Tài liệu Nghiên cứu, thiết kế và mô phỏng dây chuyền sản xuất thuốc lá tự động dùng wincc và plc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT THUỐC LÁ TỰ ĐỘNG DÙNG WINCC VÀ PLC Mã số: TR:2020-06/KCN Chủ nhiệm đề tài: ThS. Nguyễn Thị Hiền Đồng Nai, tháng 5 năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT THUỐC LÁ TỰ ĐỘNG DÙNG WINCC VÀ PLC Mã số: TR:2020-06/KCN Chủ nhiệm đề tài ThS. Nguyễn Thị Hiền Đồng Nai, tháng 5 năm 2021 DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI STT Họ và tên Chức vụ 1 Nguyễn Thị Hiền Giảng viên 2 Vũ Hoàng Nghiên Giảng viên i MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................... iii DANH MỤC HÌNH ẢNH ..................................................................................................iv THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ..........................................................................vi Chương 1. MỞ ĐẦU............................................................................................................ 1 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu ............................................................................1 1.2 Tính cấp thiết .............................................................................................................1 1.3 Mục tiêu ..................................................................................................................... 1 1.4 Cách tiếp cận ..............................................................................................................1 1.5 Phương pháp nghiên cứu ...........................................................................................2 1.6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .............................................................................2 1.7 Nội dung nghiên cứu..................................................................................................2 1.8 Kế hoạch thực hiện đề tài ..........................................................................................2 Chương 2. THIẾT LẬP PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO PLC ......................................... 3 2.1 Các thao tác ................................................................................................................3 2.2 Chương trình ..............................................................................................................7 Chương 3: THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ BẰNG WINCC KẾT HỢP ĐIỀU KHIỂN VỚI S7_300 .......................................................................................................... 13 3.1 Thiết kế công nghệ trên Win CC .............................................................................13 3.1.1 Mở giao diện WinCC ............................................................................................13 3.1.2 Chọn DRIVER ......................................................................................................15 3.1.3 Tạo biến cho dự án................................................................................................ 16 3.2 Tạo giao diện ...........................................................................................................19 3.2.1 Lấy đối tượng ra giao diện ....................................................................................20 3.2.2 Thiết lập thuộc tính cho thiết bị ............................................................................23 Chương 4. MÔ PHỎNG WINCC KẾT HỢP VỚI PLC .................................................... 28 4.1 Thiết lập mô phỏng ..................................................................................................28 4.2 Hoạt động của dây chuyền sản xuất thuốc lá ...........................................................31 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................... 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................. 34 ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT PLC: Programmable logic controller Bộ điều khiển logic khả trình SCADA: Supervisory Control And Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu Data Acquisition HMI: Human Machine Interface Giao diện người - máy WinCC: Windows Control Center Trung tâm điều khiển chạy trên nền Windows iii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Chọn chương trình Simatic Manager Hình 2.2: Chọn Next Hình 2.3: Chọn loại CPU Hình 2.4: Chọn dạng lập trình LAD Hình 2.5: Đặt tên dự án Hình 2.6: Chọn khối OB1 Hình 2.7: Chọn FC82 RSET BIT_LOGIC Hình 3.1: Chọn mở WinCC Hình 3.2: Mở một dự án mới và chọn dạng dự án Hình 3.3: Đặt tên dự án Hình 3.4: Chọn Graphics Designer Hình 3.5: Chọn loại driver Hình 3.6: Đặt tên và chọn số kết nối Hình 3.7: Chọn kết nối Hình 3.8: Đặt biến cho dự án Hình 3.9: Đặt tên và chọn thông số cho biến Hình 3.10: Tạo một đối tượng trên giao diện Hình 3.11: Cách đổi tên một picture Hình 3.12: Giao diện của WinCC Hình 3.13: Cách lấy đối tượng ra giao diện Hình 3.14: Lấy đối tượng là bồn trộn Hình 3.15: Một cách tương tự để lấy các đối tượng khác Hình 3.16: Lấy đối tượng Button Hình 3.17: Các cảm biến Hình 3.18: Giao diện hoàn thiện Hình 3.19: Thiết lập thuộc tính cho đối tượng Hình 3.20: Thiết lập thuộc tính để liên kết đến PLC Hình 3.21: Cách chọn Tag Hình 3.22: Gán biến cho thiết bị Hình 3.23: Chọn tham số iv Hình 3.24: Thiết lập cho nút STOP (1) Hình 3.25: Thiết lập cho nút STOP (2) Hình 3.26: Cách gán Tag Hình 3.27: Thiết lập giá trị Hình 4.1: Mở chương trình mô phỏng Hình 4.2: Giao diện chương trình mô phỏng Hình 4.3: Chọn khối và hàm để nạp chương trình Hình 4.4: Nạp chương trình cho khối OB1 Hình 4.5: Chế độ RUN Hình 4.6: Mô hình mô phỏng hoàn thiện Hình 4.7: Hoạt động của mô hình mô phỏng v THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và mô phỏng dây chuyền sản xuất thuốc lá tự động dùng WinCC và PLC - Mã số: TR:2020-06/KCN - Chủ nhiệm đề tài: Nguyễn Thị Hiền Điện thoại: 0976 367 428 Email: [email protected] - Đơn vị quản lý về chuyên môn: Khoa Công nghệ - Thời gian thực hiện: Từ tháng 7 năm 2020 đến tháng 3 năm 2021 2. Mục tiêu: Ứng dụng phần mềm WinCC và PLC mô phỏng một hệ thống SCADA như dây chuyền sản xuất thuốc lá tự động. 3. Nội dung chính: Cách sử dụng phần mềm WinCC, cách lập trình PLC và những thành phần cơ bản của một dây chuyền sản xuất trong thực tế. 4. Kết quả chính đạt được (khoa học, đào tạo, kinh tế - xã hội, ứng dụng, ...) - Mô phỏng được một dây chuyền sản xuất thuốc lá tự động có đầy đủ khâu giám sát và điều khiển từ xa giúp hiện thực hóa các hoạt động trong công ty, doanh nghiệp. - Tạo môi trường học tập và nghiên cứu cho người học và giảm chi phí cho nhà trường. - Truyền cảm hứng cho những giảng viên và sinh viên ham tìm tòi, học hỏi có thể tự hợp tác để tạo ra sản phẩm của riêng mình. vi Chương 1. MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu SCADA là một hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu, nói một cách khác là một hệ thống hỗ trợ con người trong việc giám sát và điều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ điều khiển tự động thông thường. Để có thể điều khiển và giám sát từ xa thì hệ SCADA phải có hệ thống truy cập, truyền tải dữ liệu cũng như hệ giao diện người – máy (HMI). Nếu nhìn nhận SCADA theo quan điểm truyền thống thì nó là một hệ thống mạng và thiết bị có nhiệm vụ thuần tuý là thu thập dữ liệu từ các trạm ở xa và truyền tải về khu trung tâm để xử lý. Trong các hệ thống như vậy thì hệ truyền thông và phần cứng được đặt lên hàng đầu và cần sự quan tâm nhiều hơn. Trong những năm gần đây sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ truyền thông công nghiệp và công nghệ phần mềm trong công nghiệp đã đem lại nhiều khả năng và giải pháp mới nên trọng tâm của công việc thiết kế xây dựng hệ thống SCADA là lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện và các giải pháp tích hợp hệ thống. 1.2 Tính cấp thiết SCADA là một hệ kết hợp phần cứng và phần mềm để tự động hoá việc quản lý giám sát điều khiển cho một đối tượng sản xuất công nghiệp. Tuỳ theo yêu cầu cụ thể của bài toán tự động hoá ta có thể xây dựng hệ SCADA thực hiện một số những nhiệm vụ tự động hoá như: thu thập giám sát từ xa về đối tượng, điều khiển đóng cắt từ xa lên đối tượng, điều chỉnh tự động từ xa với các đối tượng và các cấp quản lý. Nhằm mô phỏng một hệ SCADA để hiểu rõ hơn về cách quản lý và vận hành một dây chuyền sản xuất thực tế, nhóm đã chọn thực hiện mô phỏng dây chuyền sản xuất thuốc là tự động. 1.3 Mục tiêu Ứng dụng phần mềm WinCC và PLC mô phỏng một hệ thống SCADA 1.4 Cách tiếp cận Đọc tài liệu hướng dẫn cài đặt và sử dụng phần mềm WinCC Tham khảo một số ứng dụng có sử dụng WinCC Thực hiện mô phỏng. Tham khảo ý kiến của đồng nghiệp. Chỉnh sửa và hoàn thiện. 1 1.5 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết, tìm hiểu thực tế, ứng dụng phần mềm để thực hiện mô phỏng. Viết toàn văn đề tài 1.6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Các bộ phận cơ bản của một dây chuyền sản xuất tự động trong thực tế. Lập trình PLC. Phần mềm WinCC 1.7 Nội dung nghiên cứu Cách sử dụng phần mềm WinCC Cách lập trình PLC 1.8 Kế hoạch thực hiện đề tài STT Nội dung công việc Kết quả đạt được (1) (2) Nghiên cứu cách lập trình PLC Tìm hiểu về các bộ phận của dây chuyền sản xuất thuốc lá (3) Viết được chương trình cho PLC 1 2 3 4 5 6 Tìm hiểu về WinCC Lập trình trên phần mềm PLC liên kết tới winCC Hoàn thiện dây chuyền mô phỏng Viết toàn văn đề tài Sơ đồ khối dây chuyền Tìm được các đối tượng cần dùng Gắn đúng vị trí và đảm bảo chắc chắn Dây chuyền hoạt động tốt Cuốn báo cáo Thời gian bắt đầu, kết thúc (4) 7/2020 đến 10/2020 11/2020 đến 12/2020 12/2020 1/2021 đến 2/2021 2/2021 đến 3/2021 3/2021 2 Chương 2. THIẾT LẬP PHẦN MỀM LẬP TRÌNH CHO PLC 2.1 Các thao tác Mở chương trình Simatic Manager Chọn Start  SIMATIC  SIMATIC Manager Hình 2.1: Chọn chương trình Simatic Manager Cửa sổ SIMATIC Manager xuất hiện: Hình 2.2: Chọn Next 3 Nhấn phím Next  để tiếp tục: Hình 2.3: Chọn loại CPU Ở cửa sổ Simatic Manager sẽ đưa cho ta danh sách để lựa chọn loại CPU của Simatic nào mà ta sẽ làm việc với chúng ở đây ta chọn CPU314 và tiếp tục nhấn Next  Hình 2.4: Chọn dạng lập trình LAD 4 Tiếp tục ở của sổ Step 7 Winzard “New Project” hiện ra các các khối OB1, ta lựa chọn để viết chương trình cho S7 ở mục Language for Selected Block ta chọn ngôn ngữ để viết chương trình ở đây ta chọn ngôn ngữ Ladder nên đánh dấu vào LAD. Sau khi chọn xong ta tiếp tục nhấn Next  Hình 2.5: Đặt tên dự án Xuất hiện cửa số tiếp theo ở mục Project name: ở đây ta đặt tên cho chương trình ta sẽ viết nhấn Next  tiếp để vào OB1 để viết chương trình. Hình 2.6: Chọn khối OB1 Nhấn hai lần chuột phải vào OB1 để hiện ra cửa sổ viết chương trình. Khai báo biến cho SIMATIC S7-300: 5 6 2.2 Chương trình 7 8 9 10 11 2.3 Cách khởi tạo hàm FC82 trong S7_300 Dùng để reset Bit Logic (M, Q, …) Hình 2.7: Chọn FC82 RSET BIT_LOGIC 12