Slide datn 2021 20

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề Tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH
CÂN BĂNG ĐỊNH LƯỢNG SỬ DỤNG PLC
Giáo viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện

: TS. Bùi Thị Duyên
: Đoàn Thị Nga - 1681410347
Lê Thành Nam - 1681410345

Hà Nội, tháng 01 năm 2021


NỘI DUNG THUYẾT TRÌNH
PHẦN 1

Đặt vấn đề và mục tiêu đồ án

PHẦN 2

Thiết kế phần cứng cho hệ thống

PHẦN 3

Thiết kế phần mềm cho hệ thống

PHẦN 4

Kết luận và phương hướng phát triển
2


ĐẶT VẤN ĐỀ
Một số cân
băng định
lượng trong
thực tế

Hệ thống sản xuất xi măng

Hệ thống đóng gói sản phẩm

Cân tải trọng ô tô

3


MỤC TIÊU ĐỒ ÁN
Xây dựng mơ hình cân băng định lượng dùng để phân loại sản phẩm
 Tiêu chí phân loại sản phẩm theo khối lượng:
 m < 100g
 100g < m < 200g
 m > 200g

 Điều khiển giám sát hệ thống qua giao diện WinCC
 Sử dụng PLC S7-1200

4

THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO HỆ THỐNG
Cấu trúc chung của hệ thống cân băng định lượng

Các tín
hiệu
đầu vào

Bộ điều
khiển

Các cơ
cấu chấp
hành

 Các tín hiệu đầu vào: Thường là các nút nhấn, cảm biến, công
tắc chuyển mạch....
 Bộ điều khiển: Vi xử lí, PLC,...
 Các cơ cấu chấp hành: Đèn báo, rơ le, công tắc tơ, động cơ,...

5


THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO HỆ THỐNG
Sơ đồ khối của hệ thống

6

THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO HỆ THỐNG
Nguồn sử dụng trong hệ thống
Thông số kỹ thuật:





Điện áp đầu vào (AC): 110 – 220V
Điện áp đầu ra: DC 5V, DC 12V
Dòng điện: 3A, 1.2A
Công suất: 36W

Ký hiệu:
 L, N: AC đầu vào điện hai xoay chiều
 GND: Chân đất
Nguồn tổ ong

 - V: Điện một chiều DC “-”
 + V: Điện một chiều DC “+”
 + V/ADJ: Điều chỉnh điện áp đầu ra

7


THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO HỆ THỐNG
Bộ điều khiển PLC S7 – 1200 CPU 1214C AC/DC/RLY
Thông số kỹ thuật:

Đèn báo

trạng thái
CPU

Đèn báo tín
hiệu ngõ vào
Đèn báo tín
hiệu ngõ ra

 Bộ nhớ người dùng:
 Bộ nhớ làm việc: 50Kb
 Bộ nhớ lưu trữ: 2Mb
 Ngõ vào ra số:
 14 ngõ đầu vào
 10 ngõ đầu ra.
 Ngõ vào tương tự: 2
 Module tín hiệu mở rộng: 8
 Module truyền thơng:
 Truyền thông: Ethernet

PLC S7 – 1200 CPU 1214C AC/DC/RLY
8


THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO HỆ THỐNG
Loadcell sử dụng:
Áp đầu ra

Thông số kỹ thuật:
Cấp nguồn

Loadcell 1Kg








Tải trọng lớn nhất: 1kg
Điện áp đầu ra định mức: 1.0mV/V ± 0.15
Trở kháng đầu vào: 1066 ± 20 Ω
Trở kháng đầu ra: 1000 ± 20 Ω
Điện áp hoạt động: 5V
Nhiệt độ hoạt động: -20 ÷ 65 oC
9


THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO HỆ THỐNG
Bộ chuyển đổi chuẩn hóa tín hiệu

Mạch chuyển đổi tín hiệu Loadcell

Thơng số kỹ thuật:
 Điện áp làm việc: 12V - 24V
 Tín hiệu ngõ ra: 0-10V
 Hệ số khuếch đại: 2000
 Nhiệt độ hoạt động: -20-80 ℃
10

THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO HỆ THỐNG
Các tín hiệu ngõ vào
Thông số kỹ thuật:
 Điện áp hoạt động: AC 380V/DC 220V
 Tần số hoạt động: 50/60Hz
Nút dừng khẩn cấp

 Tiếp điểm: 1NC

Thông số kỹ thuật:
 Điện áp max: 250 V
Nút nhấn nhả

 Dòng điện max: 3A
11


THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO HỆ THỐNG
Các tín hiệu ngõ vào
Thông số kỹ thuật:
 Nhiệt độ: -25℃ đến 65℃
 Chịu được điện áp: AC 300V (50Hz) / phút

Công tắc hành trình

Thơng số kỹ thuật:







Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F – DS30C4

Điện áp: 6 - 36V DC
Dòng: 20 – 35 mA
Khoảng cách phát hiện vật cản: 0 - 30cm
Đầu ra: NPN
Màu sắc và kết nối:
 Dây màu nâu: VCC.
 Dây màu đen: Ra tín hiệu.
 Dây màu xanh dương: GND.
12


THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO HỆ THỐNG
Các động cơ và thiết bị sử dụng trong hệ thống
Thông số kỹ thuật:
 Giảm tốc 12V
 Tốc độ vòng quay 20 Vòng/ Phút
Động cơ giảm tốc 12V 20RPM LS220

Thông số kỹ thuật:
 Điện áp điều khiển: +5 V ÷ +12 V
 Dịng tối đa cho mỗi cầu H là: 2A
 Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ÷ +7 V
 Dịng của tín hiệu điều khiển: 0 ÷ 36mA
Mạch điều khiển động cơ L298N

13


THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO HỆ THỐNG
Các động cơ và thiết bị sử dụng trong hệ thống
Thông số kỹ thuật:
 Kích thước: 10cm x 50cm
 Khung nhơm định hình
Băng tải

Thơng số kỹ thuật:
 Nhiệt độ hoạt động: 0 ℃ - 55 ℃
 Điện áp làm việc: 4.8V ÷ 7.2V
 Vật liệu bánh răng: Kim loại
Động cơ servo MG996R 360 độ
14


THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO HỆ THỐNG
Các động cơ và thiết bị sử dụng trong hệ thống
Thông số kỹ thuật:
 Điện áp sử dụng: DC 5V
 Điện áp tải tối đa: DC 30V – 10A
 Dịng kích relay: 5mA
Có tác dụng cách ly và chuyển nguồn cấp cho động cơ
Module 1 Relay H/L (5VDC)

15

THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO HỆ THỐNG
Sơ đồ nguồn của hệ thống

ES: Nút dừng khẩn cấp
Nguồn tổ ong: Nguồn 2 đầu ra UNION UP30DAC 5V 3A - 12V 1.2A
Bộ điều khiển: PLC S7 1200 CPU 1214C AC/DC/RLY

16


THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO HỆ THỐNG
Sơ đồ điều khiển của hệ thống

17


THIẾT KẾ PHẦN MỀM CHO HỆ THỐNG
Xây dựng công thức tính tốn

Ura (mV)

Nếu cấp nguồn cho loadcell là 1V thì Ura của loadcell sẽ là
1mV ứng với tải trọng tối đa 1kg
Vậy khi cấp nguồn cho loadcell là 5V thì Ura của loadcell sẽ là
5mV ứng với tải trọng tối đa 1Kg

5

Nếu khối lượng cân là m thì ứng với điện áp là:
2.5

Điện áp ra của Loadcell trong dải từ 0mV đến 5mV
Muốn đưa tín hiệu vào modun AI của PLC trong dải từ 0 ÷ 10V.
=> Hệ số khuếch đại là: G = = 2000

0

0.5

1

m (kg)

Đường đặc tính của loadcell

18


THIẾT KẾ PHẦN MỀM CHO HỆ THỐNG
Xây dựng công thức tính tốn

N (giá trị số đầu
ra của modun AI)

m = 0.0002N – 0.0043
5110

1569

- 0.0043

0.31

1

m (Kg)

Mối quan hệ giữa khối lượng và giá trị đầu ra số
của modun AI
19


THIẾT KẾ PHẦN MỀM CHO HỆ THỐNG
Sai số của hệ thống:
Thực hiện cân sản phẩm có khối lượng 180g
với 15 lần cân tính được sai số như sau:
Δmtb = mtb =

Trong đó:
Δmtb = mtb là sai số trung bình
Δmtb = là sai số tuyệt đối sau mỗi lần đo
Vậy Δmtb = mtb = 1,27 g

Số lần đo

Khối lượng cân
thực tế (g)

Sai số (g)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15

182
184
182
181
180
180
179
181
182
181
179
180
183
181

180

2
4
2
1
0
0
1
1
2
1
1
0
3
1
0
20