THIẾT kế mô HÌNH điều KHIỂN hệ THỐNG PHÂN LOẠI sản PHẨM THEO màu sắc và mô PHỎNG hệ THỐNG BẰNG WINCC

THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNGBẰNG WINCC... CHƯƠNG 2: THÔNG SỐ KỸ THUẬT VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦACÁC THIẾT BỊ 2.1 TÌM HIỂU PLC

THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG

BẰNG WINCC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 GIỚI THIỆU

- Trong sản xuất để đạt năng suất cao, chất lượng tốt và hiệu quả việc áp dụng hệ thống tự động là rất quan trọng

- Dây chuyền sản xuất tự động thường bao gồm :

 Hệ thống lắp ráp

 Hệ thống phân loại

 Các hệ thống đóng gói

- Trong đó hệ thống phân loại sản phẩm đóng một vai trò quan trọng

- Việc phân loại sản phẩm có thể dựa trên: Hình ảnh, màu sắc, kích thước, trọng lượng, chiều cao,…

- Hệ thống áp dụng cho nhiều loại sản phẩm.

- Có thể điều khiển trực tiếp hoặc từ xa

CHƯƠNG 2: THÔNG SỐ KỸ THUẬT VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA

CÁC THIẾT BỊ 2.1 TÌM HIỂU PLC

- PLC là thiết bị điều khiển lập trình cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình

Hình 2.1: Cấu trúc chung của hệ thống PLC

- Trong đồ án chọn PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC để sử dụng để lập trình và điều khiển

2.2.1 Cảm biến sợi quang

- Cảm biến sợi quang xử dụng nguyên tắc phản xạ toàn phần dẫn hướng đường

đi của laze theo sợi polymer

Hình 2.3: Cấu tạo cảm biến sợi quang

- Các bộ phận cảm biến quang sợi:

 Đầu sợi quang (Head): Dùng để phát hiện vật bằng ánh sáng laze.

 Sợi quang (FIiber): Dẫn ánh sang thu được tới bộ khuếch đại.

 Bộ khuếch đại (Ampliffer): Xử lý tín hiệu ánh sáng thu được.

 Tín hiệu ngõ ra (Output): Có 3 dây

 Dây nâu: cấp nguồn + 24 VDC cho bộ khuếch đại

 Dây xanh: cấp nguồn – 0 VDC cho bộ khuếch đại

 Dây đen: là tín hiệu được bộ khuếch đại xuất ra sau khi sử lý tín hiệu vào từ đầu sợi quang

 Phát hiện màu.

 Phát hiện vật ở tốc độ cao

 Phát hiện chi tiết rất nhỏ hoặc mỏng

 Phát hiện vật trong suốt, mờ hay đục

Hình 2.4: Cảm biến sợi quang Keyence FS-V31

- Trong thiết kế sử dụng cảm biến quang sợi Keyence FS-V31:

2.2.2 Cảm biến tiệm cận

Hình 2.5: Cảm biến tiệm cận E3F-DS30C4 và sơ đồ chân

- Trong thiết kế sử dụng cảm biến tiệm cận E3F-DS30C4

 Dây xanh dương: GND

 Dây đen: tín hiệu

2.2.3 Xilanh khí nén

- Xilanh khí nén là thiết bị cơ được vận hành bằng khí nén.

Hình 2.6: Cấu tạo Xilanh khí nén

- Cấu tạo Xilanh khí nén:

 Barrel: Thân trụ

 Piston: Pít tông

 Piston rod: Trục Pít tông

 Tie rod: Trục nối

 Cap-end port: Lỗ cấp khí

 Rod-end port: Lỗ thoát khí

- Nguyên lý hoạt động: cấp khí vào lỗ Cap-end port sẽ đẩy piston ra, khi ngưng

cấp khí lỗ Rod-end port sẽ thoát khí ra piston sẽ đẩy rút lại kết thúc một chu kì Quá trình xảy ra ngược nếu cấp khí ngược

2.2.4 Van khí

- Van khí nén là thiết bị điều chỉnh dòng khí nén qua van Có tác dụng đóng ngắt

và điều chỉnh hướng của khí

 Cổng A và B: cổng đưa áp xuất tới xilanh

 Nút thử tay: tác động để kiểm tra van còn hoạt động hay không

- Nguyên lý hoạt động: Khi ở trạng thái thường cổng P và A thông nhau, khi có

tác động cổng P và B thông nhau

Hình 2.11: Cấu tạo bộ nguồn 24 VDC

- Cấu tạo:

1 DC Output Terminals (+V, -V): Ngõ ra điện áp 24VDC

2 Input Terminals (L, N): Ngõ vào điện áp 220 VAC

3 Input Voltage Selector Terminals (VOLTAGE SELECT)

4 V ADJ Adjuster: Núm điều chỉnh điện áp ngõ ra

5 Output Indicator (DC ON): Đèn báo ngõ ra có điện áp

 2 cặp tiếp điểm: 1 NO, 1 NC

 Điện áp tối đa: 380 VAC

 Dòng điện tối đa: 10 A

2.2.9 Đèn báo

- Đèn báo là thiết bị thể hiện trạng thái, chế độ và tình trạng của hệ thống trực

quang nhất để người vận hành nhìn thấy dể dàng

Hình 2.13: Đèn báo

- Thông số kỹ thuật

 Nguồn cấp : 24 VDC

 Dòng tiêu thụ : <=20 mA

2.2.11 Relay

- Cấu tạo từ nam châm điện có các tiếp điểm NO và NC

Hình 2.15: Relay trung gian

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG 3.1 NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG

- Các bước thiết kế hệ thống:

Sơ đồ 3.1: Các bước thiết kế

- Sơ đồ giải thuật

Sơ đồ 3.2: Sơ đồ giải thuật

- Sơ đồ khối

Sơ đồ 3.3: Sơ đồ khối hệ thống

- Chức năng của các khối:

 Khối nguồn 24VDC: Cấp nguồn cho PLC và thiết bị

 Khối nút nhấn: Cấp tín hiệu điều khiển tới CPU

 Khối cảm biến: Cấp tín hiệu phát hiện vị trí và màu vật tới CPU

 Khối đèn báo: Hiển thị trạng thái của hệ thống

 Khối relay: Nhận tính hiệu từ CPU để thay đổi trạng thái tiếp điểm

 Khối nguồn 12VDC: Cấp nguồn cho động cơ giảm tốc

 Khối động cơ: Dùng kéo băng tải

 Khối băng tải: Thiết bị chuyển vật từ vị trí này sang vị trí khác

 Khối van khí nén 5-2: Thiết bị điều khiển xilanh

 Khối xilanh: Hoạt động theo tín hiệu của van khí

 Khối PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC: Dùng lập trình để điều khiển các thiết bị trong hệ thống

3.2 KHAI BÁO ĐỊA CHỈ VÀ SƠ ĐỒ KẾT NỐI

Ký hiệu

Địa chỉ thực

Địa chỉ

BI_START I0.0 M0.0 Nút nhấn STARTBI_STOP I0.1 M0.1 Nút nhấn STOPBI_AUTO I0.2 M0.2 Nút nhấn AUTOBI_MANU I0.3 M0.3 Nút nhấn MANUBI_ENGINE I0.4 M0.4 Nút nhấn băng tảiBI_PT1 I0.5 M0.5 Nút nhấn XILANH 1BI_PT2 I0.6 M0.6 Nút nhấn XILANH 2BI_PT3 I0.7 M1.6 Nút nhấn XILANH 3

BI_COLOR_SENSOR_RED I1.0 M1.0 Cảm biến màu đỏBI_COLOR_SENSOR_BLU

E I1.4 M1.5 Cảm biến màu đỏBI_SENSOR_1 I1.1 M1.1 Cảm biến vật 1BI_SENSOR_2 I1.2 M1.2 Cảm biến vật 2BI_SENSOR_3 I1.3 M1.3 Cảm biến vật 3

Ký hiệu

Địa chỉ thực

Địa chỉ

Q_RUN Q0.0 Q0.0 Đèn báo hoạt độngQ_AUTO Q0.1 Q0.1 Đèn báo chế độ AutoQ_MANU Q0.2 Q0.2 Đèn báo chế độ ManQ_ENGINE Q0.3 Q0.3 Relay điều khiển động cơQ_PT1 Q0.4 Q0.4 Relay điều khiển van khí 1Q_PT2 Q0.5 Q0.5 Relay điều khiển van khí 2Q_PT3 Q0.6 Q0.6 Relay điều khiển van khí 3

Bảng 3.2 : Khai báo địa chỉ DO cho PLC

Sơ đồ 3.4: Sơ đồ kết nối DI và DO với PLC

Sơ đồ 3.5: Sơ đồ đấu dây

3.3 THIẾT KẾ MÔ HÌNH VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 3.3.1 Thiết kế mô hình

Hinh 3.1: Mô hình phân loại sản phẩm

3.3.2 Nguyên lý hoạt động

- Cấp nguồn cho hệ thống, mở phần mềm TIA Portal V14 và nạp chương trình từ

máy tính vào PLC

- Nhấn nút START trên bảng điều khiển để bắt đầu hoạt động.

- Chọn chế độ MANU, hệ thống hoạt động ở chế độ điều khiển bằng tay Nhấn

các nút động cơ hay xilanh để điều khiển thiết bị mong muốn

- Chọn chế độ AUTO, hệ thống sẽ hoạt động ở chế độ tự động Vật sẽ được

xilanh tự đưa vào băng tải và xác định màu, sau đó băng tải sẽ đưa vật tới vị trí khay đựng màu phù hợp xilanh vị trí đó đưa vật xuống khay Chương trình tự động sẽ tự lặp lại đưa vật tiếp theo vào băng tải khi có vật được rơi vào khay đựng màu phù hợp

- Nhấn nút STOP để dừng chương trình.

3.4 CHƯƠNG TRÌNH LẬP TRÌNH

- Năm 2009, Siemens giới thiệu PLC S7-1200 và phần mềm lập trình TIA Portal V10.5 tích hợp Step 7 Basic Siemens liên tục cải thiện và nâng cấp chương trình tới TIA Portal V14

- TIA Portal V14 có thể lập trình cho tất cả các thiết bị của Siemens

- Với PLC S7-1200 dùng cho hệ thống nhỏ và vừa, Siemens hỗ trợ cho 3 ngôn ngữ lập trình là: LAD, FBD và SCL

 LAD – Ladder: Lập trình theo sơ đồ mạch.

 FBD – Function Block Diagram: Lập trình theo đại số Boolean.

 SCL – Structure Language Control: Lập trình theo dạng ký tự.

3.4.1 Phần mềm TIA Portal V14

- Phần mềm tích hợp cấu hình lập trình cho tất cả sản phẩm của Siemens

Hình 3.3: Phần mềm TIA Portal V14

- Ưu điểm: Tất cả tích hợp trong 1 phần mềm, đơn giản cho việc lâp trình

- Nhược điểm: Phần mềm có dung lượng lớn, yêu cầu cần cấu hình máy

3.4.2 Phần mềm S7- PLCSIM V14

- Phần mềm dùng mô phỏng và điều khiển chương trình, thông qua địa chỉ được chuyển từ TIA Portal V14

Hình 3.4: Phần mềm S7-PLCSIM V14 3.4.3 Phần mềm WinCC RT Start

- Phần mềm thiết kế giao diện HMI trong hệ thống SCADA, có thể mô phỏng

bằng hình ảnh, thu thập số liệu, giám sát và điều khiển quá trình

Hình 3.5: Phần mềm WinCC RT Start

3.5 LẬP TRÌNH CHƯƠNG TRÌNH

- Khởi động TIA Portal V14, Create new project  nhập tên project vào

Project mane  Create hoàn tất tạo Project.

Hình 3.6: Tạo Project

- Devices & networks  Add new device chọn CPU

Hình 3.7: Chọn thiết bị

- Controllers  SIMATIC S7-1200  CPU 1214C DC/DC/DC  Vesion 

V4.0  Add

Hình 3.8: Chọn CPU

- Sau khi chọn PLC, cửa sổ cấu hình xuất hiện Có thể thêm module mở rộng

trong Hardware catalog Trong thiết kế không cần thêm module.

Hình 3.9: Cấu hình CPU

- Project tree  Add new device  PC Systems  Simatic HMI application

 WinCC RT Adcanced  Version  14.0.1.0  OK

Hình 3.10: Chọn WinCC

- Thêm thẻ IE general vào SIMATIC PC station Hardware catalog 

Communications module  PROFINET/Ethernet chọn kéo thẻ IE general

vào SIMATIC PC station và HMI-RT-1

Hình 3.11: Cấu hình cho WinCC

- Kết nối CPU và WinCC Vào Network view  Network, từ cổng giao tiếp của

CPU kéo liên kết tới cổng IE general tạo mạng cục bộ PN/IE-1 cho CPU và

WinCC

Hình 3.12: Kết nối PN/IE-1 CPU và WinCC

- Network view  Conections tạo kêt nối CPU và WinCC, từ cổng giao tiếp của

CPU kéo liên kêt tới cổng IE general

Hình 3.13: Kết nối CPU và WinCC

- Vào Programe block viết chương trình điều khiển.

- Thiết kế có 1 chương trình chính và 3 chương trình con.

 Chương trình chính: Main [OB1]

 Chương trình con: AUTO [FC1], MANU [FC2], SIMULATION [FC3]

Hình 3.14: Chương trình trong TIA Portal V14

3.6 MÔ PHỎNG WINCC

- Project tree  PC-System_1 [SIMATIC PC station]  HMI_RT_1 [WinCC

RT Advanced]  Screens  Add new screen thêm màn hình.

Hình 3.15: Giao diện màn hình WinCC

- Thiết kế này vẽ 3 màn hình: màn hình chính, màn hình điều khiển và giới thiệu.

- Toolbox có các dụng cụ để mô phỏng:

 Basic Objects: Vẽ các đèn báo, viết chử, vẽ hình, …

 Elements: Chọn nút nhấn, các loại đồng hồ, …

 Controls: Dùng điều khiển giám sát, xuất ra file PDF, …

 Graphics: Chọn các thiết bị cảm biến, motor, băng tải, …

- Properties  Appearance chỉnh vẽ ngoài thiết bị.

- Properties  Layout chỉnh vị trí và kích thước thiết bị.

Hình 3.18: Tab Properties

- Animation  Tag connection  Add new animation  Process value gán các

biến có giá trị dữ liệu

- Animation  Display  Appearance gán các biến IP hoặc OP

- Animation  Movements  Horizontal move tạo hiệu ứng chuyển động.

Hình 3.19: Tab Animation

- Event  Press  Setbit gán giá trị khi nhấn

- Event  Release  Resetbit gán giá trị khi nhả

Hình 3.21: Màn hình điều khiển và mô phỏng WinCC hệ thống

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trân Văn Hiếu (2015), Tự động hóa PLC S7-1200 với Tia Portal, Nhà xuất bản

Khoa học và Kỹ thuật

[2] T.S Ngô Văn Thuyên, Phạm Quang Huy (2017), Lập trình với PLC S7-1200 và

S7-1500, Nhà xuất bản thanh niên

[3] https://support.industry.siemens.com/cs/start?lc=en-VN

[4] https://www.keyence.com/support/index.jsp

[5] http://www.edata.omron.com.au/eData/Power_supplies/T002-E1-04.pdf