Thiết kế điều khiển dây chuyền sản xuất bột Cacao hòa tan dùng PLC S7-1200 và màn HMI

1 Khoa Công nghệ, Trường Đại học Công nghệ Đồng Nai

2Trung tâm Phát triển công nghệ và Trưng bày sản phẩm, Trường Đại học Công nghệ Đồng Nai

3Phòng tài chính tổng hợp,Trường Đại học Công nghệ Đồng Nai

Email: hoangthitrang@dntu.edu.vn

(SK&MT) - Tóm tắt: Trong bài viết này, trình bày thiết kế điều khiển dây chuyền sản xuất cacao hòa tan trên màn hình HMI và PLC S7-1200. Trong các dây chuyền sản xuất ngày nay vẫn còn sử dụng hệ thống điều khiển bằng nút nhấn – khởi động từ. Việc sử dụng hệ thống điều khiển như vậy, làm cho hệ thống điều khiển cồng kềnh, khó khăn trong việc vận hành và sữa chữa. Do đó một trong những phương án tốt nhất và được sử dụng rộng rãi hiện nay là thay thế hệ thống điều khiển nút nhấn – khởi động từ bằng bộ điều khiển HMI – PLC. Trong hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất cacao hòa tan, sử dụng thiết bị lập trình điều khiển PLC S7-1200 và giám sát hệ thống trên màn hình HMI, làm nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm.

Từ khóa: Điều khiển dây chuyền sản xuất, PLC, HMI

Abstract: In this article, present the design to control the production line of instant cacao on HMI and PLC S7-1200. In the production line today still use the control system with Button-Contactor. The use of such a control system makes the control system cumbersome, difficult to operate and repair. So one of the best and most widely used options today is to replace the "Button-Contactor" control system with the HMI-PLC controller. In the control system of instant cacao production lines, using PLC programming device S7-1200 and monitoring the system on HMI screen, improving productivity and product quality.

Keywords: Control the production line, PLC, WINCC

I. ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay, trong lĩnh vực công nghiệp tự động hóa ngày càng phát triển, các máy móc thiết bị, hệ thống tự động ngày càng trở nên đa dạng và phong phú, nhờ đó mà năng suất sản xuất cũng như chất lượng sản phẩm ngày càng được nâng cao và PLC S7-1200 là một trong những thiết bị thông dụng trong lĩnh vực này.

Trong các dây chuyền sản xuất ngày nay vẫn còn sử dụng hệ thống điều khiển bằng nút nhấn – khởi động từ. Việc sử dụng hệ thống điều khiển như vậy, làm cho hệ thống điều khiển cồng kềnh (nhiều dây nối, nhiều nút nhấn, rơle, khởi động từ…), làm khó khăn cho việc vận hành cũng như sửa chữa và chiếm diện tích lắp đặt máy móc.

Việc sử dụng hệ thống điều khiển bằng PLC và màn hình HMI giúp cho hệ thống hoạt động linh hoạt, hệ thống điều khiển nhỏ gọn, giúp cho việc vận hành và sửa chữa hệ thống dễ dàng. Nghiên cứu này trình bày các kết quả nghiên cứu thiết kế điều khiển dây chuyền sản xuất cacao hòa tan với phần mềm PLC S7-1200 và dùng màn HMI được thực hiện tại trường Đại học Công nghệ Đồng Nai

II. NỘI DUNG

1. Bộ điều khiển lập trình

PLC S7-1200 là sự kết hợp với một vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các tín hiệu đầu vào/ra, thiết kế theo nền tảng Profinet, các bộ đếm, phát xung tốc độ cao tích hợp trên thân, điều khiển vị trí (motion control), và ngõ vào Analog đã làm cho PLC S7-1200 trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn nhưng mạnh mẽ. Các module tín hiệu để mở rộng I/O và các module giao tiếp dễ dàng kết nối với bộ điều khiển. Tất cả các phần cứng SIMATIC S7-1200 có thể được gắn trên DIN rail tiêu chuẩn hay trực tiếp trên bảng điều khiển, giảm được không gian và chí phí lắp đặt.

Hình1: dạng bên ngoài của S7 – 1200 và các module mở rộng

Các module mở rộng vào/ra bao gồm: module ngõ vào, module ngõ ra hoặc module vào/ra kết hợp. Bao gồm các loại 8, 16, và 32 kênh, hỗ trợ các tín hiệu I/O DC, relay và analog. Bên cạnh đó, mặt trên của PLC cho phép gắn thêm module mở rộng với 4 kênh ngõ vào/ra số hoặc 1 kênh analog. Việc này, cho phép bộ điều khiển S7-1200 nâng cấp I/O mà không cần thêm không gian. Thiết kế có thể mở rộng này giúp điều chỉnh các ứng dụng từ 10_I/O đến tối đa 284_I/O, với khả năng tương thích chương trình người sử dụng nhằm tránh phải lập trình lại khi chuyển đổi sang một bộ điều khiển lớn hơn.

2. Tổng quan về HMI

HMI là viết tắt của Human-Machine-Interface, có nghĩa là thiết bị giao tiếp giữa người hành, thiết kế và máy móc. Nó có chức năng hiển thị dữ liệu cho người vận hành và cho phép nhập lệnh điều khiển qua nhiều dạng: hình ảnh, sơ đồ, cửa sổ, menu, màn hình cảm ứng. Các ứng dụng trong hệ thống số điều khiển trên máy giặt, bảng hướng dẫn lựa chọn phần mềm hoạt động từ xa trên TV đều là HMI.

3. Cấu tạo HMI

• Phần cứng: gồm màn hình; các phím bấm và các chíp như: CPU, ROM, RAM, EPROM/Flash ….

• Phần mềm : Các đối tượng như các hàm và lệnh; Phần mềm phát triển; Các công cụ xây dựng HMI; Các công cụ kết nối, nạp chương trình và gỡ rối. Các công cụ mô phỏng
• Truyền thông: Các cổng truyền thông và các giao thức truyền thông
• Các thông số đặc trưng của HMI:

Độ lớn màn hình: quyết định thông tin cần hiển thị cùng lúc của HMI. Dung lượng bộ nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu, Flash dữ liệu: quyết định số lượng tối đa biến số và dung lượng lưu trữ thông tin. Số lượng các phím cảm ứng trên màn hình. Chuẩn truyền thông, các giao thức hỗ trợ. Số lượng các đối tượng, hàm lệnh mà HMI hỗ trợ. Các cổng mở rộng: Printer, USB, CF, PCMCIA, PC100...

Hình 2: HMI KTP 700

4. Các ưu điểm của HMI

• Tính đầy đủ kịp thời và chính xác của thông tin.
• Tính mềm dẻo, dễ thay đổi bổ xung thông tin cần thiết.
• Tính đơn giản của hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa.
• Tính “Mở”: có khả năng kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị và nhiều loại giao thức.
• Khả năng lưu trữ cao.

5. Phần mềm lập trình Simatic Tia Portal

Phần mềm Simatic Tia Portal Step7 cung cấp một môi trường thân thiện với người dùng, từ hiệu chỉnh, thư viện, và bộ điều chỉnh logic cần thiết đến ứng dụng điều khiển. Simatic Tia Portal Step7 cung cấp công cụ cho quản lý và cấu hình tất cả các thiết bị trong project, ví dụ như: PLC và thiết bị HMI. Simatic Tia Portal Step7 cung cấp hai ngôn ngữ lập trình (LAD và FBD), thích hợp và hiệu quả trong cải tiến lập trình điều khiển trong ứng dụng. Ngoài ra Simatic Tia Portal Step7 còn cung cấp bộ công cụ tạo và cấu hình thiết bị HMI.

Hình 3: Giao diện chính của phần mềm

6. Giao tiếp giữa máy tính và PLC

Kết nối PLC và máy tính bằng cáp ethernet thông qua công Ethernet của PLC và máy tính.

Hình 4: Kết nối PLC với máy tính

5. Sơ đồ khối các hệ thống sản xuất nghiền hạt cacao

Hệ thống bao gồm:

• Băng tải 1: băng tải 1 được kéo bằng động cơ 3 pha và đưa hạt cacao vào bồn nguyên liệu.

• Bồn nguyên liệu: chứa định lượng hạt cacao cho một mẻ rang và làm khô hạt khiến cho hương vị cacao đậm đà hơn. Trong quá trình sấy hạt sẽ được đảo liên tục để hạt khô đồng đều. thời gian sấy trong khoảng 10 đến 12 giờ ngày.

• Bồn rang hạt cacao: trước tiên cần rang lên để làm tăng mùi vị và hương thơm đặc trưng của cacao. Cần phải chú ý đến nhiệt độ rang. Nếu nhiệt độ cao quá sẽ khiến cho hạt bị cháy và đắng. còn rang không đủ nhiệt độ cacao sẽ không tiết hết được mùi thơm đặc trưng. Hạt cacao thường rang khoảng 2 giờ.

• Máy nghiền: Máy nghiền: nghiền cacao hạt sau khi rang, thành cacao bột.

6. Giao diện HMI điều khiển hệ thống

Sơ đồ 2:Hệ thống sản xuất bột cacao hòa tan giao diện HMI điều khiển hệ thống

III. KẾT LUẬN

Hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất cacao hòa tan bằng bộ điều khiển PLC S7-1200 và HMI KTP700 ứng dụng vào thực tế, giúp cho hệ thống gọn nhẹ, hoạt động linh hoạt, tin cậy, hiệu quả kinh tế cao, tăng năng suất. Giao diện HMI được thiết kế giúp cho việc giám sát và điều khiển hệ thống dễ dàng. Sau khi thiết kế xong hệ thống điều khiển, chúng tôi thấy hệ thống làm việc bình thường và ổn định theo đúng yêu cầu công nghệ.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. 1. Trần Văn Hiếu, Tự động hóa PLC S7-1200 với TIA PORTAL, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
   2. Nguyễn Trọng Phước, Ứng dụng PLC Siemens và Moeller trong tự động hóa, NXB Khoa học kỹ thuật TP.HCM, 2001.
   3. Lê Hoài Quốc, Chung Tấn Lâm , “PLC trong điều khiển các quá trình công nghiệp : Bộ điều khiển khả lập trình PLC”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp.HCM, 2003
   4. Trần Thanh Hùng, Nguyễn Hoàng Dũng, “Giáo trình plc ứng dụng trong tự động hóa sản xuất” Nxb. Đại học Cần Thơ, 2012
   5. Siemens (2009), Làm quen với S7-1200 (S71200_getting_started), https://sites.google.com/site/chauchiduc
   6. Siemens (2009), Sổ tay S7-1200 (siemens_s7-1200_manual), https://sites.google.com/site/chauchiduc