đồ án mô phỏng và điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm dùng PLC s7 200

đồ án mô phỏng và điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm dùng PLC s7 200 đồ án tốt nghiệp trường đại học công nghiệp hà nội ( full code) sử dụng mô hình của siemems để truyền sản phẩm, lau sản phẩm rồi sang công đoạn gắp sản phẩm mang đi phân loại .

LỜI CAM ĐOAN

Chúng em xin cam đoan Đồ Án tốt nghiệp với đề tài: Nghiên cứu khai thác

sử dụng mô hình Y-0044 - Điều khiển và giám sát dây chuyền phân loại sản phẩm sử dụng PLC S7-200 do chúng em tự thiết kế dưới ý tưởng về hệ

thống phân loại sản phẩm theo màu sắc trong công nghiệp và dưới sự hướng

dẫn của giảng viên Th.s Mai Thế Thắng Các số liệu và kết quả là hoàn toàn

đúng với thực tế

Để hoàn thành bản đồ án này chúng em chỉ sử dụng những tài liệu được ghitrong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tàiliệu nào khác Nếu phát hiện có sự sao chép chúng em xin chịu hoàn toàntrách nhiệm

Hà Nội, ngày 21 tháng 04 năm 2017

Nhóm sinh viên thực hiện

Phạm Văn Quốc

Vũ Văn Tiến

Lê Văn Tú Nguyễn Thanh Tùng Nguyễn Viết Tuyển Nguyễn Văn Vinh

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

DANH MỤC CÁC BẢNG

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ DCS TRÊN NỀN PLC 1

1.1 Cấu tạo của một hệ điều khiển giám sát 1

1.2 Hệ DCS là gì ? 1

1.3 Cấu tạo của một hệ điều khiển phân tán 2

1.4 Trạm điều khiển cục bộ (LCS) 2

1.5 Trạm vận hành 3

1.6 Trạm kĩ thuật 4

1.7 Bus hệ thống 4

1.8 Bus trường và các hệ thống vào /ra từ xa 5

1.9 Hệ DCS trên nền PLC 6

CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT MÔ HÌNH PHÂN LOẠI Y-0044 9

2.1 Tìm hiểu về PLC S7-200 9

2.1.1 Đầu vào 10

2.1.2 Đầu ra 10

2.1.3 Nguồn cấp 10

2.1.4 Cổng truyền thông của PLC 10

2.2 Xilanh dùng trong hệ thống 11

2.2.1 Xilanh đơn 11

2.2.2 Xilanh kép 12

2.3 Van điện từ 13

2.4 Động cơ bước 15

2.5 Động cơ DC 16

2.6 Công tắc giới hạn 17

2.7 Áp kế và modul sấy khí 18

2.8 Cảm biến dùng trong hệ thống 20

2.8.1 Cảm biến tiệm cận 20

2.8.2 Cảm biến quang phản xạ gương 23

2.8.3 Cảm biến thu phát phản xạ khuyết tán 25

2.8.4 Cảm biến quang phát hiện màu trắng 25

2.8.5 Cảm biến áp suất 26

2.9 Màn hình TD 200 30

2.9.1 Cấu tạo phần cứng 30

2.9.2 Giao tiếp giữa TD 200 và PLC 31

2.9.3 Lập trình với TD200 32

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CHO MÔ HÌNH 33

3.1 Xây dựng sơ đồ khối điều khiển giám sát quá trình 33

a, Modul Y-0044A 33

b, Modul Y-0044B 34

c, Modul Y-0044C 35

3.2 Các bước thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho mô hình phân loại sản phẩm 36

3.2.1 Phân tích yêu cầu công nghệ 36

3.2.2 Các thiết bị cấp trường sử dụng trong mô hình 37

3.2.3 Xây dựng bài toán điều khiển trên PLC S7-200 37

3.2.3.2 Modul Y-0044B 40

3.4 TÌM HIỂU VỀ WINCC và OPC (PC Access) 47

3.4.1 Giới thiệu về WinCC 47

3.4.2 Các chức năng chính của WinCC 47

3.4.3 Tìm hiểu về OPC 47

3.4.4 Giới thiệu về PC ACCESS 50

3.5 Kết quả Wincc 53

3.5.1 Module Y-0044A 53

3.5.1 Module Y-0044B 53

3.5.1 Module Y-0044C 54

3.6 Chương trình PLC 55

3.6.1 Modul Y-0044A 55

3.6.2 Modul Y-0044B 68

3.6.3 Modul Y-0044C 83

Tài liệu tham khảo 92

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển và giám sát 3

Hình 1.2: Cấu trúc cơ bản của hệ điều khiển phân tán 4

Hình 1.3: Cấu hình tiêu biểu của một hệ điều khiển phân tán hiện đại 7

Hình 1.4: Các thành phần chức năng chính của một PLC 9

Hình 2.1: Cáp USB/PPI Multi-Master 13

Hình 2.2: Xilanh đơn 14

Hình 2.3: Xilanh kép 14

Hình 2.4: Van điện từ 15

Hình 2.5: Máy hút trên không 16

Hình 2.6: Mô tả bộ van và giác hút với mạch khí nén ứng dụng 17

Hình 2.7: Động cơ bước 17

Hình 2.8: Động cơ một chiều DC 18

Hình 2.9: Cách đấu nối động cơ DC 19

Hình 2.10: Công tắc giới hạn 19

Hình 2.11: Áp kế và modul sấy khí 20

Hình 2.12: Bộ điều hòa không khí 20

Hình 2.13: Cảm biến tiệm cận 22

Hình 2.14: Cách đấu nối cảm biến tiệm cận 22

Hình 2.15: Cảm biến phản xạ gương 24

Hình 2.16: Cảm biến quang thu phát chung 26

Hình 2.17: Khoảng cách xác nhận của cảm biến quang phản hồi 27

Hình 2.18: Cách đấu nối cảm biến quang phát hiện màu trắng 27

Hình 2.19: Cảm biến áp suất 28

Hình 2.20: Sơ đồ đầu ra của cảm biến áp suất 28

Hình 2.21: Cài đặt cảm biến áp suất 29

Hình 2.22: Đặc tính đầu ra chế độ F1( chế độ trễ) 29

Hình 2.23: Cấu tạo phần cứng của TD200 31

Hình 2.24: Giao tiếp giữa 1 TD200 và 1 CPU 32

Hình 3.1: Module Y-0044A 34

Hình 3.2: Sơ đồ khối điều khiển giám sát quá trình modul Y- 0044A 35

Hình 3.3: Module Y-0044B 35

Hình 3.4: Sơ đồ khối điều khiển giám sát quá trình modul Y- 0044B 36

Hình 3.5: Module Y-0044C 36

Hình 3.6: Sơ đồ khối điều khiển giám sát quá trình modul Y- 0044C 37

Hình 3.7: Sơ đồ đấu dây PLC S7 – 200 modul Y - 0044A 40

Hình 3.8: Sơ đồ đấu dây PLC S7 – 200 modul Y – 0044B 40

Hình 3.9: Sơ đồ đấu dây PLC S7 – 200 modul Y – 0044C 43

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Thông số kĩ thuật cơ bản của PLC S7-200 CPU 224XP 11

Bảng 2.2: Đặc điểm của cảm biến tiệm cận dùng trong hệ thống 23

Bảng 2.3: Đặc điểm cảm biến dùng trong hệ thống 25

Bảng 2.4: Các lỗi xảy ra trong quá trình hoạt động và cách khắc phục 30

Bảng 3.1: Bàng định địa chỉ modul Y -0044A 39

Bảng 3.2: Bàng định địa chỉ modul Y -0044B 41

Bảng 3.3: Bàng định địa chỉ modul Y -0044C 42

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay, đất nước ta bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hóa,

để quá trình này phát triển nhanh chúng ta cần tập trung đầu tư vào các dâychuyền sản xuất tự động hóa, nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất, nâng caonăng suất lao động và cho ra sản phẩm có chất lượng cao

Để bắt kịp với tiến bộ khoa học kĩ thuật trên thế giới cũng như đáp ứngyêu cầu công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước thì ngành công nghiệp ViệtNam đang thay đổi nhanh chóng, công nghệ và thiết bị hiện đại đang dần dầnđược thay thế các công nghệ lạc hậu và thiết bị cũ Các thiết bị công nghệ tiêntiến với hệ thống điều khiển lập trình PLC, Vi xử lý, điện khí nén, điện tử.Đang được úng dụng rộng rãi trong công nghiệp như các dây truyền xản xuấtnước ngọt, chế biến thức ăn gia xúc, máy điều khiển theo chương trình CNC,các hệ thống đèn giao thông, các hệ thống báo động Trong các trường đạihọc, cao đẳng và các trường trung học đã và đang đưa các thiết bị hiện đại cókhả năng lập trình được vào giảng dạy Một trong những loại thiết bị có ứngdụng mạnh mẽ và đảm bảo có độ tin cậy cao là hệ thống điều khiển tự độngPLC

Với đề tài “Điều khiển giám sát và phân loại sản phẩm cho mô hình

Y-0044 – Điều khiển và giám sát dây chuyền phân loại sản phẩm sử dụng PLCS7-200” Chúng em đã vận dụng được những ưu điểm của hệ thông điềukhiển này

Sau quá trình học tập rèn luyện và nghiên cứu tại trường chúng em đã tích luỹđược vốn kiến thức để thực hiện đề tài của mình

Do thời gian nghiên cứu có hạn nên không thể tránh khỏi nhưng sai sót,chúng em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ dẫn thêm của các thầy cô cũngnhư ý kiến đóng góp của các bạn sinh viên để đề tài của chúng em hoàn thiệnhơn, đáp ứng đầy đủ những mục tiêu đã đặt ra

Chúng em chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ DCS TRÊN NỀN PLC

1.1 Cấu tạo của một hệ điều khiển giám sát

 Giao diện quá trình: Các cảm biến và cơ cấu chấp hành, ghép nối vào ra,chuyển đổi tín hiệu (giao diện giữa thiết bị điều khiển và quá trình kĩthuật)

 Thiết bị điều khiển tự động: Các bộ điều khiển chuyên dụng như bộ điềukhiển khả trình PLC, thiết bị điều chỉnh số đơn lẻ, máy tính cá nhân và cácphần mềm điều khiển tương ứng (giao diện giữa người vận hành và máy)

 Hệ thống điều khiển giám sát: Các thiết bị và phần mềm giao diện máy, cáctrạm kĩ thuật , các trạm vận hành, giám sát và điều khiển cao cấp

 Hệ thống truyền thông: Ghép nối điểm - điểm, bus cảm biến chấp hành, bustrường , bus hệ thống

 Hệ thống bảo vệ, cơ cấu thực hiện chức năng an toàn

Hình 1.1 Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển và giám sát

1.2 Hệ DCS là gì ?

Hệ DCS là một hệ thống điều khiển phân tán (Distributed Control System) thường được sử dụng trong các quá trình, các hệ thống sản xuất, hệ thống

động (dynamic system) Trong đó các phần tử điều khiển không được đặt tại các vị trí

trung tâm nhưng mỗi hệ thống con được điều khiển bằng một hoặcnhiều bộ điều khiển trong hệ thống Toàn bộ hệ thống được điều khiển, giámsát nhờ giao tiếp thông qua việc nối mạng

1.3 Cấu tạo của một hệ điều khiển phân tán

 Các trạm điều khiển cục bộ (LCS) hay trạm quá trình

 Trạm vận hành (OS)

 Trạm kĩ thuật và các công cụ phát triển (ES)

 Hệ thống truyền thông (files bus, system bus)

Hình 1.2 Cấu trúc cơ bản của hệ điều khiển phân tán

Ngoài ra cấu hình cụ thể còn có trạn vào ra từ xa Remote I/O Station, bộ điềukhiển chuyên dụng

 Trạm điều khiển cục bộ (LCS)

 Giao diện bus hệ thống

 Giao diện bus trường (nếu sử dụng cấu trúc vào ra phân tán)

 Các modul vào ra số, modul an toàn cháy nổ

Chức năng của trạn điều khiển cục bộ:

 Điều khiển quá trình: điều khiển các mạch vòng kín (nhiệt độ, áp suất,lưu lượng, độ PH, độ đậm đặc … ) dựa trên luật PID

 Điều khiển trình tự

 Điều khiển logic

 Thực hiện các công thức

 Đặt các tín hiệu đầu ra về trạng thái an toàn khi xảy ra sự cố hệ thống

 Lưu trữ tạm thời các tín hiệu quá trình trong trường hợp mất liên lạc vớitrạm vận hành

 Nhận biết các trường hợp vượt ngưỡng giá trị và đưa ra các thông báobáo động

1.5 Trạm vận hành

Trạm vận hành và trạm kĩ thuật được đặt trong phòng điều khiển trungtâm.Các trạm này có thể hoạt động song song hoặc độc lập với nhau và đểtiện cho việc vận hành hệ thống đối với mỗi một phân đoạn-một xưởng sảnxuất người ta lại bố trí một trạm vận hành Các phần mềm chạy trên các trạm

là hoàn toàn giống nhau do đó khi một trạm bị sự cố các trạm khác có thể thaythế chức năng của trạm đó

Chức năng :

 Hiển thị các hình ảnh chuẩn (hình ảnh tổng quan, hình ảnh nhóm, hìnhảnh mạch vòng, các đồ thị thời gian, đồ thị quá khứ )

 Hiển thị lưu đồ công nghệ, bàn phím điều khiển

 Hỗ trợ vận hành hệ thống thông qua các công cụ thao tác tiêu biểu, các

hệ thống hướng dẫn chỉ đạo và trợ giúp

 Tạo và quản lí các công thức điều khiển

 Xử lí sự kiện, sự cố

 Xử lí lưu trữ và quản lí số liệu

 Hỗ trợ lập báo cáo tự động

 Chẩn đoán hệ thống, hỗ trợ người vận hành và bảo trì hệ thống.

1.6 Trạm kĩ thuật

Trạm kĩ thuật là nơi đặt các công cụ phát triển, cho phép đặt cấu hìnhcho hệ thống, tạo và theo dõi chương trình ứng dụng điều khiển và giao diệnngười máy, đặt giao diện và cấu hình cho các thiết bị trường việc tạo ứngdụng điều khiển chủ yếu được thực hiện theo phương pháp khai báo, đặttham số và ghép nối các khối chức năng trong thư viện Giống như các trạmvận hành thiết bị sử dụng thông dụng là máy tính cá nhân

Đặc tính tiêu biểu của các công cụ phát triển trên trạm kĩ thuật :

 Các công cụ phát triển được tích hợp sẵn trong hệ thống

 Công việc phát triển không yêu cầu tích hợp phần cứng DCS tại chỗ

 Các ngôn ngữ lập trình tiêu biểu đó là sơ đồ khối hàm (FBD-FunctionBlock Diagram), biểu đồ tiến trình (CFC – Continuous Function Chart),tương tự IEC 61131-3 FBD0 và SFC

 Một dự án có thể do nhiều người phát triển song song

 Giao diện với các hệ thống cấp trên (CAD/CAM,MES,PPS,ERP…).Bên cạnh đó nhà sản xuất còn cung cấp các thư viện khối hàm chuyên dụng,phần mềm mô phỏng để tạo các đầu vào ra mô phỏng giúp cho việc phát triểnđược an toàn, chắc chắn hơn.Trong một số hệ thống người ta không phân biệt

rõ ràng giữa trạm vận hành và trạm kĩ thuật mà sử dụng một bàn phím cókhóa chuyển qua lại giữa hai chế độ vận hành và kĩ thuật

1.7 Bus hệ thống

Bus hệ thống có chức năng nối các trạm điều khiển cục bộ lại với nhau

và với các trạm vận hành và trạm kĩ thuật Trong các hệ thống ứng dụngngười ta thường sử dụng cấu hình dự phòng cho các bus hệ thống Giải phápmạng có thể là đặc chủng của riêng công ty, một số hệ thống mạng thôngdụng: Enthernet, Profibus-Fms và ControlNet

Đặc điểm của việc trao đổi thông tin qua bus: Lưu lượng thông tin lớn do đótốc độ đường truyền tương đối cao Tính năng thời gian thực cũng là một yếu

tố được đặt ra (đặc biệt với bus điều khiển ) thời gian phản ứng nằm trong

phạm vi 0.1 s trở lên Số lượng trạm tham gia thường không lớn và nhu cầutrao đổi dữ liệu không có đột biến lớn.

Cấu hình tiêu biểu của một hệ điều khiển phân tán hiện đại, ngoài các phần

mô tả trên còn có thêm các trạm sever, máy tính phân tích, máy in, một số bộđiều khiển chuyên dụng…

Hình 1.3 Cấu hình tiêu biểu của một hệ điều khiển phân tán hiện đại

1.8 Bus trường và các hệ thống vào /ra từ xa

Khi sử dụng cấu trúc vào/ra phân tán các trạm cục bộ sẽ được bổ sungcác modul giao diện bus để nối với các trạm vào/ra từ xa (remote I/O station)

và một số thiết bị trường thông minh Đối với bus trường thì đặc điểm quantâm tới đó là tính năng thời gian thực, chuẩn truyền dẫn, tính năng điện họccủa các linh kiện mạng, cáp truyền… Một số bus trường được hỗ trợ mạnh:Profibus-DP, Foundation Fieldbus Một trạm vào ra từ xa có cấu trúc khôngkhác biệt nhiều so với một trạm điều khiển cục bộ duy chỉ thiếu khối xử lí

trung tâm cho chức năng điều khiển Trạm vào ra từ xa thường được đặt gầnquá trình kĩ thuật.

Bên cạnh phương pháp ghép nối thiết bị điều khiển với quá trình kĩ thuậtthông qua các modul vào/ ra ta có thể sử dụng các cảm biến, cơ cấu chấp hành

có giao diện bus trường

1.9 Hệ DCS trên nền PLC

Thiết bị điều khiển khả trìnhPLC (Programmable Logic Cotroller) làmột loại máy tính điều khiển chuyên dụng do nhà phát minh người MỹRichard Morley đưa ra lần đầu tiên vào năm 1968 Với cấu trúc ghép nối vào

ra linh hoạt và nguyên tắc làm việc đơn giản theo chu kì, khả năng lập trình

và lưu trữ chương trình trong bộ nhớ không cần can thiệp trực tiếp đến phầncứng do đó PLC dần trở nên thông dụng và có thể thay thế cho các mạch logic

tổ hợp và tuần tự cồng kềnh Ngày nay PLC hiện đại không chỉ dừng lại ở cácphép toán logic đơn giản mà nó còn làm việc với các tín hiệu tương tự, cácphép toán số học, thậm trí là thuật toán điều khiển phản hồi, PID và điềukhiển mở Các bộ định thời, bộ đếm và các phép toán thông dụng thuộc phạm

vi chức năng chuẩn của một PLC

Việc sử dụng PLC trong việc điều khiển quá trình liên tục trong công nghiệpchế biến, khai thác, môi trường… đã trở nên phổ biến Một số hệ DCS trênnền PLC tiêu biểu: SattLine (ABB), ProcessLogic (RockWell), ModiconTSX(Schneider Electric), PCS7 (Siemens)…Thực tế ngày nay PLC được dùng chocác bài toán điều khiển logic cũng như điều khiển quá trình Đối với PLC sửdụng trong các hệ phân tán thường có cấu hình mạnh, hỗ trợ điều khiển trình

tự cùng với các phương pháp lập trình hiện đại (SFC)

Cấu trúc phần cứng :

PLC có cấu tạo tương tự như một máy tính gồm có vi xử lí, các bộ nhớ làmviệc và bộ nhớ chương trình, giao diện vào/ra và cung cấp nguồn Tuy nhiênmột điểm khác cơ bản là PLC không có các thành phần giao diện người - máynhư màn hình, chuột, bàn phím do đó việc lập trình phải thực hiện một cáchgián tiếp thông qua máy tính riêng biệt được ghép nối với CPU qua giao diệnthiết bị lập trình (cổng nối tiếp RS-232 hoặc RS 485 )

Hình 1.4 Các thành phần chức năng chính của một PLC

 Bộ xử lí trung tâm (CPU) bao gồm một hoặc nhiều vi xử lí, bộ nhớchương trình, bộ nhớ làm việc, đồng hồ nhịp và giao diện với thiết bịlập trình được liên kết với nhau thông qua một hệ thống bus nội Nhiệm

vụ chính của CPU là quản lí các cổng vào/ ra, xử lí các thông tin vàthực hiện các thuật toán điều khiển Bộ nhớ chương trình thường códạng FPROM dùng để lưu trữ các hệ điều hành và mã chương trình ứngdụng Dữ liệu vào ra và các phép tính toán khác được lưu trong bộ nhớlàm việc Ram Đồng hồ nhịp có vai trò tạo ngắt cứng để điều khiểnchương trình theo chu kì (thông thường trong khoảng 0,01s tới 1000phút)

 Các thành phần vào ra (I/O) đóng vai trò giao diện giữa CPU và quátrình kĩ thuật Nhiệm vụ của chúng là chuyển đổi, thích ứng tín hiệu,cách li gavanic giữa các thiết bị ngoại vi (cảm biến, nút ấn, công tắchành trình, cơ cấu chấp hành: contactor, động cơ, van khí, máy bơm)với CPU Các thành phần vào ra được kết nối với CPU qua hệ thốngbus nội bộ hoặc bus trường

 Bộ cấp nguồn (PS) có chức năng biến đổi và ổn định nguồn nuôi(5VDC, 12VDC, 24VDC…) và xoay chiều (110VAC, 220VAC…)

 Ngoài các thành phần trên một PLC còn có các thành phần chức năngnhư ghép nối mở rộng, điều khiển chuyên dụng và xử lí truyền thông.Đối với các ứng dụng lớn ta cần sử dụng PLC có thiết kế modul bởi tính linhhoạt cao:

 Các module chức năng (function module, FM) được sử dụng để thựchiện một số nhiệm vụ điều khiển riêng, ví dụ module điều khiển PID,module điều khiển động cơ bước, module cân,… Các module này hoạtđộng tương đối độc lập với CPU, tuy nhiên có thể trao đổi dữ liệu quátrình và dữ liệu tham số thông qua bus nội bộ và các hàm hoặc khốihàm giao tiếp hệ thống

 Các module ghép nối (interface module, IM) được sử dụng để mở rộng

hệ thống khi số lượng các module lớn, không đủ chỗ trên một giá đỡ

 Các module truyền thông (communication module, CM) có vai trò làgiao diện mạng, dùng để ghép nối nhiều PLC với nhau, với các thiết bịtrường và các máy tính giám sát

CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT MÔ HÌNH PHÂN LOẠI Y-0044

Khả năng lưu trữ khi mất điện 100h

từ I0.0-I1.5 được sử dụng bởi bộ đếm tốc độ

+ Trạng thái mức logic 0 tối đa VDC 1mA

+ Sự cách li về quang 500VCA 1 min

2.1.2 Đầu ra

+ Kiểu đầu ra Relay hoặc transistor

+ Điện áp khoảng 24,4 đến 28,8 VDC

+ Dòng tối đa 2A điểm 8 A I common

+ Quá dòng 7 A với contact đúng

+ Điện trở cách li nhỏ nhất 10 MW

+ Thời gian sử dụng 10 triệu giờ và công tắc 100.000 giờ với tốc độ tải

+ Điện trở công tắc tối đa 200MW

+ Chế độ bảo vệ ngắn mạch không có

2.1.3 Nguồn cấp

+ Nguồn có thể tích hợp sẵn trong PLC hoặc làm riêng bên ngoài, có nhiềucấp điện áp khác nhau trên loại PLC gồm 110 VAC và 220VAC hoặc 24VDC Hiện nay có 2 cấp điện áp hay sử dụng là 24 VDC và 220 VAC.+ Điện áp nguồn 20.4-24.8 VDC

+ Điện áp nguồn 20,4-20,8 VDC

+ Dòng vào Max 900 mA tại 24 VDC

+ Cách li điện ngõ vào không có

+ Thời gian duy trì khi mất nguồn 10 ms tại 24 VDC

+ Cầu chì bên trong 2A - 250V

2.1.4 Cổng truyền thông của PLC

S7-S200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS 485 với phích cắm 9 chân đểphục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình

Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG 720 nối thẳng cáp MPI, máy lậptrình đi kèm với cáp

Ghép nối với máy tính PC qua cổng RS 232 cần có cáp nối PC/PCI với bộchuyển đổi RS 232 / RS 485 hoặc cáp USB/PPI Multi-Master.

Hình 2.1 : Cáp USB/PPI Multi-Master

2.2 Xilanh dùng trong hệ thống.

2.2.1 Xilanh đơn

+ Nguyên tắc hoạt động:

Khí nén được sử dụng để sinh công ở một phía của piston

Piston lùi về bằng lực bật lại của lò xo hay của lực từ bên ngoài

Xilanh có một cổng cấp nguồn và một lỗ thoát khí

Điều khiển hoạt động của xilanh đơn bằng van 3/2

+ Cấu tạo:

Xilanh kiểu piston và kí hiệu trên sơ đồ :

Xilanh kiểu piston và kí hiệu trên sơ đồ :

Hình 2.2: Xilanh đơn

2.2.2 Xilanh kép

Nguyên tắc hoạt động:

Khí nén được sử dụng để sinh công ở hai phái của piston

Xilanh có hai cửa cấp nguồn

Điều khiển hoạt động của xilanh kép bằng van 4/2, 5/2, 5/3

Cấu tạo:

Xilanh kép có cần piston một phía: Do diện tích của hai bề mặt piston khácnhau nên lực tác động trên cần piston khác nhau( lực kéo lơn hơn lực đẩy) Hai dạng xilanh kép có cần piston ở một phía thường gặp:

+ Xilanh kép không có đệm giảm chấn:

Hình 2.3: Xilanh kép

2.3 Van điện từ

+ Nguyên lý hoạt động của van điện từ :

Là có 1 cuộn điện, trong đó có 1 lõi săt và 1 lò so nén vào lõi sắt đó, lõi sắt đólại tỳ vào đầu 1 gioăng cao su Như vậy, bình thường không có điện thì lò so

ép vào lõi sắt, để đóng van khi đưa điện vào, cuộn dây sinh từ trường hút lõisắt ra, từ trường này đủ mạnh thắng được lò so, khi đó van mở ra (Loại Vanđiện từ thường đóng - NC)

Hình 2.4: Van điện từ

Van điện từ được ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực công nghiệp, dândụng được sử dụng rộng rãi nhất là trong các lĩnh vực liên quan đến khí nén

và chất lỏng Nhiệm vụ của chúng là đóng, mở, phân chia, trộn lẫn khí nén

từ máy nén khí hoặc từ dầu thủy lực từ bơm thủy

Trong bài này chúng ta dùng van Loại

thường đóng (NC): không có điện thì van

đóng, khi có điện thì mở

+ Các loại van dùng trong hệ thống:

 Van 3 cửa, 2 vị trí: Van 3 cửa, 2 vị trí thường đóng (van 3/2): Các vannày có cửa vào, cửa ra và cửa xả khí Khi mất nguồn thì cửa ra được nối với

cửa xả khí Khi có nguồn thì cửa vào được nối với cửa ra Các van này được

sử dụng cho các cylinder tác động đơn

 Van 4 cửa, 3 vị trí: Van 4 cửa, 3 vị trí (van

4/3): Các van này có 4 cửa, 1 vào, 2 ra và 1 xả Ở

trạng thái bình thường (không có nguồn năng

lượng) thì các cửa vào/ra đều bị chặn Van này

được sử dụng để điều khiển vị trí các cylinder.

 Máy hút trên không

Máy hút chân không cung cấp sự hấp thụ không khí với ảnh hưởng của ápsuất hình thành trong đường ống Với không khí hấp thụ này, việc giữ để lạicác vật liệu trong giác hút của máy hút chân không làm việc được Do lựckhí sẽ tạo nên nhiều tiếng ồn ở cửa xả của van, bộ phận giảm thanh được sửdụng để giảm tiếng ồn đó

Hình 2.5: Máy hút trên không

Nguyên lí hoạt động của máy hút chân không

+ Giác hút

Một vòng lõm bằng cao su có thể treo một vật bằng sức hút của khí nén

Khi có khí nén thổi từ 2 sang 3, miệng hút 1 sẽ tạo chân không cho giác hút

Hình 2.6: Mô tả bộ van và giác hút với mạch khí nén ứng dụng

2.4 Động cơ bước

Hình 2.7 : Động cơ bước

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ bước:  động cơ đồng bộdùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kếtiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rotor cókhả năng cố định rotor vào các vị trí cần thiết Về cấu tạo, động cơ bước cóthể được coi là tổng hợp của hai loại động cơ: động cơ một chiều không tiếpxúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ

Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theotừng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học Chúng làm việcnhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ

tự và một tần số nhất định Tổng số góc quay của rotor tương ứng với số lầnchuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rotor phụ thuộc vàothứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi

2.5 Động cơ DC

Hình 2.8: Động cơ một chiều DC

Nguyên lý hoạt động: Stator của động cơ 1 chiều thường là 1 hay nhiềucặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn vàđược nối với nguồn điện một chiều, 1 phần quan trọng khác của động cơ điện

1 chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khichuyển động quay của rotor là liên tục Thông thường bộ phận này gồm cómột bộ cổ góp và một bộ chổỉ than tiếp xúc với cổ góp

Khi có một dòng điện chạy qua cuộn dây quấn xung quanh một lõi sắt non,cạnh phía bên cực dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng lên, trong khi cạnhđối diện lại bị tác động bằng một lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay tráicủa Fleming Các lực này gây tác động quay lên cuộn dây, và làm cho rotorquay

+ Cách đấu nối:

Hình 2.9: Cách đấu nối động cơ DC

2.6 Công tắc giới hạn

Sử dụng công tắc gới hạn để chuyển đổi từ trạng thái cơ học sang tín hiệuđiện

Công tắc này có 3 chân:

COM: chân chung

NC: tiếp điểm thường đóng

NO: tiếp điểm thường mở

Hình 2.10: Công tắc giới hạn

2.7 Áp kế và modul sấy khí

Hình 2.11: Áp kế và modul sấy khí

Bộ điều hòa phục vụ được lắp đặt nối tiếp với nguồn khí nén thông thường,nhằm cung cấp nguồn khí nén chất lượng cao và bổ sung chức năng cungcấp dầu bôi trơn và bảo quản các phần tử của hệ thống khí nén, hình dángbên ngoài Ký hiệu trên sơ đồ của một bộ điều hòa phục vụ như trên gồm:

Hình 2.12: Bộ điều hòa không khí

+ Bộ lọc khí nén (Compressed air Filter)

Nguyên lý lọc: Khí nén tạo chuyển động xoáy và qua được phần tử lọc cókích thước lỗ từ 5μm đến 70μm tuỳ theo yêu cầu Hơi nước bị phần tử lọcngăn lại, rơi xuống cốc lọc và được xả ra ngoài

+ Van điều chỉnh áp suất có cửa xả tràn (Pressure regulating valve with reliefport) Chức năng: duy trì áp suất làm việc ở đầu ra không đổi trong phạm virộng, không phụ thuộc vào sự dao động áp suất ở mạng cung cấp khí nén đầuvào và mức tiêu thụ khí nén ở đầu ra Điều kiện cần là áp suất lối vào P1 luônphải cao hơn áp suất làm việc P2 cần cho cơ cấu chấp hành

Nguyên lý làm việc: Khi áp suất vào P1ổn định, áp suất ra P2 bằng với ápsuất đặt, van điều chỉnh áp suất ở trạng thái cho khí nén đi qua van chính (7)hướng từ P1 đến P2 Giả sử P2 tăng lên, ví dụ do tải trọng của xilanh, đệm(3) của van xả (6) bị đẩy cong khiến khí nén qua van xả ra ngoài qua khe hẹp(1) – làm giảm P2, đồng thời lò xo (4) đẩy đệm đóng van chính không cho ápsuất dội ngược về phía nguồn P1

(1) Khe thoát khí ra ngoài

Bộ tra dầu bảo quản Khí nén đã

được lọc sạch bụi bẩn và hơi nước, tuy nhiên để cung cấp cho hệ thống điềukhiển khí nén, dòng khí nén còn phải có chức năng vận chuyển một lượng dầu

có độ nhớt thấp để bảo quản, bôi trơn các bộ phận bằng kim loại, các chi tiếtgây ma sát nhằm chống mài mòn, chống rỉ, kẹt Để đạt được điều đó, người tathường dùng một thiết bị tra dầu làm việc theo nguyên tắc cơ bản của một ốngVenturi, nguyên lý làm việc: Hình 2.12 mô tả nguyên lý cấu tạo của bộ tradầu, khi luồng khí nén có áp suất chảy qua khe hẹp, nơi đặt miệng ốngVenturi, áp suất trong ống tụt xuống mức chân không khiến cho dầu từ cốc

được hút lên miệng ống và rơi xuống buồng dầu rồi bị luồng khí nén có tốc độcao phân chia thành những hạt nhỏ như sương mù cuốn theo dòng khí nén bôitrơn, bảo quản các phần tử của hệ thống.

2.8 Cảm biến dùng trong hệ thống

2.8.1 Cảm biến tiệm cận.

Hình 2.13: Cảm biến tiệm cận

+ Nguyên lý và cấu tạo:

Cảm biến tiệm cận cảm ứng bao gồm một cuộn dây được cuốn quanh một lõi

từ ở đầu cảm ứng  Sóng cao tần đi qua lõi dây này sẽ tạo ra một trường điện

từ dao động quanh nó Trường điện từ này được một mạch bên trong kiểmsoát

Khi vật kim loại di chuyển về phía trường này, sẽ tạo ra dòng điện (dòng điện xoáy) trong vật Những dòng điện này gây ra tác động như máy biến thế, do

đó năng lượng trong cuộn phát hiện giảm đi và dao động giảm xuống; độ mạnh của từ trường giảm đi

Mạch giám sát phát hiện ra mức dao động giảm đi và sau đó thay đổi đầu ra vật đã được phát hiện

+ Cách đấu nối cảm biến (ngõ vào PLC loại sinking)

Hình 2.14 : Cách đấu nối cảm biến tiệm cận

Chỉ thị hoạt động Led vàng (hiển thị đèn khi phát hiện vật)Led nhấp nháy( khi vật ra khỏi vùng kiểm soát)

Nhiệt độ môi trường -40….70 oC (-40 158 ° F)

Chức năng chuyên mạch PNP không

2.8.2 Cảm biến quang phản xạ gương

Hình 2.15: Cảm biến phản xạ gương

+ Nguyên lý hoạt động:

Bộ phát truyền ánh sáng tới một gương phản chiếu lăng kính đặc biệt, và phản

xạ lại tới bộ thu sáng của cảm biến Nếu vật thể xen vào luồng sáng, cảm biến

sẽ phát tín hiệu ra

+ Ưu điểm:

 Giá thành thấp hơn loại thu phát

 Lắp đặt dễ hơn loại thu phát

 Chỉnh định dễ dàng

 Với vật thể có bề mặt sáng bóng có thể làm cảm biến không phát hiện được, có thể dùng kính lọc phân cực

 Nhược điểm:

 Khoảng cách phát hiện ngắn hơn loại thu phát

 Vẫn cần 2 điểm lắp đặt cho cảm biến và gương

 Cảm biến phản xạ gương loại 2 thấu kính thường không phát hiện được vật ở một số khoảng cách ngắn nhất định

+ Đặc điểm :

Điều chỉnh độ nhạy Vít chỉnh

Nhiệt độ môi trường -25….60 oC (-13 140 ° F)

Bảng 2.3 : Đặc điểm cảm biến dùng trong hệ thống

2.8.3 Cảm biến thu phát phản xạ khuyết tán

+ Nguyên lý hoạt động : cảm biến dạng này truyền ánh sáng từ bộ phát tới vậtthể Vật này sẽ phản xạ lại một phần ánh sáng (phản xạ khuếch tán) ngược trởlại bộ thu của cảm biến, kích hoạt tín hiệu ra

 Có khoảng cách phát hiện tối đa 1m

 Tỉ lệ lỗi đen / trắngcao; khoảng cách

phát hiện phụ thuộc nhiều vào màu sắc,

kích thước, tính chất bề mặt của vật

thể.)

 Việc phát hiện vật có thể khó khăn nếu

có nền màu đen sau vật

 Độ nhạy và độ tin cậy kém hơn loại Thu phát và Phản xạ gương

Hình 2.16: Cảm biến thu phát chung

2.8.4 Cảm biến quang phát hiện màu trắng

+ Nguyên lý hoạt động: Có thể hoạt động trong khoảng điện áp 10 và 30VDC. Nó có thể phát hiện các đối tượng có tỷ lệ 90% trắng từ khoảng cách

600 mm. Khi các đối tượng màu trắng được cảm nhận bởi các cảm biến, đầu

ra số 4(BK) cho tín hiệu. Đầu ra này của bộ cảm biến được kết nối đến điểmcảm biến tương phản. Đầu ra cảm biến độ tương phản cho thấy một sự thayđổi theo mức độ trắng của đối tượng và khoảng cách giữa đối tượng và cảmbiến. Điều này có thể được quan sát trong hình dưới đây. Nó có thể được thayđổi với điểm điều chỉnh các đối tượng chính xác của cảm biến. Bộ cảm biến

đã được hiệu chỉnh để cảm nhận các đối tượng màu trắng, không nhạy là cácđối tượng màu đen ở khoảng cách ngắn nhất

Hình 2.17: Khoảng cách xác nhận của cảm biến quang phản hồi

Hình 2.18: Cách đấu nối Cảm biến quang phát hiện màu trắng

2.8.5 Cảm biến áp suất

1 Cảm biến áp suất( vacuum switch)

a Nguyên lí hoạt động dùng trong hệ thống

Cảm biến áp suất là một thiết bị điện dùng để đo áp âm ở đầu vào củacảm biến Nó lấy thông tin để xác định xem sản phẩm có được giữ bởi giáchút hay không Khi piston vận chuyển không giữ sản phẩm sự hấp thụ không

khí đủ lớn thì khi đó cảm biến không gửi tín hiệu về PLC Nhưng khi có sảnphẩm nó sẽ gửi tín hiệu về PLC để xử lí và điều khiển piston vận chuyển.

Hình 2.19: Cảm biến áp suất

Hình 2.20: Sơ đồ đầu ra của cảm biến áp suất

b Cài đặt

Hình 2.21: Cài đặt cảm biến áp suất

Hình 2.22: Đặc tính đầu ra chế độ F1( chế độ trễ)

Chế độ F1( chế độ trễ)

+ Vùng cài đặt ST1:

Min Áp suất hiển thị < ST1 ≤ Max Áp suất hiện thị

+ Vùng cài đặt ST2:

Min Áp suất hiển thị ≤ ST2 ≤ ST1

OUT 1: Khi áp suất không khí lớn hơn giá trị ST1 thì nó sẽ ON ( tínhiệu gửi về)

Khi áp suất không khí nhỏ hơn ST2 thì tín hiệu sẽ bị ngắt

+ Khoảng giữa ST1 và ST2 là khoảng trễ

OUT 2: Khi áp suất không khí thấp hơn giá trị ST2 thì nó sẽ ON ( tínhiệu được gửi về)

c Các lỗi xảy ra trong quá trình hoạt động

Bảng 2.4: Các lỗi xảy ra trong quá trình hoạt động và cách khắc phục

+ Er1: Khi áp suất được nhập vào trong vùng điều chỉnh điểm zero.

 Thử lại sau khi loại bỏ áp suất bên ngoài

+ Er2: Khi đầu ra bị quá tải

 Loại bỏ tải

+ Er3: Khi giá trị cài đặt không kết nối điều kiện cài đặt

 Kiểm tra điều kiện cài đặt và cài đặt lại giá trị phù hợp

+ HHH: Khi áp suất cung cấp cao quá giới hạn của màn hình hiển thị

 Cung cấp áp suất trong vùng hiển thị

+ LLL: Khi áp suất không khí cung cấp thấp hơn giá trị áp suất nhỏ nhất củamàn hình hiển thị

 Cung cấp áp suất trong vùng hiển thị

2.9 Màn hình TD 200

2.9.1 Cấu tạo phần cứng

Hình 2.23: Cấu tạo phần cứng của TD200

+ Giới thiệu chung:

TD200 là một thiết bị hiển thị text (Text Display), giao tiếp với người vậnhành Thiết bị này được thiết kế chỉ dùng giao tiếp với họ PLC S7-200 + Đặc tính:

 Hiển thị tin nhắn và các biến của PLC

 Cho phép điều chỉnh các biến trong chương trình

 Có khả năng cài đặt thời gian thực của PLC

+ Cấu tạo phần cứng:

 Màn hình hiển thị: 

 Màn hình LCD độ phân giải 33x181 pixel

 Số dòng hiển thị: 2

 Số kí tự hiển thị: Max.40

 Cổng giao tiếp TD200 và PLC: cổng RS485, 9 chân giao tiếp giữaTD200 và PLC qua cáp TD/CPU

 Nguồn cung cấp: 24VDC Có thể cấp cho TD200 theo 2 cách:

- Nguồn cấp chung: cấp nguồn cho TD200 thông qua cáp TD/CPU (chiềudài 2,5m)

- Nguồn cấp riêng: cấp nguồn cho TD200 thông qua đầu nối bên phảiTD200 (được sử dụng khi khoảng cách giữa TD200 và CPU lớn hơn 2,5m)

+  Phím:

 Gồm có 9 phím được chia thành 2 loại: phím hệ thống và phím chức năng

 Phím hệ thống (5 phím) gồm các phím sau: shift, esc, enter, up, down

 Phím chức năng (4 phím) gồm 8 chức năng từ F1 đến F8 Mỗi phímđược gắn với một bit trong vùng nhớ M của PLC nghĩa là các phím

từ  F1 đến F8 sẽ được gắn với 1 byte trong vùng nhớ M Khi một phímđược nhấn thì bit tương ứng sẽ được set và bit nay chỉ được reset bằngchương trình trong PLC

2.9.2 Giao tiếp giữa TD 200 và PLC

Hình 2.24: Giao tiếp giữa 1 TD200 và 1 CPU

2.9.3 Lập trình với TD200

Phần mềm để lập trình cho TD200 cũng chính là phần mềm để lập trình choS7-200: STEP7 Microwin. 

+ Các thành phần chính trong khi cấu hình cho TD200

Khi đi vào cấu hình cho TD200 thì ta nhận thấy sẽ chia ra làm 3 phần chínhlà:

 Configure ( cấu hình cho TD200)

 User Menu ( Các Menu quản lý của người sử dụng đặt)

 Alarms ( Cảnh báo các mức độ do người sử dụng cài đặt)

+ Các bước cài đặt cho Configure cho TD200 gồm các bước sau:

 Ban đầu khi khởi động Wizard

 Nhấn Next thì nó sẽ hiển thị ra của sổ để ta chọn Version và ta sẽ chọn

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ

GIÁM SÁT CHO MÔ HÌNH

3.1 Xây dựng sơ đồ khối điều khiển giám sát quá trình

a, Modul Y-0044A

Hình 3.1: Module Y-0044A