Sai số ộ lợi : 0.03%.
 Cảm biến: 1->4 cái (350 ohms ).
 Chỉ số:
 Dải hiển thị: -99999 -> 99999.
 Độ phân giải: 1/2/5/10/20/25 (tùy chỉnh).
 Giao tiếp:
10

do an


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
 Tín hiệu: RS232.
 Khoảng cách giao tiếp: <20m.

 Điều kiện hoạt động:
 Nguồn: AC220V, 50-60Hz ( -2% -> 2%).
 Nhiệt ộ hoạt ộng: -10 -> 40.
 Độ ẩm : <85%RH.
 Cầu chì: 500mA.
2.3.1.2 Sơ đồ khối
 Mặt trƣớc:

Hình 2.6: Đầu cân T7E
 Mặt sau:

Hình 2.7: Các cổng kết nối của đầu cân T7E
2.3.1.3 Kết nối cảm biến
11

do an