BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

báo cáo đồ án 2, tài liệu tham khảo cung cấp điện

MỤC LỤC

MỤC LỤC BẢNG

Để phân loại sản phẩm có rất nhiều phương pháp, tuy nhiên ngàynay phương pháp sử dụng màu chưa được ứng dụng nhiều hoặc cóứng dụng nhưng chưa đem lại hiệu quả tối ưu Do đó đề tài “Thiết kế

hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc” là một đề tài mang tínhnghiên cứu và ứng dụng cao phù hợp với sự phát triển của các ngànhsản xuất

2 Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Chính vì lí do trên em đã chọn thiết kế một hệ thống phân loại sảnphẩm theo màu sắc bằng PLC giúp sản xuất linh hoạt hơn, tiết kiệmthời gian và nhân lực, tăng sản lượng, đem lại lợi ích kinh tế cao vàhiệu quả

3 Lịch sử vấn đề

- Tình hình nghiên cứu trong nước:

Việc ứng dụng tự động hóa vào sản xuất làđòi hỏi tất yếu củangành công nghiệp, cho tới nay đã có nhiều trung tâm nghiên cứu,các công ty hoạt động trong lĩnh vực thiết kế, chế tạo và lắp đặt các

hệ thống, các dây chuyền sản xuất tự động Trong lĩnh vực phân loạisản phẩm hay nhận dạng vật thể, khuôn mặt ứng ứng dụng trongthực tiễn nhưng nhìn chung, chúng ta vẫn chưa đưa ra được phương

án tối ưu nhất trong lĩnh vực nhận dạng và ứng dụng nó vào thựctiễn thì chưa nhiều và hầu như chưa chế tạo được các thiết bị chuyêndùng để ứng dụng trong lĩnh vực này.

- Tình hình nghiên cứu nước ngoài

Trên thế giới từ nông nghiệp đến công nghiệp, những công việc từđơn giản đến phức tạp hầu hết đều đã ứng dụng tự động hóa Tronglĩnh vực nhận dạng cũng đã có nhiều những thiết bị chuyên dùngnhư các loại cảm biến màu sắc, các hệ thống chuyên dùng sử dụngCamera có độ phân giải cao để nhận dạng

4 Phương pháp nghiên cứu

Trong thực tế các dây chuyền sản xuất, để phân loại sản phẩmtheo màu sắc người ta sử dụng các cảm biến màu kết hợp với PLC đểnâng cao năng suất hoạt động cho các băng chuyền nhưng tính tối

ưu của chúng vẫn chưa được hoàn thiện

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ SCADA TRONG TIA PORTAL S7 1200 1.1 Giới thiệu về phần mềm WinCC

WINCC lỡ chữ viết tắt của Windows Control Center Đây là phầnmềm ứng dụng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu của hệthống tự động hóa quá trình sản xuất Việc sử dụng những bộ điềukiển lập trình riêng lẻ không đáp ứng đợc yêu cầu điều khiển của hệthống SCADA, cần phải kết hợp thêm các bộ hiển thị HMI (HumanMachine Interface - Giao diện ngời-máy)

Hình 1 1 Hệ thống WinCCTrong lĩnh vực tự động hóa trong công nghiệp WINCC là mộttrong những phần mềm HMI chuyên dùng của hãng SIEMEN để quản

lý, thu thập dữ liệu và điều khiển quá trình công nghiệp WinCC đợc

sử dụng để thể hiện quá trình hoạt động của quá trình sản xuất vàkhai thác giao diện sử dụng đồ họa cho ngời vận hành

WinCC cho phép người vận hành quan sát hoạt động của quá

WinCC còn cho phép người vận hành thực hiện các thao tác điềukhiển tới quá trình sản xuất Ví dụ ngời vận hành có thể thay đổi giátrị đặt cho một biến quá trình hay thay đổi % phần trăm độ mở van

từ giao diện đồ họa trên màn hình

Một cảnh báo sẽ tự động tạo ra trong trờng hợp trạng thái quátrình có vấn đề, ví dụ một biến quá trình có giá trị vợt quá giá trị chophép, ngay lập tức một thông báo sẽ xuất hiện trên màn hình

Các giá trị, thông số của quá trình đợc in ra hoặc lưu trữ tự động.Các đặc điểm nổi bật của WinCC:

- Lỡ một phần của Siemens TIA(Totally Integrated Automation-tự độnghóa tích hợp hoàn toàn), WinCC làm việc rất hiệu quả với các hệthống tự động sử dụng các sản phẩm thuộc dòng SIMATIC

- Dữ liệu của WinCC có thể đợc thay đổi với các giải pháp IT khácthông qua các chuẩn giao tiếp, như với chương trình Microsoft Excel

- Giao diện chương trình mở của WinCC cho phép ngời sử dụng kết nốivới chơng trình của mình để điều khiển quá trình và dữ liệu quá trình.Cấu hình WinCC có thể được sửa đổi mọi lúc

WinCC là một hệ thống HMI tương thích với Internet

WINCC còn là một chương trình ứng dụng 32 bit hướng đối tượng

có thể chạy trên hệ điều hành 32 bit từ Windows 95, Windows 98,Windows XP Chương trình cho phép thực hiện đa nhiệm vụ, đảmbảo phản ứng nhanh chóng với các ngắt và độ an toàn chống lại sựmất dữ liệu bên trong ở mức độ cao Nếu chạy trên nền Windows NT,WINCC còn cung cấp các chức năng để tạo sự an toàn và phục vụ

1.1.2 Kết nối WinCC

Màn hình khi đã kết nối WinCC và PLC

Hình 1 3 Màn kết nối của WinCC

1.2 Giới thiệu plc s7-1200

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thaythế dần cho S7-200 So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năngnổi trội:

- S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thểkiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phíthấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháphoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7- 1200

- Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào

và mạch ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đãtạo ra một PLC mạnh mẽ Sau khi người dùng tải xuống một chươngtrình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và điều

chương trình điều khiển:

+ Người dùng có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn

- Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phầnmềm này đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kếgiao diện HMI

Bộ phận kết nối nguồn

Các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phíasau các nắp che)

Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên

Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp

Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU)

Hình 1 4 Cấu trúc PLC S7-1200

Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tínhnăng và tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khácnhau

Bảng 1 1 Các kiểu CPUChức năng CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214CKích thước vật lý (mm) 90 x 100 x 75 110 x 100 x 75

• 3 tại 80 kHz 1tại 20 kHz

6

• 3 tại 100 kHz

3 tại 30 kHz

• 3 tại 80 kHz 3tại 20 kHz

Tốc độ thực thi tính

toán thực

18 μs/lệnhTốc độ thực thi Boolean 0,1 μs/lệnh

Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng

tín hiệu để mở rộng dung lượng của CPU Người dùng còn có thể lắp

đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền

thông khác

Bảng 1 2 Các module tín hiệu và truyền thông

Module truyền thông (CM)

RS485RS232

1.2.1 Làm việc với phần mềm Tia Portal 1.2.1.1 Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic – tích hợp lập trình PLC và HMI

- Step 7 basic hệ thống kỹ thuật đồng bộ đảm bảo hoạt động liên tụchoàn hảo

Một hệ thống kỹ thuật mới

Thông minh và trực quan cấu hình phần cứng kỹ thuật và cấu hìnhmạng, lập trình, chẩn đoán và nhiều hơn nữa

- Lợi ích với người dùng:

+ Trực quan : dễ dàng để tìm hiểu và dễ dàng để hoạt động + Hiệu quả : tốc độ về kỹ thuật

+ Chức năng bảo vệ : Kiến trúc phần mềm tạo thành một cơ sở ổnđịnh cho sự đổi mới trong tương lai

1.2.1.2 Kết nối qua giao thức TCP/IP

Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay Laptop cần một kết nốiTCP/IP

Để PC và SIMATIC S7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quantrọng là các địa chỉ IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau

Hình 1 5 Màn hình chínhBước 3 : Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn create

Hình 1 6 Tạo create new project

Bước 4 : Chọn configure a device

Hình 1 7 Chọn configure a device

Bước 5 : Chọn add new device

Hình 1 8 Chọn add new deviceBước 6 : Chọn loại CPU PLC sau đó chọn add

Hình 1 9 Chọn loại CPU PLC

Bước 7 : Project mới được hiện ra

- Ứng dụng : binary I/O, Bits of memory

- Định nghĩa vùng : Bảng tag của PLC

- Miêu tả : Tag PLC được đại diện bằng dấu ngoặc kép

Tag Local

- Phạm vi ứng dụng : giá trị chỉ được ứng dụng trong khối được khaibáo, mô tả tương tự có thể được sử dụng trong các khối khác nhaucho các mục đích khác nhau

- Ứng dụng : tham số của khối, dữ liệu static của khối, dữ liệu tạmthời

- Định nghĩa vùng : khối giao diện

- Miêu tả : Tag được đại diện bằng dấu #

- Sử dụng Tag trong hoạt động

Hình 1 11 Tag trong hoạt động

- Layout : bảng tag PLC chứa các định nghĩa của các Tag và cáchằng số có giá trị trong CPU Một bảng tag của PLC được tự động tạo

ra cho mỗi CPU được sử dụng trong project

- Colum : mô tả biểu tượng có thể nhấp vào để di chuyển vào hệthống hoặc có thể kéo nhả như một lệnh chương trình

- Name : chỉ được khai báo và sử dụng một lần trên CPU

- Data type : kiểu dữ liệu chỉ định cho các tag

- Address : địa chỉ của tag

- Retain : khai báo của tag sẽ được lưu trữ lại

- Comment : comment miêu tả của tag

Nhóm tag : Tạo nhóm tag bằng cách chọn add new tag table

Hình 1 12 Tạo nhóm tag

Tìm và thay thế tag PLC

Hình 1 13 Tìm và thay thế tag PLCNgoài ra còn có một số chức năng sau:

- Lỗi tag

- Giám sát tag của plc

- Hiện / ẩn biểu tượng

- Đổi tên tag : Rename tag

- Đổi tên địa chỉ tag : Rewire tag

- Copy tag từ thư viện Global

1.2.2 Làm việc với một trạm PLC

1.2.2.1 Quy định địa chỉ IP cho module CPU

IP TOOL có thể thay đổi IP address của PLC S7-1200 bằng 1 trong

2 cách Phương pháp thích hợp được tự động xác định bởi trạng tháicủa địa chỉ IP đó :

- Gán một địa chỉ IP ban đầu : Nếu PLC S7-1200 không có địa chỉ

IP, IP TOOL sử dụng các chức năng thiết lập chính để cấp phát mộtđịa chỉ IP ban đầu cho PLC S7-1200

- Thay đổi địa chỉ IP : nếu địa chỉ IP đã tồn tại, công cụ IP TOOL

sẽ sửa đổi cấu hình phần cứng (HW config) của PLC S7-1200

1.2.2.2 Đổ chương trình xuống CPU

Đổ từ màn hình soạn thảo chương trình bằng cách kích vào biểutượng download trên thanh công cụ của màn hình

Hình 1 14 Biểu tượng download trên thanh công cụ

Chọn cấu hình Type of the PG/PC interface và PG/PC interfacenhư hình dưới sau đó nhấn chọn load

Hình 1 16 Trạng thái và hoạt động sau khi tải chương trình

1.2.2.3 Giám sát và thực hiện chương trình

Để giám sát chương trình trên màn hình soạn thảo kích chọnMonitor trên thanh công cụ

Hình 1 17 Monitor trên thanh công cụ

Hoặc cách 2 làm như hình dưới:

Hình 1.18 Go offline trên thanh công cụSau khi chọn monitor chương trình soạn thảo xuất hiện như sau:

Hình 1.19 Monitor chương trình soạn thảo

Chương 2: CHƯƠNG TRÌNH HỆ THỐNG PHÂN BIỆT SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC

2.1 Sơ đồ kết nối giữa PLC và PC systems

Hình 2 1 Sơ đồ kết nối giữa PLC và PC systems

Hình 2 2 Màn hình chính

Bước 2 : Click chuột vào Create new project để tạo dự án.

Hình 2 5 Tạo đồ án mới

Hình 2 6 Đặt tênBước 3 : Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn create

Bước 4 : Chọn configure a device.

Bước 5 : Chọn add new device

Hình 2 7 Tạo đồ án mới

Bước 6 : Chọn Controllers  S7-1200  Chọn loại CPU PLC(CPU 1214CDC/DC/DC) sau đó chọn Add.

Bước 7 : Project mới được hiện ra

Hình 2 9 Chọn loại CPU PLC

Bước 8 : Chọn Add new device  PC systems  Simatic HMIapplication  WinCC RT Advanced.

Hình 2 10 WinCC RT Advanced

Bước 10 : Kết nối PLC và PC System

Hình 2 12 Màn hình khi hoàn thành

Hình 2 13 Kết nối PLC và PC System

2.3 Lập bảng PLC Tag

Hình 2 14 Lập bảng PLC Tag

2.3.1 Nguyên lý hoạt động của các Network

 Network 1

Hình 2 15 Network 1

- Bấm nút “start” đèn sáng, đồng thời động cơ và băng tải được khởi động Côngtắc thường hở “den” có tác dụng làm nút giữ, khi bật tín hiệu lên 1 thì công tắc

“den” sẽ đóng lại giữ cho mạch chạy ngay cả khi nút “start” được nhả ra

- Bấm nút “stop” đèn tắt, đồng thời động cơ, băng tải ngừng hoạt động

 Network 2:

- Nhánh 1

Hình 2 16 Network 2 nhánh 1

Khi bấm nút “start” trên network 1 đèn “den” sáng, đồng thời network 2 cũnghoạt động và tín hiệu chạy qua Timer “t0”, vì là Timer ON nên sau 5s (giá trị đặttrước: PT) ngõ ra Q sẽ được tác động, sau đó cảm biến đỏ “cb do” hoạt động.Timer ON 3 kết hợp với công tắc thường đóng “t3”.Q sẽ định thời gian hoạt độngcho cảm biến đỏ trong vòng 1s, vì sau 1s ngõ ra của Timer ON 3 được tác động sẽlàm công tắc thường đóng “t3”.Q hở ra, cảm biến đỏ bị ngắt khỏi mạch

- Nhánh 2

Hình 2 17 Network 2 nhánh 2

Hình 2 18 Network 2 nhánh 3Khi công tắc thường đóng “t4”.Q được Timer “t4” tác động thì công tắc thường

hở “t4”.Q của nhánh 3 theo cũng được tác động và công tắc này đóng lại đưa tínhiệu qua Timer “t2” Timer “t2” đếm 15s và sau 15s sẽ có tín hiệu ở ngõ ra Q tiếptheo tín hiệu chạy tới mở cảm biến đen “cb den” và Timer “t5”, Timer “t5” đếm 1s

và sau 1s ngõ ra Q được tác động đồng thời tác động công tắc thường đóng “t5”.Qlàm “t5”.Q mở ra, cảm biến đen ngừng tác động

 Network 3

- Nhánh 1

Hình 2 19 Network 3 nhánh 1 Khi cảm biến đỏ “cb do” ở network 1 được kích hoạt thì cùng lúc đó công tắcthường hở “cb do” ở network 3 được kích hoạt theo và nó tạo tín hiệu cho Counterđếm lên “c0” hoạt động, Counter hoạt động với giá trị đặt trước là 99

- Nhánh 2

Hình 2 20 Network 3 nhánh 2Khi cảm biến xanh “cb xanh” ở network 1 được kích hoạt thì cùng lúc đó công tắcthường hở “cb xanh” ở network 3 được kích hoạt theo và nó tạo tín hiệu cho Counterđếm lên “c1” hoạt động, Counter hoạt động với giá trị đặt trước là 99

- Nhánh 3

Hình 2 21 Network 3 nhánh 3Khi cảm biến đỏ “cb den” ở network 1 được kích hoạt thì cùng lúc đó công tắcthường hở “cb den” ở network 3 được kích hoạt theo và nó tạo tín hiệu cho Counterđếm lên “c2” hoạt động, Counter hoạt động với giá trị đặt trước là 99

Chương 3: LẬP TRÌNH SCADA HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN

Hình 3 2 Chọn đối tượng làm việc

Chọn Elements  Symbol Library  General  Coveyours, Misc (lấybăng truyền).

Hình 3 3 Chọn băng tảiChọn Button để lấy nút nhấn

Chọn Basic objects  Circle để lấy đèn báo và sản phẩm có màu sắckhác nhau.

Hình 3 5 Chọn đèn báoChọn Elements  Symbol Library  General  Container (lấy thùng)

Hình 3 7 Chọn băng tảiChọn Elements  Symbol Library  General  Motors (lấy động cơ).

Hình 3 8 Chọn động cơ

Chọn Elements  Symbol Library  General  Sensors (lấy cảm biến).

Hình 3 9 Chọn cảm biếnChọn Elements  Symbol Library  General  Coveyours, Misc (lấypittong)

Chọn Elements  Symbolic I/O field (lấy bộ đếm sản phẩm).

Hình 3 11 Bộ đếm sản phẩmHoàn thành màn hình tự động

Hình 3 12 Hoàn thành màn hình tự động

Chọn màu cho đối tượng khi hoạt động (mức 0 khi chưa hoạt động,mức 1 khi đã hoạt động).

Hình 3 15 Chọn màu đối tượng khi hoạt độngHoặc vào biểu tượng để chọn vùng lưu của PLC

Hình 3 16 Chọn tag cho đối tượngChọn đối tượng cho nút nhấn thả START VÀ STOP bằng cách chọnEvents  Press và Release

Hình 3 17 Thiết lập nút nhấn cho đối tượng

Nhập SetBit (cho lệnh Press), ResetBit (cho lệnh Release) và chọnvùng liên kết để cho nút START, STOP khi thả ra thì bắt đầu thực thilệnh theo yêu cầu

Hình 3 18 Chọn trạng thái và tag

Di chuyển đối tượng bằng cách chọn Animations  Chọn đối tượnglưu  chọn đối tượng trên màn hình rồi kéo đến vị trí mong muốn.

Hình 3 19 Chọn tag và định thời gian ẩn hiện cho đối tượngDùng nút để di chuyển qua màn hình khác  chọn Events  Click ActivateScreen  ở dòng Screen name chọn màn hình muốn qua

Hình 3 20 Thiết lập nút màn hình điều khiển

Dùng nút để thoát khỏi mô phỏng ta chọn Events  Click StopRuntime  ở dòng mode chọn Runtime.

Hình 3 21 Thiết lập nút thoátLàm tương tự theo các bước cho các đối tượng cho đến khi hoànthành

Hình 3 23 Hoàn thành thiết kế cho màn hình mô phỏng3.3Nhấp chuột vào Compile để kiểm tra lỗi.

Hình 3 24 Kiểm tra lỗi chương trình

Click vào Start Simulation để hiện mô phỏng.

Hình 3 25 Mô phỏng chương trình

Hình 3 27 Giao diện màn hình mô phỏng khi chạy