HỆ THỐNG PHÂN LOẠI sản PHẨM và GIÁM sát TRÊN WIN CC

Một trong những khâu tự động trong dây truyền đó là số lượng sản phẩn sản xuất ra được các băng tải vận chuyển và sử dụng hệ thống phân loại sản phẩm ngay trên dây chuyền.. Vì vậy hệ th

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CƠ KHÍ -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CƠ ĐIỆN TỬ

TÊN ĐỀ TÀI:

HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM VÀ GIÁM SÁT TRÊN WIN CC

CBHD: Th.s Bùi Thanh Lâm

Nhóm sinh viên thực hiện :

Nguyễn Văn Tấn MSV: 1631020201

Nguyễn Hồng Tôn MSV: 1631020236

Trịnh Đình Trấn MSV: 1631020240

Hà Nội – 2016

BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ CƠ ĐIỆN TỬ

Lớp: CĐ CĐT3 Khoá: K16 Khoa: Cơ khí

Giáo viên hướng dẫn: Bùi Thanh Lâm

3 Phần thuyết minh

Chương 1: Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về PLC và Win cc

Chương 3: Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống

Chương 4: Kết luận

Ngày giao đề: Ngày hoàn thành:

Bùi Thanh Lâm

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 3

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 3

1.2 SỰ RA ĐỜI CỦA HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 3

1.3 ỨNG DỤNG THỰC TIỄN 4

1.4 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN 5

1.5 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN 6

1.5.1 Đặt vấn đề 6

1.5.2 Nhiệm vụ của đề tài 6

1.5.3 Phương pháp nghiên cứu 6

1.5.4 Nội dung đồ án 7

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ WIN CC VÀ PLC 9

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ WIN CC 9

2.1.1 Giới thiệu phần mềm giao diện người máy WinCC (Siemens) 9

2.1.2 Đặc trưng cơ bản của WinCC 9

2.1.3 Chức năng Graphics Designer 10

2.1.4 Chức năng Alarm Logging 10

2.1.5 Tag Logging 10

2.1.6 Report Designer 10

2.1.7 User Achivers 10

2.1 8 Cấu hình Wincc 11

2.1.8.1 Các loại Project 11

2.1.8.2 Chức năng của Win CC Explower 12

2.1.8.3 Graphics Designer 16

2.1.8.4 Tag Longging (hiển thị giá trị của quá trình) 18

2.1.8.5 Cấu trúc Alarm longging 20

2.2 TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 22

2.2.1 Khái niệm về PLC 22

2.2.2 Giới thiệu về PLC 22

2.2.2.1 Khối vào 24

2.2.2.2 Khối xử lý 24

2.2.2.3 Khối ra 24

2.2.3 Lợi ích của việc sử dụng PLC 23

2.2.4 Ưu, nhược điểm khi lập trình hệ thống điều khiển PLC 26

2.2.4.1 Ưu điểm của PLC 26

2.2.4.2 Nhược điểm của PLC 26

2.2.5 Phân loại PLC 27

2.2.5.1 Theo version 27

2.2.5.2 Theo số lượng các đầu vào/ra 27

2.2.6 Cấu trúc của PLC 28

2.2.7 Hoạt động của một PLC 29

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG 32

3.1 MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CƠ KHÍ 32

3.1.1 Mô hình cơ khí 32

3.1.2 Cấu tạo mô hình 32

3.1.3 Các phần tử sử dụng trong mô hình 33

3.1.3.1 Rơ le trung gian 33

3.1.3.1.1 Khái niệm chung về rơ le 33

3.1.3.1.2 Phân loại rơ le 33

3.1.3.1.3 Các đặc tính vào ra của rơ le 34

3.1.3.1.4 Rơ le trung gian 35

3.1.3.2 Nút ấn 37

3.1.3.2.1 Khái niệm 37

3.1.3.2.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc 37

3.1.3.3 Động cơ sử dụng trong mô hình 38

3.1.3.3.1 Giới thiệu động cơ 1 chiều 38

3.1.3.3.2 Cấu tạo động cơ điện 1 chiều 39

3.1.3.3.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện 1 chiều 39

3.1.3.3.4 Phân loại động cơ điện 1 chiều 40

3.1.3.3.5 Phương trình đặc tính của động cơ điện 1 chiều 40

3.1.3.4 Cảm biến TCS3200 (Cảm biến phân loại màu sắc) 42

3.1.3.4.1 Khái niệm 42

3.1.3.4.2 Phân loại cảm biến 43

3.1.3.4.3 Cảm biến dùng trong hệ thống 43

3.1.3.5 Các thiết bị khí nén 46

3.1.3.5.1 Nguồn khí nén 46

3.1.3.5.2 Xilanh 47

3.2 MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 50

3.2.1 Yêu cầu công nghệ 50

3.2.2 Các đầu vào/ ra 51

3.2.3 Sơ đồ giải thuật 51

3.2.4 Sơ đồ mạch điều khiển 53

3.2.5 Chương trình điều khiển phân loại sản phẩm 56

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 58

MỤC LỤC CÁC HÌNH ẢNH DÙNG TRONG ĐỒ ÁN

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

Hình 1.1 Mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc 8

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ WIN CC VÀ PLC Hình 2.1 Các loại Project 12

Hình 2.2 WinCC Explower 13

Hình 2.3 Graphics Designer 16

Hình 2.4 Tag Logging 18

Hình 2.5 Alarm logging 20

Hình 2.6 PLC S7-200 của hãng Siemens 27

Hình 2.7 PLC họ T100MD-1616 27

Hình 2.8 Micro PLC họ DL05 của hãng Koyo 28

Hình 2.9 Các thành phần cơ bản của một PLC 29

Hình 2.10 Chu kỳ quét của PLC 30

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG Hình 3.1 Đặc tính vào ra của rơ le 34

Hình 3.2 Cấu trúc chung của rơ le 36

Hình 3.3 Rơ le MY2NJ của OMRON 37

Hình 3.4 Nút ấn stop 38

Hình 3.5 Nút ấn start 38

Hình 3.6 Một số loại động cơ trong thực tế 39

Hình 3.7 Cấu tạo động cơ điện 1 chiều 39

Hình 3.8 Nguyên lý hoạt động của động cơ DC 39

Hình 3.9 Đường đặc tính cơ điện của động cơ điện 1 chiều 42

Hình 3.10 Hình ảnh cảm biến TCS3200 44

Hình 3.11 Van phân phối loại SY520-02S của SAKHO (Đài loan) 47

Hình 3.12 Xilanh DNCB-DIN/IMD0 6431 của FESTO (Đức) 48

Hình 3.13 Xilanh DNU-100-250PPV-A của FESTO (Đức) 49

Hình 3.14 Mô hình phân loại sản phẩm được mô phỏng trên win cc 51

Hình 3.15 Các đầu ra của hệ thống 51

Hình 3.16 Sơ đồ thuật giải của hệ thống 52

Hình 3.17 Sơ đồ mạch điều khiển 53

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Để theo kịp xu hướng công nghiệp hóa – hiện đại hóa một cách bền vững và an toàn nhất, tiện lợi cho việc vận hành, sửa chữa khi hỏng hóc và đảm bảo chất lượng sản phẩm nằm trong phạm vi cho phép Hơn nữa cho việc mở rộng và phát triển tương lai.Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn đó, với các kiến thức đã được học tại trường là một sinh viên nghành cơ điện tử, thông qua việc thiết kế đồ án đã giúp chúng tôi những bước đầu kinh nghiệp trong lập trình và thiết kế trên giao diện WIN CC

Chính vì vậy chúng em đã nhận đề tài:” Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm, mô phỏng và giám sát trên WIN CC”

2.Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu xây dựng cơ sở lý thuyết của đề tài

- Nghiên cứu, điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm trên WIN CC

3 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu tài liệu:

+ Nghiên cứu về hệ thống băng tải nói chung và điều khiển băng tải phân loại sản phẩm nói riêng

+ Nghiên cứu tài liệu về WIN CC

+ Nghiên cứu các đề tài công trình khoa học để phân loại sản phẩm để có hướng pháttriển đề tài

- Phương pháp thực nghiệm:

+ Mô phỏng trên phần mềm WIN CC

4 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩn trên phần mềm WIN CC

5 Cấu trúc đề tài

- Ngoài phần mở đầu, đề tài gồm 4 chương:

- CHƯƠNG I: Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm

- CHƯƠNG II: Cơ sở lý thuyết về PLC và Win cc

- CHƯƠNG III: Mô hình hóa và mô phỏng sản phẩm

- CHƯƠNG IV: Kết luận

sự tìm tòi, tìm hiểu về việc hoạt động của các nhà máy xí nghiệp đã thấy được các khâu tự động hóa trong quá trình sản xuất Một trong những khâu tự động trong dây truyền đó là số lượng sản phẩn sản xuất ra được các băng tải vận chuyển và sử dụng

hệ thống phân loại sản phẩm ngay trên dây chuyền

Tuy nhiên thì đối với các doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa thường ít được áp dụng hơn trong các khâu phân loại và đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công, chính vì vậy nhiều khi năng suất còn chưa đạt được độ hiệu quả và chính xác cao Từ những điều đã được thấy trong cuộc sống và những kiến thức chúng em đã được học ở trường thì nhóm chúng em muốn tạo ra một sản phẩm có hiệu xuất sản phẩm được tăng lên nhiều lần mà vẫn đảm bảo độ chính xác của các sản phẩm vẫn cao

về kích thước Chính vì vậy chúng em đã quyết định thiết kế mô hình sử dung băng truyền để phân loại sản phẩm vì nó gần gũi với thực tế, vì trong thực tế có nhiều sản phẩm được sản xuất ra yêu cầu độ chính xác về kích thước tương đối cao, và nó thực

sự ý nghĩa đối với chúng em, góp phần làm cho xã hội ngày càng vững mạnh hơn, năng suât lao động cao hơn đồng thời góp phần giúp đời sống nhân dân ổn định hơn

1.2 SỰ RA ĐỜI CỦA HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM.

Từ thời xa xưa co người đã biết phân loại các sản phẩm không những phục vụ cho sinh hoạt cho đời sống hằng ngày mà còn phục vụ cho buôn bán và trao đổi hàng hóa Nhưng những sự phân biệt này còn rất thô sơ, qua loa chưa thật sự chọn lọc và dùng sức người là chủ yếu Khi nền kinh tế phát triển cùng với sự bùng nổ về khoa học kĩ thuật thì lúc này con người đã biết áp dụng những khoa học công nghệ vào sản xuất để

máy móc thay thế sức lao động của con người Chính vì thế mà các loại hình phân loạisản phẩm cũng phát triern mạnh mẽ, và cải tiến hơn.

Phân loại sản phẩm đang là một bài toán đã và đang được áp dụng hết sức phổ biến trong thực tế Dùng sức người công việc này đòi hỏi việc tập trung cao và tính lặp đi lặp lại nên công nhân khó đảm bảo được sự chính xác tuyệt đối trong công việc Chưa

kể đến nhưng phân loại dựa trên các chi tiết kỹ thuật rất nhỏ mà mắt thường con ngườikhông thể nhận biết được Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm và

uy tín của nhà sản xuất Vì vậy hệ thống sẽ tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm

ra đời là sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này Tùy vào mức độ phức tạp trong phân loại sản phẩm, các hệ thống phân loại sản phẩm có quy mô lớn, nhỏ khác nhau Tuy nhiên có một đặc điểm là chi phí cho các loại máy này khá lớn, đặc biệt là đối với điều kiện nước ta ngay lúc này Vì vậy hệ thống phân loại sản phẩm

ở nước ta chỉ được áp dụng trong các hệ thống có yêu cầu phức tạp và một số công ty nước ngoài đầu tư vào nước ta như: Samsung, Cannon, Denso ,… còn một số lượng lớn thì các doanh nghiệp của Việt Nam vẫn sử dụng sức lao động của con người là chủ yếu Bên cạnh các băng truyền sản phẩm thì một yêu cầu cao hơn được đặt ra đó

là phải có hệ thống phân loại sản phẩm

1.3 ỨNG DỤNG THỰC TIỄN.

Hiện nay hệ thống phân loại sản phẩm được ứng dụng rất nhiều trong các dây chuyềnsản xuất của nhà máy như trong dây chuyền phân loại gạch, ngói, đá granite, hoặcphân loại các sản phẩm nhựa Một một số Nghiên cứu ứng dụng đặc biệt để phân loạihạt cà phê, và những ứng dụng trong các lĩnh vực công nghiệp khác

Điển hình trong khi tại hầu hết các nhà máy sản xuất gạch được thực hiện bằng mắtthường của người lao động do đó năng suất sản xuất và độ chính xác không được cao,một hệ thống tự động nhận dạng và phân loại ra đời hứa hẹn sẽ giúp tiết kiệm sứcngười và tăng năng suất cho các nhà máy

Nước ta là một nước có ngành nông nghiệp rất phát triển nhưng các thiết bị máymóc để phục vụ cho nông nghiệp thì còn rất hạn chến, nhưng trong hệ thống sản xuấtgạo chất lượng cao Những chi tiêu về chất lượng được đòi hỏi rất cao những quy

định chặt chẽ về tỉ lệ của những hạt không đạt yêu cầu như hạt bị sâubệnh ,đen ,đỏn,vàng các phương pháp phân loại truyền thống thử nghĩ có tác dụngvới tất cả các dạng gạo xuất khẩu và tạp chất , đòi hỏi phải có những đổi mới trongcông nghệ này.

Qua những hiện trạng thực tếđó nước ta đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu về máy phânloại sản phẩm là một trong những đề tài đó được viện máy và dụng cụncông nghiệp (bộ công nghiệp) đã thiết kế và chế tạo thành công máy phân loại gạo theo màu sắc rõ sau khi phân loại đã đạt tiêu chuẩn cao

Phương pháp chế tạo máy phân loại của viện máy và dụng cụ công nghiệp: viện đã dùng các thiết bị Quang với các nguồn sáng đơn sắc, đa sắc hay sáng nhìn thấy hoặc không nhìn thấy Xử lý bằng thiết bị thích hợp như dùng khí nén chính xác với tốc độ cao để tách hạt không đạt chất lượng ra ngoài Máy dùng động cơ điện công suất 2,2

kw sản lượng gạo đạt năng suất 4 tấn/giờ Máy phân loại gạo này của viện này đã được tặng cúp vàng tại hội chợ công nghệ và thiết bị Việt Nam năm 2005

1.5 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN.

Ngày kia ra đời hệ thống đáp ứng ngay nhu cầu cấp thiết của nó đối với một số ngành xuất công nghiệp mà từ trước phải sử dụng đến sự tinh vi và kinh nghiệm của con người theo đó khi công nghệ ngày càng phát triển các chip tích hợp ngày càng phát triển cho phép các cảm biến sản xuất ra có độ nhạy cao hơn nhận dạng sản phẩm chính xác hơn giữa các hệ thống phân loại được ứng dụng vào sâu hơn trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp đáp ứng được yêu cầu đối với các ngành đòi hỏi độ chính xác và tinh vi cao hơn đặc biệt là các hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắcNgày nay khi công nghệ máy tính được ứng dụng rộng rãi trên các thiết bị tự động 1 phần vì giá thành máy tính đã giảm đáng kể so với các thời kỳ trước thì việc ứng dụngcông nghệ này vào hệ thống phân loại theo màu cũng mau chóng được nghiên cứu ứng dụng bằng việc sử dụng các bộ Camera CCD có độ phân giải cao cho hình ảnh chính xác trên từng thích xem ảnh hình ảnh nhận vào sẽ được xử lý bằng các phần mềm được lập trình sẵn trên máy tính các phương trình này Phân tích hình ảnh trên từng Excel ảnh tổng hợp lại có thể cho biết thông tin về màu chính xác trên từng vùng

của sản phẩm do đó có thể mở rộng ứng dụng của hệ thống đối với yêu cầu nhận màu trên các bề mặt lớn.

1.6 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN

1.6.1 Đặt vấn đề

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật kỹ thuật điện tử mà trong đó là ngành kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật quản lý công nghiệp tự động hóa cung cấp thông tin sau đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng

Xuất phát từ những nhu cầu tại nhà máy và tham quan các nơi sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa trong quá trình sản xuất một trong những khâu đơn giản trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm làm ra được đếm và phân loại một cách chủ động

Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong những khâu đếm và phân loại sản phẩm đóng vào bì mà vẫn còn sử dụng nhân công

Từ những điều đã được thấy đó và khả năng của chúng em chúng em muốn tìm hiểu một điều gì đó để góp phần vào giúp người lao động giảm thiểu chân tay mà cho tăng hiệu quả năng suất cao lên gấp nhiều lần đồng thời đảm bảo được độ chính xác cao Nên chúng em quyết định tìm hiểu một mô hình hệ thống đếm và phân loại sản phẩm

vì nó gần gũi với thực tế và nó thực sự có ý nghĩa đối với chúng em

1.6.2 Nhiệm vụ của đề tài

Tìm hiểu và nghiên cứu hệ thống đếm và phân loại sản phẩm về sự phát triển Nguyên

lý hoạt động và cơ cấu cơ khí

Thiết kế và chế tạo hệ thống cơ khí bằng tay

Thiết kế và chế tạo cảm biến màu

Thiết kế và chế tạo mạch vi xử lý

1.6.3 Phương pháp nghiên cứu

Hướng nghiên cứu của nhóm em là tìm hiểu các đề tài các dạng mô hình của hệ thống đếm và phân loại sản phẩm mầu sắc đa dạng có trên thị trường, những nhu cầu và hướng phát triển của hệ thống đến việc phân loại sản phẩm trong tương lai

1.6.4 Nội dung đồ án

Hệ thống đếm và phân loại sản phẩm theo các màu sắc nhận dạng màu của sản phẩm loại loại sản phẩm, lối ra có dây chuyền đếm tổng số sản phẩm đi qua vào tổng số sản phẩm bị lỗi tính toán thống kê tỉ lệ số sản phẩm không đạt hiển thị nội dung ra màn hình

Sử dụng những cảm biến phân loại màu sắc sẽ được đặt trên băng chuyền, khi sản phẩm đi ngang qua nếu cảm biến nào nhận được sản phẩm thuộc màu nào sẽ nhận cửaphân loại tự động mở để sản phẩm đó được phân loại đúng Phát hiện màu sắc bằng cách sử dụng các yếu tố là tỷ lệ phản chiếu của một màu chính Được phản xạ bởi cách màu sắc khác nhau theo các màu của đối tượng Bằng cách sử dụng công nghệ lọc phân cực đa lớp gọi là FAO (góc quang tự do), cảm biến E3MC phát ra màu đỏ, xanh lá cây và màu xanh sáng trên một trục quang học đơn E3MC sẽ thu ánh sáng phản chiếu của các cảm biến nhận và xử lý tỷ lệ các màu xanh lá cây, đỏ, xanh lam của ánh sáng để phân biệt màu sắc của vật cần cảm nhận

Hình 1.1 Mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc

CHƯƠNG II:

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ WIN CC VÀ PLC

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ WIN CC.

2.1.1 Giới thiệu phần mềm giao diện người máy WinCC (Siemens).

WinCC (Windows Control Center) là một phần mềm của hãng Siemens dùng để điều khiển, giám sát thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất Những thành phần có trong WinCC dễ sử dụng, giúp người dùng tích hợp những ứng dụng mới hoặc có sẵn mà không gặp bất kỳ trở ngại nào

2.1.2 Đặc trưng cơ bản của WinCC

WinCC chạy trên hệ điều hành Microsoft Windows XP, Windows 2000 Do đó có tínhchất mở và thường xuyên cập nhật, phát triển nên WinCC tương thích với nhiều phần mềm chuẩn tạo nên giao diện người và máy đáp ứng nhu cầu sản xuất Chương trình được tích hợp nhiều ứng dụng, tận dụng dịch vụ của hệ điều hành làm cơ sở mở rộng

hệ thống

Với WinCC, ta có thể sử dụng nhiều giải pháp khác nhau để giải quyết công việc, từ việc xây dựng hệ thống có qui mô nhỏ và vừa khác nhau, cho tới việc xây dựng hệ thống có quy mô lớn như MES: Hệ thống quản lý việc thực hiện sản xuất –

Manufacturing Excution Systems… Tuỳ theo khả năng của người thiết kế cũng như các phần cứng hỗ trợ khác mà WinCC đã và đang được phát triển trong nhiều lĩnh vựckhác nhau

Ứng dụng phổ biến nhất của WinCC là: Khi một hệ thống dùng chương trình WinCC

để điều khiển, thu thập dữ liệu từ quá trình, nó có thể mô phỏng bằng hình các sự kiệnxảy ra trong quá trình điều khiển dưới dạng các chuỗi sự kiện

WinCC cung cấp nhiều hàm chức năng cho mục đích hiển thị, thông báo bằng đồ họa,

xử lý thông tin đo lường, các tham số công thức, các bảng ghi báo cáo, v.v…đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày một phát triển và là một trong những chương trình ứng dụng trong thực tế Các chức năng của WinCC:

» Lập cấu hình hoàn chỉnh

» Hướng dẫn giới thiệu về việc lập cấu hình

» Thích ứng việc ấn định, gọi và lưu trữ các dự án

» Quản lí các dự án

» Có khả năng nối mạng và soạn thảo cho nhiều người sử dụng trong một project

» Quản lí phiên bản

» Diễn tả bằng đồ thị của dữ liệu cấu hình

» Điều khiển và đặt cấu hình cho các hình vẽ/cấu trúc hệ thống

» Thiết lập cấu hình toàn cục

» Đặt cấu hình cho các chức năng định vị đặc biệt

» Tạo và soạn thảo các tham khảo đan chéo

» Phản hồi dữ liệu

» Báo cáo trạng thái hệ thống

» Thiết lập hệ thống đích

» Chuyển giữa Run-timer và cấu hình

» Kiểm tra chế độ mô phỏng, trợ giúp thao tác để đặt cấu hình dữ liệu bao gồm: Dịch hình vẽ, mô phỏng tag, thị trạng thái và thiết lập thông báo

2.1.3 Chức năng Graphics Designer

Thực hiện dễ dàng các chức năng mô phỏng và hoạt động thông qua các đối tượng đồ hoạ của chương trình WinCC, Windows, OLE, I/O… với nhiều thuộc tính động (Dynamic)

2.1.4 Chức năng Alarm Logging.

Thực hiện việc hiển thị các thông báo hay các báo cáo trong khi hệ thống đang vận hành, Đảm trách về các thông báo nhận được và lưu trữ Nó chứa các chức năng để nhận các thông báo từ các quá trình, để chuẩn bị, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ chúng Ngoài ra Alarm Logging còn giúp chúng ta tìm ra nguyên nhân lỗi của hệ thống

Cho phép người sử dụng lưu trữ dữ liệu từ chương trình ứng dụng và có khả năng trao đổi với các thiết bị tự động hoá khác Điều này có nghĩa: Các công thức, thông số trong chương trình WinCC có thể được soạn thảo, lưu trữ và sử dụng trong hệ thống WinCC sử dụng bộ công cụ thiết kế giao diện đồ hoạ mạnh như: Toolbox, các control,OLE,… được đặt dễ dàng trên giao diện thiết kế Ngoài ra, để phục vụ cho công việc giám sát điều khiển tự động WinCC còn trang bị thêm nhiều tính năng mới mà các công cụ khác không có như:

» Các Control thông qua hệ thống quản trị dữ liệu có thể gắn với một biến theo dõi trạng thái của hệ thống điều khiển Thông qua đó, tác động đến việc giám sát các trạngthái

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

» Trong WinCC, ngôn nghữ C-Script, VB-Script được dùng để thao tác giúp cho việc

xử lý các sự kiện phát sinh một cách mềm dẻo và linh hoạt

WinCC cho phép người sử dụng có khả năng truy cập vào các hàm giao diện của chương trình ứng dụng API (Application Program Interface) của hệ điều hành Ngoài

ra, sự kết hợp giữa WinCC và công cụ phát triển riêng như: Visal C++ tạo ra hệ thống

có tính đặc thù cao, tinh vi, gắn riêng với một cấu hình cụ thể nào đó

WinCC có thể tạo một giao diện Người – Máy (HMI) dựa trên cơ sở giao tiếp giữa con người với các hệ thống máy, thiết bị điều khiển (PLC, CNC,…) thông qua các hình ảnh, sơ đồ, hình vẽ hoặc câu chữ có tính trực quan hơn Có thể giúp người vận hành theo dõi quá trình làm việc, thay đổi các tham số, công thức hoặc quá trình công nghệ thông qua các hệ thống tự động Giao diện HMI cho phép người vận hành giámsát các qui trình sản xuất và cảnh báo, báo động hệ thống khi có sự cố

Từ máy tính trung tâm, có thể điều khiển sự hoạt động của toàn bộ dây truyền sản xuất được lập trình trên WinCC, bạn có thể giám sát và thu tất cả các thiết bị trên dây truyền Dựa vào giao diện HMI, có thể thu thập dữ liệu vào ra (I/O) một cách chính xác Đây là một trong những chương trình thiết kế giao diện Người – Máy phổ biến tạiViệt Nam

2.1.8 Cấu hình Wincc

2.1.8.1 Các loại Project

Hình 2.1: Các loại Project

» Single-User Project: Một Single-User Project là một trạm vận hành đơn Tạo cấu hình, cũng như kết nối bus quá trình và lưu trữ dữ liệu của Project được thực hiện trong máy tính này

» Multi-User Project: Cấu hình nhiều Client và một Server Tất cả cùng làm việc trên một Project Tối đa 16 Client được truy cập vào một Server Cấu hình có thể đặt trong server hoặc trong một vài client Dữ liệu của project là các hình ảnh, các tag, mục lưutrữ dữ liệu được lưu trữ trong server và cung cấp cho các client Server được kết nối với bus quá trình và dữ liệu quá trình được xử lí ở đây Việc vận hành hệ thống được thực hiện từ các client

»Client Project: Client Project là một loại project mà có thể truy cập vào nhiều server Các server được liên kết có project riêng của chúng Cấu hình project của server được thực hiện trong server hoặc trong các client

2.1.8.2 Chức năng của Win CC Explower

Hình 2.2: WinCC Explower

Khi khởi động chương trình cửa sổ này hiện ra Tất cả thành phần của Win CC được khởi động từ đây, có thể truy cập vào tất cả thành phần mà một project giao diện người máy cần có cũng như xây dựng cấu hình cho các thành phần riêng rẽ Win CC Explower cung cấp các thông tin dưới đây:

» Chức năng của Win CC Explower

» Kiến trúc của Win CC Explower

» Các chuẩn editor chuẩn Tại đây chứa tất cả các cức năng quản lí cho toàn hệ thống trong Win CC Explower có thể đặt cấu hình khởi động module (Run-time)

» Nhiệm vụ quản lí dữ liệu: Quản lí dữ liệu cung cấp ảnh quá trình với các giá trị của tag Tất cả các hoạt động của quản lí dữ liệu đều chạy trên một nền

- Lập cấu hình hoàn chỉnh

- Hướng dẫn giới thiệu về việc lập cấu hình

- Thích ứng việc ấn định, gọi và lưu trữ các dự án

- Quản lí các dự án

- Có khả năng nối mạng và soạn thảo cho nhiều người sử dụng trong một project

- Diễn tả bằng đồ thị của dữ liệu cấu hình

- Điều khiển và đặt cấu hình cho các hình vẽ/cấu trúc hệ thống

- Thiết lập cấu hình toàn cục

- Đặt cấu hình cho các chức năng định vị đặc biệt

- Tạo và soạn thảo các tham khảo đan chéo

- Phản hồi dữ liệu

- Báo cáo trạng thái hệ thống

- Thiết lập hệ thống đích

- Chuyển giữa Run-timer và cấu hình

- Kiểm tra chế độ mô phỏng, trợ giúp thao tác để đặt cấu hình dữ liệu bao gồm: Dịch hình vẽ, mô phỏng tag, thị trạng thái và thiết lập thông báo Một dự án bao gồm các thành phần sau: Computer (máy tính), Tag Managerment (quản lí biến), Data Type (kiểu dữ liệu), Editor (soạn thảo)

» Computer (máy tính) Thành phần máy tính dùng để quản lí tất cả máy tính có thể truy cập vào một dự án hiện có, đặt cấu hình riêng cho mỗi máy Các thuộc tính của môt máy tính: bao gồm tên máy và kiểu máy tính

- Server: máy tính trung tâm để lưu trữ dữ liệu và quản lí toàn cục trong hệ thống Win CC

- Client: được định nghĩa như một trạm làm việc Trung tâm điều khiển được tải cục

bộ trong từng loại máy tính này

- Các bộ điều khiển truyền thông: Là giao diện kết nối một hệ thống PLC và WinCC

Hệ thống Win CC chứa các bộ điều khiển truyền thông (liên kêt động) trong kênh DLL với các thông tin về:

» Điều kiện tiên quyết cần để xử lí các tag quá trình bằng PLC

» Các thủ tục chung để kết nối tag ngoài

» Giới thiệu cấu hình đặc biệt của kênh DLL

» Tag Mamagerment (quản lí biến)Tags WinCC là phần tử trung tâm để truy cập các giá trị quá trình Trong một dự án, chúng nhận một tên và một kiểu dữ liệu duy nhất Kết nối logic sẽ được gán với biến WinCC Kết nối này xác định kênh nào sẽ chuyển giao giá trị quá trình cho các biến Các biến được lưu trong cơ sở dữ liệu toàn dự án Khi một chế độ của WinCC khởi động, tất cả các biến trong một dự án được nạp và cấu trúc Run-time tương ứng được thiết lập Mỗi biến được lưu trữ trong quản lí dữ liệu theo một kiểu dữ liệu chuẩn

- Biến nội: các biến nội không có địa chỉ trong hệ thống PLC, do đó quản lí dữ liệu bên trong WinCC sẽ cung cấp cho toàn bộ mạng hệ thống Các biến nội được dùng lưu trữ thông tin tổng quát như: Ngày giờ hiện hành, lớp hiện hành, cập nhật liên tục Hơn nữa, các biến nội cho phép trao đổi dữ liệu giữa các ứng để thực hiện việc truyền thông cho cùng quá trình theo cách tập trung và tối ưu

- Biến quá trình: là các biến liên kết với việc truyền thông logic để phản ánh thông tin

về địa chỉ của các hệ thông PLC khác nhau Các biến ngoại chứa một một mục đích

tổng quát gồm các thông tin về tên, kiểu, các giá trị giới hạn và một mục chuyên biệt

về kết nối mà cách diễn tả phụ thuộc kết nối logic

- Nhóm biến: chứa tất cả các biến có kết nối logic lẫn nhau

» Data Type (Các kiểu dữ liệu)

- Binary: Kiểu nhị phân

- Unsigned 8-bit value: kiểu nguyên 8 bit không dấu

- Signed 8-bit value: kiểu nguyên 8 bit có dấu

- Unsigned 16-bit value: Kiểu nguyên 16 bit không dấu

- Signed 16-bit value: Kiểu nguyên 16 bit có dấu

- Unsigned 32-bit value: Kiểu nguyên 32 bit không dấu

- Signed 32-bit value: Kiểu nguyên 32 bit có dấu

- Floating point Number 32 bit IEEE 754: kiểu số thực 32 bit theo tiêu chuẩn IEEE

754

- Floating point Number 64 bit IEEE 754: kiểu số thực 64 bit theo tiêu chuẩn IEEE

754

- Text Tag 8 bit character set: kiểu kí tự 8 bit

- Text Tag 16 bit character set: kiểu kí tự 8 bit

- Raw Data type: dữ liệu thô

» Các trình soạn thảo (Editor)

- Hệ thống đồ hoạ (Graphics Designer): Là một trình soạn thảo đồ hoạ cung cấp các đối tượng đồ hoạ và các bảng màu cho phép tạo các hình ảnh quá trình từ đơn giản đến phức tạp Những đặc tính động có thể được tạo ra cho từng đối tượng đồ hoạ riêng

lẻ Các đối tượng đồ hoạ có thể do người sử dụng tạo ra hoặc lấy trực tiếp trong thư viện

- Ấn bản các Action (Global Script): cho phép tạo ra những hành động cho các đối tượng Trình soạn thảo này cho phép người ta tạo ra các hàm giống như trong C hoặc

VB Các hành động này có thể được sử dụng trong một số hoặc nhiều project tuỳ vào

mã code được tạo ra

- Hệ thống thông báo (Alarm Longging): cho phép thao tác việc lựa chọn việc thu thập

và lưu trữ các kết quả của quá trình và chuẩn bị để hiển thị các thông báo Có thể lựa chọn các khối thông báo (Message blocks), các lớp thông báo (Message classes), loại thông báo (Message type) để hiển thị các thông báo và báo cáo

- Lưu trữ các giá trị đo của quá trình (Tag Longging): được sử dụng để thu thập dữ liệu từ các quá trình và chuẩn bị chúng cho việc hiển thị và lưu trữ Dữ liệu được định dạng cho việc lưu trữ, thời gian thu thập và lưu trữ có thể được lựa chọn trước.

- Hệ thống báo cáo (Report Designer): Là một hệ thống tích hợp các báo cáo để cung cấp tài liệu theo thời gian đặt trước hoặc theo sự kiện điều khiển của các thông báo, các thao tác, các nội dung lưu trữ, các dữ liệu hiện thời hoặc dữ liệu lưu trữ trong các báo cáo của người sử dụng hoặc có thể lựa chọn các dạng layout trong project Nó cung cấp đầy đủ các giao diện cho người sử dụng với các công cụ đồ hoạ và đưa ra các kiểu báo cáo khác nhau

- Cho phép soạn thảo các văn bản để sử dụng trong quá trình chạy bởi các module khác nhau

» Bảng các đối tượng

- Các đối tượng chuẩn (Standard Object): Tại đây có rất nhiều đối tượng, để sử dụng

và lấy chúng thì chỉ cần nhấp chuột và kéo vào cửa sổ làm việc Có thể dùng chuột làm thay đổi kích thước các đối tượng bao gồm: Đường thẳng, hình đa giác, đường gấp khúc, elip,…

- Các đối tượng thông minh (Smart Object): Gồm các đối tượng nhúng

- Ứng dụng Window (Application Window): Là những đối tượng thông báo hệ thống (Alarm Longging), lưu trữ hệ thống (Tag Longging), báo cáo hệ thống Application Window mở ra những ứng dụng và quản lí nó để hiển thị và vận hành

- Điều khiển nhúng và liên kết đối tượng (OLE control): Sử dụng OLE control để cung cấp các công cụ Winndow (nút ấn, hộp lựa chọn…) Các thuộc tính của nó được biểu thị trong cửa sổ “Object Properties” và tab “Event”

- Trường vào/ra (I/O field): Sử dụng như một số trường vào hoặc ra hoặc cả hai Các dạng dữ liệu cho phép sử dụng với I/O field:

- Hiển thị trạng thái (Status Display): Sử dụng để hiển thị bất kỳ con số nào của nhữngtrạng thái khác nhau Cho phép thực hiện hiển thị động bằng cách nối nó với tất cảc các tag tương ứng với những trạng thái khác nhau

- Danh sách văn bản (Text list): Sử dụng để đưa giá trị cho văn bản Nó có thể sử dụngnhư một danh sách vào hoặc phối hợp danh sách văn bản Dạng số liệu là thập phân, nhị phân, hoặc bít dữ liệu đều có thể được sử dụng Các đối tượng của Window (Window Objeccct): - Nút ấn (button): Nó được sử dụng để điều khiển sự kiện quá trình Nó có hai trạng thái ấn xuống và không ấn Liên kết tới quá trình bằng cách thựchiện các thuộc tính động tương ứng

- Hộp thử (check box)

- Nhóm lựa chọn (Option Group)

- Nút tròn (Round Button)

- Slider

2.1.8.4 Tag Longging (hiển thị giá trị của quá trình)

Đầu tiên, khởi động chương trình windows control Center 6.0 bằng cách: Tasbar, chọn

Start> Simantic > Win CC > Windows control center 6.0

Hình 2.4: Tag Logging

» Chức năng của Tag logging Tag logging có chức năng cho phép lấy dữ liệu từ quá trình thực thị,chuẩn bị để hiển thị và lưu trữ các dữ liệu đó Dữ liệu có thể được cung cấp các tiêu chuẩn về công nghệ và kỹ thuật quan trọng liên quan đến hoạt động của

hệ thống Tag logging được chia làm 2 phần:

- Tag logging CS hệ thống cấu hình

- Tag logging RT hệ thống Run-Time

» Nhiệm vụ của Tag logging CS Có thể gán tất cả các đặc tính cần thiết để lưu trữ và hiển thị các dữ liệu bằng Tag logging CS Các đặc tính này phải được tạo và chuẩn bị trước khi hệ thống Run-Time khởi động Tag logging CS của WINCC cung cấp một giao diện đặc biệt cho mục đích này

» Nhiệm vụ của Tag logging RT Hệ thống Tag logging RT nhận các giá trị dữ liệu và liên kết chúng với các đặc tính đã được ấn định Tag logging được thực hiện cho các mục đích sau:

- Tối ưu hoá hệ thống

- Cung cấp các thủ tục vận hành rõ ràng và dễ hiểu

- Tăng năng suất

- Tăng chất lượng sản phẩm

- Tối ưu hoá chu kỳ lặp lại

- Cung cấp tài liêu

» Các kiểu dữ liệu Dữ liệu được chia thành các nhóm sau:

- Dữ liệu điều hành: được xem là cở sở của việc chuyển trạng thái hiện tại, khối công việc cần làm và hướng phát triển của hệ điều hành

- Dữ liệu đảm nhận: gồm các thông báo ,dữ liệu quá trình và các giá trị đặt cho mỗi công đoạn sản xuất

- Dữ liệu làm việc: bao gồm tất cả các dữ liệu đầu vào

- Dữ liệu về máy: cho các phát biểu về trạng thái của máy

- Dữ liệu quá trình: cho các phát biểu về phiên bản hiện hành và trước đó của một quá trình liên tục

- Dữ liệu về chất lượng: định ra các phát biểu về đặc tính của một sản phẩm cần được bảo quản

Có thể có một vài dữ liệu trong nhiều lớp cùng lúc hoặc cùng một dữ liệu được gán nhiều kiểu dữ liệu khác nhau

Tag logging có thể thu thập và bổ túc dữ liệu quá trình, cung cấp các cơ chế cơ bản để thu thập và bổ túc kiểu dữ liệu

» Các phương pháp lưu trữ dữ liệu quá trình Dữ liệu quá trình là các giá trị đo lường được thu thập bởi các cảm biến để xử lý trong WINCC các dữ liệu này phải được gán vào những vùng lưu trữ hay Tags Có các phương pháp lưu trữ sau:

- Việc lưu trữ tuần hoàn sẽ giám sát các thiết bị đo lường/tags

- Việc lưu trữ tuần hoàn nhận giá trị hiện thời khi ngắt được đặt cấu hình xảy ra

- Việc lưu trữ tuần hoàn có chọn lọc sẽ liên kết điều khiển ngắt với điều khiển việc lưutrữ thông qua các chu trình

- Việc điều khiển quá trình nhận sự thực thi của hệ thống thông báo

» Cấu trúc Tags logging CS Tags logging CS có các phần sau:

- Timers: tạo các chu kỳ thu thập và lưu trữ

- Archives: tạo các vùng lưu trữ và các Tags

- Trend Window Templates: hiển thị giá trị đo lường bằng đường cong

- Table Window Templates: : hiển thị giá trị đo lường theo dạng bảng

- Timers: tags logging phân biệt hai hệ thồng thời gian khác nhau Thời gian thu thập

và thời gian lưu trữ

- Thời gian thu thập: khoảng thời gian mà các giá trị trong đó được sao chép từ ảnh quá trình của quản lý dữ liệu bởi Tags logging

- Thời gian lưu trữ: khoảng thời gian mà dữ liệu được nạp vào vùng lưu trữ Thời gian lưu trữ luôn là một số nguyên gồm các khoảng thời gian thu thập giá trị mới nhất sẽ được nạp vào vùng lưu trữ

- Thời gian nén: được sử dụng để tạo thời gian giới hạn trong đó dữ liệu được nén

- Achivers: có thể lưu trữ bằng 1 trong 3 cách:

- Lưu trữ giá trị quá trình: nhận nội dung của các tags quản lý dữ liệu

- Lưu trữ nén: nén dữ liệu và liên kết các dữ liệu rất hiệu quả Bằng cách này, các giá trị đo lường được bổ túc trực tiếp và ghi nhận ngay lập tức lưu trữ nén cho phép lưu trữ trong thời gian dài cho tất cả các kiểu tags khác trong tags logging

- Lưu trữ theo người dùng: một số biến người dùng (tags Use-Defined) được nạp vào vùng lưu trữ cho người sử dụng vùng này dùng để thu thập dữ liệu quan trọng, ấn định tham số sản xuất, điều khiển dữ liệu liệt kê

- Trends: có thể vẽ đồ thị các đường cong từ giá trị thu được trong quá trình, WINCC

có thể theo dõi sự thay đổi các giá trị đo lường theo thời gian một cách tổng quát và rõràng

Tables: tables có chức năng giông như trends nhưng hiển thị bằng giá trị cụ thể theo bảng với tính năng này của table khi cần thiết có thể hiệu chỉnh các thông số đầu vào

để đặt được ngõ ra tối ưu

2.1.8.5 Cấu trúc Alarm longging

Hình 2.5:Alarm logging

» Chức năng của Alarm logging

Module đảm trách về các thông báo nhận được và lưu trữ.Nó chứa các chức năng để nhận các thông tin báo từ các quá trình chuẩn bị hiển thị lưu trữ và hồi đáp chúng ,vớiđặc tính này Alarm longging giúp chúng ta tìm ra nguyên nhân lỗi

Các đặc tính của hệ thông Alarm longging :

- Cung cấp các thông tin về lỗi và trạng thái hoạt động của hệ thống toàn diện

- Cho phép sớm nhận ra các tình trạng nguy cấp

- Tránh và giảm thiểu thong báo

- Chất lượng sản phẩm tăng Module gồm hai phần

- Hệ thống cấu hình Alarm longging Cs

- Hệ thông run-time (Alarm longging RT)

» Nhiệm vụ của Alarm Longging CS Sử dụng Alarm longging CS đặt cấu hình cho các thông báo để chúng được hiển thị theo mong muốn Cấu hình của Alarm longging của Wincc cung cấp một giao diện được tạo lập sẵn

» Nhiệm vụ của Alarm longging RT

Thu thập các thông báo và hồi đáp Nó chuẩn bị các thông báo để hiển thị và lưu trữ

» Thiết lập thông báo Để thiết lập thông báo hoàn chỉnh cho Alarm longging ,tiến hành theo các bước sau:

- Chèn cửa sổ bản tin vào trong màn hình

- Đặt thông số ứng dụng và chạy ứng dụng Mở cửa sổ Alarm longging.Trong cửa sổ Alarm longging gồm các thư mục chính sau :

- Massage blocks: Khối thông báo chức năng chứa các thông tin hệ thống và các tham

số khác, các khối thông báo được chia thành ba vùng chính sau

- Các khối hệ thống (System blocks):các khối này chứa dữ liệu hệ thống được gán bởi Alarm longging Các dữ liệu bao gồm :ngày giờ ,báo cáo

- Các khối giá trị quá trình (Process value): các khối này chứa các giá trị chuyển từ quá trình như :Vượt ngưỡng và giá trị nhiệt độ quá cao

- Các khối văn bản người dùng (Userr text block) là khối văn bản cho các thông tin tổng quát và dễ hiểu như: giải thích các thông báắôni xảy ra lỗi ra và nguồn gốc thông báo

- Massage classes: Lớp thông báo,Wincc cung cấp 16 lớp thông báo Có thể cấu hình cho các lớp thông báo Mỗi thông báo được gán một kiểu thông báo

- Group masssges: Nhóm thông báo gồm có lớp thông báo và định nghĩa người dùng

- Massage Winzard: Đây là công cụ đơn giản tự động trong việc tạo những thông số của hệ thống báo cáo

2.2 TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN.

2.2.1 Khái niệm về PLC

PLC là các chữ được viết tắt từ : Programmable Logic Controller Theo hiệp hội quốc gia về sản xuất điện Hoa kỳ thì PLC là một thiết bị điều khiển mà được trang bị các chức năng logic, tạo dãy xung, đếm thời gian, đếm xung và tính toán cho phép điều khiển nhiều loại máy móc và các bộ xử lý Các chức năng đó được đặt trong bộ nhớ

mà tạo lập sắp xếp theo chương trình Nói một cách ngắn gọn PLC là một máy tính công nghiệp để thực hiện một dãy quá trình

2.2.2 Giới thiệu về PLC.

Từ khi ngành công nghiệp sản xuất bắt đầu phát triển, để điều khiển một dây chuyền, một thiết bị máy móc công nghiệp nào … Người ta thường thực hiện kết nối các linh kiện điều khiển riêng lẻ (Rơle, timer, contactor …) lại với nhau tuỳ theo mức độ yêu cầu thành một hệ thống điện điều khiển đáp ứng nhu cầu mà bài toán công nghệ đặt ra

Công việc này diễn ra khá phức tạp trong thi công vì phải thao tác chủ yếu trong việc đấu nối, lắp đặt mất khá nhiều thời gian mà hiệu quả lại không cao vì một thiết bị có thể cần được lấy tín hiệu nhiều lần mà số lượng lại rất hạn chế, bởi vậy lượng vật tư làrất nhiều đặc biệt trong quá trình sửa chữa bảo trì, hay cần thay đổi quy trình sản xuất gặp rất nhiều khó khăn và mất rất nhiều thời gian trong việc tìm kiếm hư hỏng và đi lại dây bởi vậy năng suất lao động giảm đi rõ rệt

Với những nhược điểm trên các nhà khoa học, nhà nghiên cứu đã nỗ lực để tìm ra một giải pháp điều khiển tối ƣu nhất đáp ứng mong mỏi của ngành công nghiệp hiện đại đó là tự động hoá quá trình sản xuất làm giảm sức lao động, giúp người lao động

không phải làm việc ở những khu vực nguy hiểm, độc hại ….mà năng suất lao động lại tăng cao gấp nhiều lần.

Một hệ thống điều khiển ưu việt mà chúng ta phải chọn để điều khiển cho ngành côngnghiệp hiện đại cần phải hội tụ đủ các yếu tố sau: Tính tự động cao, kích thước và khối lượng nhỏ gọn, giá thành hạ, dễ thi công, sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định linh hoạt …

Từ đó hệ thống điều khiển có thể lập trình được PLC (Programable Logic Control) rađời đầu tiên năm 1968 (Công ty General Moto - Mỹ) Tuy nhiên hệ thống này còn kháđơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống, vì vậy qua nhiều năm cải tiến và phát triển không ngừng khắc phục những nhược điểm còn tồn tại để có được bộ điều khiển PLC như ngày nay, đã giải quyết được các vấn đề nêu trên với các ưu việt như sau:

* Là bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán điều khiển

* Có khả năng mở rộng các modul vào ra khi cần thiết

* Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu thích hợp với nhiều đối tượng lập trình

* Có khả năng truyền thông đó là trao đổi thông tin với môi trường xung quanh như với máy tính, các PLC khác, các thiết bị giám sát, điều khiển…

* Có khả năng chống nhiễu với độ tin cậy cao và có rất nhiều ưu điểm khác nữa Hiện nay trên thế giới đang song hành có nhiều hãng PLC khác nhau cùng phát triển như hãng Omron, Misubishi, Hitachi, ABB, Siemen,…và có nhiều hãng khác nữa nhưng chúng đều có chung một nguyên lý cơ bản chỉ có vài điểm khác biệt với từng mặt mạnh riêng của từng ngành mà người sử dụng sẽ quyết định nên dùng hãng PLC nào cho thích hợp với mình mà thôi

Một hệ thống sản xuất có khả năng tự khởi động, kiểm soát, xử lý và dừng một quátrình theo yêu cầu hoặc đo đếm các giá trị đã đạt được xác định nhằm đạt kết quả tốtnhất ở sản phẩm đầu ra thì được gọi là Hệ thống điều khiển

Trong kỹ thuật tự động, các bộ điều khiển chia làm 2 loại:

 Điều khiển nối cứng

 Điều khiển logic khả trình

Một hệ thống điều khiển bất kỳ được tạo thành từ các thành phần sau:

 Khối xử lý-điều khiển

 Khối ra.

2.2.2.1 Khối vào:

Khối có nhiệm vụ chuyển đổi các đại lượng vật lý thành các tín hiệu điện, các bộchuyển đổi có thể là: nút nhấn, cảm biến …và tùy theo bộ chuyển đổi mà tín hiệu rakhỏi khối vào có thể ON/OFF hoặc dạng liên tục(analog)

2.2.3 Lợi ích của việc sử dụng PLC.

Cùng với sự phất triển của phần cứng lẫn phần mềm, PLC ngày càng tăng được cáctính năng cũng như lợi ích của PLC trong hoạt động công nghiệp Kích thước của PLChiện nay được thu nhỏ lại để bộ nhớ và số lượng I/O càng nhiều hơn, các ứng dụngcủa PLC càng mạnh hơn giúp người sử dụng giải quyết được nhiều vấn đề phức tạptrong điều khiển hệ thống

Lợi ích đầu tiên của PLC là hệ thống điều khiển chỉ cần lắp đặt một lần (đối với sơ đồ

hệ thống, các đường nối dây, các tín hiệu ở ngõ vào/ra ), mà không phải thay đổi kếtcấu của hệ thống sau này, giảm được sự tốn kém khi phải thay đổi lắp đặt khi đổi thứ

tự điều khiển ( đối với hệ thống điều khiển relay ) khả năng chuyển đổi hệ điềukhiển cao hơn (như giao tiếp giữa các PLC để lưu truyền dữ liệu điều khiển lẫn nhau),

hệ thống điều khiển linh hoạt hơn

Không như các hệ thống cũ, PLC có thể dễ dàng lắp đặt do chiếm một khoảng khônggian nhỏ hơn nhưng điều khiển nhanh, nhiều hơn các hệ thống khác

Điều này càng tỏ ra thuận lợi hơn đối với các hệ thống điều khiển lớn, phức tạp, vàquá trình lắp đặt hệ thống PLC ít tốn thời gian hơn các hệ thống khác Cuối cùng làngười sử dụng có thể nhận biết các trục trặc hệ thống của PLC nhờ giao diện qua mànhình máy tính (một số PLC thế hệ sau có thể nhận biết các hỏng hóc (trouble shoding)của hệ thống và báo cho người sử dụng, điều này làm cho việc sử dụng dễ dàng hơn.Người ta đã đi đến tiêu chuẩn hoá các chức năng chính của PLC trong các hệ điềukhiển là:

- Điều khiển chuyên gia giám sát:

+ Thay thế cho điều khiển rơ le

+ Thay thế cho các Panel điều khiển, mạch in

+ Điều khiển tự động, bán tự động bằng tay các máy và các quá trình

+ Có các khối điều khiển thông dụng ( thời gian, bộ đếm)

- Điều khiển dãy:

+ Các phép toán số học

+ Cung cấp thông tin

+ Điều khiển liên tục các quá trình (nhiệt độ, áp suất )

+ Điều khiển PID

+ Điều khiển động cơ chấp hành

+ Điều khiển động cơ bước

- Điều khiển mềm dẻo:

+ Điều hành quá trình báo động

+ Phát hiện lỗi khi chạy chương trình

+ Ghép nối với máy tính (RS232/ RS242)

+ Ghép nối với máy in

+ Thực hiện mạng tự động hoá xí nghiệp

+ Mạng cục bộ

+ Mạng mở rộng

* Một số lĩnh vực tiêu biểu sử dụng PLC :

Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất trong côngnghiệp và dân dụng Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ thống đơn giản, chỉ cókhả năng đóng mở (ON/OFF) thông thường đến các ứng dụng cho các lĩnh vực phứctạp, đòi hỏi tính chính xác cao, ứng dụng các thuật toán trong sản xuất Các lĩnh vựctiêu biểu ứng dụng PLC hiện nay bao gồm:

- Hóa học và dầu khí: định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống dẫn

- Chế tạo máy và sản xuất: Tự động hóa trong chế tạo máy, cân đông, quá trình lắp đặtmáy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại

- Bột giấy, giấy, xử lý giấy: Điều khiển máy băm, quá trình ủ bột, quá trình cáng, quátrình gia nhiệt

- Thủy tinh và phim ảnh: quá trình đóng gói, thí nghiệm vật liệu, cân đong, các khâuhoàn tất sản phẩm, do cắt giấy

- Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: Phân loại sản phẩm, đếm sản phẩm, kiểm tra sảnphẩm, kiểm soát quá trình sản xuất, bơm (bia, nước trái cây ) cân đong, đóng gói,hòa trộn

- Kim loại: Điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), quy trình sản xuất, kiểm tra chấtlượng

- Năng lượng: điều khiển nguyên liệu (cho quá trình đốt, xử lý các tuabin ) các trạmcần hoạt động tuần tự khai thác vật liệu một cách tự động (than, gỗ, dầu mỏ)

2.2.4 Ưu, nhược điểm khi lập trình hệ thống điều khiển PLC.

2.2.4.1 Ưu điểm của PLC.

Từ thực tế sử dụng người ta thấy rằng PLC có những điểm mạnh như sau:

- PLC dễ dàng tạo luồng ra và dễ dàng thay đổi chương trình

- Chương trình PLC dễ dàng thay đổi và sửa chữa: Chương trình tác động đến bêntrong bộ PLC có thể được người lập trình thay đổi dễ dàng bằng xem xét việc thựchiện và giải quyết tại chỗ những vấn đề liên quan đến sản xuất, các trạng thái thựchiện có thể nhận biết dễ dàng bằng công nghệ điều khiển chu trình trước đây Như thế,người lập trình chương trình thực hiện việc nối PLC với công nghệ điều khiển chutrình

Người lập chương trình được trang bị các công cụ phần mềm để tìm ra lỗi cả phầncứng và phần mềm, từ đó sửa chữa thay thế hay theo dõi được cả phần cứng và phầnmềm dễ dàng hơn

- Các tín hiệu đưa ra từ bộ PLC có độ tin cậy cao hơn so với các tín hiệu được cấp từ

bộ điều khiển bằng rơle

- Phần mềm lập trình PLC dễ sử dụng: phần mềm được hiểu là không cần nhữngngười sử dụng chuyên nghiệp sử dụng hệ thống rơle tiếp điểm và không tiếp điểm Không như máy tính, PLC có mục đích thực hiện nhanh các chức năng điều khiển,chứ không phải mang mục đích làm dụng cụ để thực hiện chức năng đó

Ngôn ngữ dùng để lập trình PLC dễ hiểu mà không cần đến khiến thức chuyên môn

về PLC Cả trong việc thực hiện sửa chữa cũng như việc duy trì hệ thống PLC tại nơilàm việc

Việc tạo ra PLC không những dễ cho việc chuyển đổi các tác động bên ngoài thànhcác tác động bên trong (tức chương trình), mà chương trình tác động nối tiếp bêntrong còn trở thành một phần mềm có dạng tương ứng song song với các tác động bênngoài Việc chuyển đổi ngược lại này là sự khác biệt lớn so với máy tính

Thực hiện nối trực tiếp : PLC thực hiện các điều khiển nối trực tiếp tới bộ xử lý(CPU) nhờ có đầu nối trực tiếp với bộ xử lý Đầu I/O này được đặt tại giữa các dụngcụ ngoài và CPU có chức năng chuyển đổi tín hiệu từ các dụng cụ ngoài thành cácmức logic và chuyển đổi các giá trị đầu ra từ CPU ở mức logic thành các mức mà cácdụng cụ ngoài có thể làm việc được

Dễ dàng nối mạch và thiết lập hệ thống: trong khi phải chi phí rất nhiều cho việc hànmạch hay nối mạch trong cấp điều khiển rơle, thì ở PLC những công việc đó đơn giảnđược thực hiện bởi chương trình và các chương trình đó được lưu giữ ở băng catssetehay đĩa CDROM, sau đó thì chỉ việc sao trở lại

Thiết lập hệ thống trong một vùng nhỏ: vì linh kiện bán dẫn được đem ra sử dụng rộngdãi nên cấp điều kiện này sẽ nhỏ so với cấp điều khiển bằng rơle trước đây Tuổi thọ

là bán- vĩnh cửu: vì đây là hệ chuyển mạch không tiếp điểm nên độ tin cậy cao, tuổithọ lâu hơn so với rơle có tiếp điểm

2.2.4.2 Nhược điểm của PLC.

Do chưa tiêu chuẩn hoá nên mỗi công ty sản xuất ra PLC đều đưa ra các ngôn ngữlập trình khác nhau, dẫn đến thiếu tính thống nhất toàn cục về hợp thức hoá Trongcác mạch điều khiển với quy mô nhỏ, giá của một bộ PLC đắt hơn khi sử dụng bằngphương pháp rơle

2.2.5 Phân loại PLC

2.2.5.1 Theo version

PLC Siemens có các họ như S7-200, S7-300, S7-400,…

Hinh 2.6 PLC S7-200 của hãng Siemens

2.2.5.2 Theo số lượng các đầu vào/ra

Ta có thể phân PLC thành bốn loại sau:

 Micro PLC là loại có dưới 32 kênh vào/ra

 PLC nhỏ có đến 256 kênh vào/ra

 PLC trung bình có đến 1024 kênh vào/ra

 PLC có đến trên 1024 kênh vào/ra

Các micro-PLC