Xây dựng mạng profibus DP và xây dựng hệ thống giám sát trên wincc

Xây dựng mạng profibus DP và xây dựng hệ thống giám sát trên wincc Xây dựng mạng profibus DP và xây dựng hệ thống giám sát trên wincc Xây dựng mạng profibus DP và xây dựng hệ thống giám sát trên wincc Xây dựng mạng profibus DP và xây dựng hệ thống giám sát trên wincc Xây dựng mạng profibus DP và xây dựng hệ thống giám sát trên wincc Xây dựng mạng profibus DP và xây dựng hệ thống giám sát trên wincc Xây dựng mạng profibus DP và xây dựng hệ thống giám sát trên wincc Xây dựng mạng profibus DP và xây dựng hệ thống giám sát trên wincc Xây dựng mạng profibus DP và xây dựng hệ thống giám sát trên wincc Xây dựng mạng profibus DP và xây dựng hệ thống giám sát trên wincc Xây dựng mạng profibus DP và xây dựng hệ thống giám sát trên wincc Xây dựng mạng profibus DP và xây dựng hệ thống giám sát trên wincc Xây dựng mạng profibus DP và xây dựng hệ thống giám sát trên wincc Xây dựng mạng profibus DP và xây dựng hệ thống giám sát trên wincc Xây dựng mạng profibus DP và xây dựng hệ thống giám sát trên wincc Xây dựng mạng profibus DP và xây dựng hệ thống giám sát trên wincc Xây dựng mạng profibus DP và xây dựng hệ thống giám sát trên wincc Xây dựng mạng profibus DP và xây dựng hệ thống giám sát trên wincc Xây dựng mạng profibus DP và xây dựng hệ thống giám sát trên wincc

Trong nền sản xuất hiện đại việc thành lập các hệ thống sản xuất linh hoạtđóng một vai trò hết sức quan trọng Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) chophép tự động hóa ở mức độ cao đối với sản xuất hàng loại nhỏ và hàng loại vừatrên cơ sở sử dụng các máy CNC, các Rôbốt công nghiệp để điều khiển các đốitượng lao động, các đồ gá và các dụng cụ, các hệ thống vận chuyển, tích trữphôi với mục đích tối ưu hóa quá trình công nghệ và quá trình sản xuất.

Đặc điểm của FMS là khả năng điều chỉnh nhanh các thiết bị để chế tạo sảnphẩm mới Như vậy, nó rất thích hợp không chỉ cho sản xuất hàng khối, hàngloại lớn mà còn cho sản xuất hàng loại vừa và hàng loại nhỏ, thậm chí cả sảnxuất đơn chiếc

Tuy nhiên phân tích FMS trong điều kiện sản xuất đơn chiếc cho thấy sựkhông ăn khớp giữa năng suất của FMS và phương pháp chuẩn bị sản xuất bằngtay Cũng do việc sữ dụng không đồng bộ các hệ thống tự động hóa mà quátrình chuẩn bị sản xuất kéo dài

Sự nối kết các hệ thống tự động riêng lẻ thành một hệ thống duy nhất với

sự trợ giúp của mạng máy tính nội bộ cho phép tăng năng suất lao động của cácnhà thiết kế, các nhà công nghệ và các nhà tổ chức sản xuất và do đó nâng cáonăng suất và chất lượng sản phẩm Các hệ thống sản xuất như vậy được gọi là

hệ thống sản xuất tích hợp có sự trợ giúp của máy tính

Hiện nay ở nước ta nghiên cứu về FMS mới chỉ được bắt đầu tài liệu vềlĩnh vực này bằng tiếng Việt hầu như chưa có Các hệ thống FMS và mô hìnhmới chỉ được trang bị ở một số trường ĐH Trong tương lai các hệ thống nàytiếp tục được đầu tư ở nhiều các cơ sở đào tạo khác trên cả nước Song song với

cơ sở hiện đại là việc rất cần có giáo trình giảng dạy

Bằng vốn kiến thức hiểu biết và được sự hướng dẫn tần tình của thầyhướng dẫn cùng các cô, thầy trong khoa đã giúp em tìm hiểu và nghiên cứu về

để tài

1

Với đề tài ‘‘Xây dựng mạng Profibus-DP và xây dựng hệ thống giám sát trên Wincc” sử dụng bộ PLC S7-300 và PLC S7-200 của siemens liên hệ với

nhau qua mạng truyền thông PROFIBUS mà em trình bày trong đồ án tốt nghiệpnày, em hy vọng sẽ đóng góp một phần nhỏ bé vào quá trình tìm hiểu công nghệsản xuất

Trong quá trình làm đồ án còn gặp nhiều khó khăn đó là tài liệu tham khảocho vấn đề này đang rất ít và hạn hẹp, nhưng được sự hướng dẫn của thầy hướng

dẫn và toàn thể các thầy cô giáo trong khoa Điện đã hướng dẫn và giúp đỡ

em trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp Mặc dù đã rất cố gắng nhưng về thờigian và khả năng của em còn có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót rấtmong sự đóng góp ý kiến bổ sung của các thầy, cô giáo

Em xin chân thành cảm ơn !

ngày … tháng … năm 2014

Sinh viên thực hiện

Phạm Văn Nghĩa

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT

1.1 Trạm phân phối gia công

1.1.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm phân phối gia công

Trạm phân phôi vật gia công có chức năng lưu trữ và phân phối phôi chotoàn bộ hệ thống Phôi được chứa trong hộp đựng phôi và được đẩy xuống băngtải nhờ Xi lanh đẩy phôi Cảm biến quang điện sẽ phát hiện sự có mặt của phôitrên băng tải và bật tín hiệu cho băng tải hoạt động, di chuyển phôi đến cuốibăng tải Khi phôi đến cuối băng tải nhờ cảm biến quang đặt trên băng tải pháthiện và sau một thời gian trễ thì tín hiệu gọi cánh tay rôbốt hai bậc được bật lên.Cánh tay rôbốt sẽ ghắp phôi từ băng tải trạm 1 đặt sang trạm kế tiếp để chuẩn bịcho các quá trình gia công tiếp theo

Hình 1.1: Trạm phân phối vật gia công

1.1.2 Kết cấu thiết bị bao gồm:

 Mô hình băng tải : Di chuyển phôi

 Cơ cấu cấp phôi : Cung cấp phôi xuống băng tải

3

 Phôi với 3 loại khác nhau : Phôi nhựa với 2 màu trắng, đen và phôisắt Ngoài ra, có một số phôi bị lỗi được đưa vào để phân biệt với nhữngphôi trên.

 Xy lanh khí : Đẩy phôi xuống Băng tải khi có tín hiệu từ van điện

 Van điện : Điều khiển đóng/mở xy lanh khi có tín hiệu yêu cầu từPLC

 Cánh tay Robot : Cánh tay 2 bậc xoay và ghắp phôi sang trạm tiếptheo

 Bộ nguồn 24VDC : Cấp nguồn 24VDC cho mạch điện tử, cảm biến, vanđiện

 Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 222

 Module mở rộng EM 223

 Module truyền thông PROFIBUS EM 277

 Cảm biến quang : Sử dụng loại khuếch tán, phát hiện phôi ở cơ cấu cấpphôi va cuối băng tải

 Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC và điều khiển tốc độ động cơBăng tải

 Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch và đèn báo

1.2 Trạm kiểm tra sản phẩm

1.2.1 Tìm hiểu về quy trình công nghệ trạm kiểm tra sản phẩm

Khi trạm cấp phôi hoàn thành công đoạn cấp phôi, trạm kiểm tra sản phẩm

có nhiệm vụ kiểm tra phôi bị lỗi hay không (dài quá hoặc ngắn quá coi là phôilỗi - phế phẩm) nhờ hai cảm biến từ đo độ cao của phôi Bảng chân lý để nhậnbiết phôi thành phẩm và phôi phế phẩm như sau:

Phôi vừa 1 0 Thành phẩmPhế phẩm sẽ bị đẩy xuống thùng chứa phía dưới Phôi không bị lỗi sẽ đượcđẩy xuống băng tải Trên băng tải lắp đặt ba loại cảm biến gồm: Cảm biến quangđiện phát hiện tất cả các loại phôi, cảm biến tiệm cận phát hiện phôi có tính chất

từ tính, cảm biến mầu sắc phát hiện những phôi màu trắng Bảng chân lý đểnhận biết phôi như sau:

quang

Cảm biến tiệm cận

Cảm biến màu

sắc

Khi phôi di chuyển qua các cảm biến, nhờ tín hiệu ba cảm biến này sẽ xácđịnh từng loại phôi và truyền tín hiệu sang trạm Gia công sản phẩm để gia côngtheo yêu cầu công nghệ của từng loại phôi

Hình 1.2: Trạm kiểm tra sản phẩm.

1.2.2 Kết cấu thiết bị bao gồm:

5

 Mô hình băng tải : Di chuyển phôi.

 Cơ cấu kiểm tra phôi : Nâng và hạ phôi lên xuống để kiểm tra phôi cóphải là thành phẩm hay phế phẩm

 Xy lanh khí : Đẩy phôi xuống băng tải hoặc thùng đựng phế phẩm khi

có tín hiệu từ van điện

 Van điện : Điều khiển đóng/mở xy lanh khi có tín hiệu yêu cầu từPLC

 Bộ nguồn 24 VDC : Cấp nguồn 24 VDC cho mạch điện tử, cảm biến, vanđiện

 Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 222

 Module mở rộng EM 223

 Module truyền thông PROFIBUS EM 277

 Cảm biến quang : Sử dụng loại khuếch tán, phát hiện phôi ở cuối băngtải

 Cảm biến từ : Giới hạn trên/dưới cho cơ cấu kiểm tra phôi và phânbiệt phôi có bị lỗi hay không

 Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC và điều khiển tốc độ động cơBăng tải

 Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch và đèn báo

1.3 Trạm xử lý gia công phôi

1.3.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm xử lý gia công phôi

Trạm xử lý gia công nhận phôi từ trạm kiểm tra phôi Phôi sau khi được xácđịnh không bị lỗi sẽ bắt đầu quá trình gia công ở trạm này theo yêu cầu côngnghệ của từng loại phôi theo bảng chân lý như sau:

Phôi nhựa trắng có có

Mâm xoay sẽ xoay từng bước phù hợp với yêu cầu nhờ tín hiệu từ cảm biến

và động cơ một chiều Hamonic Động cơ khoan sẽ di chuyển lên xuống nhờ cơcấu xy lanh Khi phôi dừng tại vị trí khoan, động cơ khoan sẽ được hạ xuống vàkhoan lỗ, quá trình này thực hiện trong vài giây sau đó động cơ khoan trở về vịtrí ban đầu nhờ xy lanh đẩy lên Tiếp theo, quá trình kiểm tra lỗ vừa khoan nhờmột xy lanh

Hình 1.3: Trạm xử lý gia công phôi.

1.3.2 Kết cấu thiết bị bao gồm :

 Cơ cấu mâm xoay 6 vị trí : Di chuyển phôi lần lượt đến các vị trí giacông

 Bộ nguồn 24VDC : Cấp nguồn 24VDC cho mạch điện tử, cảm biến,động cơ khoan

 Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 222 : Bộ điều khiển lậptrình

7

 Module mở rộng EM 223 : Module mở rộng vào/ra số.

 Module EM 277 : truyền thông PROFIBUS – DP

 Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC và điều khiển tốc độ động cơBăng tải

 Cảm biến tiệm cận : Phát hiện loại phôi có tính chất từ tính

 Cảm biến màu : Phát hiện phôi có màu đen hoặc trắng

 Cơ cấu khoan : Gia công phôi

 Xy lanh khí : Giữ phôi để khoan dễ dàng

 Van điện : Nhận tín hiệu từ PLC để đóng/mở xy lanh

 Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch, đèn báo

1.4 Trạm Rôbôt 5 bậc tự do Scara

1.4.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm Robot 5 bậc tự do Scara

Hình 1.4: Trạm Robot 5 bậc tự do

phôi chuyển đến trạm lắp ráp sản phẩm

1.4.2 Kết cấu thiết bị bao gồm:

 Bộ nguồn 24VDC : Cấp nguồn 24VDC cho mạch điện tử

 Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 222 : Bộ điều khiển lậptrình

 Module mở rộng EM 223 : Module mở rộng vào/ra số

 Module EM 277 : Module truyền thông PROFIBUS – DP

 Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC

 Robot SCARA

 Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch, đèn báo

 Phần mềm điều khiển Robot Scara

1.5 Trạm lắp ráp sản phẩm

1.5.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm lắp ráp sản phẩm

Phôi được chuyển đến trạm lắp ráp sản phẩm nhờ Robot SCARA Khi phôiđược đưa đến đầu băng tải, cảm biến quang sẽ phát hiện, gửi tín hiệu về PLC S7

200 yêu cầu cơ cấu giữ sản phẩm thực hiện nguyên công giữ Khi sản phẩmđược giữ chắc chắn, cơ cấu lắp ráp sản phẩm sẽ thực hiện Sau khí lắp ráp xong,

cơ cấu kẹp vật nhả ra, sản phẩm chạy đến cuối băng tải, sẵn sàng cho trạm tiếptheo

9

Hình 1.5 Trạm lắp ráp sản phẩm

1.5.2 Kết cấu thiết bị bao gồm:

 Bộ nguồn 24VDC : Cấp nguồn 24VDC cho mạch điện tử, cảm biến

 Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 222

 Module mở rộng EM 223

 Module truyền thông PROFIBUS EM 277

 Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC và điều khiển tốc độđộng cơ băng tải

 Cảm biến quang : Phát hiện sản phẩm đã có trên băng tải

 Cơ cấu lắp ráp sản phẩm

 Xy lanh khí : Giữ phôi để lắp ráp

 Van điện : Nhận tín hiệu từ PLC để đóng/mở xy lanh

 Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch, đèn báo

1.6 Trạm Robot cánh tay khí nén di chuyển sản phẩm

1.6.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm Robot cánh tay khí nén di chuyển

được điều khiển chính xác tại vị trí của sản phẩm Sau khi kẹp được sản phẩm,tay khí nén di chuyển sang phải và đặt sản phẩm cho trạm kế tiếp.

Hình 1.6 Cánh tay khí nén di chuyển vật

1.6.2 Kết cấu thiết bị bao gồm:

 Bộ nguồn 24VDC : Cấp nguồn 24VDC cho mạch điện tử, van điện

 Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 222 : Bộ điều khiển lậptrình

 Module mở rộng EM 223 : Module vào/ra số

 Module EM 277 : Module truyền thông PROFIBUS – DP

 Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC và van điện

 Xy lanh khí : Kẹp sản phẩm

 Cánh tay khí nén : Ghắp vật sang trạm tiếp theo

 Van điện : Nhận tín hiệu từ PLC để đóng/mở xy lanh

 Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch, đèn báo

11

1.7 Trạm lưu kho sản phẩm

1.7.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm lưu kho sản phẩm

Sản phẩm lắp ráp hoàn thiện được cánh tay khí nén gắp sang băng tải củatrạm lưu kho Băng tải di chuyển sản phẩm đến cuối hành trình Trên băng tải có

3 loại cảm biến để phân loại sản phẩm : Cảm biến tiệm cận phát hiện sản phẩm

từ tính, cảm biến màu sắc phát hiện sản phẩm màu trắng, cảm biến quang pháthiện sản phẩm màu đen Tương ứng với mỗi sản phẩm đó, sẽ có tín hiệu gọiRobot lưu kho và lưu vào các hàng tương ứng 1, 2 hoặc 3

Hình 1.7 trạm lưu kho sản phẩm

1.7.2 Kết cấu thiết bị bao gồm:

 Bộ nguồn 24VDC : Cấp nguồn 24VDC cho mạch điện tử, van điện,cảm biến, động cơ băng tải

 Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 222 : Bộ điều khiển lậptrình

 Module mở rộng EM 223 : Module vào/ra số

 Xy lanh khí : Kẹp sản phẩm.

 Van điện : Nhận tín hiệu từ PLC để đóng/mở xy lanh

 Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch, đèn báo

1.8 Trạm điều khiển và giám sát trung tâm

1.8.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm điều khiển và giám sát trung tâm

Trạm điều khiển và giám sát sử dụng bộ điều khiển PLC S7 300 CPU313C-2DP và màn hình giám sát HMI – TP 177A Bộ PLC S7 300 sẽ nhận tínhiệu từ 8 bộ PLC S7 200 truyền lên và xuất tín hiệu điều khiển xuống các trạmthông qua mạng PROFIBUS Đồng thời, màn hình HMI – TP 177A sẽ điềukhiển và giám sát các biến nhớ, các đầu vào/ra, tín hiệu từ cảm biến hiển thị lênmàn hình

Hình 1.8.1 Trạm điều khiển và giám sát trung tâm

13

1.8.2 Kết cấu thiết bị bao gồm:

 Bộ nguồn PS 2A : Cung cấp nguồn cho PLC S7 300 và màn hình

 TP 177A

 Bộ điều khiển lập trình PLC S7 300 CPU 313C-2DP

 Màn hình giao tiếp HMI – TP 177A

 Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch, đèn báo

Màn hình TP 177A sẽ điều khiển và giám sát các biến của PLC trong cáctrạm thông qua mạng PROFIBUS Cho phép hiển thị trạng thái của các biến, cácđầu vào/ra, tín hiệu từ cảm biến về lên màn hình Đồng thời, có thể điều khiển

từ màn hình với chức năng đa điểm chạm (Touch Panel)

Hình 1.8.4 Màn hình điều khiển TP 177A

1 Rãnh tháo lắp màn hình

2 Màn hình hiển thị và điều khiển với chức năng đa điểm

15

3 Gờ cạnh ngoài cùng của màn hình.

4 Chỗ lắp cơ cấu gá

THIẾT LẬP MẠNG PROFIBUS-DP, XÂY DỰNG LƯU ĐỒ THUẬT

TOÁN VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 2.1 Cấu hình mạng PROFIBUS-DP với phần mềm STEP 7

Các bước lập trình và cấu hình mạng truyền thông lần lượt thực hiện nhưsau:

Vào START  SIMATIC  SIMATIC Manage để kích hoạt phần

mềm lập trình STEP 7 V5.5

Hình 3.1: Cách vào phần mềm lập trình STEP 7 V5.5.

Phần mềm STEP7 được mở ra, vào File  New trên giao diện chính.

17

Hình 3.2: Cách tạo một Project mới

Tiếp theo kích chọn Insert  Station  SIMATIC 300 Station để tạo một

trạm PLC S7 300 trong Project

Hình 3.3: màn hình thiết lập trạm S7 - 300

19

Khi nhấn chọn trạm sẻ xuất hiện biểu tượng Hardware.

Hình 3.4.: Chọn biểu tượng Hardware

Project có tên DOANTOTNGHIEP_FMS_2012 đã được thêm phần cứng bên trong là một trạm PLC S7 300 Kích đúp trái chuột vào SIMATIC 300(1)

bắt đầu cấu hình phần cứng cho Project

Cửa sổ HW_config cho phép người lập trình thiết lập cấu hình phần cứng

của toàn bộ hệ thống ngoài thực tế bao gồm trạm chủ PLC S7 300, các trạm tớPLC S7 200 và chuẩn kết nối trong mạng truyền thông

Trong mục SIMATIC 300 chọn RACK-300, kích và giữ trái chuột vào Rail

và thả vào phần trống bên trái

Hình 3.6: Giao diện sau khi cài xong phần cứng

Khi ta kéo chọn CPU 313C – 2DP vào Rail, sẽ xuất hiện hộp thoại

21

Hình 3.7 : Màn hình sau khi đặt CPU vào Slot 2

Tiếp theo chọn New ta làm theo như các hình vẽ sau:

Hình 3.8: Cấu hình mạng Profibus

Hình 3.9: Chọn tốc độ truyền cho mạng Profibus

Hình 4.0: Mạng Profibus được thiết lập

Hình 4.1: Mạng Profibus được thiết lập hoàn chỉnh

Để gán các bộ PLC S7 200 vào mạng và thực hiện quá trình trao đổi dữ liệugiữa PLC S7 300 ta cấu hình module EM 277 vào mạng như sau:

Chọn PROFIBUS DP  Additional Field Devices  PLC  SIMATIC

 EM 277 PROFIBUS – DP Kéo và thả module EM 277 vào “cable profibus”

bên trái

23

Sau khi lập trình xong 7 trạm, tiến hành download cho trạm Master PLC S7

300 trước với cấu hình mạng MPI Sau đó, chuyển sang cấu hình mạngPROFIBUS và download cấu hình này xuống PLC S7 300 Các bước tiến hìnhnhư sau:

Vào Options  SetPG/PC Interface

Trong cửa sổ tiếp theo chọn chuẩn giao tiếp MPI => PC Adapter(MPI),kích chọn Properties, chọn cổng truyền thông của Cable USB hoặc COM

Kích OK kết thúc quá trình chọn chuẩn giao tiếp Sau đó, tiến hành

Download chương trình của PLC S7 300 vào CPU(qua cổng MPI_COM1) Kíchvào biểu tượng Download:

25

Sau khi toàn bộ chương trình của PLC S7 300 đã được Download vào CPUcủa PLC S7 300 qua cổng MPI, tiếp theo để toàn bộ hệ thống giao tiếp được với

nhau qua mạng PROFIBUS, tiến hành chọn chuẩn giao tiếp PROFIBUS Bắt

đầu với việc cấu hình trên phần mềm PLC S7 200 như hình sau:

Kích OK kết thúc quá trình chọn chuẩn giao tiếp Sau đó, tiến hành

Download chương trình của PLC S7 200 vào CPU qua cổng PROFIBUS_USB

2.1 Chương trình điều khiển trạm Master (PLC S7 300)

2.1.1 Bảng khai báo Symbol

27

2.1.2 Chương trình điều khiển

29

31

33

35

2.2.1 Trạm phân phối vật gia công

a Lưu đồ thuật toán

37

b Chương trình điều khiển

 Bảng khai báo symbol

 Chương trình chính

39