ĐIỀU KHIỂN và GIÁM sát hệ THỐNG PHÂN LOẠI, ĐÓNG THÙNG táo và lưu KHO , có CODE

Thực hiện mô phỏng các khâu, quy trình từ vệ sinh táo, phân loại táo theo cân nặng theo 3 mức nhẹ, trung bình, nặng, đóng gói đến lưu kho hàng hóa táo... Bảng thống kê dữ liệu cho hệ thố

LƯU KHO , CÓ CODE

1

PLC Programmable Logic Controller

SCADA Supervisory Control And Data Acquisition

TIA Portal Totally Integrated Automation Portal

WinCC Windows Control Center

2

3

4

5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1.Giới thiệu:

Quy trình phân loại, đóng gói và lưu kho đang trở thành các quy trình không thểthiếu trong các công trình tự động hóa, mà ngày nay các công trình tự động hóathường gắn liền với nền công nghiệp, nông nghiệp

Việc phân loại sản phẩm hay hàng hóa, đóng gói và lưu kho các kiện hàng cầnphải có tốc độ nhanh và sự chính xác Nhiều xưởng sản xuất, nhà máy hiện nay đãứng dụng các quy trình tự động như quy trình phân loại, đóng gói và lưu kho để tiếtkiệm được nhiều thời gian trong quá trình sản xuất, gia tăng được năng suất, giảm

sự can thiệp của con người cũng như giảm thiểu sức lao động con người

1.3.Đối tượng nghiên cứu:

- PLC S7 – 1200 CPU 1214 DC/DC/DC

- Lập trình PLC, SCADA

- Phần mềm AUTOCAD

1.4.Phạm vi nghiên cứu:

Ở góc độ là đồ án chuyên ngành, hạn chế về kinh phí nên phạm vi nghiên cứu giới hạn chỉ đến mô phỏng Thực hiện mô phỏng các khâu, quy trình từ vệ sinh táo, phân loại táo theo cân nặng theo 3 mức nhẹ, trung bình, nặng, đóng gói đến lưu kho hàng hóa táo

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

sự kiện theo các trình tự Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích ( ngõ vào ) tác động vào bộ điều khiển lập trình ( PLC ) hoặc qua các hoạt động phổ biến như là thời gian được đặt định trước hay các sự kiến được đếm

- Bộ điều khiển lập trình ( PLC ) ra đời để thay thế những hệ thống điều khiển thế hệ

cũ sử dụng nhiều relay, tiếp điểm, nút nhấn để thực hiện các nhiệm vụ PLC hoạt động bằng phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu và, khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo Ngôn ngữ lập trình của bộ điều khiển lập trình có thể làLadder hay State Logic PLC sử dụng các tiếp điểm ảo giúp người dùng, người thiết kế

có thể linh hoạt, dễ dàng thay đổi, lập trình và tùy chỉnh cho nhiều nhiệm vụ khác nhautrong thực tế

2.1.1 PLC S7 – 1200

- Vào năm 2009, Siemens đã cho ra đời dòng PLC S7 – 1200, mục đích ra đời của S7 – 1200 là để dùng thay thế dần cho S7 – 200 vì S7 – 1200 có những tính năng nổi trội hơn

- Với chi phí thấp và được thiết kế nhỏ gọn cùng tập lệnh mạnh từ đó sẽ đưa ra những giải pháp tối ưu hơn cho ứng dụng sử dụng với S7 – 1200

- PLC S7 – 1200 có cung cấp cổng PROFINET, có hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.PLC S7 – 1200 gồm có:

+ Giống như điều khiển AC hoặc DC phạm vi rộng, 3 bộ điều khiển nhỏ gọn được phân loại ở các phiên bản khác nhau

+ Để giảm chi phí sản phẩm, 2 mạch tương tự và số mở rộng sẽ điều khiển mô-đun trực tiếp trên CPU

+ Có 13 mô-đun tín hiệu số và tương tự khác nhau.

+ RS232/RS485 là 2 mô-đun giao tiếp thông qua kết nối PTP

+ Bổ sung thêm 4 cổng Ethernet

+ Điện áp 24 VDC, dòng điện áp 115/230 VAC và mô-đun nguồn PS 1207 ổn định

Hình 2 1 Cấu tạo của bộ điều khiển Siemens CPU S7 – 1200

- Người dùng có thể cấu hình, lập trình mô phỏng thử nghiệm tất cả các bộ điều khiển lập trình, các mô-đun, HMI có sẵn của phần mềm một cách dễ dàng vì giao diện của phần mềm thiết kế rất thân thiện, gần gũi với người sử dụng, phù hợp cho người dùng lâu năm và cũng phù hợp với người mới sử dụng

Hình 2 2 Giao diện phần mềm TIA Portal V16

- Chức năng của phần mềm TIA Portal V16:

+ Tất cả bộ điều khiển đều có khả năng mở rộng, quá trình lập trình được hỗ trợ mạnh mẽ

+ Sự tương tác giữa bộ điều khiển và HMI và các thiết bị làm việc trong cùng môi trường được tối ưu, biểu tượng đặc trưng và dữ liệu quản lý được phép chia sẻ

+ Có hệ thống tích hợp các công cụ, phụ kiện, hệ thống chuẩn đoán các lỗi

+ Quá trình vận hành hiệu quả nhờ các dạng biểu đồ, các hàm chức năng điều khiển vị trí được phép mở rộng và tùy ý chỉnh

+ Có tích hợp bảo mật, thư viện được hỗ trợ toàn diện

+ Phần cứng và phần mềm được hỗ trợ nâng cấp với các chức năng tương tự nhau

MIN SInt, Int, Dint, USInt, UInt, UDInt, Real Giá trị cực tiểu ngõ vào

của phạm vi

hay chuẩn hóa

MAX SInt, Int, Dint, USInt, UInt, Real Giá trị cực đại ngõ vào của

phạm vi

tỉ lệ hay được chuẩn hóa

2.2.2 Khối NORM_X

- Khối lệnh NORM_X là làm chuẩn hóa thông số VALUE bên trong phạm vi giá trị được xác định bởi MIN và MAX, OUT = (VALUE – MIN) / (MAX – MIN) với điều kiện 0.0 <= OUT <= 1.0 MIN, MAX, VALUE phải giống nhau về kiểu dữ liệu

Hình 2 4 Khối lệnh NORM_X

MIN SInt, Int, Dint, USInt, UInt, UDInt, Real Giá trị cực tiểu ngõ vào

của phạm vi

VALUE SInt, Int, DInt, USInt, UInt, UDInt, Real Giá trị ngõ vào để định tỉ lệ

hay chuẩn hóa

MAX SInt, Int, Dint, USInt, UInt, Real Giá trị cực đại ngõ vào của

phạm vi

OUT SInt, Int, DInt, USInt, UInt, UDInt, Real Giá trị ngõ ra đã được định

tỉ lệ hay được chuẩn hóa

2.2.3 Khối TON

- Khối lệnh TON nghĩa là ngõ ra của bộ định thì On – delay Q được đặt lên On sau một sự trì hoãn thời gian được đặt do người dùng

Hình 2 5 Khối lệnh TON

- Thông số ngõ vào và ngõ ra của bộ định thì TON đều giống nhau

- Để khởi động bộ định thì TON thì cần có sự quá độ từ 0 lên 1 ở IN

- Thông số PT và IN:

+ Thay đổi PT không có ảnh hưởng trong khi bộ định thì vận hành

+ Thay đổi IN sang “FALSE”, trong khi bộ định thì vận hành, sẽ đặt lại và dừng bộ định thì

2.2.4 Khối CTUD

- Khối lệnh CTUD nghĩa là đếm lên hay đếm xuống 1 đơn vị theo sự quá độ từ 0 - 1 của ngõ vào đếm lên hay đếm xuống Nếu CV ( còn gọi là giá trị đếm tạm thời ) lớn hơn hoặc bằng PV ( hay gọi là giá trị đếm đặt trước ) thì ngõ ra của QU bằng 1 Nếu

CV nhỏ hơn hay bằng 0 thì ngõ ra của QD = 1 LOAD đổi từ 0 lên 1 thì PV được nạp đến bộ đếm như 1 giá trị CV mới, nếu R được đặt lại và thay đổi từ 0 lên 1 thì CV sẽ

về 0

Hình 2 6 Khối lệnh CTUD

2.2.5 Khối P_TRIG

- Khối lệnh P_TRIG hoạt động như sau: dòng tín hiệu ngõ ra Q hoặc logic đang ở trạng thái “TRUE” khi quá độ dương ( từ OFF thành ON ) được phát hiện ở trạng thái ngõ vào CLK hay trên dòng tín hiệu CLK

- IN: là địa chỉ có giá trị cần sao chép

- OUT1: là địa chỉ lưu giá trị cần sao chép

IN SInt, Int, Dint, USInt, UInt, UDInt, Real,

LReal, Byte, Word, DWord, Char, Array, Struct, DTL, Time

Địa chỉ nguồn

OUT SInt, Int, DInt, USInt, UInt, UDInt, Real,

LReal, Byte, Word, DWord, Char, Array, Struct, DTL, Time

Địa chỉ đích

2.2.7 Khối ADD

- Khối lệnh ADD là một khối lệnh thực hiện phép toán cơ bản, ADD là phép cộng

Hình 2 9 Khối lệnh ADD

- Khối lệnh phép cộng được thực hiện bởi IN1 + IN2 = OUT

IN1, IN2 SInt, Int, Dint, UInt, UDInt, Real, LReal,

- Khối lệnh phép trừ được thực hiện bởi IN1 – IN2 = OUT

IN1, IN2 SInt, Int, Dint, UInt, UDInt, Real, LReal,

Constant

Các ngõ vào phép toán

OUT SInt, Int, DInt, UInt, UDInt, Real, LReal Ngõ ra phép toán

2.2.9 Lệnh (P) và (N)

- Lệnh (P) hay còn gọi là cuộn P có bit được gán OUT là TRUE khi từ OFF sang ON nghĩa là khi có 1 sự quá độ dương được phát hiện trên dòng tín hiệu đi vào cuộn dây

Hình 2 11 Lệnh (P)

- Lệnh (P) có thể được định vị bất kì vị trí nào ở trong mạch

- Lệnh (N) hay còn gọi là cuộn N có bit được gán OUT là TRUE khi từ OFF sang ON nghĩa là khi có 1 sự quá độ âm được phát hiện trên dòng tín hiệu đi vào cuộn dây

Hình 2 12 Lệnh (N)

- Lệnh (N) có thể được định vị bất kì vị trí nào ở trong mạch

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống

Hình 3 1 Sơ đồ khối của hệ thống

3.1.1 PLC S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC (Siemens)

- Chức năng: Bộ điều khiển lập trình là thiết bị lập trình dùng để điều khiển, điều hành các hệ thống tự động hóa trong công nghiệp Dùng các ngôn ngữ lập trình như Ladder, State Logic để thực hiện các thuật toán điều khiển

Hình 3 2 PLC S7 – 1200 CPU 1214 DC/DC/DC

- Thông số kỹ thuật của PLC S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC

+ Hãng sản xuất: Siemens ( của nước Đức )

+ Nguồn điện: sử dụng nguồn 24VDC

+ Với ngõ ra có thể điều chỉnh độ rộng xung với 2 nguồn xung với tần số lên đến 100KHz để điều khiển nhiệt độ, điều chỉnh tốc độ động cơ, điều chỉnh độ mở van.+ Sơ đồ đấu dây của bộ điều khiển lập trình S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC:

Hình 3 3 Sơ đồ đấu dây của PLC S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC

3.1.2 SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)

- Chức năng: SCADA là chương trình giúp người dùng thu thập dữ liệu và giám sát hệ thống, thiết kế giao diện giao tiếp giữa máy tính và người dùng

- Cách dùng: Wincc Runtime Advanced với chuẩn kết nối IE general để giao tiếp với

bộ điều khiển lập trình hay còn gọi là PLC

Hình 3 4 Cấu hình SCADA

3.2.Thiết kế dữ liệu cho hệ thống

3.2.1 Bảng thống kê dữ liệu cho hệ thống khâu vệ sinh táo

STT PLC Tags Ghi chú Kiểu

dữ liệu

Địa chỉ thực

Địa chỉ SCADA OUTPU

T

INPUT 1 Start Nút nhấn Start tại chỗ của

4 I_Mode Nút nhấn tại chỗ cho hệ

thống cân định lượng hoạt động

Bool I0.0

5 I_CB_Can Cảm biến cân định lượng Bool I0.1

DATA 1 Start_Co Nút Star của bộ cọ rửa trên

4 En_Pump_well Biến kích hoạt cho phép

máy bơm hoạt động

5 Mode_Pump_well Biến điều khiển máy bơm Bool M1.7 M1.7

6 Run Biến ngõ ra cho phép hệ

thống máy bơm hoạt động

trên màn HMI

10 Control_Pump_well Nút nhấn bơm của máy

bơm trên màn HMI

11 START_SCADA Nút nhấn Start cho hệ thống

hoạt động trên màn HMI

12 STOP_SCADA Nút nhấn Stop cho hệ thống

dừng hoạt động trên màn HMI

16 M_BT Biến ngõ ra của băng

3.2.2 Bảng thống kê dữ liệu cho hệ thống khâu phân loại táo theo cân nặng

STT PLC tags Ghi chú Kiểu dữ

liệu

Địa chỉ thực

Địa chỉ SCAD A OUTPU

T

1 Q_Lamp_Auto Đèn ở chế độ tự động Bool Q0.0 Q0.0

2 Q_Lamp_Manu Đèn ở chế độ bằng tay Bool Q0.1 Q0.1

4 Q_Xylanh_Nhe Đèn báo của piston

của táo có cân nặng nhẹ

5 Q_Xylanh_TB Đèn báo của piston

của táo có cân nặng TB

INPUT 1 I_Mode Nút nhấn tại chỗ cho

hệ thống cân định lượng hoạt động

DATA 1 IW_Loadcell Biến giá trị trọng

lượng

2 M_Simulation Biến cho phép hệ

thống cân định lượng hoạt động

4 TG_DANG_CAN Biến nhớ của thời gian

táo dừng lại cân

13 M_Reset Biến làm mới hệ thống

cân định lượng

hoạt động cho cân định lượng

15 M_CB_Can Biến cảm biến cân Bool M10.1 M10.1

16 M_CB_Nhe Biến cảm biến trọng

24 Q_Auto_BT Biến nhớ của đèn băng

tải chế độ tự động

25 Q_Auto_Xylanh_Nhe Biến nhớ của đèn

piston có táo cân nặng nhẹ ở chế độ tự động

26 Q_Auto_Xylanh_TB Biến nhớ của đèn

piston có táo cân nặng

_Xylanh_TB

Biến nhớ của đèn piston có táo cân nặng

36 Act_Count_TB Biến đếm số táo có

cân nặng TB

6

MW20 6

37 Act_Count_Nang Biến đếm số táo có

cân nặng nặng

8

MW20 8

38 TG_Loai_SP Biến thời gian loại táo Int MW21

0

MW21 0

39 Act_Count_Loadcell Đếm số lần cân Int MW21

2

MW21 2

40 SIMU_VT_SP Biến mô phỏng táo di

chuyển

4

MW21 4

41 SIMU_TYPE_SP Biến phân loại cân

nặng táo

6

MW21 6

L

Biến chọn trọng lượng ngẫu nhiên

8

MD218

Bảng 1 2 Bảng thống kê dữ liệu cho hệ thống khâu phân loại táo theo cân nặng

3.2.3 Bảng thống kê dữ liệu cho hệ thống khâu đóng thùng táo

STT PLC tags Ghi chú Kiểu dữ

liệu

Địa chỉ thực

Địa chỉ SCAD A OUTPU

T

INPUT 1 BI_S1 Nút nhấn tại chỗ hệ

thống hoạt động

2 BI_S3 Nút nhấn tại chỗ hệ

thống ngừng hoạt động

6 Pre_M_SS1 Biến giữ của biến nhớ

cảm biến

9 SimuSP Biến cho phép thùng

Bảng 1 3 Bảng thống kê dữ liệu cho hệ thống khâu đóng thùng táo

3.2.4 Bảng thống kê dữ liệu cho hệ thống khâu lưu kho táo

Địa chỉ SCAD A

T

INPUT 1 BI_START Nút nhấn tại chỗ

trong 5s ở cửa vào

19 SIMU_THUNG_RA Biến mô phỏng

thùng di chuyển ra Bool M8.4 M8.4

20 BIT_GIU_SIMU_THUNG_R

A

Biến nhớ tạm thùng ra

21 BIT_GIU_SIMU_THUNG_V

AO

Biến nhớ tạm thùng vào

23 DEM_VAO_RA Biến nhớ tạm khi

thùng vào hoặc ra

8

MW10 8

3.3.1 Thiết kế giao diện SCADA điều khiển và giám sát hệ thống

- Để thiết kế giao diện SCADA chúng ta sử dụng phần mềm TIA Portal v16 với bộ điều khiển lập trình S7 – 1200 1214C DC/DC/DC kết nối Wincc Advanced bằng cổng truyền thông Profinet

Hình 3 5 Mô phỏng kết nối PLC với SCADA

Hình 3 6 Giao diện SCADA Intro

Hình 3 7 Giao diện SCADA quy trình rửa táo

Hình 3 8 Giao diện SCADA quy trình phân loại táo theo cân nặng

Hình 3 9 Giao diện SCADA quy trình đóng thùng táo

Hình 3 10 Giao diện SCADA quy trình lưu kho táo

CHƯƠNG 4 GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN

Đến khâu phân loại táo theo cân nặng, chúng ta nhập giá trị khối lượng nằm trong khoảng mong muốn vào, khởi động hệ thống, băng chuyền hoạt động chuyền từng quả táo đến cân định lượng, khi táo đang cân băng chuyền sẽ dừng lại, khi táo cânxong băng chuyền sẽ tiếp tục hoạt động Các quả táo khi cân xong, nếu quả táo có khốilượng nhẹ cảm biến 1 sẽ phát hiện, piston 1 sẽ đẩy táo xuống thùng dành cho táo có khối lượng nhẹ Nếu quả táo có khối lượng trung bình, băng chuyền sẽ chuyền táo qua piston 1 mà không bị đẩy và đến cảm biến 2 sẽ phát hiện, piston 2 sẽ đẩy táo xuống thùng dành cho táo có khối lượng trung bình Nếu quả táo có khối lượng nặng sẽ đi qua piston 1 và piston 2 mà không bị đẩy, đến cuối băng chuyền táo sẽ tự rơi vào thùng có khối lượng nặng được đặt ở cuối băng chuyền

Đến khâu đóng thùng, sau khi táo được phân loại theo cân nặng, được phân chiathành 3 khu vực khác nhau, mỗi khu vực sẽ có băng chuyền, tiếp tục chuyền các thùngtáo đã được phân loại đến băng chuyền có máy đóng thùng để đóng thùng

Khâu cuối cùng là khâu lưu kho, lưu trữ các thùng táo đã được đóng gói Kho lưu trữ có 3 ngăn, mỗi ngăn có 3 ô Ngăn cao nhất là ngăn dành cho các thùng táo có khối lượng nhẹ, ngăn giữa là ngăn dành cho các thùng táo có khối lượng trung bình,

ngăn thấp nhất là ngăn dành cho các thùng táo có khối lượng nặng Các thùng táo đã được đóng thùng sẽ được cánh tay gắp, gắp qua băng chuyền của kho lưu trữ, băng chuyền chuyền thùng táo đến cửa vào của kho thì có cảm biến phát hiện là có thùng đang vào và cửa vào sẽ tự động mở, công nhân sẽ dùng cánh tay gắp, gắp các thùng táo đưa lên ngăn sao cho thùng để đúng ngăn đúng khối lượng với thùng.

4.2 Lưu đồ giải thuật

Bước 3: Qua screens ở mục HMI_RT_1 [WinCC RT Advanced] trong mục

PC-System_1 [SIMATIC PC station], nhấn compile, tiếp theo nhấn start simulation để chạy mô phỏng trên giao diện SCADA

Bước 4: Ở khâu vệ sinh táo, cài đặt khối lượng mong muốn, chọn chế độ hoạt động, bật On để hệ thống hoạt động

Bước 5: Giám sát táo được chuyền trên băng chuyền đến cân định lượng thì băng chuyền dừng, cân xong băng chuyền tiếp tục di chuyển cho táo rơi xuống bồn nước được cọ rửa, quan sát cọ hoạt động, nước được xả khi táo được gắp ra khỏi bồn

Bước 6: Quan sát quá trình thông qua hệ thống giám sát SCADA

Bước 7: Nhấn nút Off để hệ thống ngừng hoạt động

Bước 8: Đến khâu phân loại táo, cài đặt khối lượng mong muốn, chọn chế độ hoạt động, bật On để hệ thống hoạt động

Bước 9: Giám sát táo được băng chuyền tới cân định lượng thì băng chuyền dừng, cân xong băng chuyền tiếp tục di chuyển và số cân nặng được hiện trên I/O filed, táo di chuyển qua các cảm biến và piston nếu cân nặng táo khớp với các thông số đã lập trình ở cảm biến, piston thì piston đẩy táo xuống thùng

Bước 10: Quan sát quá trình phân loại táo thông qua hệ thống giám sát SCADA.Bước 11: Nhấn nút Off để hệ thống ngừng hoạt động

Bước 12: Đến khâu đóng thùng táo, nhấn Simulation, hệ thống hoạt động, nhấn Start

để hệ thống bắt đầu mô phỏng

Bước 13: Băng chuyền chuyền thùng táo gặp cảm biến thì dừng lại, máy đóng thùng đóng thùng táo, băng chuyền tiếp tục chuyền thùng đi Giám sát số lượng các thùng đã được đóng qua I/O filed

Bước 14: Quan sát quá trình đóng thùng táo thông qua hệ thống giám sát SCADA.Bước 15: Nhấn Stop để hệ thống ngừng hoạt động

Bước 16: Ở khâu cuối cùng là khâu lưu kho táo, nhấn Simulation Các thùng táo đã được đóng thùng sẽ được cánh tay gắp, gắp qua băng chuyền của kho lưu trữ, băng chuyền chuyền thùng táo đến cửa vào của kho thì có cảm biến phát hiện là có thùng đang vào và cửa vào sẽ tự động mở, công nhân sẽ điều khiển cánh tay gắp, gắp các thùng táo đưa lên ngăn sao cho thùng để đúng ngăn đúng khối lượng với thùng

Bước 17: Giám sát số lượng thùng ở kho lưu trữ qua I/O filed, giám sát số ô trống và đầy qua bảng vị trí còn trống, nếu màu lục thì là vị trí ô đó còn trống, nếu màu đỏ thì

vị trí ô đó đầy

Bước 18: Quan sát quá trình lưu kho táo thông qua hệ thống giám sát SCADA

Bước 19: Nhấn Off simulation để hệ thống ngừng hoạt động