THIẾT KẾ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐÔNG SỬ DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN TRÊN GIAO DIỆN WIN CC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ LÊ VĂN DẦN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐÔNG SỬ DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN TRÊN GIAO DIỆN WIN CC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐÀ NẴNG, 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN ĐIỆN. PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống lưu kho tự động sử dụng PLC điều khiển trên giao diện WinCC 1. Họ và tên sinh viên nhóm sinh viên được giao đề tài: Lê Văn Dần 2. Mục tiêu đề tài Thiết kế hệ thống lưu kho tự động sử dụng PLC điều khiển trên giao diện WinCC Nội dung nhiệm vụ Tìm hiểu nguyên lý trộn phối liệu Căn cứ yêu cầu tính toán, thiết kế và lựa chọn các mạch điện cũng như linh kiện, vật tư liên quan. Mô phỏng hệ thống. Triển khai lắp ráp và lắp đặt thử nghiệm. Đo đạc các thông số điện đầu ra và kiểm chứng kết quả mô phỏng thông qua kết nối với mô hình 3. Kết quả tối thiểu phải có 1) Sản phẩm mô hình lưu kho tự động 2) Sản phẩm hoạt động được. 3) Có chương trình điều khiển trên máy tính 4) Báo cáo đồ án được trình bày hoàn chỉnh theo quy định. Ngày giao đề tài: 2082022 Ngày nộp báo cáo: 30112022. Sinh viên thực hiện (Ký và ghi rõ họ tên) Đà Nẵng, ngày 20 tháng 8 năm 2022 Giảng viên hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) Th.S Phan Cường MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI.........3 1.1 Đặt vấn đề.............................................................................................................3 1.1.1 Tìm hiểu chung về hệ thống lưu trữ hàng hóa...............................................3 1.1.2 Đặt vấn đề..........................................................................................................5 1.2 Thực tiễn đề tài ....................................................................................................5 1.3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu..................................................6 1.4 Phương pháp nghiên cứu....................................................................................6 1.5 Kế hoạch nghiên cứu ...........................................................................................6 1.6 Nội dung đề tài.....................................................................................................6 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TỰ ĐỘNG HÓA ..........................................8 2.1 Mở đầu .................................................................................................................8 2.2 Giới thiệu về PLC S71200 .................................................................................9 2.2.1 Tổng quan về nguồn gốc PLC .........................................................................9 2.2.2 Một số nhóm PLC phổ biến hiện nay.............................................................9 2.2.3 Giới thiệu về Siemens PLC S71200 .............................................................10 2.3 Các thành phần cơ bản của một bộ PLC ........................................................12 2.3.1 Cấu hình phần cứng.......................................................................................12 2.3.2 Cấu tạo chung của PLC.................................................................................15 2.3.3 Khái niệm chung.............................................................................................16 2.3.4 Các phương pháp lập trình ...........................................................................17 2.3.5 Các rơle nội .....................................................................................................20 2.3.6 Các rơle thời gian ...........................................................................................21 2.4 Đánh giá ưu nhược điểm của PLC ..................................................................22 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG.....................................25 3.1 Thiết kế phần cứng của hệ thống.....................................................................25 3.1.1 Sơ đồ khối của hệ thống.................................................................................25 3.1.2 Mô tả công nghệ của hệ thống.......................................................................25 3.2 Mạch động lực và mạch điều khiển .................................................................26 3.2.1 Mạch động lực ................................................................................................26 3.2.2 Mạch điều khiển .............................................................................................27Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Phan Cường SVTH: Lê Văn Dần 3.3 Thi công mô hình...............................................................................................27 3.3.1 Khái quát các thiết bị của mô hình...............................................................27 3.3.2 Mô hình hoàn thiện ........................................................................................36 3.3.3 Giao diện điều khiển trên Win CC ...............................................................39 CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH CHO HỆ THỐNG ....................................................40 4.1 Phần mềm TIA Portal.......................................................................................40 4.1.1 Giới thiệu phần mềm .....................................................................................40 4.1.2 lập trình trong TIA Portal.............................................................................40 4.1.3 Thiết kế giao diện Win CC ............................................................................45 4.1.3 Thiết lập địa chỉ IP.........................................................................................49 4.2 Lưu đồ thuật toán của hệ thống.......................................................................50 4.3 Bảng phân công vào ra .....................................................................................56 KẾT LUẬN ..............................................................................................................57 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

LÊ VĂN DẦN

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐÔNG

SỬ DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN TRÊN GIAO DIỆN

WIN CC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐÀ NẴNG, 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐÔNG

SỬ DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN TRÊN GIAO DIỆN

WIN CC

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỰ ĐỘNG

GVHD: PHAN CƯỜNG SVTH: LÊ VĂN DẦN LỚP: K24EDT2

MSSV: 24211701128

ĐÀ NẴNG, 2022

ĐẠI HỌC DUY TÂN

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống lưu kho tự động sử dụng PLC

điều khiển trên giao diện WinCC

1 Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài:

Lê Văn Dần

2 Mục tiêu đề tài

Thiết kế hệ thống lưu kho tự động sử dụng PLC điều khiển trên giao

diện WinCC

Nội dung nhiệm vụ

- Tìm hiểu nguyên lý trộn phối liệu

- Căn cứ yêu cầu tính toán, thiết kế và lựa chọn các mạch điện cũng như linh kiện, vật tư liên quan

- Mô phỏng hệ thống

- Triển khai lắp ráp và lắp đặt thử nghiệm

- Đo đạc các thông số điện đầu ra và kiểm chứng kết quả mô phỏng thông qua kết nối với mô hình

3 Kết quả tối thiểu phải có

1) Sản phẩm mô hình lưu kho tự động

2) Sản phẩm hoạt động được

3) Có chương trình điều khiển trên máy tính

4) Báo cáo đồ án được trình bày hoàn chỉnh theo quy định

Ngày giao đề tài: 20/8/2022 Ngày nộp báo cáo: 30/11/2022

Sinh viên thực hiện

LỜI CAM ĐOAN

Tôi Lê Văn Dần xin cam kết đề tài “Thiết kế hệ thống lưu kho tự động sử dụng PLC điều khiển trên giao diện Win CC” là quá trình nghiên cứu và học tập từ Trường đại hoc Duy Tân, và sự giúp đỡ của thầy Phan Cường, các kết quả và nội dung trong nghiên cứu trong đồ án là hoàn toàn trung thực, không hề sao chép của các công trình nghiên cứu nào trước đó, với một số nguồn tài liệu chúng tôi đã thực hiện trích dẫn

và ghi nguồn tài liệu theo đúng quy định của nhà trường

Sinh viên thực hiện

Lê Văn Dần

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 3

1.1 Đặt vấn đề 3

1.1.1 Tìm hiểu chung về hệ thống lưu trữ hàng hóa 3

1.1.2 Đặt vấn đề 5

1.2 Thực tiễn đề tài 5

1.3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 6

1.4 Phương pháp nghiên cứu 6

1.5 Kế hoạch nghiên cứu 6

1.6 Nội dung đề tài 6

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TỰ ĐỘNG HÓA 8

2.1 Mở đầu 8

2.2 Giới thiệu về PLC S7-1200 9

2.2.1 Tổng quan về nguồn gốc PLC 9

2.2.2 Một số nhóm PLC phổ biến hiện nay 9

2.2.3 Giới thiệu về Siemens PLC S7-1200 10

2.3 Các thành phần cơ bản của một bộ PLC 12

2.3.1 Cấu hình phần cứng 12

2.3.2 Cấu tạo chung của PLC 15

2.3.3 Khái niệm chung 16

2.3.4 Các phương pháp lập trình 17

2.3.5 Các rơle nội 20

2.3.6 Các rơle thời gian 21

2.4 Đánh giá ưu nhược điểm của PLC 22

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG 25

3.1 Thiết kế phần cứng của hệ thống 25

3.1.1 Sơ đồ khối của hệ thống 25

3.1.2 Mô tả công nghệ của hệ thống 25

3.2 Mạch động lực và mạch điều khiển 26

3.2.1 Mạch động lực 26

3.2.2 Mạch điều khiển 27

3.3 Thi công mô hình 27

3.3.1 Khái quát các thiết bị của mô hình 27

3.3.2 Mô hình hoàn thiện 36

3.3.3 Giao diện điều khiển trên Win CC 39

CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH CHO HỆ THỐNG 40

4.1 Phần mềm TIA Portal 40

4.1.1 Giới thiệu phần mềm 40

4.1.2 lập trình trong TIA Portal 40

4.1.3 Thiết kế giao diện Win CC 45

4.1.3 Thiết lập địa chỉ IP 49

4.2 Lưu đồ thuật toán của hệ thống 50

4.3 Bảng phân công vào ra 56

KẾT LUẬN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Các loại phương tiện bóc xếp hàng hóa hiện nay 5

Hình 2.1 PLC S7-1200 10

Hình 2.2 Nguyên lí của bộ PLC 12

Hình 2.3 Vòng quét 13

Hình 2.4 Giao diện vào ra 14

Hình 2.5 Cách ly tín hiệu vào 15

Hình 2.6 Cách ly tín hiệu vào 15

Hình 2.7 Kiểu hộp đơn 15

Hình 2.8 Kiểu mođun 16

Hình 2.9 Ký hiệu một lệnh thường 18

Hình 2.10 Phương pháp lập trình thang LAD 20

Hình 2.11 Phương pháp lập trình CSF 20

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 25

Hình 3.2 Mạch động lực 26

Hình 3.3 Mạch điều khiển 27

Hình 3.4 PLC S7-1200 CPU 1214c dcdcdc 27

Hình 3.5 Driver Tb6600 28

Hình 3.6 Driver DM556 29

Hình 3.7 Động cơ bước 30

Hình 3.8 Động cơ giảm tốc 32

Hình 3.9 Rơle trung gian 33

Hình 3.10 Cảm biến quang 34

Hình 3.11 Sơ đồ kết nối cảm biến với PLC 34

Hình 3.12 Nguồn tổ ong 35

Hình 3.13 Mô hình hoàn thiện(1) 36

Hình 3.14 Mô hình hoàn thiện(2) 36

Hình 3.15 Mô hình hoàn thiện(3) 37

Hình 3.16 Hình ảnh tủ điện 37

Hình 3.17 Giao diện điều khiển trên Win CC 39

Hình 4.1 Biểu tượng phần mềm TIA Portal V17 40

Hình 4.2 Giao diện khởi động TIA Portal 41

Hình 4.3 Tạo dự án mới 41

Hình 4.4 Giao diện sau khi tạo dự án mới 42

Hình 4.5 Chọn loại CPU 42

Hình 4.6 Giao diện lập trình S7-1200 43

Hình 4.7 Thiết lập địa chỉ IP cho PLC 43

Hình 4.8 Màn hình lập trình 44

Hình 4.9 Khai báo vào/ra 44

Hình 4.10 Thiết kế Win CC(1) 45

Hình 4.11 Thiết kế Win CC(2) 45

Hình 4.12 Thiết kế Win CC(3) 46

Hình 4.13 Thiết kế Win CC(4) 46

Hình 4.14 Nạp chương trình cho PLC(1) 47

Hình 4.15 Nạp chương trình cho PLC(2) 47

Hình 4.16 Nạp chương trình cho PLC(3) 48

Hình 4.17 Nạp chương trình cho PLC(4) 48

Hình 4.18 Nạp chương trình cho PLC(5) 49

Hình 4.19 Thiết lập địa chỉ IP(1) 49

Hình 4.20 Thiết lập địa chỉ IP(2) 50

Hình 4.21 Thiết lập địa chỉ IP(3) 50

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Mức độ bảo mật của PLC 11

Bảng 2.2 Phương pháp hình thang LAD của các loại PLC 19

Bảng 2.3 Một số ký hiệu các rơle nội trong các loại PLC 21

Bảng 3.1 Các thiết bị có trong mô hình 38

Bảng 4.1 Bảng Phân công đầu vào 56

Bảng 4.2 Bảng phân công đầu ra 56

MỞ ĐẦU

• Lý do chọn đề tài:

Ngày nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ và thời kỳ công nghệ 4.0 các cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật cũng có những bước đột phá mới, đời sống người dân ngày càng được nâng cao Cùng với xu hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa ở nước ta cũng như các nước trên thế giới, các hệ thống tự động đã được đưa vào quá trình lao động sản xuất Tuy nhiên các hệ thống lưu kho ở nước ta vẫn chưa được

áp dụng tự động hóa, vẫn còn sử dụng lao động tay chân

Các nhà kho ở nước ta hiện nay có nhiều nhược điểm sau:

- Sử dụng nhiều diện tích để chứa hàng hóa

- Không bảo quản tốt hàng hóa khi số lượng nhiều

- Rất khó kiểm soát số lượng hàng hóa ra vào trong kho

Với mục đích nghiên cứu có tính ứng dụng và có ý nghĩa thực tiễn nên tôi chọn

đề tài “THIẾT KẾ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN TRÊN GIAO DIỆN WIN CC” để giải quyết vấn đề lưu kho tự động ở nước

ta

• Mục đích thực hiện đề tài:

- Giảm bớt nhân công cho qua trình lưu trữ hàng hóa và tiết kiệm chi phí cho các nhà máy, xí nghiệp

- Giúp việc quản lý kho hàng dễ hàng, hiệu quả

- Giúp loại bỏ các loại xe nâng hạ vận hành bằng tay và khắc phục tai nạn do lỗi vận hành của công nhân

- Tiết kiệm không gian của kho hàng

• Mục tiêu của đề tài

- Hoàn thành đúng hạn mô hình và báo cáo

- Mô hình chạy ổn định và độ chính xác tương đối cao

• Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu:

+ PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC

+ Phần mềm Tia Portal

- Phạm vi nghiên cứu:

+ Thiết kế phần cứng và tạo ra mô hình, sản phẩm hoàn chỉnh

+ Lập trình trên PLC S7-1200 điều khiển giám sát “Hệ thống lưu kho tự động

sử dụng PLC S7-1200 ”

• Phương pháp nghiên cứu

- Đã tiến hành tham khảo tài liệu trên trang chủ http://www.siemens.com kết hợp với thực hành trực tiếp trên CPU 1214 của Siemens trên mô hình để đạt được kết quả tốt nhất khi thực hiện

- Đã mượn và tham khảo một số tài liệu do GVHD cung cấp,mượn các tài liệu trên thư viện để nghiên cứu; tài liệu trên các diễn đàn liên quan trên các website, các Blog

- Nghiên cứu các mô hình ở trong nước, từ đó rút ra kinh nghiệm để tiến hành thực hiện mô hình

• Ý nghĩa của đề tài:

- Giúp doanh nghiệp vận hành chính xác

- Tránh bị thất lạc hàng hóa

- giảm thiểu tối đa công nhân và rủi ro trong quá trình làm việc

CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VÀ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề

1.1.1 Tìm hiểu chung về hệ thống lưu trữ hàng hóa

Trong những năm gần đây, Việt Nam đã phát triển và hội nhập vào nền kinh

tế thế giới bằng nền sản xuất đa dạng và đầy tiềm năng Trên đà phát triển đó, đã có nhiều vấn đề tự động hóa trong sản xuất trên nhiều lĩnh vực, đồng thời hoạt động sinh hoạt hằng ngày của con người đã trở thành nhu cầu cần thiết Ngày nay, với sự ra đời

và cải tiến của các Chip điện tử, PLC, máy tính, CNC…Cùng với việc sử dụng rộng rãi và bao trùm của nó đã đẩy mạnh và sự phát triển của tự động hóa lên một tầm cao hơn Quy trình này đã diễn ra nhanh chóng và cực kỳ chuẩn xác

Công nghệ kỹ thuật tự động hóa đã được áp dụng vào kho lưu trữ tự động Đây

là ứng dụng tiến hành đưa một phần hoặc toàn bộ hoạt động sản xuất từ sức lao động của con người đến cho máy móc thiết bị Điểm đặc biệt của quy trình tự động hóa là không cần sự can thiệp quá nhiều của con người để vận hành máy móc Máy móc có thể tự hoạt động một cách linh hoạt và trơn tru nhờ vào các hệ thống điều khiển khác nhau

Lợi ích của hệ thống lưu kho tự động:

- Sử dụng ít nhân công và diện tích để chứa hàng hóa

- Phân loại được các hàng hóa khác nhau (đa dạng hàng hóa thường để chung

- với nhau trong 1 kho rất khó để phân loại)

- Bảo quản tốt hàng hóa khi có số lượng nhiều (Chất hàng chồng lên nhau dẫn đến hư hỏng móp méo)

- Dễ soát số lượng hàng hóa xuất và nhập trong kho

- Hạn chế các loại xe nâng hạ vận hành bằng tay và giảm thiểu tai nạn do lỗi vận hành của công nhân

- Loại bỏ các hư hỏng sản phẩm do lỗi xử lý thủ công trong kho

- Hệ thống theo dõi theo từng ngày, giờ và cập nhật quản lý hàng tồn kho theo thời gian thực một cách chính xác mà không cần nhiều sự giám sát từ con người

- Hệ thống có thể hoạt động 365 ngày một năm

- Làm gia tăng mạnh năng lực cho khâu dịch vụ khách hàng

- Cho phép rút ngắn thời gian thu hồi khoản đầu tư (ROI)

Hiện nay một số các công ty lớn đã áp dụng hình thức lưu kho tự động trong cách vân hành kho Năng suất kho hàng của công ty Amazon đã vươn lên 40% doanh thu còn chi phí vận hành giảm xuống chỉ còn dưới 10% khi sử dụng hệ thống kho lưu trữ thông minh Công nghệ này đã giúp ích rất nhiều cho việc kinh doanh của công

ty từ khi họ sử dụng đến hệ thống lưu kho thông minh

Đây là bằng chứng thực tế nhất đã cho ta thấy được hiệu quả rõ ràng mà hệ thống lưu kho tự động đem lại cho doanh nghiệp Trong những năm gần đây, rất nhiều công ty tại Việt Nam cũng đã và đang dần sử dụng đến hệ thống kho thông minh trong việc lưu trữ, xuất nhập hàng hóa cũng như quản lý hàng hóa Đầu tiên phải kể đến là Vinamilk – một trong những doanh nghiệp sở hữu khối lượng kho xưởng sản xuất hàng đầu trong nước cũng đang sử dụng hệ thống này

Các chuyên gia đã đưa ra các ý kiến khuyên doanh nghiệp không nên tiếp tục giữ cách lưu trữ và bảo quản hàng hóa tại các kho hàng truyền thống Bởi hình thức này khiến giá thành của sản phẩm, dịch vụ tăng cao nguyên nhân là do chi phí lưu trữ lớn Về lâu dài, nó chính là nguyên nhân khiến doanh nghiệp dần mất đi sức hút với khách hàng khi so sánh với các công ty ứng dụng kho lưu trữ tự động

Dự đoán của các chuyên gia cho rằng trong một vài năm tới, xu hướng sử dụng công nghệ kho lấy hàng tự động sẽ tiếp tục tăng cao và rộng rãi đến với các doanh nghiệp vừa và nhỏ Phần lớn các doanh nghiệp sẽ chuyển dần từ kho truyền thống sang hệ thống kho thông minh để giảm bớt các chi phí cho công nhân trực kho Mục đích sau cùng là nhằm nâng cao năng lực cạnh tranh và giảm thiểu tối đa chi phí vận hành một cách tối đa Từ đó giúp cho tăng lợi nhuận khi kinh doanh Tự động hóa việc xuất,nhập sản phẩm

Hình 1 Các loại phương tiện bóc xếp hàng hóa hiện nay

1.1.2 Đặt vấn đề

Mục đích của việc nghiên cứu và thực hiện đề tài này là phát huy, ứng dụng các kiến thức mà mình được được học trên trường lớp vào đề tài cụ thể kiểm tra lại những kiến thức đã học tại trường, nâng cao trình độ chuyên môn trong quá trình nghiên cứu,đồng thời qua đó đánh giá được lượng kiến thức đã đạt để thi công mô hình, đồng thời phát huy tính sáng tạo, cải thiện khả năng giải quyết vần đề theo yêu cầu đặt ra Đây cũng là cơ hội cho em khẳng định mình trước khi ra trường và làm việc cho các công ty trong môi trường chuyên nghiệp sau này

Với mục đích nhằm đáp ứng nhu cầu sắp xếp sản phẩm, hàng hóa một cách tự động giúp tiết kiệm thời gian và chi phí thì em đã chọn đề tài “Thiết kế hệ thống lưu kho tự động sử dụng PLC điều khiển trên giao diện Win CC”

1.2 Thực tiễn đề tài

Thiết kế và thi công mô hình hệ thống lưu kho tự động ứng dụng PLC S7-1200 với mục đích nghiên cứu và có thể ứng dụng vào một vài công việc trong thực tế Làm tài liệu học tập cho sinh viên khóa sau , làm nguồn tài liệu tham khảo cho việc

thiết kế hệ thống lưu kho tự động ở các nhà máy

1.3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

- Thiết kế phần cứng và tạo ra mô hình, sản phẩm hoàn chỉnh

- Lập trình trên PLC S7-1200 điều khiển giám sát “Hệ thống lưu kho tự động

sử dụng PLC điều khiển trên giao diện Win CC”

1.4 Phương pháp nghiên cứu

Đã tiến hành tham khảo tài liệu trên trang chủ http://www.siemens.com kết hợp với thực hành trực tiếp trên CPU 1214 của Siemens trên mô hình để đạt được kết quả tốt nhất khi thực hiện

Đã mượn và tham khảo một số tài liệu do GVHD cung cấp,mượn các tài liệu trên thư viện để nghiên cứu; tài liệu trên các diễn đàn liên quan trên các website, các Blog

Nghiên cứu các mô hình ở những khóa trước, từ đó rút ra kinh nghiệm để tiến hành thực hiện mô hình

1.5 Kế hoạch nghiên cứu

Thu thập và nghiên cứu tài liệu

Tìm hiểu PLC S7-1200, phần mềm TIA Portal , Driver TB6600

Viết chương trình

Xây dựng mô hình, kiểm tra và sửa lỗi

Kiểm tra, hoàn thiện phần cứng và chương trình

Hoàn thành đồ án: đánh máy, in ấn, đóng bìa và nộp đề tài

1.6 Nội dung đề tài

Đề tài gồm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống lưu kho tự động và lý do chọn đề tài

Nội dung: Giới thiệu tổng quát về đề tài “Thiết kế hệ thống lưu kho tự động

sử dụng PLC điều khiển trên giao diện Win CC”

Chương 2: Cơ sở lí thuyết tự động hóa

Nội dung: Giới thiệu về PLC S7-1200: các dòng CPU, cấu trúc phần cứng, I/O, các tập lệnh

Chương 3: Thi công và Thiết kế hệ thống

Nội dung: Thiết kế phần cứng và chế tạo mô hình

Chương 4: Lập trình cho hệ thống

Nội dung: Sơ đồ nối dây, bảng phân công đầu vào đầu ra, lưu đồ thuật toán, chương trình điều khiển và thiết kế giao diện Win CC

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TỰ ĐỘNG HÓA

2.1 Mở đầu

Với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điều khiển tự động hiện đại và công nghệ điều khiển logic dựa trên cơ sở phát triển của tin học trọng điểm chính là sự phát

triển của kỹ thuật máy tính

Kỹ thuật điều khiển logic PLC (Programmable Logic Control) được phát triển

từ những năm 1968 -1970 Trong những giai đoạn đầu các thiết bị khả trình yêu cầu người sử dụng phải có kỹ thuật điện tử, phải có trình độ cao kiến thức Ngày nay các thiết bị PLC đã phát triển một cách mạnh mẽ và có mức độ phổ cập cao trong đời sống lao động

Thiết bị điều khiển logic lập trình được PLC là một dạng thiết bị điều khiển đặc biệt dựa vào bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ lập trình để lưu trữ các lệnh và qua đó thực hiện các chức năng, chẳng hạn cho các phép tính logic, lập chuỗi, định giờ, đếm,

và các thuật toán để điều khiển các loại máy móc và các quá trình công nghệ PLC được thiết kế cho các kỹ sư, không yêu cầu cao về kiến thức máy tính và ngôn ngữ máy tính, vẫn có thể vận hành một cách hiệu quả

Chúng được thiết kế có thể cài đặt hoặc thay đổi chương trình một cách linh hoạt Vì vậy, các nhà thiết kế PLC phải lập trình sẵn sao cho chương trình điều khiển

có thể nhập bằng cách sử dụng ngôn ngữ đơn giản nhất (ngôn ngữ điều khiển) Thuật ngữ logic được sử dụng cho việc lập trình chủ yếu liên quan đến các hoạt động logic,

ví dụ nếu có các điều kiện A và B thì C sẽ thực hiện một công việc nào đấy Người vận hành nhập chương trình (chuỗi lệnh) vào bộ nhớ PLC Thiết bị điều khiển PLC

sẽ giám sát các tín hiệu vào và các tín hiệu ra theo chương trình này và thực hiện các quy tắc điều khiển đã được lập trình trước đó

Các PLC cũng tương tự máy tính, nhưng máy tính được tối ưu hoá cho các tác

vụ tính toán và hiển thị ra màn hình, còn PLC được chuyên biệt cho các hệ thống điều khiển và môi trường làm việc công nghiệp Vì vậy các PLC:

Được thiết kế bền bỉ để chịu được rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn từ môi trường bên ngoài

Có sẵn các giao diện cho các thiết bị đầu vào và thiết bị đầu ra

Được lập trình dễ dàng dựa trên các ngôn ngữ điều khiển dễ hiểu, chủ yếu giải

quyết các phép toán logic và chuyển mạch

Về cơ bản thì chức năng của bộ điều khiển logic PLC cũng giống như chức năng của bộ điều khiển thiết kế dựa trên cơ sở các rơle và công tắc tơ hoặc trên cơ sở các khối điện tử đó là:

Thu thập các tín hiệu vào và các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến để thực thi các lệnh điều khiển

Liên kết và ghép nối các tín hiệu theo yêu cầu điều khiển và thực hiện đóng

mở các mạch phù hợp với công nghệ đã lập trình sẵn từ trước

Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so sánh các thông tin thu thập được với các thông tin đã được cài đặt sẵn để tiến hành đưa ra các lệnh điều khiển hệ thống

Phân phát các lệnh điều khiển đến các địa chỉ thích hợp

Riêng đối với máy công cụ và người máy công nghiệp thì bộ PLC có thể liên kết với bộ điều khiển số NC hoặc CNC hình thành bộ điều khiển thích nghi Trong

hệ thống của các trung tâm gia công, mọi quy trình công nghệ đều được bộ PLC điều khiển

2.2 Giới thiệu về PLC S7-1200

2.2.1 Tổng quan về nguồn gốc PLC

Năm 1968, công ty General của Mỹ đã cho ra đời thiết bị điều khiển lập trình được Tuy nhiên hệ thống còn khá cồng kềnh và đơn giản, người vận hành gặp nhiều khó khăn và không đáp ứng đủ yêu cầu sử dụng Hiện nay có nhiều loại PLC của nhiều hãng sản xuất khác nhau như: Siemens, Omron, Mitsubishi, Festo, Schneider, Hitachi, Koyo … trong một hãng lại có nhiều thế hệ khác nhau Ngoài ra các hãng còn sản xuất các thiết bị liên quan phục vụ cho quá trình tự động hoá như các module, cảm biến…[1]

2.2.2 Một số nhóm PLC phổ biến hiện nay

Siemens có các nhóm:

- CPU S7 200:

+ CPU 21x: 210; 212; 214; 215-2DP; 216

+ CPU 22x: 221; 222; 224; 224XP; 226; 226XM

- CPU S7 300: 312IFM; 312C; 313; 313C; 313C-2DP+P; 313C-2DP; 314; 314IFM; 314C-2DP+P; 314C-2DP; 315; 315-2DP; 315E-2DP; 316-2DP; 318-2

Giới thiệu PLC S7 1200, bao gồm :

- 3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau giống như điều khiển AC hoặc DC phạm vi rộng

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

- 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau

- 2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP

• Chế độ Know – how Protection

Ở chế độ Know – how protection cho phép người dùng ngăn chặn những truy cập trái phép vào các khối hàm, khối tổ chức OB, FB, FC, DB Người dùng có thể tạo ra những password riêng lẻ để giới hạn quyền truy cập tới các khối hàm

• Chế độ Copy Protection

Thêm một tính năng về bảo mật cho phép người dùng ẩn (blind) các khối chương trình sử dụng vào thẻ nhớ hoặc CPU Tính năng này đặc biệt hữu ích cho việc bảo vệ sở hữu trí tuệ của người lập trình Chức năng Copy Protection có thể áp dụng cho các khối OB, FB và FC

Thiết bị lập trình

Giao diện ra

Giao diện vào

2.3 Các thành phần cơ bản của một bộ PLC

2.3.1 Cấu hình phần cứng

Một bộ PLC thông dụng phải có năm bộ phận cơ bản gồm: bộ xử lý, bộ nhớ,

bộ nguồn, giao diện vào/ra và thiết bị lập trình

2.3.1.1 Bộ xử lý

Bộ xử lý hay còn được gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chứa bộ

vi xử lý Bộ xử lý biên dịch các tín hiệu đầu vào và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị đầu ra

Nguyên lý làm việc của bộ xử lý là tiến hành theo từng bước tuần tự từ đầu đến cuối, đầu tiên các thông tin lưu trữ trong bộ nhớ chương trình sẽ được gọi lên và được kiểm soát bởi bộ đếm chương trình Bộ xử lý liên kết các tín hiệu và qua đó đưa các kết quả điều khiển tới đầu ra Chu kỳ thời gian này được gọi là thời gian quét (scan) Thời gian một vòng quét còn phải phụ thuộc vào dung lượng của bộ nhớ, vào tốc độ của CPU Nói chung chu kỳ một vòng quét được thể hiện như hình 2.3

Sự thao tác tuần tự của một chương trình sẽ dẫn đến một thời gian trễ trong khi bộ đếm của chương trình đi qua một chu trình đầy đủ, sau đó bắt đầu lại từ đầu

Hình 2.2 Nguyên lí của bộ PLC

Bộ nhớ

Bộ xử lý trung tâm

Nguồn cung cấp

Hình 2.3 Vòng quét

Để đánh giá được thời gian trễ của PLC thì người ta thường đo thời gian quét của một chương trình dài 1K byte và coi đó là chỉ tiêu để so sánh các PLC với nhau Với nhiều loại PLC thời gian trễ này có thể lên tới 20ms hoặc hơn Nếu thời gian trễ

là một nguyên nhân gây trở ngại cho quá trình điều khiển thì phải dùng các biện pháp đặc biệt, chẳng hạn như lặp lại những lần gọi quan trọng trong thời gian một lần quét, hoặc là điều khiển các thông tin chuyển giao để có thể bỏ bớt đi những lần gọi ít quan trọng hơn khi thời gian quét dài tới mức không thể chấp nhận được Nếu các giải pháp trên không thoả mãn thì phải dùng PLC có thời gian quét ngắn hơn để đáp ứng được mục đích

2.3.1.2 Bộ nguồn

Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp cho bộ vi xử

lý (thường là 5V) và cho các mạch điện đầu ra hoặc các module còn lại (thường là 24V)

2.3.1.3 Thiết bị lập trình

Thiết bị lập trình được sử dụng để lập trình ra các chương trình điều khiển cần thiết sau đó được chuyển cho PLC Thiết bị lập trình có thể là thiết bị lập trình chuyên dụng, hay cũng có thể là thiết bị lập trình cầm tay gọn nhẹ, hoặc có thể là các phần mềm được cài đặt trên laptop cá nhân

2.3.1.4 Bộ nhớ

Bộ nhớ là nơi để lưu giữ chương trình sử dụng cho các hoạt động điều khiển của toàn bộ hệ thống Các dạng bộ nhớ có thể là RAM, ROM, EPROM Người ta luôn chế tạo ra nguồn dự phòng cho RAM để duy trì chương trình trong trường hợp

mất điện nguồn hoặc các vấn đề bất khả kháng, thời gian duy trì của PLC cũng phải tuỳ thuộc vào từng dòng PLC cụ thể Bộ nhớ cũng có thể được chế tạo thành các module cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển có kích cỡ khác nhau, khi cần mở rộng có thể cắm thêm

2.3.1.5 Giao diện vào/ra

Giao diện vào là nơi mà bộ xử lý tiếp nhận các thông tin từ các thiết bị ngoại

vi và truyền thông tin đến các thiết bị bên ngoài để thực hiện các câu lệnh Tín hiệu vào có thể đến từ các bộ cảm biến nhiệt độ, các tế bào quang điện hay các công tắc Tín hiệu ra có thể cung cấp cho các cuộn dây công tắc tơ, các rơle, các động cơ nhỏ, các van điện từ Tín hiệu vào/ra có thể là tín hiệu logic đồng thời có thể là tín hiệu rời rạc, hay là các tín hiệu liên tục Các tín hiệu vào/ra có thể thể hiện như hình 2.4

Mỗi điểm vào ra có một địa chỉ duy nhất được PLC sử dụng

Hình 2.4 Giao diện vào ra

Các kênh vào/ra mang chức năng cách ly và điều hoà tín hiệu để cho các bộ cảm biến và các bộ tác động có thể nối trực tiếp với nhau khi cần thiết mà không cần thêm mạch điện khác

Hầu hết các kiểu tín hiệu đầu vào thường được ghép cách điện (cách ly) nhờ linh kiện quang như hình 2.5 Các dải tín hiệu nhận vào cho các PLC cỡ lớn có thể là 5V, 24V, 110V, 220V ngược lại các PLC cỡ nhỏ thường chỉ nhập tín hiệu là 24V

Hình 2.5 Cách ly tín hiệu vào

Các tín hiệu đầu ra cũng được ghép cách ly, có thể cách ly theo kiểu rơle như hình 2.6a, cách ly kiểu quang như hình 2.6b Các tín hiệu đầu ra có khi lại là các tín hiệu chuyển mạch 24V, 100mA; 110V, 1A một chiều, thậm chí có thể lên đến 240V, 1A xoay chiều tuỳ vào từng loại PLC Tuy nhiên, với các PLC cỡ lớn thì dải tín hiệu đầu ra có thể thay đổi bằng cách lựa chọn các module ra sao cho thích hợp

Hình 2.6 Cách ly tín hiệu vào

2.3.2 Cấu tạo chung của PLC

Các dòng PLC thì đều có hai kiểu cấu tạo cơ bản là: kiểu hộp đơn và kiểu modulle nối ghép Kiểu hộp đơn thường dùng cho các loại PLC cỡ nhỏ và được cung cấp dưới dạng hoàn chỉnh gồm bộ nguồn, bộ xử lý, bộ nhớ và các giao diện vào/ra Kiểu hộp đơn thì thường vẫn có ghép nối được với các loại module bên ngoài để giúp

mở rộng khả năng của PLC Kiểu hộp đơn như hình 2.7

Hình 2.7 Kiểu hộp đơn

Hình 2.8 Kiểu mođun

Kiểu module ghép nối bao gồm các loại module riêng cho mỗi chức năng như module nguồn, module xử lý trung tâm, module vào/ra, module mờ, module PID Kiểu cấu tạo này có thể được sử dụng cho các thiết bị điều khiển lập trình với mọi loại kích cỡ, có nhiều bộ chức năng khác nhau được cho vào các module riêng biệt Việc sử dụng các module còn tuỳ thuộc công dụng và mục đích của người sử dụng Kết cấu này linh hoạt ,cho phép mở rộng số lượng đầu nối vào/ra bằng cách bổ sung các module vào/ra hoặc tăng cường bộ nhớ

2.3.3 Khái niệm chung

PLC có thể sử dụng một cách hiệu quả và mang lại mục đích sát với thực tiễn hay không phụ thuộc rất lớn vào việc lập trình Khi trang bị một bộ PLC thì phải trang

bị một thiết bị lập trình của cùng một hãng chế tạo Tuy nhiên, ngày nay người ta có thể lập trình qua phần mềm trên máy tính (Tia portal) sau đó chuyển sang PLC bằng mạch ghép nối riêng

Điểm khác nhau chính giữa bộ điều khiển khả trình PLC và công nghệ rơle hoặc bán dẫn là kỹ thuật nhập chương trình vào bộ điều khiển như thế nào Trong điều khiển rơle, bộ điều khiển được chuyển đổi nhờ đấu nối dây "điều khiển cứng", còn với PLC việc lập trình được thực hiện thông qua một thiết bị lập trình và một ngoại vi chương trình

Để lập trình ta có thể sử dụng một trong các mô hình sau đây:

- Mô hình các chức năng

- Mô hình biểu đồ nối dây

- Mô hình logic

Việc lựa chọn mô hình nào trong các mô hình trên cho thích hợp còn phải tuỳ thuộc vào từng loại PLC và điều quan trọng là chọn được loại PLC nào cho phép giao lưu tiện lợi và tránh được những chi phí không cần thiết Đa số các thiết bị PLC đang lưu hành trên thị trường hiện nay là dùng mô hình dãy hoặc biểu đồ nối dây Những dòng PLC hiện đại cho phép chuyển từ một phương pháp nhập này sang một phương pháp nhập khác ngay trong quá trình nhập

Trong thực tế hiện nay khi sử dụng biểu đồ nối dây thì việc lập trình có vẻ đơn giản hơn vì nó có cách thể hiện gần giống như mạch rơle công tắc tơ Tuy nhiên, với những người nào đã hiểu biết cơ bản về ngôn ngữ lập trình thì lại cho rằng dùng mô hình dãy dễ dàng hơn, đồng thời với các mạch cỡ lớn thì dùng mô hình dãy có nhiều

ưu điểm hơn

Mỗi nhà chế tạo đều có những thiết kế và phương thức thao tác thiết bị lập trình riêng của mình, vì thế khi có một loại PLC mới thì phải có thời gian và cần phải được làm việc nhiều để làm quen với nó

2.3.4 Các phương pháp lập trình

Từ các cách mô tả hệ tự động các nhà chế tạo PLC đã soạn thảo ra các phương pháp lập trình khác nhau Các phương pháp lập trình đều được thiết kế đơn giản, gần với các cách mô tả đã được biết đến Từ đó nói chung có ba phương pháp lập trình

cơ bản là phương pháp bảng lệnh STL, phương pháp biểu đồ bậc thang LAD và phương pháp lưu đồ điều khiển CSF Trong đó, hai phương pháp bảng lệnh STL và biểu đồ bậc thang LAD được dùng phổ biến hơn cả

Đối tượng lệnh, là phần mà lệnh tác động theo yêu cầu điều khiển, trong đối tương lệnh lại có hai phần

Loại đối tượng, có trường hợp sau loại đối tượng có dấu ":", có các loại đối tượng như tín hiệu vào, tín hiệu ra

Tham số của đối tượng lệnh để xác định cụ thể đối tượng, cách ghi tham số cũng phụ thuộc từng loại PLC khác nhau

Hình 2.9 Ký hiệu một lệnh thường

Các ký hiệu trong lệnh, quy ước cách viết với mỗi quốc gia có khác nhau, thậm chí mỗi hãng, mỗi thời chế tạo của hãng có thể có các ký hiệu riêng Tuy nhiên, cách ghi chung nhất cho một số quốc gia là:

- Mỹ:

+ Ký hiệu đầu vào là I (In), đầu ra là Q (out tránh nhầm O là không)

+ Các lệnh viết gần đủ tiếng Anh ví dụ ra là out

+ Lệnh ra (gán) là out

+ Tham số của lệnh dùng cơ số 10

+ Phía trước đối tượng lệnh có dấu %

+ Giữa các số của tham số không có dấu chấm Ví dụ: AND% I09; out%Q10

- Nhật:

+ Đầu vào ký hiệu là X, đầu ra ký hiệu là Y

+ Các lệnh hầu như được viết tắt từ tiếng Anh

+ Lệnh ra (gán) là out

+ Tham số của lệnh dùng cơ số 8 Ví dụ: A X 10; out Y 07

- Tây Đức:

+ Đầu vào ký hiệu là I, đầu ra ký hiệu là Q

+ Các lệnh hầu như được viết tắt từ tiếng Anh

+ Lệnh ra (gán) là =

+ Tham số của lệnh dùng cơ số 8

+ Giữa các số của tham số có dấu chấm để phân biệt khe và kênh

Ví dụ: A I 1.0; = Q 0.7

Ngoài các ký hiệu khá chung như trên thì mỗi hãng còn có các ký hiệu riêng,

có bộ lệnh riêng Ngay cùng một hãng ở các thời chế tạo khác nhau cũng có đặc điểm khác nhau với bộ lệnh khác nhau Do đó, khi sử dụng PLC thì mỗi loại PLC phải tìm hiểu cụ thể hướng dẫn sử dụng của nó

Một số ký hiệu khác nhau với các lệnh cơ bản được thể hiện rõ trên bảng 2.2

2.3.4.2 Phương pháp hình thang Ladder logic

Phương pháp hình thang có dạng của biểu đồ nút bấm Các phần tử cơ bản của phương pháp hình thang là:

- Tiếp điểm: thường mở

- Cuộn dây (mô tả các rơle)

- Hộp (mô tả các hàm khác nhau, các lệnh đặc biệt)

Bảng 2.2 Phương pháp hình thang LAD của các loại PLC

Mạng LAD là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn chỉnh, theo thứ tự

từ trái sang phải, từ trên xuống dưới Quá trình quét của PLC cũng theo thứ tự này Mỗi một nấc thang xác định một số hoạt động của quá trình điều khiển Một sơ đồ LAD có nhiều nấc thang Trên mỗi phần tử của biểu đồ hình thang LAD có các tham

số xác định tuỳ thuộc vào ký hiệu của từng hãng sản xuất PLC Ví dụ: Một nấc của phương pháp hình thang như hình 2.10

Ký hiệu của Misubishi (Nhật) Ký hiệu của Siemens (Tây đức) Ký hiệu của Allen Bradley

Hình 2.10 Phương pháp lập trình thang LAD

2.3.4.3 Phương pháp liệt kê lệnh Statement List

Phương pháp STL gần với biểu đồ logic Ở phương pháp này các lệnh được liệt kê thứ tự Tuy nhiên, để phân biệt các đoạn chương trình người ta thường dùng các mã nhớ, mỗi mã nhớ tương ứng với một nấc thang của biểu đồ hình thang Để khởi đầu mỗi đoạn (tương ứng như khởi đầu một nấc thang) luôn sử dụng các lệnh khởi đầu như LD, L, A, O (bảng 2.2) Kết thúc mỗi đoạn thường là lệnh gán cho đầu ra, đầu ra có thể là đầu ra cho thiết bị ngoại vi có thể là đầu ra cho các rơle nội Phương pháp lưu đồ điều khiển CSF trình bày các phép toán logic với các ký hiệu đồ họa đã được tiêu chuẩn hoá Phương pháp lưu đồ điều khiển thích hợp với người đã quen với phép tính điều khiển bằng đại số Boo1e

Hình 2.11 Phương pháp lập trình CSF

2.3.5 Các rơle nội

Trong các loại PLC có rất nhiều từ ngữ để chỉ các linh kiện loại này, ví dụ: rơle phụ, bộ vạch dấu, cờ hiệu, lưu trữ bít, bít nhớ Đây là loại linh kiện cung cấp các chức năng đặc biệt gắn liền với PLC và được sử dùng phổ biến và rộng rãi trong lập trình Rơle nội này giống như các rơle trung gian trong sơ đồ rơle công tắc tơ

Rơle nội cũng được coi là các đầu ra để nhận các lệnh, nhưng thực chất đầu ra này không đưa ra ngoài (không phải thiết bị ngoại vi) mà chỉ nằm trong PLC PLC nhỏ

có thể có tới hàng trăm rơle nội, tất cả các rơle nội đều được nuôi bằng nguồn dự phòng khi mất điện

Bảng 2.3 Một số ký hiệu các rơle nội trong các loại PLC

2.3.6 Các rơle thời gian

Trong các hệ thống điều khiển hiện nay luôn luôn phải sử dụng rơle thời gian

để duy trì thời gian cho quá trình điều khiển Trong PLC người ta cũng có gắn các rơle thời gian vào trong đó Ở đây thời gian được xác định nhờ vào đồng hồ trong CPU Các rơle thời gian cũng có các tên gọi khác nhau nhưng thường gọi nhất là bộ thời gian (Timer)

Về cách lập trình cho các rơle thời gian này không được các nhà sản xuất PLC thống nhất Mỗi loại PLC có các ký hiệu và cách lập trình rất khác nhau cho rơle thời gian cho dù là cùng một hãng Số lượng rơle thời gian trong mỗi loại PLC cũng rất khác nhau Điểm chung nhất đối với các rơle thời gian là các hãng đều coi rơle thời gian là các đầu ra nội, vì vậy rơle thời gian là đầu ra một đoạn chương trình

2.3.7 Các bộ đếm

Bộ đếm đếm tần suất xuất hiện tín hiệu vào Bộ đếm được dùng trong trường hợp đếm các sản phẩm di chuyển trên băng tải và số sản phẩm cần chuyển vào thùng

Bộ đếm có thể đếm được số vòng quay của trục, hoặc đếm số người đi qua cửa Các

bộ đếm được cài đặt sẵn trong PLC

Có hai loại bộ đếm cơ bản đó chính là bộ đếm tiến và bộ đếm lùi Nhà sản xuất PLC cũng sử dụng các bộ đếm theo những cách khác nhau và theo từng mục đích khác nhau Tuy nhiên, cũng như các bộ thời gian, bộ đếm cũng được coi là đầu ra của PLC và đây cũng là đầu ra nội, để xuất tín hiệu ra bên ngoài thì phải qua đầu ra ngoại

vi (có chân nối ra ngoài PLC)

2.4 Đánh giá ưu nhược điểm của PLC

Những năm đầu của thế kỉ 20 các bộ PLC thường rất đắt, không những thế khả năng hoạt động bị hạn chế và quy trình lập trình rất phức tạp Vì những lý do đó mà các PLC chỉ được dùng trong những nhà máy và sử dụng trong các thiết bị đặc biệt Ngày nay do các PLC được giảm giá, kèm theo tăng khả năng hiệu quả của PLC dẫn đến kết quả là PLC ngày càng được áp dụng rộng rãi cho các thiết bị máy móc công nghiệp Các bộ PLC đơn khối với 24 đầu vào và 16 đầu ra thích hợp với các máy tiêu chuẩn, các trang thiết bị liên hợp Còn các bộ PLC với nhiều khả năng ứng dụng và lựa chọn được dùng cho những nhiệm vụ phức tạp hơn trong quá trình làm việc

Có thể đưa ra các ưu điểm của PLC như sau:

Chuẩn bị vào hoạt động nhanh: Thiết kế kiểu module cho phép thích nghi nhanh với mọi chức năng điều khiển đã được lập trình trước Khi đã được lắp ghép thì PLC sẵn sàng làm việc ngay lập tức Không những thế nó còn được sử dụng lại cho các ứng dụng khác dễ dàng

Độ tin cậy tương đối cao: thường thì các linh kiện điện tử có tuổi thọ dài hơn các thiết bị cơ-điện tử Do đó độ tin cậy của PLC ngày càng tăng, bảo dưỡng định kỳ thường không cần thiết, với mạch rơle công tắc tơ thì việc bảo dưỡng định kỳ là rất cần thiết

Thay đổi chương trình một cách linh hoạt và dễ dàng: Những thay đổi chương trình được tiến hành đơn giản hơn Để sửa đổi hệ thống điều khiển và các quy tắc điều khiển đang được sử dụng, người vận hành chỉ cần nhập tập lệnh khác vào hệ thống, hầu như không cần thiết phải mắc nối lại dây (tuy nhiên, có thể vẫn phải nối lại nếu cần thiết) Nhờ đó hệ thống rất linh hoạt và hiệu quả hơn rất nhiều

Việc đánh giá nhu cầu đơn giản: Khi biết các đầu vào và các đầu ra thì có thể đánh giá được kích cỡ yêu cầu của bộ nhớ hay độ dài chương trình tương đối đơn giản Do đó, có thể dễ dàng và nhanh chóng lựa chọn PLC phù hợp với các yêu cầu công nghệ đặt ra từ trước để đáp ứng nhanh nhu cầu

Khả năng tái tạo: Nếu dùng nhiều PLC với quy cách kỹ thuật giống nhau thì chi phí lao động sẽ giảm thấp hơn nhiều so với bộ điều khiển rơle, nguyên nhân là do giảm phần lớn lao động lắp ráp

Tiết kiệm không gian: PLC đòi hỏi ít không gian hơn so với bộ điều khiển rơle tương đương

Có nhiều chức năng: PLC có ưu điểm chính là có thể sử dụng cùng một thiết

bị điều khiển cơ bản cho nhiều hệ thống điều khiển Người ta thường dùng PLC cho các quá trình tự động vì dễ dàng thuận tiện trong tính toán, so sánh các giá trị tương quan, thay đổi chương trình và thay đổi các thông số một cách linh hoạt

Về giá trị kinh tế: Khi nhận xét về giá trị kinh tế của PLC phải đề cập đến số lượng đầu ra và đầu vào là nhiều hay ít Quan hệ về giá thành với số lượng đầu vào/ra Nếu số lượng đầu vào/ra quá ít thì hệ rơle tỏ ra kinh tế hơn, mặc khác khi số lượng đầu vào/ra tăng lên thì hệ PLC kinh tế hơn hẳn

Khi chúng ta đề cập đến giá cả của một PLC thì không thể không kể đến giá của các bộ phận phụ không thể thiếu như thiết bị lập trình, máy in, băng ghi tính cả việc đào tạo nhân viên kỹ thuật Nói chung các phần mềm đáp ứng nhu cầu thiết kế lập trình cho các mục đích đặc biệt là khá đắt Ngày nay nhiều hãng chế tạo PLC đã cung cấp chọn bộ đóng gói phần mềm đã được thử nghiệm, nhưng việc thay thế, sửa đổi các phần mềm là vấn đề và cũng là nhu cầu không thể tránh khỏi, do đó vẫn rất cần thiết phải có kỹ năng phần mềm

Giá cả để lắp đặt một PLC thường như sau:

- 50% cho phần cứng của PLC

- 10% cho thiết kế khuân khổ chương trình

- 20% cho soạn thảo và lập trình

- 15% cho chạy thử nghiệm

- 5% cho tài liệu

Việc lắp đặt một PLC thứ hai chỉ bằng khoảng 1/2 giá thành của bộ PLC đầu tiên, nghĩa là hầu như chỉ còn chi phí phần cứng

Chúng ta có thể so sánh hệ điều khiển rơle và hệ điều khiển PLC như sau:

Hệ rơle:

- Chuẩn hóa được nhiều bộ phận

- Ít nhạy cảm và nhiễu khi vận hành

- Kinh tế với các hệ thống nhỏ

- Thời gian lắp đặt lâu

- Thay đổi khó khăn

- Cần phải bảo quản thường xuyên

- Các hệ thống lớn thì thường khó có thể theo dõi

- Kích thước lớn

Hệ PLC

- Thay đổi một cách đơn giản qua công nghệ phích cắm

- Lắp đặt đơn giản hơn rất nhiều

- Có thể thay đổi nhanh quy trình điều khiển

- Kích thước nhỏ

- Có thể nối với mạng máy tính

- Giá thành cao

- Bộ thiết bị lập trình thường đắt, sử dụng ít

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG 3.1 Thiết kế phần cứng của hệ thống

3.1.1 Sơ đồ khối của hệ thống

Sơ đồ khổi của hệ thống bao gồm các phần như sau:

- Phần PLC : là phần đầu não, là trung tâm của hệ thống, là nơi điều khiển toàn bộ hệ thống

- Phần máy tính : Phần giám sát hệ thống trong quá trình hoạt động, đồng thời cũng là nơi điều khiển đưa hàng đến các ô như ý muốn

- Phần cảm biến : Nhận biết hàng đã được đặt lên băng tải để làm băng tải hoạt động đồng thời cũng kích hoạt các cơ cấu chấp hành

- Phần Nguồn : Cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống trong suốt quá trình hoạt động

- Phần Driver : Điều khiển các động cơ bước hoạt động

- Phần cơ cấu chấp hành : Xử lý tín hiệu nhận được và thực hiện các công việc đã được lập trình sẵn

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống

3.1.2 Mô tả công nghệ của hệ thống

Quá trình nhập kho và xuất kho diễn ra như sau:

Nguồn

Cơ cấu chấp hành

Driver

Nhập kho : Khi cảm biến thứ 2 nhận biết được vật đã đến vị trí thì bộ điều khiển sẽ tính toán tìm ô còn trống, sau đó điều khiển cánh tay robot đến, đưa hàng đến ô còn trống Và còn tùy vào “chế độ auto” và “chế độ manual” mà thứ tự nhập kho khác nhau “Ở chế độ auto” thì hệ thống sẽ nhập kho từ ô 1 đến ô 9 sau đó cánh tay robot sẽ trở về trạng thái ban đầu “Ở chế độ manual” thì có thể tùy chọn ô muốn nhập hàng vào kho, sau khi nhập kho xong thì cánh tay robot trở lại trạng thái ban đầu

Xuất kho : Bộ điều khiển sẽ tính toán xác định ô nào trên kho có hàng (khi không có hàng trên kho thì hệ thống sẽ không hoạt động và báo lên giao diện Win CC), cánh tay robot sẽ di chuyển đến ô có hàng trên kho và đưa hàng ra khỏi kho, Và còn tùy vào “chế độ auto” và “chế độ manual” mà thứ tự xuất kho khác nhau “Ở chế

độ auto” thì hệ thống sẽ xuất hàng ra khỏi kho từ ô 9 đến ô 1 sau đó cánh tay robot sẽ trở về trạng thái ban đầu “Ở chế độ manual” thì có thể tùy chọn ô muốn xuất hàng ra khỏi kho, sau khi xuất kho xong thì cánh tay robot trở lại trạng thái ban đầu

3.2 Mạch động lực và mạch điều khiển

3.2.1 Mạch động lực

Hình 3.2 Mạch động lực

3.2.2 Mạch điều khiển

Hình 3.3 Mạch điều khiển

3.3 Thi công mô hình

3.3.1 Khái quát các thiết bị của mô hình

- Board tín hiệu/truyền thông:1

- Ngõ ra xuất xung tốc độ cao: 2

- Thực thi lệnh nhị phân: 0.1 micro giây/lệnh

- Truyền thông: Ethernet

- Thời gian thực khi mất nguồn nuôi: 10 ngày

3.3.1.2 Driver Tb6600

Hình 3.5 Driver Tb6600

Driver TB6600 dùng để điều khiển động cơ bước sử dụng IC Driver là TB6600HQ/HG chính hãng Toshiba cho phép khả năng điều khiển động cơ bước 2 pha với công suất tối đa lên đến 4A 40V Driver có thiết kế vỏ hộp bằng kim loại chắc chắn, bền bỉ, chống nhiễu cùng với tản nhiệt lớn cho hoạt động ổn định cao nhất

Chân DIR+ dùng để điều khiển chiều quay motor+, chân DIR- dùng dể điều khiển chiều quay motor -

Chân PUL- và PUL+ dùng để tiếp nhận xung

Chân A+ A- B+ B- lần lượt nối theo thứ tự vào động cơ bước

ENA+ và ENA -: khi cấp tín hiệu cho cặp này động cơ sẽ không có lực momen giữ và quay nữa

Thông số kỹ thuật của Driver TB6600:

- Nguồn cấp tối đa : 40V DC

- Dòng cấp tối đa : 4A

- Driver: TB6600HQ/HG Single-chip bipolar sinusoidal micro-step stepping motor driver, công nghệ mới nhất BiCD 0.13nm

- Có thể điều khiển đảo chiều quay ON resistance (upper + lower) = 0.4Ohm

- Tích hợp chân Reset và Enable

- Tích hợp tính năng Standby

- Tích hợp bảo vệ quá nhiệt TSD

- Tích hợp bảo vệ quá áp UVLO

để điều khiển động cơ bước 2 phase và 4 Phase, Driver có chất lượng tốt, độ bền và

độ ổn định cao, là loại thường được sử dụng nhất trong máy Cắt Laser, máy CNC cỡ trung hiện nay

Thông số kỹ thuật:

Điện áp hoạt động: 24~50VDC

Điện áp ngõ ra: 0.5~5.6A

Dòng tín hiệu logic : 7~16mA

Tần xung : 0~200Khz

Điện trở cách ly: 500MΩ

Hỗ trợ chế độ PUL / DIR và CW/CCW

Phù hợp cho động cơ bước 42/57, được sử dụng rộng rãi trong máy đóng gói

tự động, máy khắc và các thiết bị tự động hóa khác

3.3.1.4 Động cơ bước

Hình 3.7 Động cơ bước

• Động cơ bước là gì?

Động cơ bước (Step Motor) là loại motor điện đang được sử dụng rất rộng rãi

và phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác nhau Chẳng hạn như: sử dụng để cấu thành nên hệ thống di chuyển của các loại máy CNC (máy cắt CNC,máy khắc cắt laser hay máy cắt plasma CNC,…)

Nói chung, động cơ bước (motor bước) là một loại động cơ mà chúng ta có thể quy định được tần số góc quay của nó Nếu góc bước của nó càng nhỏ thì đồng nghĩa với số bước trên mỗi vòng quay của động cơ càng lớn qua đó độ chính xác của

vị trí chúng ta thu lại được càng lớn

Các góc bước của động cơ có thể đạt lớn nhất là 90 độ và bé nhất là 0,72 độ Tuy nhiên, hiện nay các góc bước của động cơ thường được sử dụng phổ biến nhất là góc 1,8 độ, góc 2,5 độ, góc 7,5 độ và góc 15 độ

Ví dụ: Một động cơ bước có góc là 1,8 độ/ bước nếu quay 1 vòng hết khoảng 360 độ thì mất 200 bước Khi quay càng nhiều xung thì khi đó động cơ quay của máy sẽ càng

êm hơn Người ta hay dùng phổ biến nhất là động cơ 200 step

Cấu tạo của động cơ bước gồm: Rotor và stato

- Rotor thực ra chính là các lá nam châm vĩnh cửu xếp thành 1 dãy, chúng được sắp xếp chồng lên nhau một cách cẩn thận Trên các lá nam châm thì các cặp cực được sắp xếp đối xứng với nhau

- Stato được cấu tạo bằng sắt từ, chúng được chia thành các rãnh nhỏ để đặt cuộn dây

• Thông số kỹ thuật:

Theo như thông tin từ nhà sản xuất, động cơ bước trên thị trường Việt Nam hiện nay đang được tin dùng có số step là 200

Ngoài ra, động cơ bước còn có các thông số khác, cụ thể như:

- Dòng điện tiêu thụ tối đa của mỗi pha: 2A

- Điện trở của từng pha: 1.4 Ω

- Hiệu điện thế dòng điện: 2.8V

Trong đó, tham số Rated Current/ phase sẽ thể hiện cho bạn biết dòng điện tối

đa mà mỗi pha của động cơ có thể nhận được Nếu driver điều khiển nào có dòng điện mỗi pha cao hơn thông số nêu trên thì sẽ hỏng Do đó, bạn nên lựa loại driver cho dòng điện chạy ra xấp xỉ 80 - 90% thông số trên đây

Điện trở mỗi pha được xem là hằng số (các bạn có thể xem trong datasheet của động cơ bước mà mình đã mua) Còn con số voltage được xem là hiệu điện thế tối ưu

để làm cho các stepper có thể hoạt động ổn định (2.0 * 1.4 = 2.8V)

• Nguyên lý hoạt động động cơ bước

Nguyên lý hoạt động động cơ bước không quay theo các cơ chế thông thường, bởi vì Step motor quay theo từng bước một, cho nên nó có một độ chính xác cao, đặc biệt là về mặt điều khiển học