TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI
Trang bị điện cho băng tải
Trong ngành công nghiệp hiện đại, máy điện một chiều vẫn giữ vai trò quan trọng, được sử dụng làm động cơ điện và máy phát điện trong nhiều điều kiện làm việc khác nhau Đặc biệt, động cơ điện một chiều có khả năng điều chỉnh tốc độ tốt, nên rất được ưa chuộng trong các ngành công nghiệp yêu cầu cao về tốc độ như cán thép, hầm mỏ và giao thông vận tải.
Máy phát điện một chiều là nguồn cung cấp điện cho động cơ điện một chiều và làm nguồn kích từ cho máy điện đồng bộ Nó cũng cung cấp điện áp thấp cho các ứng dụng trong ngành điện hóa học, như tinh luyện đồng, nhôm và quá trình mạ điện.
Máy điện một chiều, mặc dù có nhược điểm như giá thành cao và quá trình chế tạo, bảo quản cổ góp phức tạp, vẫn giữ vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp nhờ vào những ưu điểm nổi bật của nó.
1.2.2 Cấu tạo động cơ điện một chiều
Hình 1.1: Mặt cắt ngang của động cơ điện một chiều
- Phần tĩnh ( stator) Đóng vai trò là phần cảm bao gồm các bộ phận chính
+ Cực từ chính: đây là bộ phận sinh ra từ trường chính trong máy bao gồm:
Lõi cực từ, như hình 1.2, thường được chế tạo từ thép khối do khả năng dẫn từ một chiều Tuy nhiên, để tối ưu hóa kích thước, hiện nay lõi này thường được sản xuất từ thép kỹ thuật điện cán lạnh không đẳng hướng.
Dây quấn cực từ chính, hay còn gọi là dây quấn kích từ, được chế tạo từ dây dẫn tròn bọc cách điện hoặc dây dẫn hình chữ nhật quấn định hình và lồng vào thân cực từ Các dây quấn kích từ này thường được nối tiếp với nhau trên các cực từ chính.
+ Cực từ phụ: đây là bộ phận cải thiện đổi chiều
Lõi cực từ có thể làm bằng thép đúc
Dây quấn cực từ phụ được lồng vào cực phụ và kết nối với dây quấn phần ứng thông qua chổi than Các cực từ phụ được sắp xếp xen kẽ giữa các cực từ chính.
Gông từ là thành phần quan trọng trong máy điện, có chức năng làm mạch dẫn từ và kết nối các cực từ chính và phụ Đối với máy nhỏ và vừa, gông từ thường được chế tạo từ thép tấm, trong khi đó, máy lớn thường sử dụng thép đúc để đảm bảo độ bền và hiệu suất.
7 Đóng vai trò là phần ứng bao gồm các bộ phận
Lõi thép phần ứng là bộ phận quan trọng trong máy điện, được chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện dày từ 0,35 đến 0,5mm ghép lại với nhau Trên lõi thép có các rãnh được dập để bố trí dây quấn phần ứng Đối với máy nhỏ và vừa, thiết kế có lỗ thông gió hướng trục, trong khi máy lớn được trang bị kênh thông gió hướng kính để tăng cường hiệu suất làm mát.
Dây quấn phần ứng là bộ phận quan trọng trong quá trình biến đổi năng lượng điện từ, được bố trí trong các rãnh của lõi thép phần ứng Để đảm bảo dây quấn không bị văng ra do lực ly tâm khi rotor quay, các rãnh được chèn chặt bằng nêm.
Dây quấn rotor được sắp xếp trong các rãnh của lõi thép rotor thành hai lớp: lớp trên và lớp dưới Mỗi phần tử của dây quấn phần ứng bao gồm nhiều vòng dây, với hai đầu được kết nối với hai phiến góp của cổ góp Hai cạnh tác dụng của một phần tử được đặt trong hai rãnh dưới hai cực khác nhau Do có hai lớp trong mỗi rãnh, nếu cạnh tác dụng của phần tử nằm ở lớp trên của một rãnh, thì cạnh tác dụng còn lại sẽ được xếp ở lớp dưới của một rãnh khác.
- Cổ góp và chổi than
Hình 1.4: Cổ góp và phiến góp
Cổ góp, hay còn gọi là vành góp, là thiết bị chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều Nó bao gồm nhiều phiến đồng được cách điện bằng lớp mica, tạo thành hình trụ tròn, với hai vành ốp chữ V ép chặt hai đầu trụ Giữa vành ốp và trụ tròn cũng được cách điện bằng mica Đuôi cổ góp cao hơn một chút để thuận tiện cho việc hàn các đầu dây của phần tử dây quấn phần ứng vào phiến góp Cổ góp được gắn chặt ở đầu trục rotor, và để đưa dòng điện từ cổ góp ra ngoài, người ta sử dụng cơ cấu chổi than.
Cơ cấu chổi than bao gồm chổi than làm từ than graphit, được lắp đặt trong hộp chổi than và được giữ chặt lên cổ góp nhờ lò xo Hộp chổi than được cố định và cách điện trên giá chổi than, trong khi giá chổi than được gắn chắc chắn vào nắp máy.
1.2.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Khi áp dụng điện áp một chiều U vào hai chổi điện A và B, dòng điện Iư trong dây quấn phần ứng sẽ tương tác với từ trường của cực từ, tạo ra lực điện từ Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều dựa trên hiện tượng này, cho phép chuyển đổi năng lượng điện thành cơ năng.
F đt tác dụng Chiều lực điện từ cho bởi quy tắc bàn tay trái
Khi rotor quay nửa vòng, các thanh dẫn ab và cd sẽ hoán đổi vị trí Tuy nhiên, nhờ có phiến góp, dòng Iƣ sẽ đổi chiều, dẫn đến sự thay đổi trong chiều lực điện từ.
9 tác dụng lên thanh dẫn không đổi, đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi
Hình 1.5: Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Khi rotor quay trong động cơ điện một chiều, các thanh dẫn cắt qua từ trường, tạo ra sức điện động E ƣ theo quy tắc bàn tay phải Do chiều dòng điện I ư ngược lại với E ư, nên E ư còn được gọi là sức phản điện (spđ) Từ đó, phương trình điện áp của động cơ điện một chiều được xác định.
1.2.4 Sức điện động phần ứng, công suất điện từ và momen điện từ của máy điện một chiều
+ Sức điện động phần ứng
TÌM HIỂU VỀ WINCC VÀ PLC S7-300
Tìm hiểu về WinCC
WinCC là một phần mềm ứng dụng SCADA (HMI - Giao diện Người-Máy) quan trọng trong cả lĩnh vực dân dụng và công nghiệp Phần mềm này được sử dụng để quản lý các màn hình hiển thị và hệ thống điều khiển trong tự động hóa sản xuất và quy trình.
WinCC, viết tắt của Window Control Center, là phần mềm của Siemens dùng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong sản xuất Chương trình này hỗ trợ lập trình viên thiết kế giao diện Người và Máy (HMI) trong hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), với chức năng chính là thu thập số liệu, giám sát và điều khiển quy trình sản xuất Các thành phần trong WinCC dễ sử dụng, cho phép người dùng tích hợp ứng dụng mới hoặc có sẵn một cách thuận tiện.
WinCC cung cấp các module chức năng thiết yếu cho ngành công nghiệp, bao gồm hiển thị hình ảnh, tạo thông điệp, lưu trữ và báo cáo Giao diện điều khiển mạnh mẽ cùng với khả năng truy cập hình ảnh nhanh chóng và tính năng lưu trữ an toàn giúp đảm bảo tính hữu dụng cao cho người dùng.
Với WinCC, người dùng có khả năng trao đổi dữ liệu trực tiếp với nhiều PLC từ các hãng khác nhau như Mitsubishi, Allen-Bradley, và Siemens Điều này được thực hiện thông qua cổng COM với chuẩn RS-232 của máy tính kết nối với chuẩn RS-485 của PLC, mang lại sự linh hoạt và hiệu quả trong quản lý dữ liệu.
2.1.2 Đặc trƣng cơ bản của WinCC
WinCC 6.0 chạy trên hệ điều hành Microsoft Window XP, Windows 2000
WinCC có tính chất mở và thường xuyên được cập nhật, phát triển, giúp tương thích với nhiều phần mềm chuẩn, tạo ra giao diện người và máy phù hợp với nhu cầu sản xuất Nó cho phép người dùng phát triển ứng dụng qua giao diện mở, đồng thời tích hợp nhiều ứng dụng và tận dụng dịch vụ của hệ điều hành để mở rộng hệ thống Với WinCC, người dùng có thể áp dụng nhiều giải pháp khác nhau để giải quyết công việc, từ việc xây dựng hệ thống quy mô nhỏ đến lớn.
The distinction between 15 and various other concepts extends to the development of large-scale systems such as Manufacturing Execution Systems (MES) and Enterprise Resource Planning (ERP) systems.
WinCC đang được phát triển đa dạng trong nhiều lĩnh vực, tùy thuộc vào khả năng của người thiết kế và các phần cứng hỗ trợ khác.
2.1.3 Ứng dụng phổ biến nhất của WinCC
Tự động hoá quy trình điều khiển và giám sát sản xuất là một xu hướng quan trọng, trong đó chương trình WinCC đóng vai trò chủ chốt WinCC không chỉ thu thập dữ liệu mà còn mô phỏng các sự kiện trong quá trình điều khiển dưới dạng chuỗi sự kiện Với nhiều chức năng như hiển thị đồ hoạ, thông báo, xử lý thông tin đo lường và lập báo cáo, WinCC đáp ứng nhu cầu công nghệ ngày càng cao Đây là một trong những phần mềm thiết kế giao diện Người – Máy (HMI) phổ biến nhất tại Việt Nam và được hỗ trợ bởi Siemens, có mặt ở nhiều quốc gia trên thế giới.
Khi sử dụng WinCC để thiết kế giao diện điều khiển Người – Máy ( HMI) và mạng SCADA, WinCC sử dụng các chức năng sau:
Nhà thiết kế đồ họa có khả năng thực hiện dễ dàng các chức năng mô phỏng và hoạt động thông qua các đối tượng đồ họa trong chương trình WinCC, Windows, OLE, và I/O, với nhiều thuộc tính hoạt động động (Dynamic).
Alarm Logging là chức năng quan trọng trong hệ thống, giúp hiển thị và lưu trữ các thông báo cũng như báo cáo trong quá trình vận hành Nó đảm nhiệm việc nhận thông báo từ các quá trình, chuẩn bị, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ chúng Hơn nữa, Alarm Logging còn hỗ trợ xác định nguyên nhân của các lỗi xảy ra, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống.
Tag Logging là quá trình thu thập, lưu trữ và nén các giá trị đo dưới nhiều dạng khác nhau Nó cho phép lấy dữ liệu từ các quá trình thực thi, chuẩn bị để hiển thị và lưu trữ thông tin Dữ liệu này cung cấp các tiêu chuẩn công nghệ và kỹ thuật quan trọng, liên quan đến trạng thái hoạt động của toàn bộ 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 kí sự kiện
User Achivers cho phép người sử dụng lưu trữ dữ liệu từ ứng dụng và trao đổi với các thiết bị tự động hóa khác Điều này có nghĩa là các công thức và thông số trong chương trình WinCC có thể được soạn thảo, lưu trữ và sử dụng hiệu quả trong hệ thống.
WinCC sử dụng bộ công cụ thiết kế giao diện đồ hoạ mạnh nhƣ:
Toolbox và các Control, OLE được bố trí thuận tiện trên giao diện thiết kế Đặc biệt, WinCC cung cấp nhiều tính năng giám sát điều khiển tự động độc đáo mà các công cụ khác không có, giúp nâng cao hiệu quả công việc.
Các Control trong hệ thống quản trị dữ liệu có thể liên kết với một biến theo dõi trạng thái của hệ thống điều khiển, từ đó ảnh hưởng đến việc giám sát các trạng thái một cách hiệu quả.
- Thông qua hệ thống thông điệp có thể thực hiện đƣợc những hành động tương ứng khi trạng thái thay đổi
- Trong WinCC, ngôn ngữ C-sript đƣợc dùng để thao tác giúp cho việc sử lí các sự kiện phát sinh một cách mềm dẻo và linh hoạt
WinCC cung cấp khả năng truy cập vào các hàm giao diện chương trình ứng dụng API của hệ điều hành, cho phép người dùng tận dụng tối đa tính năng của hệ thống Sự kết hợp giữa WinCC và các công cụ phát triển như Visual C++ hoặc Visual Basic tạo ra những hệ thống tinh vi, có tính đặc thù cao và phù hợp với các cấu hình cụ thể.
Tìm hiểu về PLC S7-300
S7-300 là sản phẩm cao cấp của Siemens, lý tưởng cho các ứng dụng lớn với yêu cầu I/O cao, thời gian phản hồi nhanh và khả năng kết nối mạng Dòng sản phẩm này còn hỗ trợ mở rộng trong tương lai, đáp ứng nhu cầu phát triển của hệ thống.
Ngôn ngữ lập trình phong phú cho phép người dùng linh hoạt trong việc lựa chọn S7-300 nổi bật với khả năng cung cấp nhiều hàm toán học đa dạng để đáp ứng các yêu cầu đặc thù, đồng thời cho phép người dùng xây dựng hàm riêng bằng ngôn ngữ chuyên biệt cho các ứng dụng cần thiết.
S7-300 được thiết kế với cấu trúc phần cứng module, cho phép tích hợp các module đặc biệt như module PID và module đọc xung tốc độ cao, phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.
PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển logic khả trình, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua ngôn ngữ lập trình, thay vì sử dụng mạch số Với chương trình điều khiển tích hợp, PLC trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi thuật toán và thuận tiện trong việc trao đổi thông tin với môi trường xung quanh, như các PLC khác hoặc máy tính Toàn bộ chương trình được lưu trữ trong bộ nhớ dưới dạng khối chương trình và thực hiện theo chu kỳ quét Để thực hiện chương trình điều khiển, PLC cần có tính năng giống như một máy tính, bao gồm bộ vi xử lý trung tâm (CPU), hệ điều hành, bộ nhớ chương trình để lưu trữ dữ liệu và các cổng vào ra để giao tiếp với thiết bị bên ngoài Ngoài ra, để phục vụ cho các bài toán điều khiển số, PLC còn cần có các khối hàm chức năng như timer, counter và các hàm chức năng đặc biệt khác.
2.2.2 Các tín hiệu kết nối với PLC
Tín hiệu số: Là các tín hiệu thuộc dạng hàm Boolean, dạng tín hiệu chỉ có
2 giá trị 0 hoặc 1: Đối với PLC Siemens: -Mức 0 tương ứng với 0V hoặc hở mạch
Tín hiệu tương tự: Là dạng tín hiệu liên tục, từ 0V – 10V hay từ 4mA- 20mA…
Tín hiệu khác bao gồm các phương thức giao tiếp giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi thông qua nhiều giao thức khác nhau, chẳng hạn như RS232 và RS485.
Để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế, các bộ điều khiển PLC được thiết kế với cấu hình không cứng hoá, cho phép sử dụng nhiều loại tín hiệu đầu vào và đầu ra khác nhau Chúng được chia thành các module, với số lượng module sử dụng tùy thuộc vào từng bài toán, nhưng tối thiểu phải có một module chính là CPU Các module còn lại bao gồm module nhận và truyền tín hiệu với đối tượng điều khiển, cũng như các module chức năng chuyên dụng như PID và điều khiển động cơ, được gọi là module mở rộng Tất cả các module này được gắn trên các thanh ray (rack).
Module CPU là một thành phần quan trọng, bao gồm vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, bộ thời gian, bộ đếm và các cổng truyền thông Ngoài ra, nó còn có thể tích hợp một số cổng vào ra số, được gọi là cổng vào ra Onboard.
Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau: CPU 312, CPU 314, CPU 315…
Các module sử dụng cùng một loại bộ vi xử lý nhưng có sự khác biệt về cổng vào ra Các cổng vào ra onboard cùng với các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điều hành sẽ được phân biệt rõ ràng.
19 nhau trong tên gọi bằng tên cụm chữ cái IFM ( viết tắt của Intergrated Funtion Module) Ví dụ Module CPU 312IFM…
Các loại module 2 cổng truyền thông, trong đó cổng thứ 2 chủ yếu phục vụ việc nối mạng phân tán, được phân biệt với các loại CPU khác bằng cụm từ DP (Distributed Port) trong tên gọi, ví dụ như module CPU 315-DP.
Các module mở rộng đƣợc chia làm 5 loại chính:
1- PS (Power Supply) : Module nguồn nuôi
2- SM ( Signal Module ): Module tín hiệu vào ra bao gồm:
DI/DO (Digital In/Output)
AI/AO (Analog In/Output)
3- IM (Interface Module): Module ghép nối Đây là loại module chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành từng 1 khối và được quản lí chung bởi một module CPU Thông thường các module mở rộng đƣợc gá liền với nhau trên 1 thanh đỡ gọi là Rack
Mỗi rack chỉ cho phép lắp tối đa 8 module mở rộng, không tính module CPU và module nguồn Một module CPU có khả năng kết nối và hoạt động trực tiếp với tối đa 4 rack, yêu cầu các rack này phải được kết nối thông qua module IM.
4- FM ( Funtion Module): Là các module điều khiển riêng, nhƣ điều khiển Servo, điều khiển PID…
5- CP( Communication Module) : Module truyền thông
2.2.4.1 Vùng chứa chương trình ứng dụng
1- OB ( Organisation block): Miền chứa chương trình tổ chức
2- FC (Funtion): Miền chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và có biến hình thức để trao đổi dữ liệu
3- FB (Funtion Block): Miền chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ 1 khối chương trình nào khác Các dữ liệu này phải đƣợc xây dựng thành một khối dữ liệu riêng ( Dât Block khối DB)
2.2.4.2 Vùng chứa tham số của hệ điều hành
Chia thành 7 miền khác nhau:
Trước khi bắt đầu chương trình PLC, miền dữ liệu các cổng vào số sẽ được đọc giá trị logic và lưu trữ trong vùng nhớ I Thông thường, chương trình ứng dụng không truy cập trực tiếp trạng thái logic của cổng vào số mà chỉ lấy dữ liệu từ bộ đệm I.
Bộ đếm Q (Process Image Output) lưu trữ dữ liệu cổng ra số trong PLC Khi chương trình hoàn thành, PLC sẽ chuyển giá trị logic từ bộ đệm Q tới các cổng số Thông thường, giá trị không được gán trực tiếp tới cổng ra mà chỉ được chuyển qua bộ đệm Q.
M (Miền các biến cờ) là chương trình ứng dụng sử dụng các biến để lưu giữ các tham số cần thiết, cho phép truy cập theo các đơn vị như Bit (M), byte (MB), từ (MW) và từ kép (MD).
XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THốNG BĂNG TảI
Phân tích hệ thống băng tải
Trên băng tải, hai cảm biến hồng ngoại được sử dụng để phát hiện vật thể di chuyển qua, kết hợp với tín hiệu điều khiển từ vi điều khiển, nhằm kích hoạt động cơ để gạt bỏ các vật thể khi chúng đi qua.
Loại cảm biến hồng ngoại ( SN-E18-B03N1 Digital Infrared Sensor)
- Giới thiệu tổng quan về cảm biến hồng ngoại
+ Đây là loại cảm biến hồng ngoại rất dễ sử dụng với người dùng và phát hiện vật cản rất nhanh nhờ tia hồng ngoại
+ Cảm biến này sử dụng sự phản xạ của tia hồng ngoại khi có vật cản đi qua
+ Nó đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp nhƣ dệt may, cơ khí, sản xuất sắt thép, điện, …
+ Nguồn cấp từ 6V-36V, dòng tiêu thụ ít < 300mA
+ Khoảng cách phát hiện vật lên tới 30cm, có thể điều chỉnh đƣợc khoảng cách của cảm biến từ 0cm-30cm
+ Kích thước nhỏ gọn dễ dàng lắp đặt
+ Độ chính xác cao, không thấm nước, chống ăn mòn
SN-E18-B03N1 là cảm biến tia hồng ngoại sử dụng phản xạ tín hiệu hồng ngoại từ các vật thể gần hoặc xa Cường độ ánh sáng hồng ngoại giữa tín hiệu phát và thu có thể điều chỉnh theo từng ứng dụng cụ thể Khi tín hiệu hồng ngoại phát ra gặp vật cản, nó sẽ phản xạ trở lại đầu thu, làm cho transistor NPN trong đầu thu mở ra khi nhận được tín hiệu phản hồi.
- Chức năng các chân của cảm biến hồng ngoại
Bảng 3.1: Chức năng các chân của cảm biến hồng ngoại
Nâu VCC Kết nối với VCC ( +6V đến +36V )
Lục Ground Kết nối tới Ground Đen Output
Kết nối với 1 chân của 1 vi điều khiển hoặc 1 mạch logic khác ở chế độ đầu vào (Input)
- Độ nhạy của cảm biến
Cảm biến hồng ngoại có khả năng nhận biết các vật thể màu sáng trong khoảng từ 0cm đến 30cm, trong khi đối với các vật màu tối hoặc đen, khoảng cách nhận biết chỉ từ 2cm đến 25cm, cho thấy cảm biến nhạy cảm hơn với bề mặt sáng Cảm biến màu được thiết kế với tính năng điều chỉnh khoảng cách tác dụng, cho phép người dùng thay đổi khoảng cách phát hiện bằng cách sử dụng nút cài đặt ở phía sau Quay núm điều chỉnh ngược chiều kim đồng hồ sẽ giảm khoảng cách phát hiện từ giá trị tối đa 30cm.
3.1.2 Cảm biến màu ( TCS3200 và TCS3210) Ở đầu của băng tải ta có 1 cảm biến màu sắc để phát hiện vật thể là màu gì sau đó chúng gửi xung đến bộ vi điều khiển để tác động vào cơ cấu gạt sản phẩm Đặc trƣng của cảm biến màu: - Chuyển đổi tần số ánh sáng của vật thể phát ra
- Dải điện áp 1 chiều cung cấp (2,7V-5,5V)
- Bình thường tần số ra ở dạng xung vuông ( 50% chu kì ) với tần số tỉ lệ trực tiếp với cường độ ánh sáng
- Khoảng rộng tần số ra có thể chỉnh bởi 1 trong 3 giá trị cài sẵn qua 2 chân vào điều khiển
- Tín hiệu vào số, ra số cho phép kết nối trực tiếp với
1 vi điều khiển hoặc 1 mạch logic khác
TCS3210 là một mảng 4×6 diod quang có chức năng chuyển đổi tần số ánh sáng, bao gồm 6 diod lọc màu xanh dương, 6 diod lọc màu xanh lá cây, 6 diod lọc màu đỏ và 6 diod trắng không lọc.
TCS3200 là một mảng 8×8 diod quang, có khả năng chuyển đổi tần số ánh sáng với 16 diod lọc màu xanh dương, 16 diod lọc màu xanh lá cây, 16 diod lọc màu đỏ và 16 diod trắng không lọc.
Hình 3.1: 2 loại cảm biến TCS3200 và TCS3210
Trong bài viết này, chúng ta sử dụng loại TCS3210 với bốn loại diod quang được kết hợp để giảm thiểu tác động của sự không đồng nhất trong bức xạ Tất cả các diod lọc cùng màu được kết nối song song, trong khi chân S2 và S3 được sử dụng để xác định nhóm diod quang nào đang hoạt động Kích thước của các diod quang là 110mm x 24mm x 17mm.
- Hình 3.2 là mô hình chức năng của cảm biến màu
Hình 3.2: Mô hình chức năng của cảm biến màu
Bảng 3.2: Chức năng các chân của diod quang
- Bảng 3.2 là bảng chức năng của các chân có trên diod quang
Chân 4 là chân mass, chân 3 là chân cho phép ra của tần số f 0 , chân 6 là tần số ra, chân 1và 2 là 2 chân cho phép chọn mức tần số ra, chân 7 và 8 là 2 chân xác định loại diod nào đang hoạt động, chân 5 là điện áp cấp nguồn
Chân 1, 2, 7, 8 trong Hình 3.3 thực hiện chức năng chọn khoảng tần số đầu ra thông qua các tín hiệu mức cao và thấp từ chân s0 và s1 Đồng thời, chân s2 và s3 cung cấp đầu ra tương ứng với các mức logic, cho biết màu sắc nào đang được truyền qua.
Hình 3.3: Chức năng các chân S0,S1,S2,S3
- Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có bước sóng xác định Màu ứng với mỗi bước sóng của ánh sáng gọi là màu đơn sắc
Mọi ánh sáng đơn sắc mà chúng ta quan sát đều có bước sóng trong chân không, dao động từ 0,38 µm (ánh sáng tím) đến 0,76 µm (ánh sáng đỏ).
- Hình 3.4 là dao động quang phổ của diod quang Trục tung là dao động tương đối, trục hoành là bước sóng ánh sáng
- Màu đỏ cú bước súng từ 0,64à đến 0,76à nhỡn vào hỡnh ta thấy điểm cao nhất của dao động nằm ở hàng 0,7 ứng với bước sóng khoảng 600nm –
- Màu lục ( xanh lỏ) cú bước súng từ 0,5à đến 0,57à, trờn hỡnh ta thấy dao động lớn nhất nằm ở hàng 0,5-0,6
- Màu lam cú bước súng từ 0,45à đến 0,51à, trờn hỡnh ta thấy dao động lớn nhất nằm trong khoảng 0,47-0,48 của hàng dao động tương đối
Các dao động nằm ngoài bước sóng nhìn thấy, đặc biệt là trong vùng hồng ngoại, có bước sóng dài hơn Do đó, việc chống nhiễu cho cảm biến là rất quan trọng để tránh tình trạng cảm biến nhận nhầm màu.
Hình 3.4: Dao động quang phổ của diod quang
Xây dựng chương trình PLC và WinCC cho hệ thống băng tải
3.2.1.1 Khởi tạo khai báo phần cứng của PLC
1- Trên giao diện màn hình máy tính chọn SIMATIC Manager nhƣ hình 3.5
Hình 3.5: Giao diện SIMATIC trên mà hình máy tính
2- Giao diện phần mềm xuất hiện ta chọn New Project trong mục name chọn tên chương trình sau đó nhấn OK Hình 3.6
3- Giao diện chính của phần mềm SIMATIC Manager xuất hiện Để khai báo phần cứng của PLC, ta chọn Insert → Station→2SIMATIC 300 Station nhƣ hình 3.7 Tiếp tục chọn Hardware xuất hiện giao diện nhƣ hình 3.8
Hình 3.7: Khai báo phần cứng của PLC
Hình 3.8: Chọn phần cứng của PLC
4- Chọn SIMATIC 300→RANK-300 →Rail Thanh Rail là thanh để cài PLC trên tủ điện
5- Chọn nguồn cung cấp cho PLC Chọn PS-300→PS 5A (hình 3.10)
Hình 3.10: Chọn nguồn cấp cho PLC
6- Chọn CPU của PLC Trong bài này dùng CPU 321C Chọn CPU-300→CPU 312C
Hình 3.11: Chọn chủng loại CPU
Các modul khác trên dao diện trong bài không sử dụng Cuối cùng ta có thanh rail như hình 3.12 Đến đây ta lưu các bước vừa làm
Hình 3.12: Các phần cứng của PLC sau khi đƣợc chọn
3.2.1.2 Viết chương trình phần mềm cho PLC
1- Trở lại giao diện chính của phần mềm SIMATIC Manager Ta chọn CPU 312C →S7 Program → Blocks ( hình 3.13)
Hình 3.13: Chọn khối viết phần mềm cho PLC
2- Chọn khối 0B1, mục name viết tên chương trình sau đó OK Giao diện xuất hiện ( hình 3.14)
Hình 3.14: Viết phần mềm cho PLC bằng ngôn ngữ LAD
3- Sau khi chọn các khối chức năng ta được chương trình va nguyên lí hoạt động theo ngôn ngữ LAB nhƣ sau:
-Trong bài này ta dùng bộ đếm lên.( hình 3.15)
-Khi I124.0 chuyển từ trạng thái 0 →1, C0 đếm tăng lên 1
-Khi S=1, đƣa giá trị đếm vào PV
-Giá trị bộ đếm hiện thời nằm trong 2 ô nhớ MW100 và MW102 dưới dạng Integer và dạng BCD
- M0.3=1 khi giá trị đếm lớn hơn 0
Hình 3.15: Đoạn chương trình viết cho vật thể màu đỏ
Giá trị đếm của bộ đếm được lưu trữ tại ô nhớ MW100 dưới dạng số nguyên, dùng để hiển thị trên giao diện WinCC và so sánh với giá trị ở IN2 Khi giá trị tại IN1 và IN2 bằng nhau, M0.0 sẽ bằng 1, dẫn đến việc bộ đếm được reset và giá trị đếm sẽ được nạp vào PV.
Khi đạt đủ số lượng sản phẩm cần thiết, bộ so sánh sẽ tác động với M0.0=1, kích hoạt cuộn hút trung gian M2.1 Biến trung gian này được sử dụng để lập trình khởi động băng tải đỏ (hình 3.16 – Network 4).
Hình 3.16: Bộ so sánh trong PLC
- Các Network 5,6,7,8 được viết tương tự như các Network 1,2,3,4 nhưng với vật màu xanh và băng tải xanh
Hình 3.17: Bộ đếm cho vật thể màu đỏ
Tại Network 9, cuộn hút đầu ra Q124.0 được sử dụng để khởi động động cơ băng tải chính Điểm tiếp xúc duy trì Q124.0 có nhiệm vụ duy trì hoạt động của cuộn hút Q124.0, cho phép biến đổi đầu ra Q124.0, từ đó giúp lập trình khởi động và dừng băng tải trên giao diện WinCC Bài viết này chỉ đề cập đến một băng tải chính.
Hình 3.18: Chương trình điều khiển cho động cơ băng tải
3.2.2 Khởi tạo và lập trình trên WinCC cho hệ thống băng tải
3.2.2.1 Lập dự án WinCC và tạo các biến
Để bắt đầu một dự án mới trên WinCC, trước tiên bạn cần cài đặt phần mềm WinCC Sau khi hoàn tất cài đặt, giao diện Windows Control Center sẽ xuất hiện Bạn chỉ cần nhấn chuột để mở biểu tượng Windows Control Center trên màn hình máy tính.
Hình 3.19: Giao diện WinCC trên màn hình máy tính
To create a new project in WinCC Explorer, select the NEW option For this tutorial, we will connect a single PLC to a computer, so choose the Single-User Project If you need to connect multiple computers, opt for the Multi-User Project To open an existing project, select the Open an Existing Project option and then click OK.
Hình 3.20: Tạo dự án mới
Sau khi tạo 1 dự án mới ta thiết lập các biến Trong khai báo biến của
WinCC ta có biến ngoại và biến nội
Biến nội được lưu trữ trong WinCC, trong khi biến ngoại nằm trong PLC Khi khai báo biến ngoại trong WinCC, các biến này sẽ được liên kết với một PLC bên ngoài Để thực hiện việc khai báo biến nội, người dùng chỉ cần nhấn chuột vào Tag Management và tiếp tục chọn các tùy chọn phù hợp.
Trong Group TagLiggingRt, chúng ta tạo hai biến nội là trụcy và trụcy1 Để thực hiện điều này, nhấn chuột phải vào màn hình giao diện và chọn New Tag Tiếp theo, ở phần kiểu dữ liệu, chọn kiểu Unsigned 32-bit value (hình 3.21).
Hình 3.21: Chọn kiểu dữ liệu cho biến nội
- Tạo biến nội trên WinCC
Để thiết lập giao tiếp giữa PLC và máy tính thông qua giao diện WinCC, cần tiến hành cài đặt giao tiếp bắt tay giữa hai thiết bị Bắt đầu từ mục Tag, quá trình cài đặt sẽ được thực hiện để đảm bảo sự kết nối hiệu quả.
To configure the SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE, right-click on MPI to open the Connection Properties window (read-only) In the General tab, select a name for the connection, then proceed to the Connection Parameter – MPI window by clicking on properties Follow the selections as shown in Figure 3.22, and then click OK to finalize the setup.
Hình 3.22: Tạo giao tiếp bắt tay
+ Sau khi cài đặt giao tiếp bắt tay ta có thông số tại mục Parameters nhƣ hình 3.23
Hình 3.23: Giao thức bắt tay sau khi đƣợc chọn
Tại mục MPI, hãy chọn PLC (tên giao tiếp bắt tay) Nhấn chuột phải vào PLC và chọn New Tag Sau đó, đặt tên cho các biến và xác định kiểu dữ liệu như trong hình 3.24.
Hình 3.24: Tạo các biến ngoại
- Tại mục name chọn tên biến, tại Data Type chọn các kiểu dữ liệu
- Tại mục Address , chọn Select cửa sổ Address properties hiện ra chọn địa chỉ các biến (hình 3.25)
Hình 3.25: Chọn địa chỉ cho các biến
- Sau khi tạo xong các biến ta có các biến ngoại nhƣ hình 3.26
Hình 3.26: Các biến ngoại sau khi đƣợc chọn
3.2.2.2 Thiết kế giao diện trên WinCC
- Tại mục Graphics Designer nhấn chuột phải chọn New picture Sau đó đặt tên cho Graphics, trong bài này đặt tên là HIENTHI (hình 3.27)
Hình 3.27: Thiết kế giao diện điều khiển trên WinCC
- Sau khi tạo xong tiếp tục chọn HIENTHI.PDL(hình 3.28)
Hình 3.28: Mở giao diện mới tạo
- Hình 3.29 là giao diện mở ra của HIENTHI.PDL Giao diện này đã đƣợc thiết kế
Hình 3.29: Giao diện điều khiển sau khi đã thiết kế
- Chọn hình ảnh cảm biến cho giao diện, tại mục view chọn Library ( hình 3.30)
Hình 3.30: Chọn thƣ viện để thiết kế
- Cửa sổ Library xuất hiện chọn thƣ mục Siemens HMI Symbol Library 1.3, chọn tiếp sensor Hình 3.31 và 3.32
Hình 3.31: Giao diện của thƣ viện
Hình 3.32: Danh mục của thƣ viện Siemens HMI
- Chọn công cụ Gaint Icons, sau đó chọn SENSOR 2 HÌNH 3.33và 3.34
- Chọn số hiển thị sản phẩm đếm đƣợc, tại Library chọn Displays( hình 3.35)sau đó chọn Digital Output (hình 3.36)
Hình 3.35: Thƣ mục hiển thị
- Chọn hộp đựng sản phẩm Tại thƣ mục Library chọn Siemens HMI Symbol Library 1.3, tiếp tục nhấn chọn mục containers và chịn hộp sản phẩm cardboard box, open Hình 3.37
Hình 3.37: Chọn hộp đựng sản phẩm
- Các vật thể và giao diện khác ta vẽ bằng công cụ Polygon( hình 3.38)
- Sau khi vẽ hết các vật thể ta lựa chọn màu sắc cho giao diện Nhấn chuột phải vào vật thể chọn Properties.( hình 3.39)
Hình 3.39: Chọn màu cho giao diện
- Sau khi chọn properties, cửa sổ Object Properties xuất hiện Tại properties chọn color, trên thanh background color mục static ta chọn màu cho vật thể (hình 3.40)
Hình 3.40: Chọn màu nền cho giao diện
- Chọn nút nhấn dừng và khởi động cho băng tải Tại thanh công cụ chọn mục Windows Objects tiếp tục chọn Button (hình 3.41)
Sau khi chọn nút nhấn, bạn cần đặt tên cho nút tại mục Text Mục color cho phép bạn thay đổi màu sắc của nút, trong khi mục Change Picture on Mouse Click giúp tham chiếu đến các giao diện khác.
Hình 3.41: Nhập tên cho nút nhấn
3.2.2.3 Viết chương trình chuyển động cho các vật thể và hiển thị biến đếm
Cảm biến sẽ hiển thị nhấp nháy khi có vật thể đi qua, và để thể hiện sự phát hiện này, chúng ta sẽ vẽ một hình vuông nhỏ phía trên cảm biến đã chọn.
Từ hình vuông nhỏ ta nhấn chuột phải chọn Properties,
Hình 3.42: Đặt hiệu ứng cho cảm biến hồng ngoại
In the Object Properties window, navigate to the Properties section and select Flashing Set the Static flashing background option to Yes The two Flashing Background Color options represent the blinking colors of the sensor; keep these at their default colors Adjust the background flash frequency to 'fast' under the Static section (see Figure 3.43) In the Dynamic section, the flashing Background color allows you to set the blinking conditions for the colors Right-click on the light bulb icon to open a window and select the tag (see Figure 3.44).
Hình 3.43: Chế độ nhấp nháy của cảm biến
Hình 3.44: Chọn biến liên kết cho cảm biến
Cửa sổ tags – Project mở ra, ta chọn tìm đến biến nhấp nháy xanh trong biến ngoại ở WinCC Tags → SIMATIC S7 PROTOCOL SUIT →MPI→PLC
(hình 3.45) sau đó nhấn OK để kết thúc cài đặt Cảm biến nhấp nháy màu đỏ ta làm thao tác tương tự
Hình 3.45: Các biến ngoại của PLC
- Thiết lập chương trình cho băng tải chạy
Mỗi thanh trên băng tải được thiết kế là một hình riêng biệt, với đoạn chương trình viết bằng ngôn ngữ lập trình C có cấu trúc tương tự nhưng khác nhau về tọa độ Để các thanh chuyển động đồng bộ như băng tải, chúng ta cần lập trình cho chúng trên một trục tọa độ x Các thanh được cài đặt với màu sắc xen kẽ để dễ dàng quan sát khi di chuyển Sau khi hoàn tất việc vẽ các hình thanh của băng tải, chúng ta sẽ viết chương trình cho từng thanh riêng lẻ Để truy cập vào thanh băng tải, người dùng chỉ cần nhấn chuột phải và chọn Properties từ trình đơn thả xuống, cửa sổ Object Properties sẽ mở ra.
Hình 3.46: Chọn màu sắc cho băng tải
Hình 3.47: Viết chương trình C cho từng thanh băng tải
- Tại mục properties của cửa sổ chọn Geometry , tại thanh position x mục