Đang tải... (xem toàn văn)
Luận văn
BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP I - - ðỖ TUẤN KHANH Nghiªn cøu thiÕt kÕ hƯ thèng điều khiển giám sát cho trạm Tay máy Gia công hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) trung tâm FACT trờng ĐH SP KT Hng Yên øng dơng WinCC vµ S7-300 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUÂT Chuyên ngành: ðiện nông nghiệp Mã số:60.52.54 Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Văn Hoà HÀ NỘI - 2007 Lời cam đoan - Tôi xin cam đoan rằng, kết nghiên cứu thiết kế luận văn trung thực cha đợc sử dụng để bảo vệ học vị - Tôi xin cam ®oan r»ng, mäi sù gióp ®ì cho viƯc thùc luận văn đ1 đợc cảm ơn thông tin trích dẫn luận văn đợc rõ nguồn gốc Tác giả Đỗ Tuấn Khanh Trng i học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ k thut i Lời cảm ơn Qua thời gian thực hiện, đến đề tài: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho trạm Tay máy Gia công hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS), trung tâm FACT trờng ĐHSP KT Hng Yên đ1 đợc hoàn thành Trong thời gian thực hiện, đ1 nhận đợc nhiều giúp đỡ quý báu cá nhân, tập thể trờng Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ts Nguyễn Văn Hoà quan tâm, giúp đỡ tận tình phơng pháp nội dung nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn tới thầy, cô giáo khoa Cơ Điện, Khoa sau đại học Trờng Đại Học Nông Nghiệp I Hà Nội, thầy cô giáo Khoa Điện trờng Đại học Bách Khoa Hà nội tập thể cán bộ, giáo viên Khoa Điện - Điện Tử, Trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Hng Yên đ1 giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập, công tác, nghiên cứu hoàn thành luận văn Cuối xin đợc bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, đ1 động viên giúp đỡ suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thành nội dung luận văn Tác giả Trng i học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ k thut ii Mục lục Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục biểu bảng Danh mục hình vẽ Mở đầu Chơng I : Nghiên cứu hệ thống sản xuất linh hoạt FMS i ii iii iv v 1.1 Tỉng quan vỊ hƯ thèng FMS (Flexible Manufacturing Systems) 1.2 Nghiên cứu hệ thống FMS trung tâm FACT trờng ĐHSPKT Hng Yên Chơng II : Mạng truyền thông công nghiệp 2.1 Tổng quan mạng truyền thông công nghiệp 2.2 Mạng truyền thông Profibus 2.3 Mạng truyền thông Ethernet Chơng III : Tổng quan vỊ WINCC 3.1 Giíi thiƯu chung vỊ wincc 3.2 M¹ch điện công cụ 3.3 Mạch điện bớc thực đề án 3.4 WinCC Phần mềm để xây dựng Mạch điện hệ SCADA 3.5 Mạch điện chức SCADA 3.6 Quyền truy nhập hệ thống Mạch điện công tác quan trị ngời sử dụng 3.7 Chuyển đổi ngôn ngữ sử dụng 3.8 Hệ thống đồ hoạ 3.9 Hệ thống thông báo 3.10 Hệ thống thu thËp d÷ liƯu 26 26 28 34 48 48 50 55 58 61 61 62 62 62 63 Ch−¬ng IV: Thiết kế hệ điều khiển giám sát cho hệ thống FMS øng dơng WinCC vµ S7-300 64 4.1 ThiÕt lËp mạng ProfibusDP với PLC cho hai trạm tay máy gia công 64 4.2 Thiết kế giao diện điều khiển cho tr¹m Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………………………………iii 4.3 Ch¹y thử chơng trình, khảo nghiệm 92 Kết luận kiến nghị 95 Tài liệu tham khảo Phụ lục 96 Trng ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………………………………iv Danh mơc biĨu b¶ng B¶ng sè Tên bảng Trang Bảng 2.1 Chiều dài tối đa đoạn mạng PROFIBUS (cáp STP loại A) 30 Bảng 2.2 Một số loại cáp truyền Ethernet thông dụng 35 Bảng 2.3 Một số loại cáp truyền Fast Ethernet thông dụng 40 Bảng 2.4 Đặc điểm mạng Industrial Ethernet 43 Bảng 4.1 Bảng Symble trạm Process-Slave 75 Bảng 4.2 Bảng 4.3 Bảng Symble trạm Handling-Master Hệ thống Tags tơng ứng với địa vào/ra 77 83 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………………………………v Danh mơc h×nh vÏ H×nh sè H×nh 1.1 H×nh 1.2 H×nh 1.3 H×nh 1.4 H×nh 1.5 H×nh 1.6 H×nh 1.7 H×nh 1.8 H×nh 1.9 H×nh 1.10 H×nh 1.11 H×nh 1.12 H×nh 1.13 H×nh 1.14 H×nh 1.15 H×nh 1.16 H×nh 1.17 H×nh 1.18 H×nh 1.19 H×nh 1.20 H×nh 1.21 H×nh 1.22 H×nh 1.23 H×nh 2.1 Tên hình Mạch điện dạng cấu trúc hệ thống gia công linh hoạt Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS 50 hfng FESTO DIDACTIC Trạm cấp phôi (Distributed Station) Mạch điện đầu vào trạm cấp phôi Mạch điện đầu trạm cấp phôi Mạch điều khiển điện- khí nén trạm cấp phôi Trạm kiểm tra (Testing Station) Mạch điện đầu vào trạm kiểm tra Mạch so sánh trạm kiểm tra Mạch điện đầu trạm kiểm tra Mạch điều khiển điện khí nén trạm kiểm tra Trạm Tay máy (Handling Station) Mạch điện đầu vào trạm tay máy Mạch điện đầu trạm tay máy Mạch điều khiển điện khí nén trạm tay máy Trạm gia công (Processing Station) Mạch điện đầu vào trạm gia công Mạch điện đầu trạm gia công Mạch động lực trạm gia công Trạm phân loại (Sorting Station) Mạch điện đầu vào trạm phân loại Mạch điện đầu trạm phân loại Mạch điều khiển điện khí nén trạm phân loại Mô hình phân cấp chức công ty sản xt c«ng nghiƯp Trang 10 11 12 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 27 H×nh 2.2 H×nh 2.3 H×nh 2.4 H×nh 2.5 KiÕn tróc giao thøc cđa Profibus M¹ng Profibus-DP nhiỊu tr¹m chđ Cable nèi m¹ng Profibus-DP Khoảng cách hai trạm dùng chuẩn truyền RS485 29 32 33 33 H×nh 2.6 H×nh 2.7 Ethernet/IEEE 802.3 tËp chn IEEE 802 Ba kiĨu m¹ng Ethernet với cáp đồng trục đôi dây xoắn Cấu trúc khung MAC theo IEEE 802.3/Ethernet Sư dơng bé lỈp m¹ng LAN 802.3 chun m¹ch KiÕn tróc giao thøc HSE 34 36 H×nh 2.8 H×nh 2.9 H×nh 2.10 38 39 42 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………………………………vi H×nh 2.11 H×nh 2.12 H×nh 2.13 H×nh 2.14 H×nh 2.15 H×nh 2.16 H×nh 2.17 H×nh 2.18 H×nh 3.1 H×nh 4.1 H×nh 4.2 H×nh H×nh 4.4 H×nh 4.5 H×nh 4.6 H×nh 4.7 H×nh 4.8 H×nh 4.9 H×nh 4.10 H×nh 4.11 H×nh 4.12 H×nh 4.13 H×nh 4.14 H×nh 4.15 H×nh 4.16 H×nh 4.17 H×nh 4.18 H×nh 4.19 H×nh 4.20 H×nh 4.21 H×nh 4.22 H×nh 4.23 H×nh 4.24 H×nh 4.25 H×nh 4.26 H×nh 4.27 H×nh 4.28 H×nh 4.29 H×nh 4.30 H×nh 4.31 H×nh 4.32 Thđ tục truy nhập đờng dẫn Nhiều phần tử gửi liệu lên mạng Multiple Xung đột mạng nhiều phần tử gửi liệu Cấu trúc điện mạng Industial Ethernet Các loại cable nối mạng Ethernet Cấu trúc mạng sử dụng Hub Repeater Cấu trúc mạng sử dụng cầu nối Liên kết mạng Router/Gateay Kết nối Tags với PLC Các bớc tạo Project Thiết lập cấu hình cứng cho trạm Thiết lập phần cứng cho trạm Process-Slave Thiết lập Slot cho trạm Process_Slave Chọn CPU cho trạm Process-Slave Đặt thuộc tính cho trạm Process_Slave Thiết lập vùng liệu truyền nhận liệu với trạm chủ Thiết lập byte liệu truyền nhận liệu với tr¹m chđ ThiÕt lËp Memory Byte cho Clock Memory ThiÕt lập lại Byte cho Retentive Memory Ghi lại cấu hình cứng đf đợc thiết lập Chọn CPU cho trạm Hand-Master Đặt thuộc tính cho trạm Cài đặt kết nối cho trạm Master Đặt địa truyền liệu hai trạm Đặt địa truyền liệu hai trạm Đặt địa byte truyền liệu hai trạm Lu đồ thuật toán trạm gia công Lu đồ thuật toán trạm Hand-Master Khởi động WinCC Lựa chọn đặt tên cho Project Lựa chọn kết nối với PLC Lựa chọn hình thức truyền liệu Cài đặt thuộc tính đặt tên cho thuộc tính cần kÕt nèi Lùa chän Slot Number cho kÕt nèi ThiÕt lập Tags Ví dụ minh hoạ cho việc thiết lËp c¸c Tags ThiÕt lËp mét Picture míi Graphic Designer Đặt tên cho Picture Các công cụ Graphic Designer Giao diƯn chÝnh cđa hƯ thèng ThiÕt lËp mét Picture míi Graphic Designer 44 44 45 45 46 47 47 48 57 64 64 65 65 65 66 67 68 69 69 70 70 72 72 74 76 79 85 91 91 92 93 94 81 81 81 82 83 84 84 85 85 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… vii Hình 4.33 Đặt tên cho Picture 85 Hình 4.34 H×nh 4.35 H×nh 4.36 H×nh 4.37 H×nh 4.38 H×nh 4.39 H×nh 4.40 H×nh 4.41 H×nh 4.42 H×nh 4.43 H×nh 4.44 H×nh 4.45 H×nh 4.46 H×nh 4.47 H×nh 4.48 H×nh 4.49 H×nh 4.50 H×nh 4.51 H×nh 5.1 H×nh 5.2 H×nh 5.3 H×nh 5.4 H×nh 5.5 H×nh 5.6 H×nh 5.7 H×nh 5.8 H×nh 5.9 H×nh 5.10 H×nh 5.11 H×nh 5.12 H×nh 5.13 H×nh 5.14 H×nh 5.15 H×nh 5.16 H×nh 5.17 H×nh 5.18 Màn hình giao diện trạm Handling 86 86 87 87 88 88 89 89 90 90 91 91 91 92 92 93 93 94 111 112 113 113 114 114 115 115 116 117 118 118 119 119 119 120 129 129 Thiết lập đèn báo hiển thị đầu vào/ra Lựa chọn thuộc tính cho đèn báo Lựa chọn kiểu liệu Gán địa Tags tơng ứng với giá trị vào/ra Lựa chọn tốc độ thị tín hiệu Lựa chọn thuộc tính động cho đối tợng Gán địa Tag cho đối tợng Lựa chọn thuộc tính động cho đối tợng Gán địa Tag cho đối tợng Giao diện điều khiển trạm Handling Thiết lập Picture Đặt tên cho Picture Giao diện điều khiển trạm Processing Chạy Runtime hệ thống Giao diện điều khiển hệ thống Màn hình giao diện điều khiển trạm Handling Màn hình giao diện điều khiển trạm gia công Mô hình cánh tay Rôbốt Tay gắp sản phẩm Mạch tạo nguồn Công tắc hành trình điện Công tắc hành trình nam châm Nguyên lý hoạt động hình dạng cảm biến cảm ứng từ Cảm biến quang Sơ đồ mạch cảm biến Mạch kết nối PLC Mạch công suất đầu PLC Mạch đảo chiều động Gắp sản phẩm Kẹp vận chuyển sản phẩm Phân loại sản phẩm Tay gắp sản phẩm Lu đồ thuật toán Giao diện điều khiển tay máy Giao diện điều khiển tay máy Trng i hc Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… viii Mở Đầu Cơ sở lựa chọn đề tài Tốc độ phát triển mạnh mẽ công nghệ vi điện tử, kỹ thuật truyền thông công nghệ phần mềm năm gần đf tạo chuyển biến hớng cho giải pháp tự động hoá công nghiệp Các hệ thống tự động hoá ngày không dừng lại việc tự động hoá cho máy, module trình sản xuất, mà đf phát triển đến việc tự động hoá hoàn toàn cho hệ thống Gần chức hệ tự động hoá đợc phát triển nhanh đf có nhiều dây truyền tự động, phân xởng tự động nhà máy tự động đời Các hệ thống tự động hoá hoàn toàn cho phép điều khiển, giám sát hoạt động hệ thống hình máy tính điều khiển nhiều chức khác bên trình Nh dây truyền sản xuất không module riêng rẽ mà module phải đợc liên kết với qua hệ thống mạng truyền thông công nghiệp Trong luận văn này, để làm rõ đợc giải pháp tự động hoá cho hệ thống sản xuất tự động, tác giả đf lựa chọn đề tài: Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển giám cho trạm Tay máy trạm Gia công hệ thống sản xuất linh hoạt FMS trung tâm FACT trờng ĐHSP KT Hng Yên, ứng dụng WinCC PLC S7-300 Phơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu đối tợng ( hệ thống sản xuất linh hoạt) - Nguyên cứu lý thuyết để viết chơng trình thiết kế giao diện điều khiển - Dùng thực nghiệm để khẳng định kết nghiên cứu ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Về khoa học: - Luận án đf góp phần làm sáng tỏ giải pháp thiết kế cho hệ thống điều khiển giám sát Về thực tiễn: Với kết thu đợc đề tài đf góp phần - Đa đợc giải pháp thiết kế cho hệ thống điều khiển giám sát - Khai thác đợc phần mềm WinCC hfng Siemens ®Ĩ thiÕt kÕ giao diƯn ®iỊu khiĨn cho hƯ thèng - Liên kết đợc trạm hệ thống sản xuất linh hoạt thông qua mạng truyền thông PROFIBUS Phạm vi nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu đề tài đề cập đến vấn đề sau: - Nghiên cứu hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) trờng S Phạm Kỹ Thuật Hng Yên Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………………………………1 ... pháp nội dung nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn tới thầy, cô giáo khoa Cơ Điện, Khoa sau đại học Trờng Đại Học Nông Nghiệp I Hà Nội, thầy cô giáo Khoa Điện trờng Đại học Bách Khoa Hà nội tập... cứu - Nghiên cứu đối tợng ( hệ thống sản xuất linh hoạt) - Nguyên cứu lý thuyết để viết chơng trình thiết kế giao diện điều khiển - Dùng thực nghiệm để khẳng định kết nghiên cứu ý nghĩa khoa học... linh hoạt thông qua mạng truyền thông PROFIBUS Phạm vi nội dung nghiên cứu Nội dung nghiên cứu đề tài đề cập đến vấn đề sau: - Nghiên cứu hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) trờng S Phạm Kỹ Thuật
