Đồ án mô hình máy xi mạ kim loại

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MÀN HÌNH HMI CHƯƠNG 2: PHẦN MỀM GT – DESIGNER TẠO GIAO DIỆN MÀN HÌNH CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ PLC MITSUBISHI CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU ENCODER VÀ ĐỘNG CƠ GIẢM TỐC CHƯƠNG 5: PHẦN CỨNG MÔ HÌNH VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN

Đồ Án Tốt Nghiệp

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ MÀN HÌNH HMI

Ngoài các tính năng trên màn hình HMI còn có thể cho nhiều tính năng khác như

đồ họa để mô phỏng các thiết bị trong quá trình sản xuất giúp người vận hành các thiết bị

có cái nhìn trực quan hơn về hệ thống sản xuất, giúp họ dễ thao tác kiểm tra hệ thống nhanh và hiệu quả hơn

Một số loại màn hình HMI của hãng Mitsubishi:

 Loại FX-10DU đến FX-50DU

 Loại GOT-F900 series (handy và Touch Sceen)

 Loại F943GOT-LWD-E

 Loại A800 Series

 Loại GOT-1000 Series

2 Màn hình GOT kết nối với PLC.

hệ thống Bên cạnh cái nhìn trực quan về hệ thống thì những hình ảnh đó còn cho phép ta điều khiển và giám sát hệ thống một cách linh hoạt và dễ dàng Loại màn hình này cho phép tới 500 trang màn hình ứng dụng, điều này giúp người sử dụng có thể giám sát hệ thống sản xuất phức tạp Bên cạnh đó màn hình còn có chức năng như một bộ lập trình bằng tay giúp người sử dụng có thể trực tiếp lập trình cho bộ điều khiển PLC mà không cần phải sử dụng đến máy tính….

Màn hình HMI F943GOT-LWD-E

Loại màn hình F943GOT có hai loại :

 F943GOT-SWD-E: 5.7 STN type LCD (with eight colors)

 F943GOT-LWD-E: 5.7 STN type LCD (with black and white)

2 Chi tiết:

Đồ Án Tốt Nghiệp

Cáp kết nối màn hinh HMI với máy tính

Hệ thống màn hình HMI kết nối với PLC

Đồ Án Tốt Nghiệp

Kết nối màn hình GOT với PC Kết nối màn hình GOT với PLC

CHƯƠNG 2 PHẦN MỀM GT-DESIGNER TẠO GIAO

DIỆNMÀN HÌNH GOT

I KHỞI ĐỘNG PHẦN MỀM TẠO GIAO DIỆN

Vào Program ->Melsoft Application->GT Designer

Sẽ xuất hiện hộp thoại Select Project ->Vào New tạo trang màn hình mới, chọn Open-> để mở file đã tạo sẵn

Chọn New màn hình xuất hiện

Nhấn Next sau đó xuất hiện tiếp hộp thoại Got Type:

Chọn màn hình cần dung rồi tiếp tục nhấn Next:

Nhấn Next

Chọn PLC MELSEC – FX

Nhấn Next.

Kết thúc khai báo màn hình

II TẠO CÁC ĐỐI TƯỢNG TRÊN MÀN HÌNH:

1 Tạo các trang màn hình cần lập trình.

Vào Screen ->new Screen -> Basic Screen

Màn hình xuất hiện

 Screen Number: Số trang màn hình

 Screen Name: tên trang màn hình

2 Tạo các dòng chữ cần hiển thị:

Vào biểu tượng trên thanh công cụ -> vào Text nhập dòng chữ ‘TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH’’

Sau đó sẽ tạo được giao diện như sau:

3 Tạo ngày tháng năm và thời gian:

Vào biểu tượng trên màn hình

Xuất hiện hộp thoại Clock vào Date->OK

Xuất hiện hộp thoại Clock vào Time ->OK.

Tạo được nút Back: tương tự như nút Next chỉ khác là Key Action->Previous.

b Tạo các nút điều khiển hệ thống:

Tương tự như các nút lật trang màn hình, sử dụng biểu tượng trên thanh công cụ hoặc vào Draw -> Tuoch key

Tạo nút START -> vào Text nhập chữ ‘START’ vào Key Action ->set bit X000

Tạo nút STOP -> vào Text nhập chữ ‘STOP’ vào Key Action ->set bit X001.

5 Thiết các thông số hoặc hiển thị các thông số:

Thiết lập hoặc hiển thị các thông số thường gán cho các vùng nhớ trong PLC dưới dạng thanh ghi 16bit/32bit Gồm các thanh ghi sau: T, C, D, V, Z

Thiết lập thông số vào biểu tượng trên thanh công cụ hoặc vào Numerical Input

Từ hộp thoại Numberical Input vào Decice…->chọn thanh ghi dữ liệu D1->OK-> OK.

Hiển thị thông số vào biểu tượng trên thanh công cụ hoặc vào Object -> Numberical Display

Từ hộp thoại Numberical Display vào Decice…->chọn thanh ghi dữ liệu

D3->OK->OK

6 Tạo các biểu tượng:

Ngoài ra còn hiển thị dưới dạng đèn báo, đồ thị, bar,…dạng parametter… ,cảnh báo…

 Đèn báo:

 Đồ thị :

 Cảnh báo:

 Dạng parametter:

III NẠP CHƯƠNG TRÌNH XUỐNG MÀN HÌNH HMI

Muốn nạp chương trình:Vào biểu tượng trên màn hình Communiction

->Download((to Got)-> Hộp thoại xuất hiện sau

Hộp thoại xuât hiện trên đó có nhiều thẻ : Download->Got,Upload->Computer; Communication

Chọn Communication… Xuất hiện như sau

Port No: Cổng truyền thông

Baudrate: 9600

Chọn xong nhấn Update rồi bắt đầu Download xuống màn hình HMI

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢT PLC

MITSUBISHI

I LỊCH SỬ RA ĐỜI VÀ PHÁT TRIỂN CỦA PLC:

Tự động ngày càng đóng vai trò quan trọng trong đời sống và công nghiệp Ngày nay, ngành tự động đã phát triển đến trình độ cao nhờ những tiến bộ của lý thuyết điều khiển tự động, tiến bộ của những ngành khác như điện tử, tin học… Nhiều hệ thống điều khiển tự động đã ra đời, nhưng phát triển mạnh và có khả năng phục vụ rộng là bộ điều khiển PLC

Khái niệm bộ điều khiển lập trình PLC là ý tưởng của nhóm kỹ sư hang General Motors vào năm 1968, và họ đã đề ra các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng những yêu cầu điều khiển như sau:

Dễ lập trình và thay đổi chương trình điều khiển, sử dụng thích hợp trong các nhà máy công nghiệp

Cấu trúc dạng Module dễ mở rộng, dễ bảo trì và sửa chửa/

Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất của các nhà máy công nghiệp

Sử dụng các linh kiện bán dẫn nên phải có kích thước nhỏ gọn hơn mạch role mà chức năng vẫn tương đương

2 Về phần cứng:

 Bộ nhớ lớn hơn

 Số lượng ngõ vào, ngõ ra nhiều hơn

 Nhiều loại module chuyên dung hơn

Đến năm 1976 thì PLC có khả năng điều khiển các ngõ vào, ngõ ra từ xa bằng kỹ thuật truyền thong (khoảng 200 mét)

Sự gia tăng những ứng dụng của PLC trong công nghiệp đã thúc đẩy các nhà sản xuất hoàn chỉnh kỹ thuật của các họ PLC với mức độ khác nhau về khả năng tốc độ xử lý

và hiệu suất

Các họ PLC phát triển từ loại làm việc độc lập, chỉ với 20 ngõ vào/ra và dung lượng bộ nhớ chương trình khoảng 500 bước, đến các họ PLC có cấu trúc module nhằm làm dễ dàng hơn cho việc mở rộng them chức năng chuyên dung như:

II CẤU TRÚC PHẦN CỨNG PLC HỌ FX CỦA HÃNG MITSUBISHI:

1 Đơn vị điều khiển trung tâm (CPU: Central Processing Unit)

Là bộ vi xử lý thực hiện các lệnh trong bộ nhớ chương trình Nhập dữ liệu ở ngõ vào, xử lý chương trình, nhớ chương trình, xử lý các kết quả trung gian và kết quả này được truyền trực tiếp đến cơ cấu chấp hành để thực hiện chương trình xuất nhập dữ liệu ra các ngõ ra

2 Bộ nhớ (Memory):

Dùng để chứa chương trình số liệu, đơn vị nhỏ nhất là bit Bộ nhớ là vùng nắm giữ

hệ điều hành và vùng nhớ của người sử dụng ( hệ điều hành là một phần mềm hệ thống

mà nó kết nối PLC để PLC thực sự hoạt động được)

Có nhiều loại bộ nhớ khác nhau Để PLC có thể hoạt động được, cần thiết phải có

bộ nhớ để lưu trữ chương trình Đôi khi cần mở rộng bộ nhớ để thực hiện các chức năng khác như:

Vùng đệm tạm thời lưu trữ trạng thái của các kênh xuất – nhập được gọi là RAM xuất – nhập

Lưu trữ tạm thời các trạng thái của các trạng thái chức năng bên trong: các bộ định thì (Timer ), các bộ đếm (Counter), các Rơle

Bộ nhớ gồm có các loại sau đây:

a Bộ nhớ chỉ đọc (ROM : Read Only Memory)

ROM không phải là bộ nhớ khả biến, nó có thể lập trình chỉ được một lần Do đó

nó không thích hợp cho việc điều khiển “ mềm” của PLC, và nó ít phổ biến so với các loại bộ nhớ khác

b Bộ nhớ ghi đọc (RAM : Random Access Memory).

Bộ nhớ của PLC là CMOSRAM, tiêu tốn năng lượng khá ít, và được cấp pin dự phòng khi mất nguồn Nhờ đó dữ liệu sẽ không bị mất

c Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xóa được (EPROM )

EPROM lưu trữ dữ liệu giống như ROM, tuy nhiên nội dung của nó có thể được xóa đi nếu bị ảnh hưởng của tia tử ngoại Khi đó phải viết lại chương trình cho bộ nhớ

d Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xóa được bằng điện (EEPROM ):

Nội dung trên EEPROM có thể bị xóa và lập trình bằng điện, tuy nhiên nội dung chỉ giới hạn một số lần nhất định

3 Các Module xuất – nhập (Input – Output ).

Khối xuất – nhập đóng vai trò là mạch giao tiếp giữa vi mạch điện tử bên trong PLC với mạch ngoài Module nhập nhận tín hiệu từ Sensor và đưa vào CPU, module xuất đưa tín hiệu điều khiển từ CPU ra cơ cấu chấp hành

Mọi hoạt động xử lý tín hiệu từ bên trong PLC có mức điện áp từ 5 - 15VDC , trong khi tín hiệu bên ngoài có thể lớn hơn nhiều Ta có nhiều loại ngõ ra như: ngõ ra dùng role, ngõ ra dùng transitor, ngõ ra dùng triac

4 Hệ thống BUS :

Là hệ thống tập hợp một số dây dẫn kết nối các module trong PLC gọi là BUS, đây

là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều tín hiệu song song

III.GIỚI THIỆU CÁC PLC HỌ FX

1 PLC loại FXO và FXOS

Đây là loại PLC có kích thước thật nhỏ gọn, phù hợp với các ứng dụng với số lượng I/O nhỏ hơn 30 cổng, với việc sử dụng bộ nhớ chương trình bằng EEPROM cho phép dữ liệu chương trình được lưu lại trong bộ nhớ khi mất nguồn đột xuất Dòng FXO được tích hợp sẳn bên trong bộ đếm tốc độ cao và các bộ tạo ngắt (role trung gian) , cho phép xử lý tốt một số ứng dụng phức tạp

Nhược điểm của dòng FXO là không có khả năng mở rộng số lượng I/O được quản

lý, không có khả năng nối mạng, không có khả năng kết nối với các module chuyên dùng, thời gian thực hiện chương trình lâu

2 PLC loại FXON

FXON sử dụng cho các máy điều khiển độc lập hay các hệ thống nhỏ với số lượng I/O có thể quản lý nằm trong miền 10-28 I/O FXON thực chất là bước đệm trung gian giữa FXOS với FXO PLC FXON có đầy đủ các đặc trưng cơ bản của dòng FXOS, đồng thời còn có khả năng mở rộng tham gia nối mạng

3 PLC loại FX1S

FX1S có khả năng quản lý số lượng I/O trong khoảng 10-34I/O Cũng giống như FXOS, FX1S không có khả năng mở rộng hệ thống Tuy nhiên, FX1S được tăng cường thêm một số tính năng đặc biệt như: tăng cường hiệu năng tính toán, khả năng làm việc với các đầu vào ra tương tự thông qua các card chuyển đổi, cải thiện tính năng bộ đếm tốc

độ cao , tăng cường 6 đầu vào xử lý, trang bị thêm các chức năng truyền thông trong mạng (giới hạn số lượng trạm tối đa là 8 trạm) hay giáo tiếp với các bộ HMI đi kèm FX1S thích hợp với các ứng dụng trong công nghiệp chế biến gỗ, đóng gói sản phẩm, điều khiển động

cơ, máy móc, hay các hệ thống quản lý môi trường

4 PLC loại FX1N

a Giới thiệu:

PLC FX1N thích hợp với các bài toán điều khiển với số lượng đầu vào ra trong khoảng 14-60 I/O Tuy nhiên khi sử dụng các module vào ra mở rộng, FX1N có thể tăng cường số lượng I/O lên tới 128 I/O FX1N được tăng khả năng truyền thông, nối mạng, cho phép tham gia trong nhiều cấu trúc mạng khác nhau như Ethernet, Profilebus, cc-Link, Canopen, Devicenet… FX1N có thể làm việc với các module analog, các bộ điều khiển nhiệt độ Đặc biệt, FX1N được tăng cường chức năng điều khiển vị trí với 6 bộ đếm tốc độ cao, hai bộ phát xung đầu ra với tần số điều khiển tối đa là 100KHz Điều này cho phép các bộ điều khiển lập trình thuộc dòng FX1N có thể cùng một lúc điều khiển một cách độc lập hai động cơ servo hay tham gia các bài toán điều khiển vị trí

Dãy mở rộng tự cung cấp điện: độ biến thiên mở rộng của sự cung cấp điện AC có thể đáp ứng sự cung cấp điện áp từ bất kỳ nào trên thế giới (100 đến 240 VAC) Sự cung cấp điện áp DC cũng được cho phép từ 12 đên 24 VDC

Quá trình điều khiển được tăng, sử dụng lện PID cho những hệ thống đòi hỏi sự điều khiển chính xác

Khả năng kết nối: Việc thực hiện hoàn chỉnh của những module kết nối sẽ làm cho thông tin và dữ liệu được cung cấp dễ dàng

Dễ lắp đặt sử dụng thanh DIN hoặc khoảng trống có sẳn

Đồng hồ thời gian thực tế: Sử dụng tiêu chuẩn đồng hồ thời gian thực tế cho những ứng dụng độc lập về thời gian

5 PLC loại FX2N

Đây là một trong những dòng PLC có tính năng mạnh nhất trong dòng FX FX2N được trang bị tất cả các tính năng của dòng FX1N, nhưng tốc độ xử lý được tăng cường, thời gian thi hành các lệnh cơ bản giảm xuống cở 0.08μs FX2N thích hợp với các bài toán điều khiển với số lượng đầu vào khoảng 16-128I/O, trong trường hợp đặc biệt cần thiết FX2N có thể mở rộng đến 256 I/O Tuy nhiên, trong trường hợp mở rộng số lượng I/O lên

256, FX2N sẽ làm mất lợi thế về giá cả và không gian lắp đặt của FX2N Bộ nhớ của FX2N là 8kstep, bộ nhớ RAM có thể mở rộng đến 16 kstep cho phép thực hiện các bài toán điều khiển phức tạp Ngoài ra FX2N còn trang bị các hàm xử lý PID với tính năng tự chỉnh, các hàm xử lý số thực cùng đồng hồ thời gian thực tích hợp sẳn bên trong Những tính năng vượt trội trên cùng với khả năng truyền thông, nối mạng nói chung của dòng FX1N đã đưa FX2N lên vị trí hàng đầu trong dòng FX, có thể đáp ứng tốt các đòi hỏi khắc khe nhất đối với các ứng dụng trong các hệ thống điều khiển cấp nhỏ và trung bình, FX2N thích hợp với các bài toán điều khiển sử dụng trong các dây chuyền sản xuất, xử lý nước thải, các hệ thống xử lý môi trường, điều khiển các máy dệt, trong các dây chuyền lắp ráp tàu biển

6 Một số đặc tính kỹ thuật PLC FX của hãng Mitsubishi

Phương pháp xử lý

chương trình Thực hiện quét chương trình tuần tự

Phương pháp xử lý vào ra Cập nhật ở đầu và cuối chu kỳ quét ( khi lênh END được

thực thi )Thời gian xử lý Cơ bản: 0,72μs

Ứng dụng: 10-100μs

Cơ bản 0,08μsỨng dụng

1,52-100μsNgôn ngữ lập trình Ngôn ngữ Ladder + Instruction +SFC

Dung lượng chương trình

2k Steps (16 Steps gắn thêm

bộ nhớ ngoài)Cấu hình vào/ra có thể 30I/O Max input

16Max output 14

IV KẾT NỐI PLC VỚI THIẾT BỊ NGOẠI VI

Khối vào ra là mạch giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC với các mạch công suất bên ngoài kích hoạt các cơ cấu tác động: thực hiện sự chuyển đổi các mức điện áp tín hiệu

và cách ly Tuy nhiên khối vào/ra cho phép PLC kết nối trực tiếp với các cơ cấu tác động

có công suất nhỏ, khoảng 2A trở xuống, không cần các mạch trung gian hay relay trung gian

Tất cả các ngõ vào/ra đều được cách ly với các tính hiệu điều khiển bên ngoài bằng mạch cách ly quang (opto-isolator) trên khối vào ra Mạch cách ly quang dùng một diode phát quang và một transistor quang gọi là optp coupler Mạch này cho phép các tín hiệu nhỏ đi qua và ghim các tín hiệu điện áp cao xuống mức tín hiệu chuẩn Mạch này có tác dụng chống nhiễu khi chuyển contact và bảo vệ quá áp từ nguồn cấp điện thường lên đến 1500V

1 Kết nối ngõ vào

a Ngõ vào VDC

SOURCE

SINK

1 Nguồn cung cấp 24VDC 6 Đầu nối bus mở rộng (trên PLC)

2 Cảm biến PNP (NPN) 7 Đầu nối bus mở rộng (trên module mở rộng

3 Contact.

4.MPU (main processing unit)

5 Khối mở rộng

Kết nối ngõ vào kiểu transistor NPN

Sử dụng nguồn 24VDC của PLC Sử dụng nguồn 24VDC ngoài

Kết nối ngõ vào kiểu transistor NPN

Sử dụng nguồn 24VDC của PLC Sử dụng nguồn 24VDC ngoài

Kết nối với diode

Không nối hơn 2 LED nối tiếp Điện áp rơi trên diod tối đa 4V

b Ngõ vào VAC

1.Nguồn cung cấp xoay chiều 3 MPU (main processing unit)

2 Contact 4 Khối mở rộng

2 Kết nối ngõ ra.

Ngõ ra dùng relay (dùng điện áp xoay chiều – đáp ứng chậm)

1 Nguồn xoay chiều 6 Contactor

2 Cầu chì 7 Bộ chống nhiễu

3 Van solenoid 8 Nguồn 1 chiều

4 Đèn sợi đốt 9 Diode ghim áp

Loại ngõ ra dùng transistor (dùng điện áp 1 chiều – đáp ứng nhanh)1.Nguồn 1 chiều

2 Cầu chì

3 Khóa lẫn cơ khí bên ngoài

4 Diode Zenner bảo vệ transistor

5 Đèn báo.

6 Nguồn cấp cho tải

7 Không nối đầu nối 24V giữa CPU với phần mở rộng

ở dạng Intruction và Ladder Các phầ mêm chuyên dụng sẽ cho phép làm việc ở dạng SFC

Có 6 thiết bị lập trình cơ bản, mỗi thiết bị có công dụng riêng Để dễ dàng xác định thì mỗi thiết bị được gán cho một kí tự:

 X : dùng để chỉ ngõ vào vật lí gắn trực tiếp vào PLC

 Y : dùng đẻ chỉ ngõ ra nối trực tiếp từ PLC

 T : dùng để xác định thiết bị đinh thì trong PLC

 C : dùng để xác định thiết bị đếm trong PLC

 M và S : dùng như là các cờ hoạt động bên trong PLC

Tất cả các thiết bị trên được gọi là “ thiết bị bit” nghĩa là thiết bị này có 2 trạng thái

là ON hoặc OFF, 1 hoặc 0

1 Lệnh LD (load)

Lệnh LD dùng đẻ đặt một công tắc logic thường mở vào chương trình Trong chương trình dạng Intruction, lệnh LD luôn luôn xuất hiện ở vị trí đầu tiên của một dòng chương trình hoặc mở đầu cho một khối logic Trong chương trình dạng Ledder , lệnh LD thể hiện công tắc logic thường mở đầu tiên nối trực tiếp với các đường bus bên trái của một nhánh chương trình hay công tắc thường mở đầu tiên của một khối logic

Ví dụ :

LD X001

OUT Y000

2 Lệnh LDI (Load Inverse)

Lệnh LDI dùng đẻ đặt một công tắc logic thường đóng vào chương trình Trong chương trình dạng Intruction, lệnh LD luôn luôn xuất hiện ở vị trí đầu tiên của một dòng chương trình hoặc mở đầu cho một khối logic Trong chương trình dạng Ledder , lệnh LDI thể hiện công tắc logic thường đóng đầu tiên nối trực tiếp với các đường bus bên trái của một nhánh chương trình hay công tắc thường mở đầu tiên của một khối logic

Ở dạng Ladder các công tắc thường mở mắc nối tiếp hay mắc song song được thể hiện ở dạng intruction là các lệnh AND hay OR

Ở dạng ladder các công tắc logic thường đóng mắc nối tiếp hay song song được thể hiện

ở dạng instruction là các lệnh ANI hay ORI

6 Cổng logic EXCLUSIVE-OR

Cổng logic này khác với cổng logic OR ở chỗ là nó cho logic 1 khi một trong hai ngõ vào

có logic 1, nhưng khi cả hai ngõ vào đều có logic 1 thì nó cho logic 0 Logic này có thể được thực hiện bằng hai nhánh song song, mỗi nhánh là 1 mạch nối tiếp của một ngõ vào

và đảo của ngõ còn lại Vì không có lệnh thể hiện cho logic này nên nó được biểu diễn bằng các tổ hợp các logic cơ bản như trên

7 Lệnh ANB

Lệnh ANB (AND Block) không có tham số Lệnh được dùng để tạo ra các nhánh nối liên tiếp phức tạp gồm nhiều nhánh nối với nhau Lệnh ANB được mô tả rõ nhất khi thực hiện nối tiếp nhiều khối có nhiều công tắc mắc song song