Sử dụng hệ thống SCADA phân loại sản phẩm theo màu sắc

MỞ ĐẦU  Lý do chọn đề tài Ngày nay, với sự phát triển công nghiệp hóa hiện đại hóa, việc ứng dụng tự động hóa là xu thế chung trong công nghiệp hiện nay, hòa chung vào quá trình tự độ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên người nhận xét:

Chức danh: Đơn vị công tác:

Tên đồ án:Sử Dụng Hệ Thống Scada Phân Loại Sản Phẩm Theo Màu Sắc

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Đức Hậu MSSV: 51130622

Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật Điện- Điện Tử Hệ: Chính quy Khóa: 51

Ý KIẾN NHẬN XÉT

1 Chất lượng hình thức

2 Chất lượng nội dung

Kh ánh Hòa, ngày tháng năm 2012

Khánh Hòa, ngày tháng 7 năm 2012

Thư ký Hội đồng Chủ tịch hội đồng

Bằng số Bằng chữ

LỜI CẢM ƠN

Trải qua bốn năm học đại học đầy căng thẳng và thú vị, em và các bạn trong lớp 51DDT đã được các thầy cô trong bộ môn cũng như toàn thể giảng viên trong toàn trường truyền thụ những kiến thức thật quý giá và bổ ích cho tất cả chúng em Vì vậy lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn toàn bộ những giảng viên khoa Điện-Điện Tử

đã truyền đạt kiến thức cho chúng em trong những năm qua

Tiếp theo em muốn gửi lời cảm ơn đến thầy Bùi Thúc Minh người đã trực tiếp và tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy

Em cũng xin chân thành cảm ơn bố mẹ, người thân và bạn bè Những người đã giúp đỡ về mặt tinh thần cũng như vật chất rất nhiều để em có thể hoàn thành tốt đồ án này Xin chân thành cảm ơn mọi người

Nha Trang, tháng 7 năm 2013 Sinh viên

Nguyễn Đức Hậu

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ iv

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG 4

1.1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH 4

1.1.1 Tổng quan 4

1.1.2 Chức năng chính của máy 4

1.2 MỘT SỐ MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÂN LOẠI TRONG THỰC TẾ 6

1.2.1 Mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng 6

1.2.2 Mô hình phân loại sản phẩm theo vật liệu 8

1.2.3 Phân loại sản phẩm theo màu sắc 9

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM STEP7 V11 11

2.1 TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 11

2.1.1 Chức năng hệ PLC 11

2.1.2 Cấu trúc phần cứng 13

2.1.2.1 Giới thiệu PLC S7-1200 13

2.1.2.2 Các module tín hiệu 16

2.1.2.3 Các module truyền thông 16

2.2 LÀM VIỆC VỚI PHẦN MỀM TIA PORTAL 17

2.2.1 Giới thiệu Simatic Step 7 V11 tích hợp lập trình PLC và HMI 17

2.2.2 Các kiểu xem khác nhau giúp công việc dễ dàng hơn 17

2.2.3 Trợ giúp người dùng khi cần 19

2.2.4 Kết nối giao thức TCP/IP 25

2.2.5 Giám sát và thực hiện chương trình 25

2.3 CÁC BẢNG HIỂN THỊ HMI 24

2.4 KỸ THUẬT LẬP TRÌNH 25

2.4.1 Vòng quét chương trình 25

2.4.2 Cấu trúc lập trình 26

2.4.2.1 Khối tổ chức OB – OGANIZATION BLOCKS 26

2.4.2.2 Hàm chức năng – FUNCTION 27

2.5 ƯU ĐIỂM VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PLC 28

2.5.1 Ưu điểm của hệ thống điều khiển PLC 27

2.5.2 Các ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC 26

CHƯƠNG 3 SCADA VỚI PHẦN MỀM WINCC FLEXIBLE 30

3.1 KHÁI NIỆM SCADA 30

3.1.1 Các hệ thống SCADA 31

3.1.2 Cấu trúc của một hệ SCADA 31

3.2 PHẦN MỀM WINCC FLEXIBLE CHO S7-1200 32

3.2.1 Các đặc điểm chính 32

3.2.2 Các thành phần và chức năng cơ bản trong WinCC Flexible 34

CHƯƠNG 4 MÔ HÌNH DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU 38

4.1 MÔ HÌNH CƠ KHÍ 38

4.2 CẤU TẠO MÔ HÌNH 38

4.2.1 Khối cấp phôi 39

4.2.2 Khối băng tải 40

4.2.3 Khối cánh tay gắp phôi 43

4.2.3.1 Thanh ray trượt 43

4.2.3.2 Xi lanh khí nén (cylinder) 44

4.2.3.3 Van khí nén VQZ1121-5M-C4 46

4.2.3.4 Kẹp khí nén MHY2-10D 47

4.2.3.5 Động cơ SERVO MG996R điều khiển cánh tay gắp 47

4.2.3.6 Khối điều khiển IC 89C52 54

4.2.3.7 Khối cảm biến màu sắc dùng TCS230 57

4.2.3.8 Khối nguồn công suất 63

CHƯƠNG 5 THỰC THI HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VỚI WINCC 65

5.1 LẬP TRÌNH PLC CHO MÔ HÌNH ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 65

5.1.1 Lưu đồ thuật toán và giản đồ xung 65

5.1.2 Phân địa chỉ vào ra và sơ đồ kết nối PLC 67

5.1.3 Viết chương trình PLC S7-1200 69

5.2 LẬP GIAO DIỆN WINCC VÀ KẾT NỐI GIÁM SÁT VỚI S7-1200 72

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

PHỤ LỤC 80

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mô hình tổng thể của máy 4

Hình 1.2 Mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng bằng cân điện tử 6

Hình 1.3 Mô hình phân loại theo vật liệu 8

Hình 1.4 Mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc của Nam Long 9

Hình 2.1 Nguyên lý chung về cấu trúc của một bộ điều khiển logic khả trình 12

Hình 2.2 PLC S7-1200 13

Hình 2.3 PLC S7-1200 và bảng tín hiệu 15

Hình 2.4 PLC S7-1200 và module tín hiệu 16

Hình 2.5 PLC S7-1200 và module truyền thông 17

Hình 2.6 Kiểu xem Portal trong Step7 18

Hình 2.7 Kiểu xem Project trong Step7 19

Hình 2.8 Hệ thống thông tin trong Step7 21

Hình 2.9 In các chủ đề từ hệ thống thông tin 21

Hình 2.10 Giám sát và thực hiện chương trình 23

Hình 2.11 TP 400 Basic PN 24

Hình 2.12 KTP 600 Basic PN 24

Hình 2.13 KTP 1000 Basic PN 25

Hình 2.14 TP 1500 Basic PN 25

Hình 3.1 Cấu trúc của một hệ SCADA 31

Hình 3.2 Cửa sổ chính của Control Center 34

Hình 3.3 Quản lý các dự án Project 35

Hình 3.4 Màn hình creens 36

Hình 3.5 Thanh công cụ tool 36

Hình 4.1 Mô hình tổng thể 38

Hình 4.2 Hộp cấp phôi và cơ cấu đẩy phôi 39

Hình 4.3 Cơ cấu đẩy phôi 40

Hình 4.4 Băng tải và cơ cấu truyền động 40

Hình 4.5 Bộ truyền động băng tải 42

Hình 4.6 Băng tải hoàn chỉnh 42

Hình 4.7 Cánh tay gắp phôi và cơ cấu điều khiển 43

Hình 4.8 Thanh ray trượt 44

Hình 4.9 Cylinder loại CY1B 44

Hình 4.10 Đồ thị đặc tính làm việc của các Cylinder 45

Hình 4.11 Van khí nén VQZ1121-5M-C4 46

Hình 4.12 Kẹp khí nén MHY2-10D 47

Hình 4.13 Động cơ RC SERVO MG996R 48

Hình 4.14 Động cơ SERVO với cơ cấu cánh tay 48

Hình 4.15 Cấu tạo bên trong động cơ Servo 49

Hình 4.16 Điều khiển vị trí trục bằng điều xung PWM 50

Hình 4.17 Điều xung PWM thực tế động cơ mô hình tần số 60hz,1ms,1.5ms,2ms 51

Hình 4.18 Vôn kế động cơ Servo 52

Hình 4.19 Sơ đồ chân vi điều khiển AT89C52 54

Hình 4.20 Sơ đồ chân của TCS230 57

Hình 4.21 Sơ đồ khối chức năng của cảm biến TCS230 58

Hình 4.22 Sơ đồ khối hệ thống đo màu 3 thành phần sử dụng cảm biến TCS230 59

Hình 4.23 Mạch thực nguồn sáng led và cảm biến TCS230 60

Hình 4.24 Hộp cảm biến 61

Hình 4.25 Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến TCS230 61

Hình 4.26 Mạch in của khối cảm biến TCS230 62

Hình 4.27 Sơ đồ nguyên lý cảm biến phát hiện vật 62

Hình 4.28.Cảm biến hồng ngoại phát hiện vật 63

Hình 4.29.Nguồn công suất động cơ băng tải và cánh tay gắp 63

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Các kiểu và thông số CPU 14

Bảng 2.2 Các kiểu module truyền thông 15

Bảng 3.1 Các hệ thống SCADA 31

Bảng 4.1 Các loại Cylinder CY1B 45

Bảng 4.2 Chức năng các chân port 3 IC89C52 55

Bảng 4.3 Datasheet cảm biến màu TCS230 57

Bảng 4.4 Bảng phân địa chỉ vào ra 67

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

SCADA Supervisory Control and Data Acquisition HMI Human Machine Interface

PLC Programmable Logic Control

WINCC Window Control Center

ZEN Là một bộ PLC cỡ nhỏ

LOGO bộ logic khả trình cỡ nhỏ PLC của Siemens PANEL Màn hình HMI LCD

TIA Portal Totally Integrate Automation Portal

CPU Khối xử lý trung tâm

PROFINET Cổng giao tiếp mạng PLC

OB Khối tổ chức OGANIZATION BLOCKS

FC Funtions

MES Manufacturing Excution System

ERP Enterprise Resource Planning

MỞ ĐẦU

 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, với sự phát triển công nghiệp hóa hiện đại hóa, việc ứng dụng tự động hóa là xu thế chung trong công nghiệp hiện nay, hòa chung vào quá trình tự động hóa trong sản xuất, khâu phân loại sản phẩm trong các dây chuyền công nghiệp là một ví

dụ điển hình Trước kia, việc phân loại chủ yếu là dựa vào sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc Chưa kể đến có những phân loại dựa trên các chi tiết kĩ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra Ứng dụng băng chuyền và các kỹ thuật để phân loại sản phẩm hoàn toàn tự động ngày càng xuất hiện nhiều trong các nhà máy, khu công nghiệp làm giảm chi phí lao động, thay thế con người để nâng cao năng suất có thể làm việc ở những môi trường phức tạp, độc hại và nguy hiểm hiệu quả rất nhiều so với phân loại bằng thủ công Bên cạnh việc phân loại sản phẩm dựa vào kích thước, hình dáng bao bì các sản phẩm hiện nay còn đa dạng về số lượng màu sắc khác nhau nên việc phân loại sản phẩm dựa vào màu sắc là thực sự cần thiết trong các nhà máy sản xuất bánh kẹo,bàn chải…

Tại việt Nam, ngành tự động hóa đã có nhiều bước tiến vượt bật Các hệ thống thu thập, giám sát, xử lý và điều khiển các quá trình công nghiệp Scada đã xuất hiện ngày càng nhiều trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau Các module điều khiển lập trình cỡ

nhỏ như Zen, Logo, PLC…cùng với các panel màn hình cảm ứng có thể điều khiển lập trình ngày càng sử dụng rộng rãi giúp việc điều khiển ngày càng nhanh và dễ

Với mong muốn được tìm hiểu và áp dụng sâu hơn các kiến thức đã được học về

vi điều khiển, cảm biến màu, hệ thống Scada với WinCC Flexible và nhất là PLC

S7-1200 vừa được siemens tài trợ cho bộ môn điện công nghiệp khoa Điện-Điện Tử trường Đại Học Nha Trang năm 2013

Từ những vấn đề này em đã chọn đồ án “ SỬ DỤNG HỆ THỐNG SCADA PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC”

 Mục tiêu nghiên cứu

- Tìm hiểu tổng thể về các hệ thống phân loại sản phẩm: Các trang thiết bị trong dây

chuyền phân loại theo màu sắc, các cảm biến màu cần thiết và nguyên tắc hoạt động

- Tìm hiểu về PLC Simatic s7-1200: Ngiên cứu cấu trúc phần cứng, cấu trúc bộ nhớ S7-1200, tìm hiểu cách sử dụng phần mềm TIA Portal V11 để lập trình S7-1200

- Tìm hiểu về phần mềm Wincc Flexible: Xây dựng phần mềm trong mô phỏng Wincc cách liên kết giữa s7-1200 và Wincc Flexible

- Thiết kế và thi công mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc: Phân loại được 3 loại sản phẩm màu sắc khác nhau theo yêu cầu

 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu phần mềm cho S7-1200 và Wincc, các lệnh để

điều khiển trong phần mềm đó, tìm hiểu các loại cảm biến màu sắc trong công nghiệp hiện nay Viết chương trình điều khiển và làm mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc

Phạm vi nghiên cứu: Lập trình phần mềm cho s7-1200, ứng dụng để điều khiển mô

hình và xây dựng mô hình mô phỏng trên Wincc Flexible với màn hình máy tính, tìm hiểu tổng quan về mặt lý thuyết

 Phương pháp nguyên cứu

- Nguyên cứu lý thuyết về cảm biến màu TCS230, các thiết bị khí nén, van điện từ

điều khiển khí nén và PLC S7-1200 với WINCC Flexible

- Thi công mô hình và vận dụng lý thuyết trên vào mô hình

 Bố cục đồ án

Chương 1: Giới thiệu chung về hệ thống: giới thiệu về mô hình phân loại sản phẩm

trong đồ án và các mô hình phân loại sản phẩm phục vụ trong học tập và công nghiệp

Chương 2: Tổng quan về PLC S7-1200 và phần mềm Step 7 V11: Tìm hiểu về PLC

S7-1200, nghiên cứu về phần lập trình các tập lệnh của PLC và ứng dụng của nó

Chương 3: Scada với phần mềm WinCC Flexible: Tìm hiểu tổng quan về SCADA

với phần mềm WINCC, cách lập trình WINCC để kết nối và giám sát với PLC

S7-1200

Chương 4: Mô hình dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc: Vận dụng lý

thuyết nghiên cứu được để tiến hành làm mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc

Chương 5: Thực thi hệ thống điều khiển giám sát với WinCC: Lập trình giao diện

trên WINCC FLEXIBLE và tiến hành kết nối giám sát điều khiển mô hình với PLC S7-1200

Với yêu cầu thiết kế như vậy và áp dụng các kiến thức đã học, cũng như tham khảo, học hỏi các đề tài thiết kế của các anh chị có phương pháp hoạt động gần giống với nguyên lý của hệ thống chúng em, nên chúng em đã lựa chọn và đề ra phương án thiết kế máy phân loại sản phẩm theo màu dựa trên nguyên lý hoạt động của mạch điện khí nén, cảm biến màu TCS230 cùng với bộ PLC S7-1200 và WinCC Flexible

1.1.2 Chức năng chính của máy

Cấp phôi và phân loại 3 màu sản phẩm: đỏ, xanh dương và đen

Nguyên lý hoạt động:

Phôi được cấp vào đầu mỗi chu trình từ ống chứa phôi và được đẩy vào băng tải thông qua một thanh trượt bằng cơ cấu đẩy phôi, phôi từ băng chuyền đi qua hộp cảm biến ở đây phôi sẽ được nhận biết màu sắc thông qua cảm biến màu TCS230 và truyền tín hiệu về khối xử lý trung tâm PLC S7-1200 để so sánh với các màu và khi phôi đi ra khỏi hộp cảm biến thì sẽ đi đến cuối băng tải gặp cảm biến hồng ngoại phát hiện vật khi đó băng tải sẽ dừng lại tiếp đó khối xử lý trung tâm PLC sẽ điều khiển khối VĐK và cánh tay gắp các phôi tương ứng bỏ vào vị trí riêng của từng màu mà ta

đã lập trình từ trước, chu kỳ của máy cứ lập lại như vậy trong quá trình chạy

Hình 1.1 Mô hình tổng thể của máy

1 Động cơ đẩy phôi 12v DC 2 Hộp cấp phôi

3 Hộp chứa phôi 4 Băng tải

5 PLC S7-1200 6 Hộp cảm biến màu sắc

7 Cánh tay gắp phôi 8 Hộp thả phôi

9 bánh răng và dây curoa 10 Động cơ kéo băng tải

11 Hộp điều khiển on/off 12 Động cơ Servo

• Thông số kỹ thuật

- Chất liệu làm mô hình: Gỗ ép,sắt,mica

- Kết nối với bộ điều khiển bên ngoài bằng Domino

- Bộ nguồn input(220VAC, 50Hz)-Output(24VDC,9VDC,6VDC,5VDC-3A)

- Vận hành chọn sản phẩm bằng hệ thống Vale điện khí nén,Relay,các ly quang

- Băng tải được kéo bằng động cơ có hộp số DC: 24VDC

- Động cơ đẩy phôi có hộp số 12VDC

- Cảm biến phát hiện vật bằng hồng ngoại 5VDC

- Cảm biến phân biệt màu TCS230 6VDC

- Piston đẩy Cylinder khí nén CY1B-300mm

- Bộ kẹp gắp khí nén MHY2-10D

- Bộ nguồn cung cấp cho thiết bị 24VDC, 3.5A

- Phôi mẫu vật liệu xốp 5x5cm

- Nút nhấn 24VDC

- Đèn báo 24VDC

- Bộ relay để điều khiển cách ly 24VDC

1.2 MỘT SỐ MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÂN LOẠI TRONG THỰC TẾ

1.2.1 Mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng

Hình 1.2 Mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng bằng cân điện tử

Hệ thống cân điện tử cân kiểm tra dạng con lăn CWS02

• Cơ chế xác định khối lượng – phạm vi ứng dụng

- Xác định khối lượng toàn tải: tải trọng sản phẩm đặt hoàn toàn trên hệ thống

cân (bàn con lăn)

- Áp dụng cho các nguyên liệu cân dạng đóng gói (hộp, bao …)

• Hệ thống cân và điều khiển

- Phương pháp xác định khối lượng: sử dụng cảm biến lực cân điện tử (loadcell), đảm bảo tiếp nhận và chuyển đổi giá trị khối lượng cân thành tín hiệu điện một cách trung thực và chính xác cao

- Bộ chỉ thị và điều khiển: chuyên dùng cho các hệ thống cân kiểm tra, hoạt

động ổn định trong môi trường công nghiệp

- Hệ thống điều khiển bằng PLC hoặc board mạch, tùy thuộc mức độ yêu cầu, kết hợp điều khiển các thiết bị khác trong hệ thống nếu có yêu cầu

• Đặc tính kỹ thuật

- Trọng lượng cân thông dụng: 50kg, 40kg, 25kg

- Sai số định lượng mỗi bao: +/- 0.1%

- Nguồn điện sử dụng: 220V/50Hz

• Vật tư chế tạo

- Khung bàn cân, hệ thống con lăn cân

- Hệ thống con lăn ổn định tốc độ, kéo dãn khoảng cách sản phẩm và dẫn hướng sản phẩm vào cân

-Cảm biến lực (loadcell) tùy chọn: UTE – TAIWAN, Vishay – EU, VMC – USA, AmCells – USA, Mettler Toledo – USA

- Bộ chỉ thị cân và điều khiển tùy chọn: BDE – TAIWAN, Laumas – Italy, AND – Japan, Mettler Toledo – USA …

• Thiết bị phụ trợ:

- Phần mềm điều khiển, quản lý dữ liệu cân trên máy tính

- Linh kiện, thiết bị khí nén

- Hệ thống cơ khí loại bỏ sản phẩm lỗi

- Hệ thống băng tải hoặc con lăn phụ

1.2.2 Mô hình phân loại sản phẩm theo vật liệu

Hình 1.3 Mô hình phân loại theo vật liệu

Model EDC-820 xuất xứ Việt Nam

• Đặc điểm chung

- Mô hình có chức năng phân loại sản phẩm theo vật liệu sắt, nhôm, phi kim…

- Hệ thống các cảm biến để phát hiện sản phẩm theo vật liệu

- Vận hành chọn sản phẩm theo vật liệu bằng hệ thống điện khí nén

- Hệ thống được lắp đặt và kết nối thành bộ giúp học viên dễ dàng tìm hiểu, lập trình và vận hành hệ thống phân loại sản phẩm theo vật liệu

• Thông số kỹ thuật:

- Chất liệu bề mặt mô hình: Bảng Nhôm tiêu chuẩn EU, phủ Anod chống trầy

- Kết nối với bộ điều khiển bên ngoài bằng Domino

- Bộ nguồn cung cấp 220VAC, 50Hz

- Cơ khí gá lắp mô hình bằng nhôm chuyên dụng tiêu chuẩn EU

- Vận hành chọn sản phẩm bằng hệ thống Vale điện khí nén

- Băng tải được kéo bằng động cơ 24VDC

- Cảm biến NPN phát hiện vật liệu sắt 24VDC

- Cảm biến NPN phát hiện vật liệu nhôm 24VDC

- Cảm biến NPN phất hiện vật liệu phi kim 24 VDC

- Piston đẩy: Φ16, 75mm

- Bộ điều áp cho mô hình từ 0-1Mpa

- Bộ nguồn cung cấp cho thiết bị 24VDC- 3.5A

- Phôi mẫu chọn theo vật liệu

- Nút nhấn báo khẩn: Φ25

- Đèn báo 24VDC

- Hệ thống công tắc để điều khiển bằng tay các cơ cấu chấp hành

- Bộ hứng phôi

- Bộ relay để điều khiển cách ly 24VDC

1.2.3 Phân loại sản phẩm theo màu sắc

Hình 1.4 Mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc Nam Long

Tên sản phẩm: Hệ thống máy bóc vỏ lụa hạt điều tự động của Công ty Nam Long

Nguyên lý hoạt động: hệ thống máy bóc vỏ và phân loại theo màu sắc

Nam Long đã đi đầu trong việc nhập hệ thống máy bóc vỏ lụa tự động và một số thiết bị phân loại theo màu sắc nhân điều với giá trị hơn 8 tỷ đồng góp phần vào việc nâng cao chất lượng sản phẩm đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM STEP7 V11

2.1 TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200

2.1.1 Chức năng hệ PLC

Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC ( Programable Logic Controler ) là thiết

bị điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ lập trình được để lưu trữ các lệnh , thực hiện các chức năng và thuật toán để điều khiển máy và các quá trình Mang lại tính linh hoạt và sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ Sau khi người dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình người dùng, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông minh khác

Để PLC có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải

có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có khối vi xử lý (CPU), hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và phải có các cổng vào ra để trao đổi dữ liệu và giao tiếp với các đối tượng điều khiển

Hình 2.1 Nguyên lý chung về cấu trúc của một bộ điều khiển logic khả trình Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và chương trình điều khiển:

- Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép người dùng cấu hình việc truy xuất đến các chức năng của CPU

- Người dùng có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mã nằm trong một khối xác định

- CPU cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếp qua một mạng PROFINET Các module truyền thông là có sẵn dành cho việc giao tiếp qua các mạng RS232 hay RS485

3: Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp

4: Bộ phận kết nối PROFINET của CPU

Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau

Chức năng CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C Kích thước vật lý(mm) 90x100x75 110x100x75

• Kiểu số • 6 ngõ vào/4 ngõ • 8 ngõ vào/6 ngõ • 14 ngõ vào/10 ngõ

trình

1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)

Bộ nhớ bit (M) 4096 byte 8192 byte

• 3 tại 80 kHz 1tại 20 kHz

Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 40ºC

PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet

Bảng 2.1 Các kiểu và thông số CPU

Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để

mở rộng dung lượng của CPU Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác

Module Chỉ ngõ vào Chỉ ngõ ra Kết hợp In/Out

16xDC In 16xDC Out

16x Relay Out

16xDC In/16xDC Out

16xDC In/16x Relay Out

Kiểu tương tự

Hiệu(SB)

Kiểu số - - 2 x DC In / 2 x DC

Out Kiểu

tương tự

- 1 x Analog In -

Module truyền thông (CM)-RS485/RS232

Bảng 2.2 Các kiểu module truyền thông

Các bảng tín hiệu

Một bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU Người dùng có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự SB kết nối vào phía trước của CPU

- SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC)

- SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự

Hình 2.3 PLC S7-1200 và bảng tín hiệu

1: Các LED trạng thái trên SB

2: Bộ phận kết nối dây của người dùng có thể tháo ra

3: Bộ phận kết nối dây của người dùng có thể tháo ra

2.1.2.3 Các module truyền thông

Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng bổ sung vào hệ thống Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485

- CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông

- Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một CM khác)

Hình 2.5 PLC S7-1200 và module truyền thông

1: Các LED trạng thái dành cho module truyền thông

2: Bộ phận kết nối truyền thông

2.2 LÀM VIỆC VỚI PHẦN MỀM TIA PORTAL

2.2.1 Giới thiệu Simatic Step 7 V11 – tích hợp lập trình PLC và HMI

Phần mềm STEP 7 V11 cung cấp một môi trường thân thiện cho người dùng nhằm phát triển, chỉnh sửa và giám sát mạng logic được yêu cầu để điều khiển ứng dụng, bao gồm các công cụ dành cho quản lý và cấu hình tất cả các thiết bị trong đề

án, như các thiết bị PLC hay HMI STEP7 V11 cung cấp hai ngôn ngữ lập trình (LAD

và FBD) để thuận tiện và có hiệu quả trong việc phát triển chương trình điều khiển đối với ứng dụng, và còn cung cấp các công cụ để tạo ra và cấu hình các thiết bị HMI trong đề án của người dùng

Để giúp người dùng tìm ra thông tin cần thiết, STEP 7 V11 cung cấp một hệ thống trợ giúp trực tuyến

Để cài đặt STEP7 V11, người dùng cần đưa đĩa CD vào trong ổ CD-ROM của máy tính Trình thuật sĩ cài đặt sẽ khởi động một cách tự động và nhắc người dùng trong suốt quá trình cài đặt

hơn

Nhằm giúp gia tăng hiệu suất công việc, phần Totally Intergrated Automation Portal cung cấp hai kiểu xem thiết lập công cụ khác nhau:Một là thiết lập được định hướng theo công việc, thiết lập này được tổ chức trong chức năng của các công cụ

(kiểu xem Portal), hai là kiểu xem được định hướng theo đề án gồm các phần tử bên trong đề án (kiểu xem Project) Người dùng cần chọn kiểu xem nào giúp làm việc với hiệu quả tốt nhất Với một cú nhấp chuột, người dùng có thể chuyển đổi giữa kiểu xem Portal và kiểu xem Project Kiểu xem Portal cung cấp một kiểu xem theo chức năng đối với các nhiệm vụ và tổ chức chức năng của các công cụ theo nhiệm vụ để được hoàn thành, như là tạo ra việc cấu hình các thành phần và các mạng phần cứng.Người dùng có thể dễ dàng xác định cách thức để tiến hành và nhiệm vụ để chọn

Hình 2.6 Kiểu xem portal trong Step 7

Kiểu xem Project cung cấp việc truy xuất đến tất cả các thành phần nằm trong một đề án Với tất cả các thành phần này nằm trong một vị trí, người dùng có một truy xuất dễ dàng đến mỗi phương diện của đề án

Hình 2.7 Kiểu xem Project trong Step 7

Nhanh chóng tìm kiếm tìm ra câu trả lời đến người dùng

Để giúp người dùng giải quyết những phát sinh một cách nhanh chóng và có hiệu quả, STEP 7 V11 cung cấp phần trợ giúp thông minh đến từng yêu cầu:

Một trường nhập vào cung cấp trợ giúp kiểu “mở ra” để hỗ trợ người dùng nhập vào thông tin chính xác (các phạm vi và kiểu dữ liệu) đối với trường đó Ví dụ, nếu người dùng đã nhập một giá trị không hợp lệ, một hộp văn bản thông điệp sẽ mở ra nhằm cung cấp phạm vị các giá trị hợp lệ

Một số thủ thuật về công cụ trong giao diện (ví dụ đối với các lệnh) “xếp tầng” nhằm cung cấp thông tin bổ sung Các thủ thuật về công cụ này sẽ liên kết đến các chủ đề xác định trong hệ thống thông tin trực tuyến (trợ giúp trực tuyến).Thêm vào đó STEP7 V11 có một hệ thống thông tin toàn diện miêu tả một cách đầy đủ chức năng của các công cụ SIMATIC

Trợ giúp kiểu mở ra và các thủ thuật về công cụ xếp tầng

Các trường nhập vào gồm nhiều hộp thoại khác nhau và các thẻ nhiệm vụ sẽ cung cấp phản hồi dưới dạng một hộp thông điệp, hộp này mở ra và cho người dùng biết về phạm vi hay các kiểu của dữ liệu được yêu cầu

Các phần tử trong giao diện phần mềm cung cấp các thủ thuật về công cụ để giải thích chức năng của phần tử đó Một vài phần tử, ví dụ các biểu tượng “Open” hay

“Save”, không yêu cầu các thông tin bổ sung Tuy nhiên, một số phần tử cung cấp cơ chế để hiển thị phần miêu tả bổ sung về phần tử đó Thông tin bổ sung này “xếp tầng” trong một hộp từ thủ thuật về công cụ (Một mũi tên màu đen kế bên thủ thuật công cụ cho thấy rằng các thông tin thêm là có sẵn) Ở xung quanh một phần tử trong giao diện phần mềm hiển thị thủ thuật công cụ Cách đơn giản để hiển thị thông tin bổ sung

là di chuyển con trỏ xung quanh phần thủ thuật công cụ Một số các thủ thuật công cụ còn cung cấp các liên kết đến những chủ đề có liên quan trong hệ thống thông tin Việc nhấp chuột vào liên kết sẽ hiển thị chủ đề xác định

Hệ thống thông tin

Phần mềm STEP 7 V11 cung cấp các thông tin trực tuyến toàn diện và hệ thống

trợ giúp miêu tả tất cả các sản phầm SIMATIC mà người dùng đã cài đặt Hệ thống thông tin còn bao gồm các thông tin tham khảo và các ví dụ Để hiển thị hệ thống thông tin, người dùng chọn từ các điểm truy xuất sau:

• Từ kiểu xem Portal, lựa chọn cổng Start và nhấp chuột vào lệnh “Help”

• Từ kiểu xem Project, lựa chọn lệnh “Show help” trong trình đơn “Help”

• Từ một thủ thuật công cụ xếp tầng, nhấp vào liên kết để hiển thị thông tin

Hình 2.8 Hệ thống thông tin trong Step 7

Việc in ấn các chủ đề từ hệ thống thông tin

Để in từ hệ thống thông tin, nhấp vào nút “Print” trên cửa sổ trợ giúp

Hình 2.9 In các chủ đề từ hệ thống thông tin

Hộp thoại “Print” cho phép người dùng lựa chọn các chủ đề để in Hãy chắc chắn rằng bảng này hiển thị một chủ đề Người dùng sau đó có thể lựa chọn bất kỳ chủ

đề nào khác để in Nhấp vào nút “Print” để gửi các chủ đề được chọn đến máy in

Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay Laptop cần một kết nối TCP/IP Để

PC và SIMATIC S7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quan trọng là các địa chỉ IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau

Để giám sát chương trình trên màn hình soạn thảo kích chọn Monitor trên thanh công cụ

Hoặc cách 2 làm như hình dưới

Sau khi chọn monitor chương trình soạn thảo xuất hiện như sau

Hình 2.10 Giám sát và thực hiện chương trình

2.3 CÁC BẢNG HIỂN THỊ HMI

Do sự trực quan hóa trở thành một thành phần tiêu chuẩn đối với hầu hết các thiết kế máy móc, SIMATIC HMI Basic Panels cung cấp các thiết bị kiểu chạm màn hình dành cho việc điều khiển thuật toán cơ bản và việc giám sát các nhiệm vụ

• Kiểu thẳng đứng hay nằm ngang

• Kiểu thẳng đứng hay nằm ngang

• Kiểu màu (TFT, 256 màu) hay kiểu đơn sắc (STN, dải màu xám)

•Màn hình chạm 10 inch với 8 phím tiếp xúc

• Kiểu thẳng đứng hay nằm ngang

cổng ra số Vòng quét kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi

2.4.2 Cấu trúc lập trình

2.4.2.1 Khối tổ chức OB – OGANIZATION BLOCKS

Organization blocks (OB): là giao diện giữa hoạt động hệ thống và chương trình người dùng Chúng được gọi ra bởi hệ thống hoạt động, và điều khiển theo quá trình:

• Xử lý chương trình theo quá trình

• Báo động – kiểm soát xử lý chương trình

• Xử lý lỗi

Startup OB, Cycle OB, Timing Error OB và Diagnosis OB : có thể chèn và lập trình các khối này trong các project Không cần phải gán các thông số cho chúng và cũng không cần gọi chúng trong chương trình chính

Process Alarm OB và Time Interrupt OB : Các khối OB này phải được tham số hóa khi đưa vào chương trình Ngoài ra, quá trình báo động OB có thể được gán cho một

sự kiện tại thời gian thực hiện bằng cách sủ dụng các lệnh ATTACH, hoặc tách biệt với lệnh DETACH

Time Delay Interrupt OB : OB ngắt thời gian trễ có thể được đưa vào dự án và lập trình Ngoài ra, chúng phải được gọi trong chương trình với lệnh SRT_DINT, tham số

là không cần thiết

Start Information : Khi một số OB được bắt đầu, hệ điều hành đọc ra thông tin được thẩm định trong chương trình người dùng, điều này rất hữu ích cho việc chẩn đoán lỗi, cho dù thông tin được đọc ra được cung cấp trong các mô tả của các khối

Functions có thể được sử dụng với mục đích:

• Trả lại giá trị cho hàm chức năng được gọi

• Thực hiện công nghệ chức năng Ví dụ : điều khiển riêng với các hoạt động nhị phân

• Ngoài ra, FC có thể được gọi nhiều lần tại các thời điểm khác nhau trong một chương trình Điều này tạo điều kiện cho lập trình chức năng lập đi lặp lại phức tạp

FB (function block) : đối với mỗi lần gọi, FB cần một khu vực nhớ Khi một FB được gọi, một Data Block (DB) được gán với instance DB Dữ liệu trong Instance DB sau đó truy cập vào các biến của FB Các khu vực bộ nhớ khác nhau đã được gán cho một FB nếu nó được gọi ra nhiều lần

DB (data block) : DB thường để cung cấp bộ nhớ cho các biến dữ liệu Có hai loại của khối dữ liệu DB : Global DBs nơi mà tất cả các OB, FB và FC có thể đọc được dữ liệu lưu trữ, hoặc có thể tự mình ghi dữ liệu vào DB, và instance DB được gán cho một

Sự ra đời của hệ điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển của các

hệ thống tự động, hệ điều khiển dùng PLC có nhiều ưu điểm sau:

- Giảm 80% Số lượng dây nối

- Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp

- Có chức năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho công tác sửa chữa được nhanh chóng và

dễ dàng

- Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình (máy tính, màn hình)

mà không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt các thiết bị xuất nhập

- Số lượng Rơle và Timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển

- Số lượng tiếp điểm trong chương trình sử dụng không hạn chế

- Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài ms) dẫn đến tăng cao tốc độ sản xuất

- Chi phí lắp đặt thấp

- Độ tin cậy cao

- Chương trình điều khiển có thể in ra giấy chỉ trong vài phút giúp thuận tiện cho vấn

đề bảo trì và sửa chữa hệ thống

Từ các ưu điểm nêu trên, hiện nay PLC đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau trong công nghiệp như:

- Dây chuyền phân loại sản phẩm

- Hệ thống nâng vận chuyển

- Dây chuyền đóng gói

- Các ROBOT lắp ráp sản phẩm

- Điều khiển bơm

- Dây chuyền xử lý hoá học

- Công nghệ sản xuất giấy

- Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh

- Sản xuất xi măng

- Công nghệ chế biến thực phẩm

- Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn

- Dây chuyền lắp giáp Tivi

- Điều khiển hệ thống đèn giao thông

- Quản lý tự động bãi đậu xe

- Hệ thống báo động

- Dây chuyền may công nghiệp

- Điều khiển thang máy

- Dây chuyền sản xuất xe Ôtô

- Sản xuất vi mạch

- Kiểm tra quá trình sản xuất