phân loại sản phẩm sử dụng plc s7300

Hệ thống tự động hoá bắt đầu xuất hiện với việc sửdụng các thiết bị đo lường kiểm tra các thông số công nghệ và chất lượng sản phẩm.Các hệ thông này thông báo khá chính xác các thông tin

Chương 1: Khái quát chung hệ thống điều khiển.

1.1 Tổng quan về hệ thống điều khiển.

1.1.1 Khái quát chung.

Việc ứng dụng khoa học công nghệ vào sản xuất công nghiệp nhằm mục tiêu tăngnăng xuất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm, độ chính xác cao, giá thành hạ Các hệ thống điều khiển được đưa vào sản xuất trong các xí nghiệp, nhà máy với độ tin cậy cao, hoạt động ổn định, ít hư hỏng và giảm nhân công lao động Điều này đòi hỏi hệ thống điều khiển có khả năng xử lý, kiểm soát được các sự cố và có thể tự khắc phục được sự cố, các sai sót khi vận hành Một hệ thống như trên gọi là hệ thống điều khiển

Hình 1.1 Dây chuyền lên men ở nhà máy bia

Hình 1.2 Dây chuyền sản xuất nước ngọt

Tự động hoá là bước phát triển tiếp theo sau cơ khí hoá và điện khí hoá Tự độnghoá là quá trình sử dụngthiết bị dể thay thế chức năng kiểm tra và điều khiển của conngười trong một quy trình sản xuất Hệ thống tự động hoá bắt đầu xuất hiện với việc sửdụng các thiết bị đo lường kiểm tra các thông số công nghệ và chất lượng sản phẩm.Các hệ thông này thông báo khá chính xác các thông tin về trạng thái của thiết bị, cácthông số của quy trình công nghệ v.v Các thông tin này trước đây chỉ có những ngườidày dạn kinh nghiệm mới chuẩn đoán được, nhưng cũng chỉ bảo đảm ở mức độ chínhxác tương đối Các thông tin quá trình hoàn thiện quy trình công nghệ

Hệ thống điều khiển cục bộ các chế độ riêng biệt của quy trình công nghệ là bướcphát triển tiếp theo của hệ thống tự động hóa Đây là sự kết hợp nhiều hệ thống điềuchỉnh tự động dưới sự kiểm soát điều hành của một thiết bị tính toán và điều khiển đểđảm bảo tối ưu một chế độ nào đó của quá trình công nghệ Tất cả các hệ thống điềuchỉnh tự động các thông số công nghệ cũng như các hệ thống điều khiển cục bộ đềuđược đặt dưới sự giám sát, điều hành chung của một trung tâm tính toán và điều khiển.Trung tâm này đảm bảo cho quy trình công nghệ xảy ra tốt nhất của hệ thống đo

Trong một hệ thống điều khiển bao giờ cũng được tao thành từ các khối cơ bản sau:

Hinh 1.3 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển.

- Khối vào: Chuyển đổi các tín hiệu vật lý thành các tín hiệu điện, các tín bộ chuỷên đổithường là nút ấn, contac, sensor, tuỳ theo bộ chuyển đổi mà ta có tín hiệu đưa vàokhối xử lý có dạng số hay dạng liên tục

- Khối xử lý: Nhận tín hiệu thực hiện các thao tác đảm bảo quá trình hoạt động của hệthống Từ thông tin của khối vào hệ thống điều khiển phải tạo ra được những tín hiệucần thiết để điều khiển các thiết bị, hệ thống đáp ứng yêu cầu sản xuất

- Khối ra: Tín hiệu ra là kết quả cuối cùng của quỏ trỡnh xử lý hệ thống điều khiển Cáctín hiệu này được sử dụng điều khiển các cơ cấu, thiết bị hoạt động theo yêu cầu của hệthống, tín hiệu ra có thể được hồi tiếp vố ngừ vào để điều khiển và ổn định hệ thống

1.1.2 Phân loại phương thức điều khiển.

Có 3 phương thức điều khiển:

- Điều khiển theo chương trình: Phương thức điều khiển theo chương trình được sửdụng khi các tác động điều khiển đã được hình thành từ trước theo một chương trình

- Điều khiển bù nhiễu: Phương thức điều khiển bù nhiễu tác động điều khiển đượchình thành khi có nhiễu tác động lên hệ thống

- Điều khiển theo sai lệch: Trong công nghiệp phương thức điều khiển theo sai lệchđược sử dụng rộng rãi nhất

1.2 Hệ thống điều khiển dùng PLC.

1.2.1 So sánh hệ thống điều khiển PLC với hệ thống điều khiển khác.

Khi điều khiển bằng PLC có nhiều lợi thế hơn so với các hệ thống khác không sửdụng PLC Điều đó thể hiện qua sơ đồ sau:

Hình 1.4 Phân biệt PLC với hệ thống điều khiển khác.

Trong hệ thống điều khiển dùng PLC thì sẽ có những ưu điểm sau:

- Thay đổi chương trình dễ dàng linh động

- Không gian lắp đặt thiết bị nhỏ Có độ tin cậy cao

- Có khả năng đưa tín hiệu điều khiển ở ngõ ra phù hợp

- Dễ dàng thay đổi đối với cấu hình trong tương lai khi có nhu cầu mở rộng sản xuất Sau đây là hình ảnh tổng quát về hệ thống điều khiển dùng PLC.

Hình 1.5 Hệ thống điều khiển dùng PLC.

1.2.2 Giới thiệu về PLC

1.2.2.1 Tổng quan về PLC.

Thiết bị điều khiển lập trình đầu tiên đã được những nhà thiết kế cho ra đời năm

1968 Tuy nhiên, hệ thống này còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận dụng và vận hành hệ thống Vì vậy các nhà thiết kế đã từng bước cải thiện hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành, nhưng việc lập chương trình cho hệ thống gặp khó khăn, do lúc này không có các thiết bị lập trình ngoại vi hỗ trợ cho công việc lập trình

Để đơn giản hóa việc lập trình hệ thống điều khiển lập trình cầm tay đầu tiên được ra đời vào năm 1969 Điều này đã tạo nên sự phát triển thật sự cho kỹ thuật điều khiển lập trình Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình ( PLC) chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống relay và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ điển Quá trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, tiêu chuẩn đó là lập trình dùng giản đồ hình thang, kí hiệu là LAD Trong những năm đầu thập niên 1970, những hệ thống PLC có thêm khả năng khác, đó là sự hỗ trợ bởi những thuật toán, vận hành với các dữ liệu cập nhật Mặt khác do sự phát triển của màn hình dùng cho máy tính nên việc giao tiếp giữa người điều khiển để lập trình cho

hệ thống càng chở nên thuận tiện hơn

Sự phát triển của hệ thống phần cứng và phần mềm từ năm 1975 cho đến nay đã làmcho hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức năng mở rộng: Hệ thống ngõvào/ ra có thể tăng lên đến 8.000 cổng vào/ ra, dung lượng bộ nhớ chương trình tăng lênhơn 128.000 từ bộ nhớ Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối với các hệthống PLC riêng lẻ thành một hệ thống PLC chung, tăng khả năng của từng hệ thốngriêng lẻ Tốc độ xử lý tốt với những chức năng phức tạp số lượng cổng vào/ ra lớn Trong tương lai hệ thống PLC không chỉ giao tiếp với các hệ thống khác thông qua CIM ( Computer Intergrated Manufacturing) để điều khiển các hệ thống: Rôbôt, Cad/ Cam … mà các nhà thiết kế còn xây dựng các loại PLC với các chức năng điều khiển thông minh gọi là các siêu PLC

1.2.2.2 Khái niệm và đặc điểm của PLC.

* Khái niệm PLC.

PLC được hình thành từ nhóm các kỹ sư hãng General Motors năm 1968 PLC

(Progammable Logic Controller) – Bộ điều khiển logic khả trình Là một thiết bị điềukhiển logic lập trình được Thiết bị này có các đầu vào logic sau quá trình xử lý theochương trình bên trong nó cho đầu ra là các mức logic có quan hệ với các đầu vào thôngqua chương trình bên trong của thiết bị PLC được ứng dụng rộng rãi và trở nên khôngthể thiếu được trong các dây truyền sản xuất hiện đại

Hình 1.6 Hình ảnh về bộ PLC.

Chức năng điều khiển của PLC rất đa dạng nó có thể thay thế cho cả một mảng rơle.

Hơn thế nữa PLC giống như một máy tính có thể lập trình được PLC lập trình dễ dàng,ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, ổn định trong môi trường công nghiệp, giá cả cạnh tranh

* Đặc điểm PLC.

PLC được sử dụng trong nhiều lập trình ứng dụng khác nhau và có những lợi ích như:

- PLC dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển để thích ứng một yêu cầu mới mà vẫn

có thể giữ nguyên thiết kế phần cứng, đầu nối dây …

- PLC có thể điều khiển nhiều chức năng khác nhau từ những thao tác đơn giản, lặp lại,liên tục đến những thao tác đòi hỏi chính xác, phức tạp

- PLC dễ dàng hiệu chỉnh chính xác công việc điều khiển và xử lý nhanh chóng cáclệnh, từ lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời gian, chương trình con, …

- Giao tiếp dễ dàng với các thiết bị ngoại vi, các module và các thiết bị phụ trợ khácnhư màn hình hiển thị

- Có khả năng chống nhiễu trong công nghiệp

- Ngôn ngữ lập trình cho PLC đã trở thành thiết bị chính trong việc điều khiển các thiết

bị công nghiệp

1.2.2.3 Cấu trúc của một bộ PLC.

Một bộ PLC có cấu trúc như sau:

Hình 1.7 Cấu trúc của một PLC.

Khi nghiên cứu về PLC thì điều đầu tiên là số lượng các đầu vào/ ra (I/O) đối với 1PLC thì số đầu vào/ra có thể là 6 hoặc 8 hay nhiều hơn nữa Số lượng đầu vào/ ra chobiết mức độ quản lý được nhiều thiết bị Vấn đề này đặc biệt quan trọng khi ứng dụngPLC vào một dây truyền sản xuất phức tạp cần gia công nhiều biến đầu vào

Các biến đầu vào được đóng cắt bằng các công tắc bật tắt thông thường Công tắc vịtrí hay các sensor logic để đặt các giá trị đầu vào, các đầu vào này thường có mức điện

áp cao để tăng độ chính xác khi truyền đi xa Trong PLC có 1 bộ chuyển mức điện áp vềmức chuẩn với mức logic 1 là +5V và mức logic 0 là 0V Khi đó PLC sẽ quét các đầuvào để lấy dữ liệu sau một quá trình xử lý bên trong bằng chương trình phần mềm, sau

đó dữ liệu đầu ra dạng số với mức logic tương ứng, qua mạch chuyển đổi để có mứcđiện áp ra phù hợp với yêu cầu điều khiển

Các đầu ra được nối với các cuộn hút đóng cắt rơle, động cơ máy sản xuất, …

Với PLC thì bộ điều khiển MCU (Micro Contronller Unit) là hạt nhân của cả hệ Bộ viđiều khiển đảm nhiệm tất cả các công việc từ thu nhập dữ liệu đầu vào, xử lý các dữ liệu

đó và đưa ra đầu ra, PLC làm việc như một máy tính và quá trình hoạt động là hoàntoàn tự động

M«dun nguån

M«dun Vµo/ra

CPU

ThiÕt bÞ lËp tr×nh

M«dun nhí

§Çu ra

§Çu vµo

Ngoài các đầu vào/ ra logic thì PLC còn có các đầu vào cấp nguồn, thông thườngnguồn nuôi PLC là một điện áp xoay chiều qua bộ xử lý tạo ra điện áp 1 chiều phù hợp

để nuôi bộ vi điều khiển và các mạch điện tử khác

1.2.2.4 Ứng dụng và ưu nhược điểm của PLC.

* ỨNG dụng PLC.

PLC được sử dụng khá rộng rãi trong các ngành như công nghiệp chế biến thựcphẩm, thiết bị y tế, ôtô, …

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

- Chế tạo máy và sản xuất: tự động hoá trong chế tạo máy, quá trình lắp đặt máy,…

- Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: đếm số lượng, kiểm tra chất lượng sản phẩm, cân,đóng gói, …

* Ưu nhược điểm của PLC.

- Thời gian lắp đặt công trình ngắn

- Dễ dàng thay đổi mà không gây tổn thất đến tài chính

- Độ tin cậy cao, chuẩn hoá được phần cứng điều khiển

- Thích ứng với môi trường khắc nghiệt

Tuy nhiên với mức độ quản lý và điều khiển rộng thì PLC lại không phù hợp vớinhững hệ thống nhỏ, đơn giản vì khi đó sẽ không tận dụng được khả năng làm việc củathiết bị này

1.2.3 Phân loại PLC.

Có hai cách phân loại PLC:

- Theo hãng sản xuất: Siemen, Omron, Misubishi, Alenbratlay, …

- Theo version: Gồm có

PLC của Siemen có các họ: PLC S7-200, PLC S7-300, PLC S7-400, Logo

PLC của Misubishi có các họ: Fx, Fxo, Fxon

Trong quá trình sản xuất thực phẩm, rượu bia, thuốc lá, … thì rất phù hợp với việc

sử dụng PLC để đếm số lượng sản phẩm, kiểm tra chất lượng sản phẩm, …Chính vì vậytheo đê tài được giao em thấy chọn PLC S7-300 là hợp lý nhất, như vậy sẽ tận dụngđược khả năng làm việc của thiết bị mà không bị lãng phí

1.2.4 Bộ điều khiển PLC S7-300.

3.1 Giới thiệu về thiết bị điều khiển khả lập trình PLC

Một hệ thống điều khiển ưu việt mà chúng ta lựa chọn nhằm mục đích để điều khiểnmột máy sản xuất cần phải hội đủ các yêu cầu sau: 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) ra đời đã giải quyết được vấn đề trên.

3.2 Cấu hình phần cứng PLC S7-300

Hình 1.9 Cấu tạo phần cứng PLC

Thiết bị điều khiển khả trình SIMATIC S7-300 được thiết kế theo kiểu module Cácmodule này sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau Việc xây dựng PLC theo cấu trúcmodule rất thuận tiện cho việc thiết kế các hệ thống gọn nhẹ và dể dàng cho việc mởrộng hệ thống

3.2.1 Module nguồn PS307 của S7-300

Module PS307 có nhiệm vụ chuyển

nguồn xoay chiều 120/230V thành nguồn một

chiều 24V để cung cấp cho các module khác

của khối PLC Ngoài ra module nguồn còn có

nhiệm vụ cung cấp nguồn cho các sensor và

các thiết bị truyền động kết nối với PLC

3.2.2 Khối xử lý trung tâm -Module CPU

Module CPU là loại module có chứa bộ

vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485)…

và có thể có một vài cổng vào ra số Các cổng vào ra số có trên CPU được gọi là cổngvào ra onboard

Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau, được đặt tên theo bộ

vi xử lý có trong nó như module CPU 312, module CPU 314, module CPU 315…

a Module mở rộng: có 5 loại chính

PS (Power Supply): Module nguồn nuôi Có 3 loại: 2A, 5A, 10A

SM (Signal Module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:

Hình 2.1:

Thiết

bị điều khiển logic

khả trình SIMA

 DI (Digital Input): Module mở rộng các cổng vào số.

 DO (Digital Output): Module mở rộng các cổng ra số.

 DI/DO: Module mở rộng các cổng vào/ra số.

 AI (Analog Input): Module mở rộng các cổng vào tương tự.

 AO (Analog Output): Module mở rộng các cổng ra tương tự.

 AI/AO: Module mở rộng các cổng vào/ra tương tự.

IM (Interface module): Module ghép nối Đây là loại module chuyên dụng cónhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành một khối vàđược quản lý chung bởi một module CPU

CP (Communication Module): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa cácPLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính

b Cấu tạo bên ngoài của CPU SIMATIC S7-300

Hình 2.1:

Thiết

bị điều khiển logic

khả trình SIMA

SIEMENS

CPU 313

SFBATF

DC5VCE

RUN

STOP

RUN-PSTOP

MRES

RUN

ML+M

MPI (Multipoint Interface)

1.11: Cấu tạo bên ngoài của PLC S7-300

RUN-P CPU thực hiện quét chương trình.

Chương trình có thể được đọc từ CPU ra thiết bị lập trình và cũng có thểnạp vào CPU

RUN CPU thực hiện quét chương trình

Chương trình có thể được đọc từ CPU ra thiết bị lập trình nhưng không thểthay đổi chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của CPU

STOP CPU không thực hiện quét chương trình

Chương trình có thể được đọc từ CPU ra thiết bị lập trình và cũng có thểnạp vào CPU

MRES

(Memor

y

Reset)

Mode thực hiện reset bộ nhớ của CPU

Đối với CPU 312 IFM và CPU 314 IFM khi chúng ta thực hiện reset bộnhớ của CPU thì các vùng nhớ tích hợp giữ nguyên không thay đổi

c Module xử lý vào/ra tín hiệu số của S7

300

SIMENS cung cấp 3 loại module xử lý vào/

ra của tín hiệu số chính đó là:

 Input Digital Modules

Module có nhiệm vụ nhận các tín hiệu số từ

thiết bị ngoại vi vào vùng đệm để xử lý

 Digital Output Modules:

Module có nhiệm vụ xuất các tín hiệu số từ vùng đệm xử lý ra thiết bị ngoại vi

 Digital input/output modules:

Module tích hợp nhiệm vụ của cả hai loại module nói trên

Ngoài những module xử lý vào tín hiệu số và những module xử lý ra tín hiệu sốchuyên biệt SIMENS còn đưa ra một số module

tích hợp hai nhiệm vụ nói trên tạo thành module

xử lý vào/ra tín hiệu số (Digital input/output

modules)

d Các module tích hợp các ngắt chuẩn

đoán và xử lý lỗi

Các module này có khả năng cài đặt các

thông số để chuẩn đoán các lỗi Để thiết lập các

Hình 2.1:

Thiết

bị điều khiển logic

khả trình SIMA

1.12 : Input/Output Digital Module

Hình 1.13: Analog Input module

thông số này được thực hiện bằng cách sử dụng STEP7 Người lập trình cũng có thểthay đổi các thông số này trong chương trình bằng cách sử dụng các khối SFC (SystemFunction) Nếu sử dụng các module loại này mà không thiết lập các thông số thì cácthông số mặc định sẽ được thực thi.

e Các module input/output Analog S7 300

SIMENS cung cấp 3 loại module input/output Analog chính đó là:

 Input Analog modules: Module có nhiệm vụ chuyển các tín hiệu tương tự từ

các thiết bị ngoại vi thành các tín hiệu số để tiến hành xử lý bên trong S7 300

 Output Analog modules: Module có nhiệm vụ chuyển đổi các tín hiệu số của

S7 300 thành các tín hiệu tương tự để phục vu các quá trình hoạt động của thiết

bị ngoại vi

 Input/Outputs Analog module: Module tích hợp nhiệm vụ của cả hai loại

module nói trên

Các CPU của S7 300 chỉ xử lý được các tín hiệu số, vì vậy các tín hiệu analog đềuphải được chuyển đổi thành tín hiệu số Một tín hiệu analog được số hoá thành hai phần:phần dấu và phần giá trị của tín hiệu

3.3 Cấu trúc chương trình PLC S7 - 300

3.3.1 Vòng quét chương trình của S7 300

PLC thực hiện chương trình theo một chu trình lặp được gọi là vòng quét (scan).Một vòng lặp được gọi là một vòng quét Có thể chia một chu trình thực hiện của S7-

300 ra làm 4 giai đoạn như hình dưới

Một điểm cần chú ý là tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra thông thường các lệnhkhông làm việc trực tiếp với các cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổngtrong vùng nhớ tham số Chỉ khi gặp lệnh yêu cầu truy xuất các đầu vào/ra ngay lập tứcthì hệ thống sẽ cho dừng các công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt để thựchiện lệnh này một cách trực tiếp với các cổng vào/ra

Các vòng quét nhanh, chậm phụ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thựchiện, vào khối lượng dữ liệu được truyền thông … trong vòng quét đó Thời gian vòngquét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao

Hình 2.1:

Thiết

bị điều khiển logic

khả trình SIMA

3.3.2 Cấu trúc chương trình của S7 300

Các chương trình điều khiển PLC S7 300 được viết theo một trong hai dạng sau:

 Chương trình tuyến tính (chương trình đơn khối)

 Chương trình có cấu trúc (chương trình nhảy khối)

a Lập trình tuyến tính

(liner)

Toàn bộ chương trình

điều khiển nằm trong một

khối trong bộ nhớ Loại hình

cấu trúc tuyến tính này phù

hợp với những bài toán tự

động nhỏ, không phức tạp

Khối được chọn phải là khối

OB1, là khối mà CPU luôn

3 Thực hiện chương trình

Lệnh cuối

OB 1

Hình 1.15: Lập trình tuyến tính

 Khối hàm chức năng FB (Function block): Là loại khối FC đặc biệt có khả

năng trao đổi một lượng dữ liệu với các khối chương trình khác

 Khối hàm (Function): Khối chương trình với những chức năng riêng giống như

một chương trình con hoặc một hàm

 Khối dữ liệu (Data block): Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chương

trình Các tham số khối do ta tự đặt

Ngoài ra còn có các khối hệ thống như : SFB, SFC, SDB

Chương trình trong các khối được liên kết lại với nhau bằng các lệnh gọi khối,chuyển khối

Xem những phần chương trình trong các khối như là các chương trình con thì

S7-300 cho phép gọi chương trình con lồng nhau Nếu số lần gọi lồng nhau mà vượt quácon số giới hạn cho phép, PLC sẽ chuyễn sang chế độ Stop và đặt cờ báo lỗi

Khối OB1 luôn được PLC quét và thực hiện các lệnh từ đầu tiên đền lệnh cuối cùng

và quay lại lệnh đầu tiên

3.3.3 Các khối chức năng

Một chương trình điều khiển của S7-300 gồm có các khối logic (logic block) và cáckhối dữ liệu (data block) Các khối logic là những khối có chứa các đoạn mã, các khốiloại này gồm có:

 Khối tổ chức (Organization Block - OB)

 Khối hàm (Function Block - FB)

Hình 1.16 Số lệnh gọi lồng nhau nhiều nhất cho phép phụ thuộc

vào

từng loại module CPU

a Khối tổ chức (Organization Block - OB)

Các OB thực hiện việc giao tiếp giữa hệ điều hành và chương trình điều khiển Mỗi

OB có một nhiệm vụ cụ thể khác nhau Những công việc cơ bản mà một chương trìnhyêu cầu thường là:

 Khởi động (Startup): các khối thực hiện các công việc này là OB100 vàOB101

 Thực hiện vòng quét (Scan cycle): công việc này được thực hiện bởi OB1

 Xử lý các lỗi: để CPU không chuyển về mode dừng (stop mode) khi có cáclỗi xuất hiện, người lập trình sử dụng các khối sau: OB80, OB87, OB121,OB122

 Ngoài ra các CPU còn tích hợp các OB xử lý ngắt

b Khối hàm chức năng FB (Function block)

Là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi một lượng dữ liệu với các khốichương trình khác Các dữ liệu này phải được tổ chức thành khối dữ liệu riêng có têngọi là Data Block

c Khối hàm FC(Function)

Khối chương trình với những chức năng riêng giống như một chương trình conhoặc một hàm

d Khối dữ liệu (Data block)

Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình Các tham số khối do ta

tự đặt Có hai loại DB: shared DB và instance DB

 Shared DB là khối dữ liệu có thể được truy cập bởi tất cả các khối trong chương

trình đó

 Instance DB là khối dữ liệu được gán cho một khối hàm duy nhất, dùng để chứa

dữ liệu của khối hàm này

Ngoài ra còn có các khối hệ thống như: SFB, SFC, SDB

 SFC (system function): là các hàm được tích hợp trong hệ điều hành của CPU,

các hàm này có thể được gọi bởi chương trình khi cần

3.4 Cấu trúc bộ nhớ

3.4.1 Kiểu dữ liệu

Trong một chương trình có thể có các kiểu dữ liệu sau:

 BOOL: với dung lượng 1 bit và có giá trị là 0 hay 1.

 BYTE: gồm 8 bit, có giá trị nguyên dương từ 0 đến 255.

 WORD: gồm 2 byte, có giá trị nguyên dương từ 0 đến 65535.

 INT: có dung lượng 2 byte, dùng để biểu diễn số nguyên từ -32768 đến

32767

 DINT: gồm 4 byte, biểu diễn số nguyên từ -2147463846 đến 2147483647.

 REAL: gồm 4 byte, biểu diễn số thực dấu phẩy động.

 S5T: khoảng thời gian, được tính theo giờ/phút/giây/miligiây.

 TOD: biểu diễn giá trị thời gian tính theo giờ/phút/giây.

 DATE : biểu diễn giá trị thời gian tính theo năm/tháng/ngày.

 CHAR: biểu diễn một hoặc nhiều ký tự (nhiều nhất là 4 ký tự).

3.4.2 Phân chia bộ nhớ

CPU S7 300 có 3 vùng nhớ cơ bản:

 Các vùng chứa chương trình ứng dụng

 OB (Organisation Block): miền chứa chương trình tổ chức.

 FC (Function): miền chứa chương trình con.

 FB (Function Block) miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm có

khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác

Vùng chứa tham số của hệ điều hành và các chương trình ứng dụng được chia thành

7 miền khác nhau:

 I (Process Input Image): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số

 Q (Process Output Image): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số

 M: Miền các biến cờ Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để lưu

trữ các tham số cần thiết

 T (Timer): Miền nhớ phục vụ bộ định thời bao gồm việc lưu trữ các giá trị

thời gian đặt trước (PV-Preset Value), giá trị đếm thời gian tức thời

(CV-Current Value) cũng như giá trị logic đầu ra của bộ thời gian.

 C (Counter): Miền nhớ phục vụ bộ đếm bao gồm việc lưu trữ giá trị đặt trước

(PV-Preset Value), giá trị đếm tức thời (CV-Current Value) và giá trị logic

của bộ đếm

 PI (I/O External Input): Miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự

 PQ (I/O External Output): Miền địa chỉ cổng ra của các module tương tự

 Vùng chứa các khối dữ liệu: được chia làm hai loại.

 DB (Data block): miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối Kích thước

cũng như số lượng khối do người sử dụng quy định, phù hợp với từng bàitoán điều khiển Chương trình có thể truy cập miền này theo từng bit (DBX),byte (DBB), từ (DBW) hoặc từ kép (DBD)

 L (Local Data block): miền dữ liệu địa phương, được các khối chương trình

OB, FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biện pháp tức thời và trao đổi dữ liệucủa biến hình thức với những khối chương trình đã gọi nó Nội dung của một

số dữ liệu trong miền này sẽ bị xoá khi kết thúc chương trình tương ứng trong

OB, FC, FB Miền này có thể truy nhập từ chương trình theo bit (L), byte(LB), từ (LW) hoặc từ kép (LD)

3.5 Ngôn ngữ lập trình PLC S7 - 300

Các loại PLC nói chung có nhiều loại ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các đốitượng sử dụng khác nhau.PLC S7-300 có 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản:

 Ngôn ngữ STL (Statement List)

 Ngôn ngữ FBD (Function Block Diagram - FBD).

 Ngôn ngữ LAD (Ladder diagram).

 Ngôn ngữ S7-GRAPH

3.5.1 Phương pháp STL (Statement List)

Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính.mộtchương trình được ghép bởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định,mỗi lệnhchiếm một hàng và có cấu trúc chung “tên lệnh + toán hạng”

Phương pháp STL biểu diễn chương trình điều khiển bằng một danh sách các dònglệnh liên tiếp

A I0.0

A I0.1 = Q4.1

Hình 1.19: Phương pháp biểu diễn chương trình bằng STL 3.5.2 Phương pháp FBD (Function Block Diagram - FBD)

Ngôn ngữ “hình khối”, ngôn ngữ đồ hoạ cho những người quen thiết kế mạch điềukhiển số

Phương pháp FBD trình bày các phép toán logic với các ký hiệu đồ hoạ đã đượctiêu chuẩn hoá Trong hình mô tả một phép toán được biểu diễn theo phương pháp FBD:

Hình 1.20: Phương pháp biểu diễn chương trình bằng FBD.

3.5.3 Phương pháp LAD (Ladder diagram)

Đây là ngôn ngữ lập trình “hình thang”, dạng ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp chonhữmg người quen thiết kế

mạch điều khiển logic

Phương pháp LAD biểu

thị các chức năng điều khiển

bằng các loại ký hiệu sơ đồ

mạch như tiếp điểm, timer,

counter Phương pháp này

3.5.4 Ngôn ngữ S7-GRAPH

Đây là ngôn ngữ lập trình rất trực quan và theo kiểu đồ hình trạng thái

Ví dụ:

Hình 1.22: Giao diện ngôn ngữ S7-Graph

Chương 2: Thiết kế và thi công đề tài : “ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM SỬ DỤNG PLC S7300”

2.1.2 Phân loại băng tài.

- Băng tải dùng trong vận chuyển nguyên liệu có khối lượng lớn như: Cát, đá, than,

- Băng tải dùng trong các dây truyền công nghiệp như : Nhà máy bia, nhà máy bánhkẹo, dùng để vân chuyển nguyên nhiên liệu đến lơi chế biến hoặc đóng gói

2.1.3 Vật liệu và kích thước của băng tải

Vật liệu làm băng tải có thể làm bằng những vật liệu sau:

- Lưới: Chịu được nhiệt, ít bị ăn mòn , ít chịu ảnh hưởng của môi trường, nhẹ nhàng,bền

- Dạng thảm: Bên trong phía tiếp xúc với trục truyền chuyển chiếm 3/4 bề dầy băng tải

là vật liệu làm bằng lớp nỉ được tết với nhau bên ngoài có phủ lớp silicol dầy 1/ 4 bềdầy băng tải, giá thành cao phải nhập ngoại được sử dụng trong máy móc đòi hỏi độchính xác cao

- Ngoài ra còn làm bằng vật liệu khác như: Da, sợi kết thành, vải,

Kích thước băng tải: Bề dầy từ 2mm  15mm, chiều rộng từ 1200mm  2100mm,thông thường khi tháo lắp hoặc thay thế thì các máy móc, thiết bị thường đi kèm cácthiết bị gá lắp riêng Tất cả các băng tải khi dừng máy đều có động cơ để kéo trùng băngtải để bảo vệ băng tải để bảo vệ băng tải không bị giãn, không bị nứt hoặc căng bề mặt

Hình 2.1 Băng tải đưa hàng vào kho

2.2 Cơ khí

2.2.1 Thiết kế

Bảng 2.2: Danh sách các loại băng tải.

Loại băng tải Tải trọng Phạm vi ứng dụng

Băng tải dây đai < 50 kg Vận chuyển từng chi tiết giữa các

nguyên công hoặc vận chuyển thùng chứa trong gia công cơ và lắp ráp

Băng tải lá 25 ÷ 125 kg Vận chuyển chi tiết trên vệ tinh trong

gia công chuẩn bị phôi và trong lắp ráp

Băng tải thanh đẩy 50 ÷ 250 kg Vận chuyển các chi tiết lớn giữa các

bộ phận trên khoảng cách >50m

Băng tải con lăn 30 ÷ 500 kg Vận chuyển chi tiết trên các vệ tinh giữa

các nguyên công với khoảng cách <50m

Do băng tải dùng trong hệ thống làm nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm nên trong

mô hình đồ án đã lựa chọn loại băng tải dây đai để mô phỏng cho hệ thống dây chuyềntrong nhà máy với những lý do sau đây:

- Tải trọng băng tải không quá lớn

- Kết cấu cơ khí không quá phức tạp

- Dễ dàng thiết kế chế tạo

- Có thể dễ dàng hiệu chỉnh băng tải

Tuy nhiên loại băng tải này cũng có 1 vài nhược điểm như độ chính xác khi vậnchuyển không cao, đôi lúc băng tải hoạt động không ổn định do nhiều yếu tố: nhiệt độmôi trường ảnh hưởng tới con lăn, độ ma sát của dây đai giảm qua thời gian

2.2.2 Chọn vật liệu

Để đảm bảo chắn chắc chúng em chọn sắt tấm 3mm làm khung cho băng tải và sắthộp 40x24 để làm đế

Hình 2.3 Sắt tấm

Bu li băng tải có kích thước ø40 chiều dài 37mm có tác dụng chạy băng tải đưa sản

- Tạo ra được mô men quay lớn

- Điều chỉnh tốc độ một cách dễ dàng (có thể điều chỉnh tốc độ không đổi hoặc điềuchỉnh tốc độ thay đổi theo tải trong một vùng rộng)

- Hiệu suất lớn, làm việc ổn định, giá thành rẻ

- Được sử dụng rất phổ biến trong thực tế

Nhược điểm:

- Trong thực tế chúng ta thường sử dụng lưới điện xoay chiều, vì vậy chúng ta phải biếnđổi từ điện áp xoay chiều sang điện áp một chiều

Hình 2.8 Động cơ 1 chiều 2.2.3.2 Động cơ xoay chiều 3 pha.

Ưu điểm:

- Với động cơ không đồng bộ 3 pha thì có cấu tạo đơn giản,giá thành hạ, vận hành tincậy, chắc chắn, đồng thời có thể dùng trực tiếp lưới điện xoay chiều 3 pha nên khôngcần trang bị thêm các thiết bị biến đổi kèm theo.

- Với động cơ đồng bộ 3 pha thì có độ ổn định tốc độ cao, hệ số cos  và hiệu suất lớn,vận hành có độ tin cậy cao

- Với động cơ xoay chiều 3 pha có vành góp thì có thể tạo tần số hay giữ điện ápkhông đổi khi tải thay đổi

Nhược điểm:

- Với động cơ không đồng bộ 3 pha thì không dùng được những phương pháp và thiết bịđơn giản để điều chỉnh tốc độ trong một phạm vi rộngvà bằng phẳng, tiêu thụ công suấtphản kháng lớn, làm hệ số cos của lưới điện thấp

- Với động cơ đồng bộ 3 pha thì khi khởi động và hãm rất phức tạp

- Với động cơ xoay chiều 3 pha có vành góp thì có kết cấu phức tạp, giá thành cao

Tóm lại : Từ những ưu, nhược điểm của các loại động cơ trên nhóm chúng em sẽ

chọn được động cơ điện một chiều làm động cơ truyền động cho băng tải , vừa đảm bảođược điều kiện làm việc, vừa đảm bảo về kinh tế (do giá thành của động cơ điện mộtchiều rất rẻ, vừa dễ điều khiển )

Hình 2.9 Động cơ xoay chiều 3 pha

2.2.4 Bộ truyền xích

Trong mô hình đồ án nhóm chúng em đã chọn bộ truyền xích Để tránh hiện tượngtrượt như truyền động đai, lực tác dụng lên trục nhỏ, có thể cùng một lúc truyền chuyểnđộng cho nhiều trục.

Hình 2.10 Bộ truyền xích 2.2.5 Pittông

Do yêu cầu của đề tài :

-Tác động nhanh

-Hành trình không lớn cố định

Nên nhóm chúng em chọn xilanh tác dụng 2 chiều không có giảm chấn

Hình 2.11 Xylanh tác dụng kép không có bộ phận giảm chấn ở cuối khoảng chạy.

2.3 Điện –Điện tử

Sơ đồ khối điều khiển hệ thống

Khối điều khiển

Khối chấp hành

Khối cảm biến

E +

-ID

a)

- E B

M N

B

Out +

-+ -

+

Với loại Op – Amp được phân cực bởi nguồn đơn B+ thì ngõ vào(Input) và ngõra(Output) có tính chất như sau:

Ngõ ra Out báo mức Volt cao (High) nếu điện áp ngõ vào In+ > In

-Ngõ ra Out báo mức thấp (Low) nếu điện áp ngõ vào In+ < In

-Để khối điều khiển nhận được tín hiệu và điều khiển phân loại sản phẩm theochiều dài chúng em đã sử dụng cảm biến tự chế ,đó là led mạch thu phát hồng ngoại

1 5

Bình thường khi không có sản phẩm đi qua diode thu có điện trở nhỏ va luôn dẫn điện

áp trên diode thu nhỏ và bằng điện áp đặt nên đầu ra của LM358 =0v Khi có sản phẩm

đi qua do không có anh sáng chiếu vào nên điện trở của thu rất lớn nên thu không dẫnđiện áp vào LM358 lớn hơn điện áp đặt nên đầu ra có điện áp gần = 24v

Ngoài ra chúng em còn sử dụng cảm biến cảm ứng điện từ và cảm biến quang đề nhậnbiết sản phẩm theo vật liệu

Hình 2.14 Cảm biến quang.

Tuỳ theo vị trí sắp xếp của bộ phận phát và bộ phận nhận, người ta phân biệtthành 2 loại chính; cảm biến quang thu phát riêng (hình 1.16a) và quang biến quang thuphát chung (hình 1.16b)

Hình 2.14 a.Cảm biến quang một chiều b.Cảm biến quang phản hồi.

Thông thường cảm biến quang có kí hiệu như sau:

a b

Hình 2.15 Kí hiệu cảm biến quang.

a Nút điều chỉnh khoảng cách.