GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Tổng quan về mô hình thiết kế cấp vật liệu và cân trọng tải ôtô tự động
Trong quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa, điện tự động hóa đóng vai trò quan trọng, nhưng với sự phát triển công nghệ hiện nay, tự động hóa truyền thống không còn hiệu quả cao Xu hướng mới là sự kết hợp giữa cơ khí, công nghệ thông tin và điện tử, tạo ra lĩnh vực cơ khí tự động hóa, đã phát triển mạnh mẽ trên thế giới nhưng còn mới mẻ tại Việt Nam Một sản phẩm tiêu biểu của lĩnh vực này là hệ thống trạm cân trọng tải ô tô Nhận thức được tầm quan trọng của hệ thống, tôi đã chọn đề tài “Xây dựng hệ thống cấp vật liệu và cân trọng tải tự động sử dụng PLC S7-300” Mặc dù kết quả đạt được chưa lớn lao, nhưng đây là bước đầu quan trọng khi tôi bước vào cuộc sống mới Đồ án được chia thành 3 chương.
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH CẤP VẬT LIỆU VÀ CÂN TRỌNG TẢI Ô TÔ TỰ ĐỘNG
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG, KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
Trong quá trình thực hiện đồ án, mặc dù em đã nỗ lực hoàn thành, nhưng vẫn không tránh khỏi những sai sót Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ quý thầy cô và các bạn để tích lũy thêm kinh nghiệm thực tế.
Đồ án này trình bày quá trình nghiên cứu, phân tích, thiết kế và chế tạo mô hình trạm cân trọng tải ô tô tự động nhằm đáp ứng nhu cầu cấp thiết của thị trường Nó bao gồm việc tìm hiểu tổng quan về PLC và cách lập trình PLC một cách tối ưu Đồng thời, đồ án cũng thiết kế giao diện giám sát và điều khiển mô hình bằng phần mềm Wincc, đảm bảo tính trực quan và hiệu quả cao nhất.
This program outlines the process of understanding, parsing, designing, and creating a model that automatically loads onto the server for the required field level It emphasizes the importance of comprehending the maximum PLC capabilities and monitoring the interface using WinCC software to ensure the model operates online with priority.
TÓM TẮT ĐỒ ÁN iii
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1
1.2 Tổng quan về mô hình thiết kế cấp vật liệu và cân trọng tải ôtô tự động 1
1.3 Thực trạng hệ thống trạm cân trọng tải ở Việt Nam 3
1.4 Mô hình trạm cân trọng tải tự đông 6
CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH CẤP VẬT LIỆU VÀ CÂN TRỌNG TẢI TỬ ĐỘNG 7
2.1 Thiết bị sử dụng trong đề tài 7
2.1.2 Van điện từ khí nén 8
2.1.6 Mạch khuếch đại đầu ra Loadcell 18
2.2.2 Địa chỉ và gán địa chỉ 23
2.2.3 Các lệnh lập trình trong Step 7 26
2.3 Thiết kế phần cứng và lắp ráp mô hình 32
2.3.1 Chi tiết phễu chứa vật liệu 32
2.3.2 Chi tiết cảm biến và xilanh barie 33
2.3.4 Cảm biến phát hiện xe đi qua và đóng barie 35
2.3.5 Lắp ráp mô hình hoàn chỉnh 36 v
2.4 Thiết kế chương trình điều khiển 37
2.4.2 Phân công đầu vào ra 38
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG, KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 39
3.1.2 Các thành phần của Wincc 40
3.2 Thiết kế, mô phỏng giao diện điều khiển và giám sát 43
3.2.4 Thiết lập các thuộc tính hình ảnh 48
3.3 Kết quả của đề tài 50
3.3.1 Giao diện giám sát và điều khiển 51
3.3.2 Hướng phát triển của đề tài 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 vi
Hình 1.1 Một trạm cân trọng tải đang hoạt động 2
Hình 1.2 Trạm cân tải được thanh tra giao thông sử dụng 2
Hình 2.1 Cảm biến điện dung E3F-DS30C4 30CM 8
Hình 2.2 Cấu tạo van điện từ khí nén 5/2 8
Hình 2.3 Van điện từ khí nén 5/2 9
Hình 2.5 Cấu tạo bên trong xi lamh 10
Hình 2.6 Xi lanh khí nén TPM Cylinder 12
Hình 2.7 Cấu tạo rơ le trung gian 13
Hình 2.10: Các chân điều khiển Loadcell 15
Hình 2.11: Các dạng nối dây của loadcell 17
Hình 2.12: Các loại load cell thực tế 18
Hình 2.13: Mạch khuếch đai loadcell 19
Hinh 2.14 Ký hiệu các chân mạch khuếch đại 20
Hình 2.16 Các khối modul của PLC S7-300 22
Hình 2.17 Địa chỉ khe và kênh trên module số 24
Hình 2.18 Địa chỉ khe và kênh trên module tương tự 25
Hình 2.19 Chi tiết phễu chứa 32
Hình 2.20 Chi tiết cảm biến và xilanh đóng mở barie 33
Hình 2.21 Chi tiết Cân loadcell 34
Hình 2.22 Cảm biến phát hiện xe đi qua và đóng barie 35
Hình 2.23 Mô hình hoàn chỉnh 36
Hình 2.24 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống 37
Hình 2.25 Sơ đồ khối thuật toán của hệ thống 38
Hình 2.26 Phân chia đầu vào ra 38
Hình 3.1 Hộp thoại Wincc Explorer và Create New Project 43 vii
Hình 3.2 Màn hình Wincc Explorer 44
Hình 3.3 Hộp thoại Wincc Configuration Studio 44
Hình 3.4 Cửa sổ Tag Properties 45
Hình 3.5 Cửa sổ Address Properties 46
Hình 3.6 Cửa sổ giao diện thiết kế đồ họa Graphics 46
Hình 3.8 Tạo và sắp các phần tử cần sử dụng vào màn hình 48
Hình 3.9 Gán Tag cho đối tượng 48
Hình 3.10 Chọn,thay đổi các thuộc tính của đối tượng 49
Hình 3.11 Cửa sổ giao diện I/O 49
Hình 3.12 Mô hình trạm cân trọng tải 50
Hình 3.13 Màn hình giám sát và điều khiển hệ thống 51
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Ngày nay, sự phát triển của công nghiệp vi điện tử và kỹ thuật số đã thúc đẩy quá trình tự động hóa trong các hệ thống điều khiển Nhờ vào các kỹ thuật tiên tiến của vi xử lý và vi mạch số, những hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ với tốc độ xử lý chậm và độ chính xác thấp đã được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động, nơi các lệnh và chương trình được thiết lập trước.
Cân xe là một nhu cầu thiết yếu cho các nhà máy sản xuất và nhiều lĩnh vực khác như bến cảng, giúp xác định khối lượng hàng hóa, sản phẩm và nguyên vật liệu Đặc biệt, hệ thống cân xe còn hỗ trợ phát hiện quá tải cho các lực lượng chức năng Do đó, tôi đã chọn đề tài “Xây dựng hệ thống cấp vật liệu và cân trọng tải ô tô tự động sử dụng PLC S7-300” để nghiên cứu và phát triển.
1.2 Tổng quan về mô hình thiết kế trạm cân trọng tải ô tô tự động
Hệ thống trạm cân trọng tải tự động là giải pháp lý tưởng cho việc đo lường khối lượng hàng hóa lớn, được ứng dụng phổ biến trong các nhà máy sản xuất để theo dõi khối lượng sản phẩm và nguyên vật liệu Ngoài ra, hệ thống này còn được sử dụng tại các bến cảng và trạm cân xe để phát hiện tình trạng quá tải, hỗ trợ công tác kiểm tra của cảnh sát giao thông.
Hệ thống trạm cân trọng tải được sử dụng phổ biến cho việc cân xe có trọng tải lớn hoặc hàng hóa nặng, đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình đo lường.
Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ hiện đại, nhiều quy trình công nghiệp đã được tự động hóa, trong đó hệ thống trạm cân trọng tải được sử dụng phổ biến và rộng rãi.
Hình 1.2 Một trạm cân trọng tải đang hoạt động
Hình 1.3 Trạm cân tải được thanh tra giao thông sử dụng
Mô hình trạm cân trọng tải tự đông
Trong bối cảnh công nghiệp hóa - hiện đại hóa, điện tự động hóa đóng vai trò quan trọng, nhưng với sự phát triển công nghệ hiện nay, tự động hóa truyền thống không còn hiệu quả cao Xu hướng mới xuất hiện là sự kết hợp giữa cơ khí, công nghệ thông tin và điện tử, hình thành lĩnh vực cơ khí tự động hóa Mặc dù lĩnh vực này đã phát triển mạnh trên thế giới, nhưng tại Việt Nam, nó vẫn còn mới mẻ và đang trong quá trình hình thành Một sản phẩm tiêu biểu của lĩnh vực này là hệ thống trạm cân trọng tải ô tô Nhận thức được tầm quan trọng của hệ thống, tôi đã chọn đề tài: “Xây dựng hệ thống cấp vật liệu và cân trọng tải tự động sử dụng PLC S7-300.” Dù kết quả đạt được không lớn lao, nhưng đó là bước đầu quan trọng khi tôi ra trường và bước vào cuộc sống mới Đồ án được chia thành 3 chương.
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH CẤP VẬT LIỆU VÀ CÂN TRỌNG TẢI TỬ ĐỘNG
Thiết bị sử dụng trong đề tài
Cảm biến là thiết bị quan trọng dùng để chuyển đổi các đại lượng vật lý và không có tính chất điện thành các tín hiệu điện có thể đo và xử lý Chúng đóng vai trò thiết yếu trong các hệ thống tự động hóa và sản xuất công nghiệp.
➢ Vận hành đáng tin cậy ngay cả trong môi trường khắc nghiệt (như ngoài trời, hoặc môi trường dầu mỡ )
➢ Vận hành / cài đặt dễ dàng , đơn giản
➢ Phát hiện vật không cần tiếp xúc, phát hiện được mọi vật, không tác động lên vật
➢ Hoạt động ổn định, chống rung động tốt
➢ Tốc độ đáp ứng nhanh, tuổi thọ cao
➢ Đầu sensor nhỏ có thể lắp ở nhiều nơi
Tôi đã quyết định sử dụng cảm biến tiệm cận điện dung E3F-DS30C4 với phạm vi 30CM và ngõ ra NPN, nhằm mục đích phát hiện các vật thể phi kim, cụ thể là chai thủy tinh.
Hình 2.1 Cảm biến điện dung E3F-DS30C4 30CM Thông số kỹ thuật:
+ Điện áp hoạt động: 6V-36V DC
+ Khoảng cách phát hiện : 3-30 cm
+ Nhiệt độ hoạt động từ -40 0 – 70 0 C
+ Tín hiệu ngõ ra NPN thường mở ( tín hiệu ra bằng điện áp cấp nguồn nuôi cho cảm biến
Trong đề tài dùng hai cảm biến điện dung E3F-DS30C4 30CM để phát hiện chai đầu vào vị trí rót và vị trí đóng nắp
2.1.2 Van điện từ khí nén
Van điện từ, hay còn gọi là van solenoid, là thiết bị cơ điện dùng để kiểm soát dòng chảy của chất lỏng hoặc khí nén Nó hoạt động với điện áp 24VDC thông qua một cuộn dây, tạo ra từ trường khi được cấp điện Từ trường này tác động lên piston bên trong cuộn dây, khiến piston di chuyển Trong bài viết này, chúng tôi sẽ tập trung vào van điện từ khí nén loại 5 cửa 2 vị trí.
Hình 2.2 Cấu tạo van điện từ khí nén 5/2
Van được mô tả với các cửa: cửa P cung cấp năng lượng, cửa A kết nối với buồng bên trái của xi lanh, cửa B kết nối với buồng bên phải, và cửa T cùng cửa R là cửa xả năng lượng Khi con trượt di chuyển sang trái, cửa P kết nối với cửa B, trong khi cửa A kết nối với cửa R Ở trạng thái ban đầu, cửa A kết nối với cửa P; khi có tín hiệu điện, piston sẽ trượt sang phải, khiến cửa A xả khí qua cửa T và cửa B kết nối với cửa P.
❖ Van điện từ khí nén 5/2 AIRTAC
Hình 2.3 Van điện từ khí nén 5/2 Các thông số kỹ thuật :
• Áp suất chịu được: 1,5- 8,0 Bar (Kg/cm 2 )
• Điện áp định mức : 24V DC
• Dòng điện định mức: 23 mA
❖ Van tiết lưu và ống dẫn khí nén
Van tiết lưu là một loại van thủy lực có công dụng điều chỉnh lưu lượng khí đi qua
+ Ống dẫn khí nén: là thiết bị truyền dẫn khí nén từ binh nén khí đến các phần tử trong hệ thống điều khiển và cơ cấu chấp hành
Hình 2.5 Cấu tạo bên trong xi lamh
Xi lanh đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi năng lượng thế năng và động năng của lưu chất thành năng lượng cơ học, bao gồm chuyển động thẳng hoặc chuyển động quay.
Xi lanh thường được lắp cố định, trong khi piston thực hiện chuyển động Tuy nhiên, trong một số trường hợp, piston có thể cố định và xi lanh sẽ di chuyển Piston bắt đầu chuyển động khi lực tác dụng từ một trong hai phía lớn hơn tổng các lực cản ngược chiều, bao gồm lực ma sát, phụ tải, lò xo và lực thủy động.
Xi lanh lực được phân thành hai loại chính: xi lanh lực và xi lanh quay Trong xi lanh lực, chuyển động giữa piston và xi lanh là chuyển động tịnh tiến, trong khi đó, xi lanh quay có chuyển động giữa piston và xi lanh là chuyển động quay với góc thường nhỏ hơn 360 độ.
11 Ưu, nhược điểm của khí nén:
Không khí có khả năng chịu nén (đàn hồi), cho phép nó được nén và lưu trữ trong bình chứa với áp suất cao, biến nó thành một kho chứa năng lượng hiệu quả.
Trong quá trình vận hành, các trạm nguồn khí nén thường được thiết kế để phục vụ nhiều mục đích khác nhau, bao gồm công việc làm sạch và cung cấp năng lượng cho các máy móc.
- Có khả năng truyền tải đi xa bằng hệ thống đường ống với tổn thất nhỏ
- Khí nén sau khi sinh công cơ học có thể thải ra ngoài mà không gây tổn hại cho môi trường
- Tốc độ truyền động cao, linh hoạt
- Dễ điều khiển với độ tin cậy và chính xác
- Có giải pháp và thiết bị phòng ngừa quá tải, quá áp suất hiệu quả
Công suất truyền động khí nén thường không lớn, và khi nhu cầu công suất cao, chi phí cho hệ thống này có thể gấp 10-15 lần so với truyền động điện cùng công suất Tuy nhiên, kích thước và trọng lượng của truyền động khí nén chỉ bằng 30% so với truyền động điện, mang lại lợi thế về không gian và trọng lượng.
Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền động có xu hướng biến động do khả năng đàn hồi của khí nén lớn, dẫn đến việc duy trì chuyển động thẳng đều hoặc quay đều trở nên khó khăn.
- Dòng khí nén được giải phóng ra môi trường có thể gây tiếng ồn
Ngày nay, việc kết hợp hệ thống khí nén với các hệ thống điện cơ khác ngày càng trở nên phổ biến, nhằm nâng cao khả năng ứng dụng Đồng thời, các giải pháp điều khiển như bộ điều khiển lập trình và máy tính cũng được áp dụng rộng rãi để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
Xi lanh sử dụng trong đề tài là sử dụng 2 xi lanh của hãng TPM Cylinder dùng để cấp nắp và đóng nắp chai
Hình 2.6 Xi lanh khí nén TPM Cylinder Thông số:
• Chiều dài hành trình: D cm
• Áp suất vận hành: 1-9 Bar (Kg/Cm 2 )
Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng các cơ cấu chấp hành có công suất lớn hơn tín hiệu đầu ra của PLC Do đó, việc điều khiển các cơ cấu chấp hành này cần thông qua các rơ le trung gian để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Cấu tạo rơle trung gian:
Mạch từ có vai trò quan trọng trong việc dẫn từ, đặc biệt là trong rơle điện từ một chiều, nơi gông từ thường được chế tạo từ thép khối với hình dạng trụ tròn, giúp ngăn chặn hiện tượng phát nóng do dòng điện từ không gây ra dòng điện xoáy Ngược lại, đối với rơle điện từ xoay chiều, mạch từ thường được làm từ các lá thép kỹ thuật điện ghép lại nhằm giảm thiểu dòng điện xoáy Fuco và hạn chế hiện tượng phát nóng.
➢ Cuộn dây: được quấn trên lõi thép, dây quấn làm bằng đồng bên ngoài có lớp sơn cách điện
➢ Lò xo: dùng để giữ nắp
➢ Tiếp điểm: thường có 1 hay nhiều cặp tiếp điểm thường mở, tiếp điểm thường đóng
Khi chưa có điện áp tại hai đầu A và B, lực hút điện từ là 0 Khi dòng điện đủ lớn được cung cấp, nó chạy qua cuộn dây và tạo ra từ trường, từ đó sinh ra lực hút điện từ Nếu lực hút điện từ vượt qua lực kéo của lò, quá trình sẽ diễn ra hiệu quả.
Bộ điều khiển PLC S7 – 300
2.1.1 Giới thiệu PLC S7- 300 Để đáp ứng yêu cầu tự động hóa ngày càng tăng đòi hỏi kỹ thuật điều khiển phải có nhiều thay đổi về thiết bị cũng như về phương pháp điều khiển Vì vậy người ta phát minh ra bộ điều khiển lập trình rất đa dạng như PLC
Sự phát triển của PLC đã mang lại nhiều lợi ích, giúp các thao tác máy trở nên nhanh nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn PLC có khả năng thay thế hầu hết các phương pháp điều khiển truyền thống, cho thấy tính năng ưu việt và sự phù hợp của nó trong môi trường công nghiệp.
- Khả năng chống nhiễu tốt
- Cấu trúc dạng modul rất thuận tiện cho việc mở rộng, cải tạo và nâng cấp
- Có những modul chuyên dụng để thực hiện chức năng đặc biệt
- Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng để xếp hạng một hệ thống điều khiển tự động
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại PLC đến từ các nhà sản xuất nổi tiếng như Omron, Mitsubishi, Siemens và ABB Trong bài viết này, tôi sẽ tập trung vào việc trình bày về PLC Simatic S7.
PLC Step 7-300 là một sản phẩm thuộc dòng Simatic của Siemens, nổi bật với tính năng đa khối Cấu trúc cơ bản của PLC này bao gồm một đơn vị cơ bản chuyên dụng cho việc xử lý.
22 ghép thêm các module mở rộng về phía bên phải, có các module mở rộng tiêu chuẩn
Hình 2.16 Các khối modul của PLC S7-300
CPU các loại khác nhau: 312 IFM, 312C, 313, 313C, 314, 314IFM, 314C, 315, 315-
- Module tín hiệu SM xuất nhập tín hiệu tương đồng/số: SM321, SM322, SM323, SM331, SM332, SM334, SM338, SM374
- Module nguồn PS307 cấp nguồn 24VDC cho các module khác, dòng 2A, 5A, 10A
- Module ghép nối IM: IM360, IM361, IM365
Các module CPU khác nhau tùy thuộc vào hình dạng chức năng và tốc độ xử lý lệnh Các loại 312IFM và 314IFM không được trang bị thẻ nhớ, trong khi loại 312IFM và 313 không có pin nuôi Đối với các loại 315-2DP, 316-2DP và 318-2, chúng có cổng truyền thông DP Các đèn báo trên CPU cung cấp thông tin quan trọng về trạng thái hoạt động của thiết bị.
- BATF (đỏ) - lỗi pin nuôi
- DC5V (lá cây) - Báo nguồn 5V bình thường
- RUN (lá cây) – Báo chế độ PLC đang làm việc
- STOP (vàng) – Báo PLC đang ở chế độ dừng
Công tắc chuyển chế độ:
- RUN-P : chế độ lập trình và chạy
- RUN : chế độ chạy chương trình
- STOP: ngừng chạy chương trình
Để xoá chương trình, bạn cần giữ nút bấm ở vị trí MRES cho đến khi đèn STOP nhấp nháy Khi đèn không còn nhấp nháy, bạn hãy nhả tay ra Tiếp theo, thực hiện lại thao tác nhanh một lần nữa mà không cần chú ý đến đèn STOP Nếu đèn vàng nháy nhiều lần, quá trình đã hoàn tất; nếu không, bạn sẽ cần thực hiện lại.
❖ Các vùng nhớ của PLC
Vùng nhớ chương trình lưu trữ chương trình của người dùng mà không bao gồm địa chỉ, ký hiệu và chú thích Vùng nhớ này có thể được lưu trữ trong RAM, EEPROM của CPU hoặc trên thẻ nhớ.
Vùng nhớ làm việc, hay còn gọi là RAM, là nơi lưu trữ các chương trình được chuyển từ vùng nhớ chương trình Phần này không cần giữ lại trong vùng nhớ chương trình, chẳng hạn như block header và data block.
Vùng nhớ hệ thống: phục vụ cho chương trình người dùng, bao gồm timer, couter, vùng nhớ dữ liệu M, bộ nhớ đệm xuất nhập
Module IM360 được lắp đặt ở rack 0 gần CPU để kết nối với module IM361 ở các rack 1, 2, 3, giúp mở rộng khả năng kết nối khi số lượng module lớn hơn 8 Cáp kết nối giữa hai rack sử dụng loại 368, trong khi trường hợp chỉ có hai rack, loại cáp IM365 sẽ được sử dụng.
2.2.2 Địa chỉ và gán địa chỉ
Trong PLC, các bộ phận như bộ thời gian (T) và bộ đếm (C) được gán địa chỉ đơn giản với một chữ cái và một số, ví dụ như T1, C32.
Các địa chỉ đầu vào và đầu ra cùng với các module chức năng có cách gán địa chỉ giống nhau
Chỗ gá module trên panen gọi là khe (Slot), các khe đều có đánh số, khe số 1 là khe đầu tiên của và cứ thế tiếp tục
❖ Địa chỉ vào ra trên module số
Khi gá module số vào, ra lên một khe nào lập tức nó được mạng địa chỉ byte của khe đó, mỗi khe có 4 byte địa chỉ
Trên mỗi module thì mỗi đầu vào, ra là một kênh, các kênh đều có địa chỉ bit là
Địa chỉ của mỗi đầu vào và đầu ra được biểu diễn dưới dạng số ghép, bao gồm địa chỉ byte và địa chỉ kênh Trong đó, địa chỉ byte đứng trước và địa chỉ kênh đứng sau, được phân tách bằng dấu chấm.
Khi module gá trên khe thì địa chỉ được tính từ byte đầu của khe, các đầu vào và ra của một khe có cùng địa chỉ (hình 2.14)
Hình 2.17 Địa chỉ khe và kênh trên module số
Module 2 đầu vào và 2 đầu ra có địa chỉ I4.0, I4.1 và Q4.0, Q4.1, được lắp đặt vào khe số 5 rãnh 0 Module này có thể được gắn trên bất kỳ khe nào của panen PLC.
❖ Địa chỉ vào ra trên module tương tự
Trong PLC S7-300, mỗi kênh sử dụng 16 bit (một word), với một khe chứa 8 kênh và địa chỉ đầu tiên là PIW256 hoặc PQW256 (byte 256 và 257), kéo dài đến PIW766 hoặc PQW766 Các module tương tự có thể được lắp vào bất kỳ khe nào trên panel của PLC, và các khe trống luôn có trạng thái tín hiệu.
Ví dụ: Một module tương tự 2 vào, 1 ra gá vào khe số 6 rãnh 0 có địa chỉ là PIW288, PIW290, PQW288
Hình 2.18 Địa chỉ khe và kênh trên module tương tự
❖ Các vùng nhớ của PLC S7-300
Bảng 2.1 Bảng các vùng nhớ của PLC
STT Tham số Diễn giải Vùng tham số
8 QD Đầu ra từ kép 0 65532
10 MB Nhớ nội dạng byte 0 255
11 MW Nhớ nội dạng từ 0 254
12 MD Nhớ nội dạng từ kép 0 252
13 PIB Vựng đệm đầu vào dạng byte 0 65535
14 PIW Vựng đệm đầu vào dạng từ 0 65534
15 PID Vựng đệm đầu vào dạng từ kép 0 65532
16 PQB Vùng đệm đầu ra dạng byte 0 65535
17 PQW Vùng đệm đầu ra dạng từ 0 65534
18 PQD Vùng đệm đầu ra dạng từ kộp 0 65532
21 DBX Khối dữ liệu kiểu BD dạng bit 0.0 65535.7
22 DBB Khối dữ liệu kiểu BD dạng byte 0 65535
23 DBW Khối dữ liệu kiểu BD dạng từ 0 65534
24 DBD Khối dữ liệu kiểu BD dạng từ kộp 0 65532
25 DIX Khối dữ liệu kiểu BI dạng bit 0.0 65535.7
26 DIB Khối dữ liệu kiểu BI dạng byte 0 65535
27 DIW Khối dữ liệu kiểu BI dạng từ 0 65534
28 DID Khối dữ liệu kiểu BI dạng từ kộp 0 65532
29 L Vùng dữ liệu tạm thời dạng bit 0.0 65535.7
30 LB Vùng dữ liệu tạm thời dạng byte 0 65535
31 LW Vùng dữ liệu tạm thời dạng từ 0 65534
32 LD Vùng dữ liệu tạm thời dạng từ kộp 0 65532
2.2.3 Các lệnh lập trình trong Step 7
❖ Nhóm lệnh logic tiếp điểm
- Tiếp điểm thường hở: KQ=KT nếu I0.0 =1 KQ=0 nếu I0.0=0
- Tiếp điểm thường đóng: KQ=KT nếu I0.0=0 KQ=0 nếu I0.0=1
- Lệnh Not: KQ thu được bằng đảo giá trị của KT, Nếu KT=1 thì KQ=0, Nếu
- Ngõ ra: Gán KQ cho ngõ ra Q0.0
- Xác định kết quả: Gán KQ tại vị trí mà lệnh được chèn
Vd: M0.0 lưu kết quả sau 2 phép tính qua I0.0 và I0.1
- Lệnh SET Bit: Gán giá trị 1 cho M0.0
- Lệnh RESET Bit: Gán giá trị 0 cho M0.0
- Vi phân cạnh lên: M0.0 lưu giá trị KQ ở vòng quét trước
Khi I0.0 chuyển trạng thái từ 0 sang 1 và M0.0 =0 thì Q0.0 =1
- Vi phân cạnh xuống: M0.0 lưu giá trị KQ ở vòng quét trước
Khi I0.0 chuyển trạng thái từ 1 xuống 0 và M0.0=1 thì Q0.0=1
Khi I0.0=1, Timer sẽ bắt đầu hoạt động Timer sẽ dừng lại khi I0.0=0 hoặc khi đã chạy đủ thời gian 2 giây Ngoài ra, nếu có tín hiệu từ I0.1, Timer cũng sẽ dừng Để Timer có thể hoạt động trở lại, cần có tín hiệu mới từ I0.0, tức là I0.0 phải chuyển từ trạng thái 0 lên 1.
MW100 lưu giá trị đếm của Timer theo dạng Integer
MW102 lưu giá trị của Timer theo dạng BCD
Chức năng của Timer này là tạo xung có thời gian được đặt sẵn
Timer kích có nhớ hoạt động khi có tín hiệu cạnh lên từ I0.0, làm cho Timer T1 bắt đầu chạy Nếu thời gian đã đặt đủ, Timer sẽ dừng lại Trong quá trình hoạt động, nếu nhận được tín hiệu mới từ chân I0.0, thời gian sẽ được tính lại từ đầu Nếu có tín hiệu từ I0.1 trong khi Timer đang chạy, Timer sẽ dừng lại và Q0.0 sẽ được thiết lập thành 1 Giá trị hiện tại của Timer được lưu trữ tại các ô nhớ MW100 và MW102 dưới dạng Integer và BCD.
Nếu I0.0=1 Timer bắt đầu chạy khi đủ thời gian thì ngưng khi đó ngõ Q0.0 sẽ lên 1 nếu I0.0 vẫn còn giữ trạng thái 1, khi có tín hiệu I0.1 thì tất
29 cả phải được Reset về 0 Các ô nhớ MW100 và MW102 lưu giá trị hiện thời của Timer theo dạng Integer và dạng BCD
Timer kích có nhớ, khi có xung cạnh lên ở I0.0 Timer bắt đầu chạy, ngõ ra
Thiết kế phần cứng và lắp ráp mô hình
2.3.1 Chi tiết phễu chứa vật liệu
- Chức năng: chứa vật liệu để đổ xuống xe cân
- Cấu tạo: Gồm 1 phễu chứa và 1 xi lánh đóng mở phễu
Hình 2.19 Chi tiết phễu chứa
2.3.2 Chi tiết cảm biến và xilanh barie
Hình 2.20 Chi tiết cảm biến và xilanh đóng mở barie
Cảm biến phát hiện xe tự động kích hoạt xilanh để mở phễu chứa, và khi đạt đủ khối lượng, xilanh sẽ đóng và mở barie để cho xe đi qua.
- Cấu tạo: gồm 1 cảm biến khoảng cách, 1 xilanh khí nén
Hình 2.21 Chi tiết Cân loadcell
Chức năng: Cân khối lương xe và vật liệu sau khi được rót xuống
Cấu tạo: Gồm 1 bàn cân loadcell
2.3.4 Cảm biến phát hiện xe đi qua và đóng barie
Hình 2.22 Cảm biến phát hiện xe đi qua và đóng barie
2.3.5 Lắp ráp mô hình hoàn chỉnh
Hình 2.23 Mô hình hoàn chỉnh
THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG, KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
Tổng quan về Wincc
Hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) thường cần phần mềm chuyên dụng để tạo giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) và xử lý, lưu trữ dữ liệu Phần mềm WinCC của Siemens là lựa chọn hàng đầu cho các mục đích này.
WinCC là một phần mềm SCADA của Siemens, được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực tự động hóa sản xuất và điều khiển hệ thống Chương trình này hỗ trợ người lập trình thiết kế giao diện Người và Máy (HMI) trong hệ thống SCADA, với chức năng chính là thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển quá trình sản xuất WinCC dễ sử dụng, cho phép người dùng tích hợp ứng dụng mới hoặc có sẵn mà không gặp khó khăn Ngoài ra, WinCC hỗ trợ trao đổi dữ liệu trực tiếp với nhiều PLC từ các hãng khác nhau như Mitsubishi, Allen-Bradley và Siemens, thông qua cổng COM với chuẩn RS-232 và RS-485.
Nhà thiết kế đồ họa (Graphics Designer) cho phép thực hiện các chức năng mô phỏng và hoạt động một cách dễ dàng thông qua các đối tượng đồ họa của WinCC, Windows, OLE, và I/O, với nhiều thuộc tính động (Dynamic).
Alarm Logging là quá trình hiển thị thông báo và báo cáo trong khi hệ thống hoạt động Nó đảm nhận việc nhận, lưu trữ và hồi đáp các thông báo, đồng thời chuẩn bị và hiển thị chúng Hơn nữa, Alarm Logging còn hỗ trợ xác định nguyên nhân của các lỗi xảy ra.
Tag Logging là quá trình thu thập, lưu trữ và nén các giá trị đo dưới nhiều dạng khác nhau, cho phép lấy dữ liệu từ các quá trình thực thi Nó chuẩn bị dữ liệu để hiển thị và lưu trữ, cung cấp các tiêu chuẩn công nghệ và kỹ thuật quan trọng liên quan đến trạng thái hoạt động của toàn hệ thống.
- Report Designer: có nhiệm vụ tạo các thông báo, báo cáo và các kết quả này được lưu dưới dạng các trang nhật ký sự kiện
WinCC là phần mềm thiết kế giao diện Người – Máy (HMI) giúp kết nối giữa con người và các hệ thống điều khiển như PLC, CNC thông qua hình ảnh và sơ đồ trực quan Nó cho phép người vận hành theo dõi quy trình làm việc, thay đổi tham số và hiển thị giá trị hiện tại, đồng thời giao tiếp với các hệ thống tự động Giao diện HMI của WinCC cung cấp khả năng giám sát quy trình sản xuất và cảnh báo khi có sự cố, cho thấy sự cần thiết của nó trong các hệ thống tự động hóa phức tạp Từ máy tính trung tâm, người dùng có thể điều khiển toàn bộ dây chuyền sản xuất và giám sát các thiết bị, đồng thời thu thập dữ liệu I/O chính xác, hỗ trợ xử lý và tổ chức số liệu linh hoạt qua lập trình ngôn ngữ C.
3.1.2 Các thành phần của Wincc
- Máy tính (Computer): Quản lý tất cả các trạm (W orkStation) và trạm chủ
Tag Management is the area responsible for overseeing all channels, logical relationships, tag processes, internal tags within the PLC, and tag groups.
- Loại dữ liệu (Data Types) : Chứa các loại dữ liệu được gán cho các Tag và các kênh khác nhau
Các trình soạn thảo Editor được liệt kê trong khu vực này dùng để soạn thảo và quản lý một dự án hoàn chỉnh Chức năng của các bộ soạn thảo được trình bày trong bảng dưới đây.
Bảng 3.1 Các bộ soạn thảo trong trung tâm điều khiển (Control Certer)
Chương trình soạn thảo Giải thích
Nhận các thông báo từ các quá trình để chuẩn bị, hiện thị, hồi đáp và lưu trữ các thông báo này User Administrator
Cho phép các nhóm và người sử dụng điều khiển truy nhập Text Library
Chứa các văn bản tùy thuộc ngôn ngữ do người dùng tạo ra
Hệ thống báo cáo tích hợp cung cấp khả năng báo cáo dữ liệu, giá trị và thông báo hiện tại cũng như đã lưu trữ, đồng thời hỗ trợ quản lý tài liệu của người sử dụng một cách hiệu quả.
Cho phép tạo các dự án động theo yêu cầu đặc biệt, bộ soạn thảo này hỗ trợ việc tạo hàm và thao tác có thể áp dụng cho một hoặc nhiều dự án tùy thuộc vào kiểu của chúng.
(Hiển thị giá trị xử lý)
Xử lý các giá trị đo lường và lưu trữ chúng trong thời gian dài
Cung cấp các màn hình hiện thỉ và kết nối đến các quá trình
Tất cả các Modul này đều thuộc hệ thống WinCC nhưng nếu không cần thiết thì không nhất thiết phải cài đặt hết
Tags WinCC là yếu tố quan trọng để truy cập các giá trị quá trình trong dự án Mỗi tag được gán một tên và kiểu dữ liệu duy nhất, và kết nối logic với WinCC xác định kênh nào sẽ chuyển giao giá trị cho các biến.
Tất cả các biến trong dự án được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu toàn dự án Khi chế độ WinCC khởi động, các biến sẽ được nạp và cấu trúc Run-time tương ứng được thiết lập Mỗi biến được quản lý theo một kiểu dữ liệu chuẩn.
WinCC làm việc với 3 loại Tag:
- Tag nội (Internal Tag): Là Tag không được kết nối với quá trình dùng để quản lý dữ liệu bên trong 1 project
Tag quá trình (Process Tag) là công cụ dùng để trao đổi dữ liệu giữa hệ thống WinCC và quá trình tự động Các thuộc tính của Tag này phụ thuộc vào driver được sử dụng.
- Tag hệ thống (System Tag): Bắt đầu với ký tự @, dùng để quản lý Project, không thể xóa hay chỉnh sửa System Tag
WinCC quản lý các tag này theo 2 kiểu:
Kiểu cấu trúc (Structure Type) là nhóm biến chứa tất cả các biến có mối liên kết logic với nhau Để cấu hình mỗi biến, cần gán cho nó một trong các kiểu dữ liệu cụ thể.
Việc gán kiểu dữ liệu cho biến diễn ra khi tạo biến mới, với kiểu dữ liệu của biến không phụ thuộc vào loại biến (biến nội hay biến quá trình) Trong WinCC, các kiểu dữ liệu có thể được chuyển đổi sang kiểu khác thông qua việc điều chỉnh định dạng.
Các kiểu dữ liệu ( Data Types) có trong WinCC:
Binary Tag: kiểu nhị phân
• Signed 8 – Bit Value: kiểu 8 bit có dấu
• Unsigned 8 – Bit Value: kiểu 8 bit không dấu
• Signed 16 – Bit Value: kiểu 16 bit có dấu
• Unsigned 16 – Bit Value: kiểu 16 bit không dấu
• Signed 32 – Bit Value: kiểu 32 bit có dấu
• Unsigned 32 – Bit Value: kiểu 32 bit không dấu
• Floating Point Number 32 bit IEEE 754: kiểu số thực 32 bit theo tiêu chuẩn IEEE 754
• Floating Point Number 64 bit IEEE 754: kiểu số thực 64 bit theo tiêu chuẩn IEEE 754
• Text Tag 8 bit character set: kiểu ký tự 8 bit
• Text Tag 16 bit character set: kiểu ký tự 16 bit
• Raw Data type: kiểu dữ liệu thô.
Thiết kế, mô phỏng giao diện điều khiển và giám sát
Khởi động chương trình Wincc V7.2 trên windows7 bằng cách nhấp chọn Start
> All programs > Siemens > Simemens Automatic > Simatic > Wincc > Wincc Explorer hoặc nhấp đúp biểu tượng Wincc ngoài màn hình
Hình 3.1 Hộp thoại Wincc Explorer và Create New Project
Cửa sổ Wincc Explorer hiển thị như hình 3.1-a Để tạo một dự án đa người dùng, chọn Multi – User Project, sau đó hộp thoại Create New Project sẽ xuất hiện như hình 3.1-b Tại đây, bạn cần điền tên dự án, chọn thư mục lưu và nhấn nút Create để hoàn tất.
Hình 3.2 Màn hình Wincc Explorer
Cửa sổ Wincc Explorer cho phép thiết lập truyền thông giữa Wincc và các thiết bị thông qua một mạng liên kết chung Để thực hiện việc này, cần chọn một Driver phù hợp Người dùng chỉ cần nhấp đúp vào Tag Management trên màn hình Wincc Explorer để mở cửa sổ quản lý Tag.
Right-click on Tag Management and select "Add new driver" > Simatic S7 Protocol Suite.chn to connect with the S7-300 PLC In the Simatic S7 Protocol Suite section, right-click on the MPI option and choose "New Driver Connection" as shown in Figure 3.3.
Hình 3.3 Hộp thoại Wincc Configuration Studio
Hộp thoại Configuration xuất hiện để khao báo thuộc tính kết nối, tại mục name ta đặt tên sau đó nhấp chọn Ok để chấp nhận
3.2.2 Tạo biến Để tạo kết nối các thiết bị của một dự án trong Wincc trước tiên phải tạo các Tags
Để thiết lập biến trên WinCC, bạn cần tạo chúng trong Tag Management Bằng cách nhấp chuột phải vào nhóm biến và chọn "New Tag ", hộp thoại Tag Properties sẽ xuất hiện, cho phép bạn cấu hình các thuộc tính của biến.
Hình 3.4 Cửa sổ Tag Properties
Thiết lập tham số ở các mục như sau: nhập tên tag vào ô Name, tại mục Data
Để chọn kiểu dữ liệu Binary tag, bạn hãy nhấp vào mũi tên xuống và chọn Tiếp theo, tại mục Address, nhấn nút Select để mở hộp thoại Address Properties Trong cửa sổ này, bạn cần chọn các thông số phù hợp tại các mục đã được chỉ định.
Mục Data, chọn dữ liệu kiểu Bit memory, Input, Ouput phù hợp với thuộc tính Tag cần đặt
Mục Address, chọn địa chỉ có trong PLC là Bit
Hình 3.5 Cửa sổ Address Properties
3.2.3 Tạo giao diện Để tạo giao diện, đầu tiên từ cửa sổ Wincc Explorer, nhấp chuột phải vào mục
Để bắt đầu, trong Graphics Designer, chọn mục New Picture Ở bên phải của Wincc Explorer, bạn sẽ thấy tên NewPdlo.Pdl Đối với các dự án lớn có nhiều khâu điều khiển, bạn có thể tạo nhiều File ảnh để hiển thị và thiết lập nút chuyển đổi giữa các File ảnh, giúp việc giám sát và điều khiển trở nên dễ dàng hơn Để mở file, hãy nhấp chuột phải và chọn Open Picture, lúc này cửa sổ giao diện thiết kế đồ họa Graphics Designer sẽ xuất hiện.
Hình 3.6 Cửa sổ giao diện thiết kế đồ họa Graphics
Trên cửa sổ Graphics Designer thiết lập những bức ảnh xử lý, giám sát và điều khiển từ những công cụ sau:
• Color Palette (bảng màu): gồm có 16 màu tiêu chuẩn, có thể gán cho màu nền hoặc đối tượng khác
• Object Palette (bảng đối tượng ) bao gồm các đối tượng chuẩn
(Standard Object), các đối tượng thông minh (Smart Object), đối tượng Windown (Windown Object)
• Libary (thư viện): bao gồm nhiều thư mục chứa các hình ảnh của đối tượng như động cơ, cảm biến, băng tải (hình 3.8)
Sau khi kéo các phần tử cần sử dụng vào màn hình wincc ta được giao diện như hình 3.8
Hình 3.8 Tạo và sắp các phần tử cần sử dụng vào màn hình
3.2.4 Thiết lập các thuộc tính hình ảnh Để thiết lập các thuộc tính hình ảnh, đầu tiên cần tạo các File ảnh Tạo giao diện gồm có băng tải, chai nước, động cơ, bơm nước, xi lanh, khu vực hiện thị thông báo, các nút nhấn Những đối tượng này nằm trong thư viện của Wincc hoặc được bổ sung từ bên ngoài, các thuộc tính cơ bản như:
• Gán tag cho đối tượng: Chuột phải vào đối tượng phụ thuộc vào các biến như biến đầu vào, ra chọn tag
Hình 3.9 Gán Tag cho đối tượng
Để gán thuộc tính quá trình cho đối tượng, bạn có thể thực hiện các thao tác như đổi màu, ẩn hiện, thay đổi vị trí và kích thước Để làm điều này, hãy nhấn chuột phải vào đối tượng và chọn mục Properties.
Hình 3.10 Chọn,thay đổi các thuộc tính của đối tượng
• Tạo các chuyển động trong giao diện như chuyển động ngang, quay tròn, chéo bằng cách chỉnh sửa code trong Global Actions ừ cửa sổ Wincc Explorer
Để tạo khung hiển thị số trên màn hình Runtime, bạn có thể hiển thị các giá trị Tag dạng Bit và Word dưới dạng Decimal nhằm thuận tiện cho việc quan sát thông số quá trình Từ bản đối tượng Object Palette, hãy nhấp vào dấu “+” trước mục Smart Object và chọn I/O field Sau đó, di chuyển con trỏ ra màn hình thiết kế và nhấn chuột để vẽ kích thước ô hiển thị phù hợp, một cửa sổ sẽ hiện ra để bạn tiếp tục thực hiện các bước cần thiết.
Hình 3.11 Cửa sổ giao diện I/O
Kết quả của đề tài
Sau hơn một tháng thực hiện đã thiết kế thành công mô hình Trạm cân tải trọng ô tô tự động
Hình 3.12 Mô hình trạm cân trọng tải
Hệ thống hoạt động hiệu quả theo quy trình công nghệ đã được thiết lập, giúp giải quyết các vấn đề liên quan đến việc cân tải trọng xe và vật liệu, đồng thời phát hiện tình trạng quá tải một cách chính xác.
➢ Tuy nhiên do vấn đề thời gian, kinh tế và kinh nghiệm về cơ khí còn hạn chế nên mô hình còn xấu
3.3.1 Giao diện giám sát và điều khiển
Hình 3.13 Màn hình giám sát và điều khiển hệ thống
Với giao diện này, người dùng có thể giám sát và điều khiển mọi hoạt động của hệ thống thực một cách chính xác thông qua màn hình WinCC trên máy tính.
Ta có thể thao tác ngay trên màn hình máy tính
3.3.2 Hướng phát triển của đề tài Để đem mô hình vào thực tế thì cần phát triển thêm một số mặt như sau:
➢ Cơ cấu cân phải thật chuẩn xác, có sai số chỉ rất nhỏ
➢ Cần thêm vào hệ thống chương trình xuất file excel, in hoá đơn vật liệu và tổng giá thành
➢ Hoàn thiện thêm phần điều khiển và giám sát thông qua màn hình Wincc
