Thiết kế hệ thống cân dùng Plc

trên WinCC, Giao điện HMI sẽ hiển thị trọng lượng cân của mỗi mẻ, tổng số mẻ cân được trong ca và các chức năng thiết lặp các thông số ban đầu cho hệ thông cân.. Tuy nhiên điều sai số l

LỜI CAM ĐOAN

Hệ thống cân là một hệ thống được áp dụng rất nhiều trong các nhà máy sản xuất, Với những yêu cầu về định lượng sản phẩm một cách chính xác khi được đưa vào quá trình sản xuất Từ những yêu cầu thực tế và lòng đam mê nghiên cứu các hệ théng can nén ching em manh dan chon dé tai “THIET KE HE THONG CAN

DUNG PLC” nay dé làm luận văn tốt nghĩ cho mình

Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng em đã nỗ lực hết sức, tuy nhiên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót và những nội dung trình bảy trong quyển báo cáo này là những hiểu biết và những thành quả của chúng em đạt được trong suốt quá

trình nghiên cứu dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của £hẩy 7hs.Nguyễn Hoàng Dãng Chúng em xin cam đoan rằng: những nội dung trình bày trong quyền báo cáo

luận văn tốt nghiệp này không phải là ban sao chép từ bắt kỳ công trình đã có trước

nảo Nếu không đúng sự thật, chúng em xin chịu mọi trách nhiệm trước nhà trường

Cân Thơ ngày tháng năm 2012

Sinh viên thực hiện

(ký tên và ghỉ họ tên)

CBHD: 7js Nguyễn Hoàng Dũng _ Trang l SVTH: Phạm Hoàng Hiệp

Nguyễn Văn Tâm.

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được luận văn này là kết quả của toàn bộ nỗ lực của bản thân

chúng em trong suốt thời gian theo học tại trường, là toàn bộ năng lực của chúng,

em khi bắt tay vào quá trình nghiên cứu Để được thành công như ngày hôm nay chúng em không bao giờ quên được sự giúp đỡ và sự giảng dạy rất nhiệt tình của

ic Thầy cô Bộ môn Tự động hoá ~ Khoa Công nghệ - Trường Đại học Cần Thơ Các Thầy cô là những đội ngũ đi trước rất am hiểu vẻ lĩnh vực khoa học kỹ thuật đã tận tình giảng dạy và giúp chúng em hoàn thành được rất nhiều đề tài Luận văn rất hay và có ứng dụng nhiều trong thực tế Và đều không thể kể đến sự thành công của chúng em ngày hôm nay đó là sự nhiệt huyết tận tình hướng dẫn của Thầy Nguyễn

Hoàng Dũng Thầy đã cùng chúng em đi qua những ngày khó khăn trong quá trình

nghiên cứu và chỉ dẫn của Thầy là niềm động lực rất lớn đối với chúng em Và cuối

cùng chúng em xin ghỉ ơn công lao cha mẹ đã sinh ra và cho chúng em được ăn học

“Chúng em cũng xin cảm ơn đến những người bạn thân đã không ngại chia sẽ

về kinh nghiệm làm để tài cũng như hỗ trợ các công việc để giúp nhóm em hoàn

thành tốt được luận văn này

Nhận xét của Giáo viên hướng dẫn

»tz

Can Tho, ngày tháng năm 2012

Giáo viên hướng dẫn

Ths Nguyễn Hoàng Dũng

CBHD: Ths Nguyén Hoang Ding Trang 3 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp

Nguyễn Văn Tâm

Nhận xét của Giáo viên phản biện 1

ae

Cần Thơ, ngay thang nam 2012

Giáo viên phản biện 1

Nhận xét của Giáo viên phản biện 2

aQe

Cần Thơ, ngay thang nam 2012

Giáo viên phản biện 2

CBHD: Ths Neuyén Hoang Ding Trang 5 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp

Nguyễn Văn Tâm

CHUONG I: TONG QUAN

1.1 DAT VAN DE,

1.2 MUC TIEU DE TÀI

1.3 GIGI HAN DE TAL

1.4 GOLTHIEU NOI DUNG

1.5 HUONG GIAI QUYET

CHUONG II: CO SO LY THUY!

2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG

2.1.1 Khối lượng của một vật thể

2.1.2 Các hình thức xác định khối lượng của vật

2.2 CAM BIEN TRỌNG LƯỢNG (LOADCELL)

2.2.1 Cầu tạo của một Loadeell -

2.2.2 Mạch cầu Wheatstone

2.2.3 Ung dụng loadcell vào đề tai

2.3 BO KHUECH DAI LOADCELL CHUAN CÔNG NGHIIẸP 20 2.4 MODUL MG RONG ANALOG EM231

2.4.1 Cầu tao

2.4.2 Thông số kỹ thuật

2.5 GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC LAP TRINH

2.5.1 Khái niệm chung

2.5.2 Những đặc điểm của PLC

2.5.3 Phân loại PLC S7 200

2.5.4 Chức năng hình dạng bên ngoài PLC S7 200 CPU 224

2.5.5 Cấu trúc bên trong

2.5.6 Đặc điểm ngõ vào ra của PLC S7 200

2.5.7 Cáp truyền thông -

2.5.8 Thực hiện chương trình

2.5.9 Phần mềm lặp trình của PLC S7 200

2.6 GIỚI THIỆU PHAN MEM WINCC 6.0 SP2

2.6.1 Các đặc điểm chính của WinCC

2.6.2 Các chức năng chính của WinCC

CHƯƠNG II: THỊ CÔNG THIẾT KẾ HỆ THÓNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG 38

3.1.1 Đấu nối PLC S7-200 CPU224 với Modul Analog EM231 39

3.1.2 Đấu nói Modul Analog EM231 với bộ khuếch đại MKcells, Loadcell với

3.1.3 Động cơ và mạch điều hiên động co Al

3.2.2 Lưu đồ chương trình điều khiển hệ thang 55 3.2.3 Quy ước các ngõ vào ra cho PLC „62 3.2.4 Thiết kế truyền dữ liệu PC ~ Access vn : 72

3.2.5 Thiết kế giao diện và điều khiển giám sát bằng WinCC 7 CHƯƠNG 4: KÉT QUÁ ĐẠT ĐƯỢC VÀ KIÊN NGHỊ „8l

4.1.1 Phần cứng : „8l 4.1.2 Phẫn mềm co : : cena

Nguyễn Văn Tâm.

7 Bộ khuếch dai loadcell MK cells KM02A 20

2 '9 Các switch cho phép cấu hình modul EM231

11 Hình đáng bên ngoài của PLC S7 200 - 225

24 Lệnh đếm lên được trình bây dưới dạng Ladder 3

25 Lệnh đếm xuống được trình bày dưới dang Ladder 33

27 Mô tả lệnh gọi chương trình con ¬

1 Các bước thiết kế mô hình định lượng vee seo 38

3 Sơ đồ đấu nối PLC, EM 231 và bộ khuếch đại 40

'6 Cách đầu đây bộ khuếch đại loadcell -<ecsssss.eee.đÏ

7 Mạch nguồn 12 VDC 3A 11 eenreeeoror42

đứng bang tải bing cia phéu : 47 47

cạnh băng tâi cceeccceeceeeeeereeeeeceseeeeeooo4Ể

16 Cảm biến quang PZ2-41P loai PNP - : SI

17 Cách đầu dây cảm biến quang PZ2-4IP « 52

18 Cảm biến quang BYD30-DDT-T loại NPN smitten

10 Cách đấu dây cam bién quang BYD30-DDT-T 53

22 Quan hệ giữa khỏi lượng và giá trị AD đọc về „34

Hình 3 28 Cửa số liên kết các Tag gitta PC Access với WinCC -T5 Hình 3, 29 Giao diện đồ họa hệ thông định lượng — Hình 3 30 Cửa số thiết lập cho Alarm Logging T5 Hình 3 31 Tùy chọn màu cho cdc Alarm ¬ 75 ình 3, 32 Cửa số thiết lặp ch các biến trạng thái Tag Logging 76 Hình 3, 33 Các màu tương ứng với các biển trạng thái Tag Losgine 76 Hình 3 34 Giao điện Web Navigator + Xeeeeeeee.77 Hình 3 35 Giao diện tạo bảo mật cho người dùng 78

Hình 3 37 Thiết lập chế độ hoạt động của chức năng WinCC ị 80

Hình 4 1 Mô hình cơ khí hoàn chỉnh của cân bitbiEif,tebcgtrrt8Ï Hình 4 2 Giao điện điều khiển hệ thống tự động 82

Hinh 4, 5 Biểu đồ thê hiện các biển trạng thái : 84

Hình 4 6 Thay đổi các biến trang thai tag logging "84

CBHD: Ths Neuyén Hoang Ding Trang 9 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp

Nguyễn Văn Tâm.

Danh mục bảng

Bang 2 1 Thong số Loadcell UWE

Bảng 2 2 Thông số kỹ thuật KM02A

Bảng 2, 3 Thông số modul Analog EM 231 và EM 235

Bang 2 4 Bang cấu hình modul EM 231

Bảng 2 S Thông, loại CPU dòng S7 200

Bang 2 6 Các loại Timer và độ phân giải tương ứng

Bảng 3 1 Linh kiện dùng trong mạch nguồn 12VDC

Bang 3 2 Cách linh kiện dùng trong mạch kích động cơ

Bang 3 3 Thong s6 cam biến quang PZ2-41P loai PNP

Bảng 3 4 Thông số cảm biến quang BYD50-DDT-T loại NPN

Bang 3 5 Quy ước các ngõ vào ra cho PLC nu

Kí hiệu và viết tắt

rogammble Logic Control

- WinCC: Windows Control Center

- HMI: Human Machine Interface

- CPU: Central Processing Unit

- SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition

CBHD: Ths Neuyén Hoang Ding Trang 11 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp

Nguyễn Văn Tâm.

Tóm tắt

Đề tài nêu lên một giải pháp thiết kế hệ thống cân định lượng trực tuyến dùng

PLC PLC có nhiệm vụ đọc giá trị trọng lượng ở dạng tương tự từ ngõ ra của Loadcell sau khi qua bộ khuếch đại Một chương trình được viết sẵn cho PLC dé

đọc, thiết lập hệ thống cân, tính toán và giao tiếp với giao diện HMI (được lập trình trên WinCC),

Giao điện HMI sẽ hiển thị trọng lượng cân của mỗi mẻ, tổng số mẻ cân được trong ca và các chức năng thiết lặp các thông số ban đầu cho hệ thông cân

Qua thời gian nại

Abstract

Topic raised a design solution weighing systems used to quantify PLC online PLC will read the value in the form of analog weight from the loadcell output after passing through the amplifier A written program available to the PLC to read, set weighing systems, computing and communication with HMI interface (programmed

CBHD: Ths Neuyén Hoang Ding Trang 13 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp

Nguyễn Văn Tâm.

CHUONG I: TONG QUAN

41.1 DAT VAN DE

Đồng bằng sông Cửu Long - dựa lúa lớn nhất cả nước, là một khu vực thị xông nghiệp rất phong phủ về nhiều loại sản phẩm nông nghiệp Trong các nhà máy: xay lúa, sau khi thành phẩm là gạo, người ta thường cho vào bao và sau đó đem lên bản cân để xác định khôi lượng, Đây là phương pháp cân tĩnh truyền thống từ xưa đến nay phương pháp này gây tồn nhiều thời gian, nhân công, không lưu trữ dữ liệu chính xác khi cân với số lượng lớn, năng suất không cao, chưa áp dụng tiễn bộ khoa học kỹ thuật Bên cạnh đó, một số cơ sở được trang bị thiết bị điều hiến tự động, ngoại nhập, có giá thành rất cao, không lảm chủ được thiết bị này và các thiết bị nảy không phù hợp với từng loại sản phẩm nông nghiệp cụ thể Để khắc phục khó khăn trên, chúng em mạnh dan tài "Thiết kế hệ thống cân đừng PLC”

1.2 MỤC TIÊU ĐÈ TÀI

thi công, điều khiển và giám sát hệ thống cân định lượng trực tuyển dùng

~ Với phương pháp cân động sẽ thay thế cho phương pháp cân tĩnh truyền thống

Khi cân động, sản phâm dang hạt sẽ được định lượng một cách tự động vận chuyên theo phương hướng đã định trước, cân với tốc độ nhanh, hiệu quả, không tốn nhiều sức lực Hơn nữa, người quản lý sẽ điều khiển, giám sát hệ thống cân cũng như cập nhật số liệu một các tự động, liên tục và chỉnh xác

~ Phương pháp điều khiển và giám sát hệ thống thiết bị bằng phần mềm WinCC trên giao diện HMI sẽ giúp người quản lý và điều khién công việc hiệu quả hơn, nhanh hơn ít tốn thời gian và chủ động trong công việc

~ Tính toán phương pháp cân động để khôi lượng thu về một cách chính xác

~ Toàn bộ trạng thái hoạt động và số liệu cân thu về được điều khiến và giám sát

trên máy tính thông qua phần mềm ứng dụng WinCC

1.3 GIỚI HẠN ĐÈ TÀI

~ Theo thiết kế, hệ thống định lượng hai sản phẩm tiêu biểu là đậu và gạo với khối lượng là 2kg Tuy nhiên, hệ thống có thể cân nhiều sản phẩm dạng hạt khác như lúa, ngô, hạt tiêu, bắp, các loại phân bón đạng hạt Giới hạn độ chính xác cho hệ thông cần là =6g

~ Điều khiến và giám sát thiết bị trên máy tính Hiễn thị khối lượng nguyên liệu thực tai và tông khối lượng nguyên liệu, năng suất sẽ được hiễn thị trên min hình Tuy nhiên việc tính tiền và in hóa đơn cho khách hằng năm ngoài phạm vi đề tải Trên

cở sở này, đề tải có thẻ mỡ rộng cho các mô hình cân định lượng với công suất lớn hơn, ứng dụng nhiều hơn trong thực tiễn

1.4 GỚI THIỆU NỘI DUNG

- Đề tài thiết kế, thi công, điều khiến và giám sát hệ thống cân định lượng là đề tài

‘mang tính ứng dụng trong sản xuất Hệ thống gồm một phễu lớn chứa nguyên liệu ban đầu Nguyên liệu có thể được đưa từ băng tải, gàu tải, hoặc dùng sức con người Sau đó nguyên liệu được đưa vào một phễu nhỏ dùng đề định lượng Toản bộ phu nhỏ được trọng lượng (loadcell) Một băng tải dùng dé chuyên thùng chứa tới, khi đến đúng vị trí đã định, cảm biến quang phát hiện, đèn bật sáng, nguyên liệu sau khi cân với khối lượng định trước được đô vào thùng và Đăng tải sẽ chuyển thùng chứa nguyên liệu này ra ngoài Phổu lớn dùng để chứa liệu

và cấp liệu cho phễu cân nhỏ Nêu khi hét liệu tới một mức giới hạn nào đó thì cảm biển quang phát hiện báo hiệu đèn sáng để đưa liệu mới vào Nguyên liệu được đưa vao phéu cân nhỏ gắn trên đầu loadcell Tín hiệu ngõ ra của Loadeell được đưa về modul Analog EM231 sau khi được khuếch đại lên nhờ bộ khuếch đại chuẩn công nghiệp MKcells Tín hiệu này được đưa vẻ PLC S7 200 xử lý và hiển thị trên màn hình HMI (được thiết kế bởi phần mềm WinCC 6.0 SP2)

~ Hệ thống sử dụng phương pháp tính toán cân động để lấy khối lượng sân phẩm sao cho chính xác nhất Hệ thống sẽ được giám sát và điều khiển dựa trên phần mềm WinCC Các miệng phễu được đóng mở thông qua điều khiên các xilanh ding

để cân thô và chính tỉnh

- Dựa trên khối lượng cần cân mà hệ thống tự động tinh toán ra hai mức cân tương ứng như trên Ban đầu một lượng lớn nguyên liệu sẽ được đỏ vào đẻ cán gắn với giá trị mong muốn thì van cân thô đóng lại Lúc này van cân tỉnh sẽ tiết lưu để đóng

chậm nhằm đưa một ít nguyên liệu nữa đẻ đủ trọng lượng cần cân thì van này sẽ

đóng lại Quá trình cân kết thúc

1.6 HƯỚNG GIẢI QUYẾT

® Bước Ì

~ Tìm hiểu các mô hình cân động dạng hạt

~ Tìm hiểu về loadcell, cấu tạo và nguyên lý hoạt động

- Tim hiéu module analog EM231

~ Tim hiéu PLC $7-200 Siemens va tap lệnh

~ Tìm hiểu ve PC Access, WinCC 6.0 SP2 cdc chire ning cia WinCC

~ Tìm hiểu về phần mềm và ngôn ngữ lập trình Step7 Microwin

~ Thiết kế cơ khí, khí nén, mạch điện và xây dựng mô hình thực tế

~ Thiết kế giao diện điều khiên giám sát, thu thập dữ liệu trên WinCC

~ Viết chương trình điều khién cho PLC,

« Bước 2:Thiết kế cơ khí và lắp đặt cảm biển, van khí nén

® Bước 3: Kết nói PLC với bộ phận cơ khí của cân

« Bước 4: Lập trình cho hệ thông cân, thiết lập thông số ban đầu cân 2 mức (thô

va tinh), giao tiếp với giao diện HMI

« Bước 5: Hiển thị kết quả cân trên giao diện HMI,

Nguyễn Văn Tâm.

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYÉT

2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG

2.1.1 Khối lượng của một vật thể

~ Khối lượng là thước đo về lượng nhiều hay ít hay mức độ đậm đặc (loãng hay đặc) của vật chất chứa trong vật thê Khối lượng được hiểu phô thông nhất là sức nặng

của vật trên mặt đất

lượng của vật có thể được tính từ tích phân toàn bộ thể tích của vật

m=[paV¥ — véi p là khối lượng ring (Nguén: wekipedia.org)

Đơn vị tiêu chuẩn đo khối lượng là kilogam (kg)

~ Trọng lượng là một trường hợp của công thức này Dưới tác dụng của sức hút trái đất, vật có khối lượng sẽ chịu tác dụng của trọng lượng P =m.g ; g là gia tốc trọng trường = 9.8 m/s° là một số có định ở từng khu vực

~ Các phương pháp đo khối lượng là quan hệ nảy Có rất nhiều phương pháp xác định khỏi lượng của vật, từ cổ dién đến hiện dai Tuy nhiên điều sai số là điều khó tránh khỏi đối với các thiết bị cân khối lượng có cấu tạo đơn giản, thiết bi cân điện tử sẽ khắc phục được nhược điểm này Sau đây là một vai cách thức xác định khối lượng của một vật

2.1.2 Các hình thức xác định khối lượng của vật

~ Cân bằng đòn cân: một khối lượng chưa biết được đặt trên đĩa cân Các quả cân được hiệu chỉnh chính xác có kích thước khác nhau được đặt trên đĩa bên kia cho đến khi cân bằng Khối lượng chưa biết bằng tổng khối lượng của các quả cân đặt lên

a=

chuẩn đã biết chưa biết

Hình 2 1 Cân bằng đòn cân

- Cân đồng hồ lò xo thực tế là một ứng dụng đo khối lượng thông qua sự dịch

chuyển dưới tác dụng của trọng lực do vật khôi lượng m gây ra Khối lượng chưa

biết đặt trên bàn cân trên lò xo đã được hiệu chinh Lò xo di động cho đến khi lực

đàn hồi của lò xo cân bằng với trọng trường tác động lên khối lượng chưa biết

Lượng di động của lò xo được dùng đê đo khối lượng chưa biết Ở các cân đồng hò

chỉ thị kim, lượng di động của lò xo sẽ làm kim quay thông qua một cơ cấu bánh

răng với tỷ lệ hợp lý và góc quay của kim sẽ xác định khối lượng của vật cần cân

~ Ngày nay, với tiến bộ của khoa học kỹ thuật, thì các thiết bị cân điện tử ra đời xác định khối lượng của một vật từ rất nhỏ đến khối lượng tương đối lớn như: cân phân tích, cân vàng, cân xe tải, và đang được dùng rất phô biến trong đời sống, sản xuất

~ Để có được những bàn cân điện tử với độ chính xác cao thì các loại cảm biến trọng lượng (cảm biên lực) được sử dụng với thiết bị nay Các cảm biến trọng lượng, dùng trong việc đo khối lượng được sử dụng phổ biến là Loadcell Đây là một kiều cảm biến lực biến dạng Lực chưa biết tác động vào một bộ phận đản hồi, lượng di động của bộ phận đàn hỏi biển đổi thành tín hiệu điện tỷ lệ với lực chưa bỉ

2.2 CAM BIEN TRỌNG LƯỢNG (LOADCELL)

2.2.1 Cầu tạo của một Loadcell

~ Loadeell gồm một vật chứng đản hồi, là một khối nhôm hoặc thép không rỉ được

xử lý đặc biệt, trên vật chứng có dán 4 strain page Khi vật chứng bị biển dạng dưới tác dụng của trọng lượng tác động vào loadcell thì có thé có 2 hoặc 4 strain gage bị tác động

~ Strain gage hay còn gọi là cảm biển biến đạng gồm một sợi dây dẫn có điện trở suất (thường dùng hợp kim của Niken) có chiều dai I va có tiết điện s, được có định trên một phiến cách điện như hình sau:

Hinh 2 2 Cau tao Strain gage [1]

- Khi đo biến dạng của một bề mặt dùng Strain gage, người ta dán chặt sưain gage

lên trên bề mặt cần đo sao cho khi bề mặt bị biển dạng thì strain gage cũng bị biển

dạng

~ Các strain page được dùng đề đo lực, đo momen xoắn của trục, đo biến dạng bÈ

mặt của chỉ tiết cơ khí, đo ứng suất, và được dùng dé lap mạch cầu Whcatstonc để

chế tạo ra các loadcell

2.2.2 Mach cầu Wheatstone

~ Loadeell hoạt động dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone Mạch cầu Wheatstone dùng đẻ chuyển đổi sự thay đôi của điện trở (thay đổi điện trở của

cae strain gage) dưới tác dung lực thành sự thay đổi của điện áp trên đường chéo của cầu

CBHD: Ths Nguyén Hoàng Dũng Trang 17 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp

Nguyễn Văn Tâm

—

7, mm thi

Ninh 2 5 Một số dạng loadcell [1]

2.2.3 Ung dụng loadcell vào đề tài

Qua nghiền cứu và khảo sắt các loại Loadcell hiện đang có trên thị trường, và vào mục đích phù hợp với đề tài thiết kế hệ thống định lượng nên chúng em đã nghiên cứu và sử dụng loadcell dang thanh vào dé tai, vì nó phù hợp theo thiết kế cơ

Nguyễn Văn Tâm.

Bảng thông số kỹ thuật:

‘Dic tinh ky thuật Giá trị Đơn vị

~ Trong thực tế và trong sản xuất công nghiệp iên quan đến định lượng dùng

loadcetl thi thiết bị thường đi kèm là bộ khuếch đại chuẩn cho loadeell Hoặc có thê

sử dụng bộ đầu cân chuẩn có tích hợp bộ khuếch đại cho loadcell, thông thường giá của bộ đầu cân rất đất tiền, nếu có ngõ ra analog thường giá rit cao, thích hợp dùng, cho công nghiệp như: đầu cân MP30, XK3190-A9, FS1200a, FS8000a,

~ Bộ khuếch đại loadell thường có 2 loại: khuếch đại cho ra ding hoặc áp, và loại chỉ cho ra áp như MKcells KM02, KM02A,

~ Thông số kỹ thuật bộ khuếch đại MKcells loại KM02A

Bảng 2 2 Thông số kỹ thuat KMO2A_

2.4 MODUL MỞ RỘNG ANALOG EM231

2.4.1 Cầu tạo

~ Trong thực tế các modul analog được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong các

nhà máy có dây chuyền sản xuất hiện dai, trong công nghiệp trong các lĩnh vực điều khiển liên tục Ví dụ như điều khiển biến tân, điều khiên lưu lượn:

áp suất Trong đề tải này, chúng em ứng dung modul analog EM 231 vào việc do

kh lượng, lấy tín hiệu khuếch đại từ Loadcell, đổi AD và truyền dữ liệu về CPU 224 xử lý sau đó xuất kết quả lên giao diện WinCC

CBHD: Ths Neuyén Hoang Ding Trang 21 SVTI

hạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm.

Hinh 2, 8 Modul Analog EM231 [9]

2.4.2 Thông số kỹ thuật

Hãng Siemen có rất nhiều loại modul analog mở rộng cho các loại PLC Dang EM

231 của S7 200 có rất nhiều loại như: EM 231 TC, EM 231 RTC, EM 231

~ Trong các loại trên thì mỗi modul được ứng dụng vào việc thiết kể riêng như modul EM231 TC là modul chuyên dùng dé doc nhiét 46 tir thermocouple, EM231 'RTC modul chuyên dùng đọc nhiệt độ từ các cảm biến mà đầu ra của nó là điện trở, EM231 là modul đọc các tính hiệu analog nói chung, có độ phân giải 12 bit

~ Thông số kỹ thuật modul

231

“BEA(6_ MobgopahstnMoileshgptSpedfcðos

Cen oie tage Sgahghọdnemnnnrok ohgr ——_ Serle ps enmar nde ae

Bang 2 3 Thong s6 modul Analog EM 231 và EM 235 [9]

~ Đối với modul analog EM231 c6 thể nhận tính hiệu analog là dòng hoặc áp Dang

dữ liệu sau khi chuyển đôi từ tính hiệu analog sang digtal từ -32000 đến +32000 hoặc từ 0 đến 32000, tắt cả các thông số nảy có thể lựa chọn tùy thuộc vào yêu cầu của mỗi cảm biển và người dùng muốn cài đặt [8]

CBHD: Ths Nguyén Hoang Ding Trang 23

Nguyễn Văn Tâm.

2.5 GIO! THIEU VE BO DIEU KHIEN LOGIC LAP TRINH

2.5.1 Khái niệm chung

PLC là chữ viết tắt của từ Programmable Logie Control, là bộ điều khiển logic

có thể lặp trình loại nhỏ của hãng Siemens (Cộng Hoà Liên Bang Đức) PLC S7 200

có cấu trúc kiểu module và có nhiều module mở rộng Các module này được sử

dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau Thành phần cơ bản của PLC S7 200 là khối vi

xử lý CPU, S7 200 có đến 7 module mỡ rộng, nêu dùng cho các ứng dụng cần đến

việc tăng số ngõ vào/ra, ngõ vào/ra analog, kết nối mạng (AS -I, Profibus) [2]

của PLC

thông nổi tiếp iia PLC

dàng thay đổi chương trình

~ Độ tin cây cao, kích thước gọn nhỏ

~ Bảo tri dé ding

khiễn bằng máy lập trình hoặc máy tinh

2.5.3 Phân loại PLC S7 200

Việc phân loại S7 200 dựa vào loại CPU mà nó được trang bị Các loại PLC

thông dụng như CPU 222, CPU 224, CPU 224XP (có 2 cổng giao tiếp), CPU 226

(có 2 công giao tiếp), CPU 226 XP

CBHD: Ths Neuyén Hoang Ding Trang 25 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp

Nguyễn Văn Tâm.

Thông thường S7 200 được phân ra làm hai loại chính dựa vào nguồn điện áp cấp cho CPU hoạt động

+ Loai cp dign 4p 220 VAC:

~ Ngõ vào: Kích hoạt mức 1 ở cắp điện áp +24VDC (từ 15VDC - 30VDC)

~ Ưu điểm: ngõ ra là transistor do đó có thể sử dụng ngõ ra này để biến điệu độ rộng xung, output tốc độ cao

~ Nhược điểm: Do ngõ ra là transistor nên chỉ có thể sử dụng một cấp điện áp duy nhất là 24 VDC, do vậy sẽ gặp rắc rồi trong những ứng dụng có cắp điện áp ra khác nhau Trong trường hợp nảy phải thông qua mot relay dém 24 VDC

Sau đây là bảng cung cấp cho chúng ta các thông số của các loại CPU của S7 200

Kích - thước | 90x80x62 90x80x62 120.5x80x62_'190x80x62

(mm)

BO nhé ROM | 2048 Words | 2048 Words [4096 Words | 4096 Words

Bộ nhớ RAM |1024 Word | 1024 Word | 2056 Word 2056 Word

2.8.4 Chức năng hình dạng bên ngoài PLC $7 200 CPU 224

CPU 224 có 14 ngõ vào và 10 ngõ ra, có khả năng kết nói thêm 7 modul mở rộng

~ Các đèn báo trên S7 200 CPU 224 (Hình 2.11)

+ SẼ (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị lỗi

~ RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN, chi PLC dang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình đã nạp vào máy

+ STOP (đèn vàng): Đèn vàng STOP, chỉ PLC đang ở chế độ dừng chương trình và đang thực hiện lại

2.5.5 Cầu trúc bên trong

Cũng như các loại PLC tiêu biểu khác, PLC S7 200 gồm có 4 bộ phận cơ bản:

bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện nhập/xuắt

~ Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), chứa bộ vi xử lý, biên dịch các tín

hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiên theo chương trình được lưu trong

bộ nhớ, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị xuất

~ Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đồi điện áp AC thành điện áp DC (24 VDC)

thiết cho bộ vi xử lý và các mạch điện trong các module giao tiếp nhập và xu:

CBHD: Ths Neuyén Hoang Ding Trang 27 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp

Nguyễn Văn Tâm.

~ Bộ nhớ là nơi lưu chương trình được sử dụng cho các hoạt động điều khiển, dưới

~ Các thành phần giao điện nhập/xuắt là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị điều khiển Tín hiệu nhập có thể từ các

công tắc, các bộ cảm biến, nút ấn, Các thiết bị xuất có thể là các cuộn dây của bộ

khởi động động cơ, các van solenoid, bơm, đèn, chuông,

2.5.6 Đặc điểm ngõ vào ra của PLC S7 200

= Chiu quá dòng đến 7A _

~ Điện trở cách ly nhỏ nhất là : 100Mega Ohm

iện trở công tắc là: 200 mili Ohm

~ Thời gian chuyển mạch tối đa: 10 ms

~ Thời gian duy trì khi mất nguồn là 10ms

~ Câu chì bên trong 2A / 250V

quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiền và kết thúc bằng lệnh kết thúc

(END) Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và

kiểm tra lỗi Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ

Hình 2 15 Vòng quét trong PLC S7 200

~ Như vậy tại thời điểm vào/ra thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với

'väo/ra mã chỉ thông qua bộ đệm ảo của công trong vùng nhớ tham só Việc truyền

CBHD: Ths Nguyén Hoang Ding Trang 29 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp

Nguyễn Văn Tâm

thơng giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn I va 4 do CPU quan lý Khi eặp lệnh vào/ra thì hệ thơng sẽ cho dừng mọi cơng việc khác, ngay cả chương trình

xử lý ngắt để thực hiện lệnh nảy một cách trực tiếp với cơng vàọra [2]

2.5.9 Phần mềm lặp trình cua PLC S7 200

~ STEP7 MicroWin chạy trên hệ hành Windows, phần mềm này làm nhiệm vụ trung gian giữa người lặp trình và PLC Cĩ 3 khối lập trình chính: khối chương,

trình (Program Block), khối dữ liệu (Data Bloek) và khơi hệ thơng (System Block)

Ngồi ra PLC §7 200 cịn 4 khối lập trình phụ là: khối định nghĩa các ký hiệu

(Symbol table), khối xem trang thái các biến (Status chart), khối tham chiều (Cross

Referenee) và khối truyền thơng (Communication) [3]

~ Trong STEP7 MicroWin cĩ 3 cách soạn thảo mỘt chương trình: soạn thảo chương trình dưới dang thang (Ladder), dang cau lệnh STLL (Statement li) và sơ đỏ khối

FBD (Function Block Diagram), Trong 3 cách soạn thảo trên, soạn thảo chương

trình bằng ladder là thơng dụng nhất vi cho phép người lập trình quan sát được

chương trình đang chạy một cách trực quan, việc chuyên đổi từ dạng soạn thao nay

sang dạng soạn thảo khác một cách dé dang

~ Câu trúc chương trình gồm: chương trình chính (Main program), chương trình con

(Subroutine) va chuong trinh con phuc vu ngit (Interrupt)

m a) Hình 2 17 Mơ tả lệnh Load NoL

+ And (A): lệnh đấu nối tiếp một tiếp điểm NC Chương trình thí dụ: khi 10.0 ON, 10.1 OFF thì ngõ ra Q0.0 ON Nếu 10.0 và 10.1 đều OFF thì ngõ ra Q0.0 sẽ OEF

KE")

Hình 2 18 Mô tả lệnh đấu nối tiếp

+ Or (O): lệnh đấu song song một tiếp điểm NO Chương trình thí dụ: khi 10.0 và

su ON thì ngõ ra sẽ ON, nếu một trong hai tiếp diém ON thi ngõ ra ON, nếu

cả hai đều OFF thì ngõ ra sẽ OFF

+ Và còn nhiều lệnh vẻ bít khác (Xem thêm phần phụ lục)

- Các lệnh về Timer: Có chức năng tương tự như các rle thời gian, PLC S7-200 có

3 loại timer: TON (Timer ON Delay), TOFF (Timer OFF Delay) va TONR (Timer

ON Delay ¢6 nhé) Va con nhiều lệnh timer khác

+ Timer ON Delay: lệnh đếm thời gian khi ngõ vào cho phép ON, bit của Timer ON khi giá trị hiện tại lớn hơn hoặc bảng giá trị đặt trước (PT) va bit OFF khi ngõ vào OFF hoặc gặp lệnh Reset

hạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm.

+ Timer OFF Delay: lệnh đêm thời gian giống như Timer ON Delay, nhưng khác ở chỗ bịt của lệnh sẽ ON ngay lặp tức khi ngõ vào cho phép ON, khi ngõ vào cho phép OFF thì sau khoảng thời gian dat trade timer sé OFF

+ Timer ON có nhớ (TONR): nguyên tắc hoạt động giống như Timer ON delay,

nhưng khác nhau ở chỗ giá trị đặt của tỉmer có thẻ được giữ mặc dù ngõ vào cho

Bảng 2 6 Các loại Timer và độ phân giải tương ứng [3]

~ Các lệnh điều khiển Counter: Counter là bộ đếm hiện chức năng đếm sườn xung trong S7-200 Các bộ đếm của S7-200 được chia làm 3 loại: Bộ đêm lên (CTU), bộ

lệnh đếm khác

+ Bộ đếm lên CTU: đếm số sườn lên của tín hiệu logic đầu vào, túc là đêm số lần

thay đối trạng thái logic tir 0 lên 1 của tín hiệu Số sườn xung đêm được, được phỉ

vào thanh ghi 2 byte của bộ đếm

+ Bộ đếm xuống CTD: nguyên tắc hoạt động giống như lệnh đếm lên nhưng đếm số xung xuống ở giá trị đặt trước đến khi bằng 0 thì bit của số hiệu sẽ chuyển trạng thái

từ OFF lên ON Nếu ngõ vào LD lên mức 1 thì bộ đếm sẽ load giá trị đặt trước và

Hinh 2 25 Lénh dém xuống được trình bảy dưới dạng Ladder

+ Bộ đếm lên/xuống CTUD: đếm lên khi gặp sườn lên của xung vào, ký hiệu li CU

và đêm xuống khi gặp sườn lên của xung vào công đếm xuống, ký hiệu là CD, Đầu vào Reset đặt lại trạng thái đầu của bộ đêm

CBHD: Ths Nguyén Hoang Ding Trang 33 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp

Nguyễn Văn Tâm

~ Lệnh gọi chương trình con va lệnh nhảy: |

+ Chương trình con (Subroutine) là tập hợp một số lệnh đẻ thực hiện một công ví nào đó, chương trình con được thực thi khi và chỉ khi có chương trình khác gọi nó

“Có thể là chương trình chính hoặc từ một chương trình con khác

nguyên đơn hoặc số nguyên kép, so sánh 2 số thực,

so sánh trước đó thì tiếp diém ngõ ra sẽ kín mạch

+ INI >= IN2 so sánh lớn hơn hoặc bằng

+ TNI <= TN2 so sánh nhỏ hơn hoặc bing

* INI > IN2 so sánh lớn hơn

+ INI <IN2 so sánh nhỏ hơn

+_TNI <> TN2 so sánh khác

~ Các lệnh đi chuyển (Move): Trong S7-200 có các hàm Move sau:

+ Move_B: di chuyên các giá trị cho nhau trong giới hạn I Byte

+ Move_W: di chuyển các giá trị nguyên cho nhau trong giới hạn 1 Word

+ Move_DW: di chuyên các giá trị nguyên cho nhau trong giới hạn 1 Dword

+ Move_R: di chuyén các giá trị thực cho nhau trong giới hạn Ï Dint

~ Các lệnh số học (Integer Math, Floating-Point Math):

+ Lệnh ADD _I: cộng 2 số nguyên 16 bit

Tương tự ta có các lệnh đối với số thực, số nguyên 32 bit

~ Các hàm chuyển đôi

+B_I: Déi tir Byte sang Int và ngược lại

+1 DI: Đôi từ số nguyên 16 bit sang số nguyên 32 bịt và ngược lại

+ DLR: Dai số nguyên 32 bit sang số thực

+ BCD_I: Déi sb BCD 16 bit sang số nguyễn 16 bịt và ngược lại

~ Trong trường hợp việc đổi từ số dung lượng nhỏ sang dung lượng lớn hơn (như từ

'Byle sang Int, từ Int sang Dint, ) thì chương trình luôn thực thi

~ Còn trường hợp ngược lại: Nếu giá trị chuyển bị tran ô nhớ thì chương trình sẽ

không thực thi va Bit tran SM1.1 sé bat lén 1

+ Phương pháp lập trình điều khiến

~ Khác với phương pháp điều khiển cứng, trong hệ thống điều khiến có lập trình,

cầu trúc của bộ điều khiên và cách đầu đây độc lập với chương trình

~ Đề thay đồi tiên trình điều khién, chi can thay đôi nội dung bộ nhớ điều khiên,

không cần thay đổi cách đầu dây bên ngoài, đó là ưu điểm của phương pháp điều khiên lập trình được so với phương pháp điều khiển đấu cứng Do đó, phương pháp này rất mềm đẻo được sử dụng rộng rải trong lĩnh vực điều khiến trong công

Nguyễn Văn Tâm.

2.6 GIỚI THIỆU PHÀN MÈM WINCC 6.0 SP2

2.6.1 Các đặc điểm chính của WincC

~ WinCC (Windows Contol Center) là một phần mềm của hãng Siemens dùng để điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất Theo nghĩa hẹp 'WinCC là chương trình hỗ trợ cho người lập trình thiết kế các giao diện Người và Máy — HMI (Human Machine Interface) trong hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aequisition), với các chức năng chính là thu thập dữ liệu, giám (vi điều khiển quá trình sản xuất Những thành phần trong WinCC dễ sử dụng, giúp người dùng tích hợp những ứng dụng mới hoặc có sẵn mà không gặp

chuẩn RS232 của máy tính với chuẩn RS485 của PLC

~ WinCC được ứng dụng phô biến nhất là tự động quá trình điều khiển và giám sát quá trình sản xuất Khi một hệ thông dùng chương trình WinCC để điều khiển và thu thập dữ liệu tử quá trình, nó có (hẻ mô phỏng bằng hình ảnh các sự kiện xảy ra trong quá trình điều khiển dưới dạng các chuỗi các sự kiện

~ WinCC cung cấp nhiều hàm chức năng cho mục đích hiển thị, thông bảo bằng đồ họa, xử lý thông tin đo lường, các tham số công thúc, các bảng ghi báo cáo đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày một phát triền và là một trong những chương trình ứng dụng trong thiết kế giao diện Người và Máy (HMI(4]

.6.2 Các chức năng chính của WinCC

ồ họa): Thực hiện dễ dàng các chức ning phòng và hoạt động qua các đổi tượng đồ họa của chương trình WinCC với nhiều thuộc tính động

+ Alarm Logging (Cảnh báo): thực hiện việc hiển thị các thông báo hay các báo cáo trong khi hệ thống vận hành, Đảm trách các thông báo nhận được và lưu trữ Nó chứa các chức năng để nhận các thông báo từ các quá trình, đẻ chuẩn bị, hiển thị, hỏi đáp và lưu trữ chúng Ngoài ra chức năng Alarm Logging còn giúp chúng ta tìm

ra nguyên nhân của lỗi

+ Tag Logging (Dé thi): Thu thập, lưu trữ và nén các giá trị đo dưới dạng khác nhau Tag Logging cho phép lấy dữ liệu từ các quá trình thực thi, chuẩn bị đề hiền thị và lưu trữ các dữ liệu đó Dữ liệu có thể cung cắp các tiêu chuẩn về công nghệ

và kỹ thuật quan trọng liên quan đến trạng thái hoạt động của toàn hệ thống

+ Report Designer (Báo cáo): Có nhiệm vụ tạo các thông báo, báo cáo và các kết quả này được lưu dưới dạng các trang nhật ký sự kiện

+ User Achivers (Lưu trữ đữ liệu): Cho phép người sử dụng lưu trữ dữ liệu từ chương trình ứng dụng va có khả năng trao đổi với các thiết bị tự động khác Điều

này có nghĩa các công thức, thông số trong chương trình WinCC có thể được soạn thảo, lưu giữ và sử dụng trong hệ thống

+ Web Navigator: Hé thống quản lý, điều khiển và giám sát thông qua Internet giúp

người dùng có thê truy cập vào mạng hệ thông, có thê điều khiển hệ thông ở bất cứ

nơi đâu

+ WinCC sử dụng bộ công cụ thiết kế giao diện đồ họa mạnh như: Toolbox, các control, được đặt dễ dàng trên giao diện thiết kế Ngoài ra, để phục vụ cho công việc giảm sát điều khiển tự động WinCC còn trang bị thêm nhiều tính năng mới mà

các công cụ khác không có nhì

~ Các control thông qua hệ thông quản trị dữ liệu có thê gắn với một biến theo dõi

trang thai của hệ thống điều khiển Thông qua đó, tác động đến việc giám sát các trạng thái

~ Thông qua hệ thống, thông điệp có thể thực hiện được những hành động tương ứng khi trạng thái thay đôi

~ Trong WinCC, ngôn ngữ C-Sript được đùng để thao tác giúp cho việc xử lý các sự kiện phát triển một cách mềm đẻo và linh hoạt

'WinCC tạo ra một giao điện Người-Máy (HMI) dya trên cơ sở giao tiếp giữa con người với các hệ thống máy tính, thiết bị điều khién (PLC) thông qua các hình ảnh, sơ đỏ, hình vẽ hoặc câu chữ có tính trực quan hơn Có thê giúp người vận hành theo đõi được quá trình làm việc, thay đổi các tham số, công thức, quá trình hoạt động, thể hiện các giá trị hiện thời cũng như giao tiếp với quá trình công nghệ thong

Giao dign HMI cho phép người vận hành giám sát các qui trình sản xuất và

cảnh bảo, báo động hệ thông khi có sự có Do đó WinCC là chương trình thiết kế

giao điện Người ~ Máy thật sự cần thiết, không thể thiếu trong các hệ thống có quá

trình tự động hóa phức tạp và hiện đại [6]

Nguyễn Văn Tâm.

CHUONG III: THỊ CÔNG THIẾT KÉ HỆ THÓNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG

Sơ đỏ các bước thiết kế hệ thống:

Cokhi: | Khinén: | Động | Đấu Nạp Kếtnối | Tạo

Hàn, | Lưachon | cơvà | đây chương | PLC và | giao tiện, cất | xylanh, | mạch | cho trình, | WinCC | diện và nhôm | van5/2, | đi PLC kiểm tra | thông | di

[| Đền hiển thị phát hiện

[ P{ Đông cơ || 12vDc73A Điền khiển trực tiếp cuộn đây

Cảm biến trọng | pậy Tải trọng từ Đồng mỡ piston

lượng Loadcell phiếu cân le Khí nón

Hình 3 2 Sơ đồ điều khiển hệ thống

3.1 THIẾT KÉ PHÀN CỨNG

3.1.1 Đầu nối PLC $7-200 CPU224 với Modul Analog EM231

~ Modul EM231 có 4 ngõ vào Analog RA, A+, A-, RB, Bt, B-, RC, C+, C-, RD, D+, D- Do dé tai chỉ sử dụng duy nhất 1 loacell nên nhóm chỉ sử dụng ngõ vào Analog RA, At, A-

Cách đầu nổi như sa

: Lt và M của EM231 đầu trực tiếp từ nguồn 24VDC trên

nguồn từ CPU 224 trên board thì nghiệm

CBHD: Ths Neuyén Hoang Ding Trang 39 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp

Nguyễn Văn Tâm.

Hinh 3 4 So dé dau day cho modul EM231 [9]

~ Kết nổi port mở rộng (jack cảm cái) của EM231 vào port mở rộng của CPU 224

theo hình sau:

Hình 3 š Kết nổi CPU224 với modul EM231 [9]