ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH : Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 - 1200

Đồ án chuyên ngành về phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 1200 có mô phỏng Wincc và Code chạy chương trình và báo cáo đầy đủ mọi thắc mắc vui lòng liên hệ : 0385094747 ..............................................

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HÓA

BÁO CÁO THỰC TẬP CHUYÊN NGÀNH

Đề tài:

Điều khiển dây chuyền phân loại sản phẩm sử dụng PLC

Sinh viên thực hiện : Hoàng Anh Tuấn

Giảng viên hướng dẫn : ThS Hoàng Thị Hải Yến

Thái Nguyên, tháng 6 năm 2020

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay trước những sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ

thuật việc áp dụng khoa học công nghệ vào trong thực tế sản

xuất đang được phát triển rộng rãi về mặt quy mô lẫn chất

lượng Trong đó ngành tự động hóa chiếm một vai trò rất quan

trọng không những giảm nhẹ sức lao dộng cho con người mà

còn góp phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất lao động, cải

thiện chất lượng sản phẩm, chính vì thế ngành tự dộng hóa ngày

càng khẳng định được vị trí cũng như vai trò của mình trong các

ngành công nghiệp và đang được phổ biến rộng rãi trong các hệ

thống công nghiệp trên toàn thế giới nói chung và Việt Nam nói

riêng

Chiếm một vai trò rất quan trọng trong ngành tự động hóa đó là

kỹ thuật điều khiển logic lập trình viết tắt là PLC Nó đã và đang

phát triển mạnh mẽ và ngày càng chiếm một vị trí rất quan trọng

trong các ngành kinh tế quốc dân Không những thay thế được

cho kỹ thuật điều khiển cơ cấu bằng cam và hoặc kỹ thuật rơ le

trước kia mà còn chiếm lĩnh nhiều chức năng phụ khác

Xuất phát từ thực tế đó, trong quá trình học tập tại trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin và Truyền Thông, được sự chỉ bảo và hướng dẫn tận tình của các thầy cô trong

khoa Tự Động Hóa và đặc biệt là cô giáo, TH.S ”Hoàng Thị Hải Yến”, em đã nhận được đồ án với đề tài: “ Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7-1200 ”.Để giúp cho sinh viên có thêm được những hiểu biết về vấn đề

này Việc hoàn thành đề tài này sẽ không tránh được những sai lầm thiếu sót Em rất mong được sự phê bình, đánh giá của các thầy cô để em có thể rút ra được kinh nghiệmcũng như phát triển thêm đề tài

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiệnHoàng Anh Tuấn

Nội dung đề tài báo cáo của em gồm 6 chương:

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 VÀ GIAO DIỆN GIÁM SÁT

WINCC

CHƯƠNG 3 : SƠ ĐỒ KHỐI VÀ GIAO DIỆN THIẾT KẾ

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngànhkhoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó điềukhiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trongmọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, côngnghiệp tự động hóa Do đó chúng ta cần phải nắmbắt và vận dụng điều khiển tự động một cách hiệuquả nhằm đóng góp vào sự phát triển khoa học kỹthuật của thế giới nói chung và trong sự phát triểncủa kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng

Xuất phát từ những lần tham quan các doanhnghiệp có dây chuyền sản xuất, chúng em đã đượcthấy nhiều khâu tự động hóa trong quá trình sảnxuất Một trong những khâu sản xuất tự động hóa đó

là khâu phân loại sản phẩm sử dụng bộ điều khiển

và màu sắc thay đổi theo tính chất thì các mô hìnhphân loại kia không phù hợp Vì vậy chúng ta cầnmột hướng xử lý phù hợp hơn cho hệ thống phânloại này đó là phân loại dựa trên màu sắc.

Và nhiều hệ thống chỉ thực hiện phân loại màchưa thực hiện giám sát, quản lý việc phân loại Vìvậy chúng ta cần xây dựng việc giám sát quá trìnhphân loại cho hệ thống

là PLC PLC có khả năng vận hành tự động theomột quy trình định sẵn mà không cần có sự tham giacủa con người lúc vận hành Bởi tất cả những gì cầnthiết cho ra đời một loạt sản phẩm đã tích hợp tất cảtrong một thiết bị nhỏ gọn đó là PLC Hệ thống tự

động này gần như tối ưu khi kết hợp với máy vi tính

để điều khiển và kiểm soát quá trình sản xuất hoàntoàn chỉ trên máy vi tính

Thật ra hệ thống điều khiển tự động này đãxuất hiện từ năm 1970 và nhanh chóng trở thành sựlựa chọn cho việc sản xuất Nhưng ở Việt Nam, cònkhá nhiều công ty hoàn toàn xa lạ với PLC Tại saonhư vậy? Về giá thành? Đúng là PLC còn khá đắtnhưng chỉ với một công ty sản xuất thì giữa đầu tưban đầu đó với những lợi ích nó đem lại thì giáthành không đáng quan tâm lắm Thật ra là do ngạithay đổi, do chưa hiểu nhiều về PLC nên khi vậnhanh, bảo trì, bảo dưỡng, thay đổi chương trình gặpkhông ít khó khăn cho người sử dụng Vì vậy cầnchủ động tiếp cận, khi nắm bắt được rồi vấn đềchuyển giao công nghệ không còn đáng lo và PLC

có thể hiện tính ưu việt nhờ sự hiểu biết của người

sử dụng Vậy PLC là gì? Hy vọng nội dung được đềcập trong đồ án này giúp người đọc hiểu hơn vềPLC

b PLC là gì?

PLC là viết tắt của Programmable LogicController có nghĩa là thiết bị điều khiển logic khảtrình Sự phát triển của PLC đã mang lại nhiềuthuận lợi và làm cho các thao tác máy trở nênnhanh, nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn Nó có khảnăng thay thế hoàn toàn cho các phương pháp điềukhiển truyền thống dùng rơle (loại thiết bị phức tạp

và cồng kềnh); khả năng điều khiển dễ dàng và linhhoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơbản; khả năng định thời, đếm; giải quyết các vấn đềtoán học và công nghệ; khả năng tạo lập, gởi đi, tiếpnhận những tín hiệu nhằm mục đích kiểm soát sự

kích hoạt hoặc đình chỉ những chức năng của máyhoặc một dây chuyển công nghiệp.

> Như vậy những đặc điểm làm cho PLC có tính năng ưuviệt và tích hợp trong môi trường công nghiệp:

一 Khả năng kháng nhiễu tốt

一 Cấu trúc dạng module rất thuận tiện cho việc thiết kế,

mở rộng, cải tạo nâng cấp

一 Có những module chuyên dụng để thực hiện chức năng đặc biệt hay những module truyền thông để kết nối PLC với mạng công nghiệp hoặc qua mạng internet

一 Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng để xếp hạng một hệ thống điều khiển tự động

Thuộc vào hệ sản xuất linh hoạt do tính thayđổi được do chương trình hoặc thay đổi trực tiếp cácthông số mà không cần thay đổi lại chương trình

c Cấu trúc phần cứng của PLC

> Các thành phần cơ bản của một PLC thường có các module phần cứng sau: 一 Module nguồn

一 Module đơn vị xử lý trung tâm

一 Module bộ nhớ chương trình và dữ liệu

一 Module đầu vào

一 Module đầu ra

一 Module phối ghép (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông nội bộ)

一 Module chức năng (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông mạng)

d Cấu trúc bộ nhớ PLC

A Bộ nhớ chia làm 3 vùng chính

• Vùng chứa chương trình ứng dụng: Vùng chứa chương

trình được chia làm miền:

一 Organisation block: Miền chứa chương trình tổ chức,chứa chương trình chính, các lệnh trong khối này luônđược quét

一 Subroutine (Chương trình con): Miền chứa chươngtrình con, được tổ chức thành hàm và có biến hình thức

để trao đổi dữ liệu, chương trình con này sẽ được thựchiện khi nó được gọi trong chương trình chính

一 Interrup (Chương trình ngắt): Miền chứa chươngtrình ngắt được tổ chức thành hàm và có khả năng traođổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác.Chương trình này sẽ được thực hiện khi có sự kiệnngắt xảy ra Có rất nhiều sự kiện ngắt như: Ngắt thờigian, ngắt xung tốc độ cao

• Vùng chứa tham so của hệ điêu hành: chia thành miền khác nhau:

一 I (Process Image Input): Miền dữ liệu các cổng vào

số, trước khi bắt đầu thực hiện chương trình, PLC sẽđọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào và cất giữchúng trong vùng nhớ I Thông thường

chương trình ứng dụng không đọc trực tiếp trạng thái logic của công vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào

từ bộ đệm I

一 Q (Process Image Output): Miền bộ đệm các dữ liệucổng ra số Kết thúc giai đoạn thực hiện chương trình,PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới các cổng

ra số Thông thường chương trình không trực tiếp gángiá trị tới tận cổng ra mà chỉ chuyển chúng tới bộ đệmQ

一 M (Miền các biến cờ): Chương trình ứng dụng sửdụng những biến này dể lưu giữ các tham số cần thiết

và có thể truy nhập theo bit (M), byte (MB), từ (MW)hay từ kép (MW)

一 T (Timer): Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer)

bao gồm việc lưu giữ giá trị thời gian đặt trước Preset Value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV-Current Value) cũng như giá trị Logic đầu ra của bộthời gian.

(PV-一 C (Counter): Miền nhớ phục vụ bộ đếm bao gồm việclưu giữ giá trị đặt trước (PV- Preset Value), giá trị đếmtức thời (CV- Current Value) và giá trị logic đầu ra của

bộ đệm

• Vùng dữ liệu.

Vùng dữ liệu là một vùng nhớ động Nó có thểđược truy cập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn(word) hay từ kép (double word) và được sử dụnglàm miền lưu trữ dữ liệu cho các thuật toán, các hàmtruyền thông, lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoayvòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ

e Xử lý chương trình

PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp.Mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét (Scan).Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng việc đọc dữ liệu

từ các cổng vào cùng bộ đệm ảo, tiếp theo giai đoạnthực hiện chương trình Trong từng vòng quétchương trình thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kếtthúc bằng lệnh kết thúc Sau giai đoạn thực hiệnchương trình là giai đoạn truyền thông và kiểm tralỗi, vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyềncác nội dung của bộ đệm ảo đến cổng ra

f Cấu trúc chương trình

Chương trình trong S7-1200 được lưu trong bộnhớ PLC ở vùng dành riêng cho chương trình và cóthể được lập với 2 dạng cấu trúc khác nhau:

> Lập trình có cấu trúc: chương trình được chia thành nhữngphần nhỏ và mỗi phần thực thi những nhiệm vụ riêng biệt của nó,

từng phần này nằm trong những khối chương trình khác nhau Loại

hình cấu trúc này phù hợp với những bài toán điều khiển nhiểu

nhiệm vụ và phức tạp PLC S7-1200 có 3 loại khối cơ bản sau:

• Loại khối organization Block: khối tổ chức và quản lí

chương tình điều khiển khối này luôn được thực thi và luôn được

quét trong mỗi chu kì quét

• Loại khối chương trình con: Khối chương trình với

những chức năng riêng giống như một chương trình con hoặc một

hàm (chương trình con có biến hình thức) Một chương trình ứng

dụng có nhiểu khối chương trình con và các khối chương trình con

này được phân biệt với nhau bằng tên của chương trình con đó

A Lập trình tuyến tính: toàn bộ chương trình nằm trong một khối

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

organization Block mà PLC luôn quét và thực hiện tổng các lệnh đó

thường xuyên Từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối và quay lại lệnh đầu

tiên

• Loại khối chương tình ngắt: là khối chương trình đặc

biệt có khả năng trao đổi 1lượng lớn với các khối chương trình

khác Chương trình sẽ được thực thi mỗi khi có sự kiện ngắt xảy

từ những đợt đi thực tập tốt nghiệp tại nhà máy, các khu công nghiệp và thamquan các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được tựđộng hóa trong quá trình sản xuất Một trong những khâu tự động trong dâychuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm sản xuất ra được cácbăng tải vận chuyển và sử dụng hệ thống nâng gắp đóng hộp sản phẩm Tuynhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toànchưa được áp dụng trong những khâu phân loại, đóng bao bì mà vẫn còn sửdụng nhân công, chính vì vậy nhiều khi cho ra năng suất thấp chưa đạt hiệuquả Từ những điều đã được nhìn thấy trong thực tế cuộc sống và những kiếnthức mà em đã học được ở trường muốn tạo ra hiệu suất lao động lên gấpnhiều lần, đồng thời vẫn đảm bảo được độ chính xác cao về kích thước Nên

em đã quyết định thiết kế và thi công một mô hình sử dụng băng chuyền đểđóng và đếm sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế, vì trong thực tế có nhiềusản phẩm được sản xuất ra đòi hỏi phải có kích thước tương đối chính xác và

nó thật sự rất có ý nghĩa đối với chúng em, góp phần làm cho xã hội ngàycàng phát triển mạnh hơn, để xứng tầm với sự phát triển của thế giới

1.3.2 CÁC BĂNG CHUYỀN ĐẾM VÀ ĐÓNG SẢN PHẨM HIỆN NAY

a Các loại băng tải sử dụng hiện nay Giới thiệu chung.

Băng tải thường được dùng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệurời theo phương ngang và phương nghiêng Trong các dây chuyền sản xuất,các thiết bị này được sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyểncác cơ cấu nhẹ, trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than

đá, các loại xỉ lò trên các trạm thủy điện thì dùng vận chuyển nhiên liệu

Trên các kho bãi thì dùng để vận chuyển các loại hàng bưu kiện, vật liệuhạt hoặc 1 số sản phẩm khác Trong 1 số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệpthực phẩm, hóa chất thì dùng để vận chuyển các sản phẩm đã hoàn thành vàchưa hoàn thành giữa các công đoạn, các phân xưởng, đồng thời cũng dùng

để loại bỏ các sản phẩm không dùng được

b Đặc điểm của băng tải.

- Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theocác hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang với nằmnghiêng

- Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảodưỡng dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so vớimáy vận chuyển khác không lớn lắm

Hình 1: Cấu tạo chung băng chuyền

1 Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật

2 Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo

3 Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo

4 Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ ) làm phần trượt cho bộ phận kéo vàcác yếu tố làm việc

c Các loại băng tải trên thị trường hiện nay.

Bảng 1: 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 thùngchứa 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 rápBăng 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

Các loại băng tải xích, băng tải con lăn có ưu điểm là độ ổn định cao khivận chuyển.Tuy nhiên chúng đòi hỏi kết cấu cơ khí phức tạp, đòi hỏi độ chínhxác cao, giá thành khá đắt.

- Băng tải dạng cào: sử dụng để thu dọn phoi vụn năng suất của băng tảiloại này có thể đạt 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0,2m/s Chiều dài củabăng tải là không hạn chế trong phạm vi kéo là 10kN

- Băng tải xoắn vít : có 2 kiểu cấu tạo :

+ Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọnphoi vụn Năng suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80cm

+ Băng tải 2 buồng xoắn: có 2 buồng xoắn song song với nhau, 1 cóchiều xoắn phải, 1 có chiều xoắn trái Chuyển động xoay vào nhau của cácbuồng xoắn được thực hiện nhờ 1 tốc độ phân phối chuyển động

Cả 2 loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng bằng thép hoặcbằng xi măng

d Các loại băng tải đếm và đóng sản phẩm hiện nay.

Đóng hộp và đếm sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụngrất nhiều trong thực tế hiện nay Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sự tậptrung cao và có tính lặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chínhxác trong công việc Chưa kể đến có những phân loại dựa trên các chi tiết kĩthuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra Điều đó sẽ ảnh hưởng trựctiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất Vì vậy, hệ thống tựđộng đóng gói và đếm sản phẩm ra đời là một sự phát triển tất yếu nhằm đápứng nhu cầu cấp bách này

Tùy vào mức độ phức tạp trong yêu cầu, các hệ thống tự động cónhững quy mô lớn, nhỏ khác nhau Tuy nhiên có một đặc điểm chung là chiphí cho các hệ thống này khá lớn, đặc biệt đối với điều kiện của Việt Nam Vìvậy hiện nay đa số các hệ thống đóng sản phẩm tự động đa phần mới chỉ được

áp dụng trong các hệ thống có yêu cầu phức tạp, còn một lượng rất lớn các

doanh nghiệp Việt Nam vẫn sử dụng trực tiếp sức lực con người để làmviệc Bên cạnh các băng chuyền để vận chuyển sản phẩm thì một yêu cầucao hơn được đặt ra đó là phải có hệ thống đếm sản phẩm Còn rất nhiềudạng đóng sản phẩm tùy theo yêu cầu của nhà sản xuất như: Đóng sảnphẩm theo kích thước, theo khối lượng v.v… Vì sản phẩm rất đa dạngnên có nhiều loại băng chuyền khác nhau để đáp ứng các hướng giảiquyết khác nhau cho từng sản phẩm.

Đếm sản phẩm sử dụng cảm biến quang: hộp chứa sản phẩm chạytrên băng chuyền dưới ngang qua cảm biến quang thứ 1 thì tự động dừnglại, động cơ băng chuyền trên sẽ hoạt động đưa sản phẩm vào hộp vàđồng thời đếm đủ số lượng sản phẩm băng chuyền dưới sẽ tự động chạyđưa hộp ra ngoài và hộp tiếp theo sẽ được đưa vào

1.4 Cảm biến màu E3ZM-V

Với thiết kế tiết kiệm không gian.E3ZM-V nhỏ hơn nhiều lần sovới model trước E3M-V, cùng với vỏ kim loại SUS316L đạt tiêu chuẩncấp độ bảo vệ IP69K · Cải thiện quá trình phát hiện các màu khác nhaunhờ đèn LED sáng trắng và bộ lọc tín hiệu RGB · Hệ thống trục quangduy trì chính xác quá trình cảm nhận độ tương phản của đối tượng dichuyển · Cung cấp 2 chế độ học mầu: chế độ học bằng tay và chế độ học

tự động từ xa Thiết kế nhỏ gọn, E3ZM-V giảm đi tới 90% kích thước sovới model OMRON trước Và kích thước chuẩn quốc tế đóng góp vàoviệc lắp đặt tiêu chuẩn hoá kỹ thuật

Hình 2: Cảm biến màu E3ZM-V

Hệ thống trục quang được thiết kế nhỏ gọn

Mặc dù E3ZM-V chỉ có kích thước 11 × 21 × 32 mm.Hệ thống trục quang được dùng ở đây có khuynh hướng thay đổi để thích nghi với đối tượng cảm nhận

Hình 3: Hệ thống trục quang của cảm biến màu Cấp độ bảo vệ IP69K cùng với vỏ kim loại SUS316L (Tuổi thọ cao giống như là

E3ZM)

Hình 4: Cấp độ bảo vệ IP69K

Vỏ cảm biến được xây dựng bằng kim loại chống sự ăn mòn SUS316L và lắp bảo

vệ hiển thị được làm bằng chất PES (polyethersulfone) Hai vật liệu này có độ chống ăn mòn rất cao, rất hiệu quả trong việc làm sạch và tẩy rửa Cấp độ bảo vệ IP69K cho phép E3ZM-V chống lại các chất tẩy xà phòng cùng với nhiệt độ cao,

áp suất nước cao Việc làm này cho phép E3ZM-V hoạt động ở những nơi yêu cầu

có mức vệ sinh cao

Bộ phận cảm biến phát hiện mầu được thiết kế nhỏ gọn và hiệu suất cao.

Hình 5: Bộ phận cảm biến màu

Cải thiện quá trình phát hiện các màu khác nhau và tín hiệu RGB

Sự phát hiện các mầu đơn sắc thường gặp khó khăn trong các model trước đó của OMRON Quá trình học tự động sẽ được chọn với các màu chuẩn

Tín hiệu trả về rất nhanh 50ms với 2 mức tín hiệu ON và OFF

Quá trình học bằng tay và tự động thao tác một cách dễ dàng

Quá trình học bằng tay

Hình 6: Quá trình học cảm biến

Chiếu điểm sáng vào điểm chia và nền của điểm chia sau đó nhấn nút tự học

1.5 Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK

Lâu nay, chúng ta đã quen với việc sử dụng cảm biến siêu âm để phát hiện vậtcản, tuy nhiên điểm yếu của nó là dễ bị nhiễu Để khắc phục điểm yếu trên, đồ án

đã sử dụng một phương pháp phát hiện vật cản khác Đó chính là sử dụng hồngngoại, mà cụ thể hơn là sử dụng cảm biến E18-D80NK thường ứng dụng cho cácđặc tính Robot tránh vật cản, trên các dây chuyền phát hiện sản phẩm, các bộreminder đa chức năng v.v

Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK dùng ánh sáng hồng ngoại để xác

định vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt nhận và phát tiahồng ngoại theo tần số riêng biệt Cảm biến có thể chỉnh khoảng cách hoạt độngthông qua biến trở ở phần cuối thân cảm biến

Thời gian hồi đáp: ~2ms

Nhiệt độ môi trường làm việc: -25oC~50oC

Ngõ ra dạng NPN cực thu hở giúp tùy biến được điện áp ngõ ra, trở treo lên

áp bao nhiêu sẽ tạo thành điện áp ngõ ra bấy nhiêu

Chất liệu vỏ cảm biến: Nhựa

Hiển thị ngõ ra bằng Led

Kích thước: 1.8cm (D) x 7.0cm (L)

Sơ đồ dây

E18-D80NK có cách nối dây tương đối đơn giản:

Màu nâu: VCC, nguồn dương 5VDC

Màu xanh dương: GND, nguồn âm 0VDC

Màu đen: tín hiệu ngõ ra cực thu hở NPN, cần trở treo để tạo mức cao

Hình 8: Sơ đồ chân của E18-D80NK

Cấu tạo máy nén khí Piston:

Hình 9: Cấu tạo của piston

Máy nén khí Piston được cấu thành bởi các chi tiết và cụm chi tiết giữ vị trí, vai trò

và nhiệm vụ khác nhau; chúng không thể thiếu vắng trong quá trình máy nén khí công nghiệp hoạt động Máy nén khí piston với cấu tạo đơn giản, bao gồm xi lanh, piston, cần đẩy, thanh truyền, con trượt, tay quay, van nạp, van xả, phớt,…Dòng máy Piston được chia thành 2 loại:

 Máy nén khí một chiều một cấp: xi lanh, piston, con trượt, thanh truyền, tay quay, van nạp khí , van xả khí, con đẩy…

 Máy nén khí hai chiều một cấp : xi lanh, piston, con đẩy, con trượt, thanhtruyền, tay quay, phớt, van nạp , van xả,bình làm mát

Máy nén khí một cấp một chiều: không khí được hút trực tiếp từ bên ngoài qua bộ

lọc khí đến piston tiến hành nén khí và đẩy ra bình chứa khí nén Khí nén chỉ được nén một lần duy nhất, thanh truyền tay quay được nối với piston giúp piston có thể tịnh tiến

 Khi piston đi sang phải V tăng dần, lúc này P giảm thì van nạp sẽ mở ra, không khí bên ngoài sẽ đi vào bên trong xi lanh để thực hiện quá trình nạp khí

 Và ngược lại, khi piston đi sang trái, không khí trong xi lanh được nén, P tăng, van nạp sẽ đóng, cho đến khi giá trị P tăng cao hơn sức căng lò xo; thì van xả tự động mở, khí nén sẽ đi qua van xả theo đường ống đến bình chứa khí ( hay còn gọi là bình tích áp) Và kết thúc một chu kỳ làm việc

 Sau đó, các quá trình này tiếp tục được lặp đi lặp lại để cung cấp khí nén thúc đẩy các thiết bị khác hoạt động

Hình 10: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của máy nén khí pittong một

chiều, một cấp

Máy nén khí hai cấp một chiều: không khí đi từ môi trường bên ngoài vào máy

nén, đi qua bộ lộc khí đến piston Cả hai đầu xi lanh của máy nén khí piston cả hai đầu xi lanh của máy nén khí piston

 Trường hợp piston đi xuống, thể tích phần không gian phía trên piston lớndần, áp suất P sẽ giảm, van nạp số 7 mở ra, lúc này không khí sẽ được nạpvào phía trên piston Đồng thời, khi piston đi xuống, thể tích dưới piston giảm, P tăng van xả số 8 mở ra, khí theo đường ống qua bình chứa

 Còn trong trường hợp piston đi lên, không gian phía dưới piston lớn dần,

P giảm van nạp số 7 mở ra, không khí được nạp vào xi lanh; đồng thời V phía trên piston nhỏ dần Lúc này, P tăng, van xả số 8 mở ra, khí nén phíatrên piston được nén đẩy vào bình chứa

Hình 11: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của máy nén khí pittong hai cấp,

 Kết cấu gọn, trọng lượng máy nhỏ, chiếm diện tích lắp đặt không lớn,

 Tiện lợi khi tháo lắp các cụm chi tiết,

 Có thể tạo ra áp suất lớn từ 2-1000 kg/cm2 và có thể lớn hơn nữa

 Chính sự phù hợp với các nhu cầu công việc của các đơn vị, tổ chức cá nhân nên dòng máy nén khí piston được bán với doanh số rất cao trên thị trường

Nhược Điểm

 Do có các khối lượng tịnh tiến qua lại nên máy nén khí piston hoạt động không cân bằng, làm việc còn khá ồn và rung động,

 Khí nén cung cấp không được liên tục, do đó phải có bình chứa khí nén đikèm, độ ổn định và độ bền của máy không cao như dòng máy nén khí trụcvít.

Đặc điểm kỹ thuật

 Máy nén khí piston một cấp ở kì nạp, chân không được tạo lập phía trên piston, vì vậy không khí được đẩy vào buồng nén không qua van nạp Van này mở tự động do sự chênh lệch áp suất gây ra bởi chân không ở trên bề mặt piston Khi piston đi xuống tới “ điểm chếch dưới” và bắc đầu

đi lên., không khí đi vào buồng nén do sự mất cân bằng áp suất phía trên

và dưới nên van nạp đóng lại và quá trình nén khí bắt đầu xảy ra Khi áp suất trong buồng nén tăng tới một mức nào đó sẽ làm cho van thoát mở

ra, khí nén sẽ thoát qua van thoát để đi vào hệ thống khí nén

 Cả hai van nạp và thoát thường có lò xo và các van đóng mở tự động do

sự thong khí sự chênh lệch áp suất ở phía của mỗi van

1.5.1 Motor DC

Giới thiệu

Động cơ điện một chiều là máy điện chuyển đổi năng lượng điện một chiều

sang năng lượng cơ (Máy điện chuyển đổi từ năng lượng cơ sang năng lượng điện

là máy phát điện)

Động cơ DC giảm tốc V1 là loại được lựa chọn và sử dụng nhiều nhất hiện

nay cho các mô hình, thiết kế Robot đơn giản Động cơ DC giảm tốc V1 có chấtlượng tương đối cùng với khả năng dễ lắp ráp đem lại sự tiện dụng,

Cấu tạo & Hoạt động

Gồm có 3 phần chính stator (phần cảm), rotor (phần ứng), và phần chỉnh lưu

(chổi than và cổ góp)

- Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu,hay nam châm điện

- Rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều.

- Bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển độngquay của rotor là liên tục

Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển

động quay của rotor

Pha 2: Rotor tiếp tục quay

Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor

cùng dấu, trở lại pha 1

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 VÀ GIAO DIỆN GIÁM SÁT

WINCC 2.1 Giới thiệu chung về PLC S7-1200

Dòng sản phẩm PLC đầu tiên của Siemens là PLC S7-200 Năm 2009, Siemens radòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200 Bộ điều khiển logic khảtrình PLC S7-1200 mang lại tính năng linh hoạt và sức mạnh điều khiển nhiều thiết

bị đa dạng Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh

mẽ khiến cho PLC S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điềukhiển nhiều ứng dụng nhỏ

Module CPU của PLC S7-1200 tích hợp bộ vi xử lý, bộ nguồn, ngõ vào/ra, cổngmạng PROFINET, các bộ đếm tốc độ cao (HSC), các ngõ vào tương tự tạo nênmột bộ điều khiển có tính năng mạnh mẽ

Module CPU cung cấp một cổng PROFINET dành cho việc trao đổi thông tin quamạng PROFINET Một số các module truyền thông mở rộng khác cho phép ghépnối và truyền thông PLC S7-1200 qua mạng PROFIBUS, GPRS, RS485, RS232,IEC, DNP3 và WDC

Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ bangôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIAPortal của Siemens

Phân loại

Có nhiều cách phân loại PLC S7-1200

- Theo bộ vi xử lý, PLC S7-1200 được phân chia thành 5 dòng: CPU 1211C, CPU1212C, CPU1214C, CPU 1215C, CPU 1217C

- Theo nguồn nuôi cung cấp cho CPU, ngõ vào và ngõ ra tích hợp trên CPU:

+ Loại AC/DC/RLY: nguồn nuôi cấp cho CPU là xoay chiều, ngõ vào 1 chiều, ngõ

ra xoay chiều hoặc 1 chiều

+ Loại DC/DC/RLY: nguồn nuôi cấp cho CPU là một chiều, ngõ vào 1 chiều, ngõ

ra xoay chiều hoặc 1 chiều

+ Loại DC/DC/DC: nguồn nuôi cấp cho CPU, ngõ vào, ngõ ra đều là 1 chiều

Ưu điểm và ứng dụng

- Ưu điểm

– Giảm đến 80% số lượng dây nối

– Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp

– Khả năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho việc sửa chữa được nhanh chóng và dễ dàng

– Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình, khi không có các yêu cầu thay đổi các đầu vào ra thì không cần phải nâng cấp phần cứng

– Giảm thiểu số lượng rơle và timer so với hệ điều khiển cổ điển

– Không hạn chế số lượng tiếp điểm sử dụng trong chương trình

– Thời gian để một chu trình điều khiển hoàn thành chỉ mất vài ms, điều này làm tăng tốc độ và năng suất PLC

– Chương trình điều khiển có thể được in ra giấy chỉ trong thời gian ngắn giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống

– Chức năng lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, dễ học

– Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng bảo quản, sửa chữa

– Dung lượng chương trình lớn để có thể chứa được nhiều chương trình phức tạp.– Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

– Dễ dàng kết nối được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, kết nối mạng Internet, các Modul mở rộng

– Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ

– Giá bán cạnh tranh

Đặc trưng của tất cả các dòng PLC bất kì là khả năng có thể lập trình được, chỉ số

IP ở dải quy định cho phép PLC hoạt động trong môi trường công nghiệp khắc

nghiệt, yếu tố bền vững thích nghi, độ tin cậy, tỉ lệ hư hỏng rất thấp, thay thế vàhiệu chỉnh chương trình dễ dàng, khả năng nâng cấp các thiết bị ngoại vi hay mởrộng số lượng đầu vào nhập và đầu ra xuất được đáp ứng tuỳ nghi trong khả năngtrên có thể xem là các tiêu chí đầu tiên cho chúng ta khi nghĩ đến thiết kế phần điềukhiển trung tâm cho một hệ thống hoạt động tự động.

– Điều khiển bơm

– Dây chuyền xử lý hoá học

– Công nghệ sản xuất giấy

– Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh

– Sản xuất xi măng

– Công nghệ chế biến thực phẩm

– Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn

– Dây chuyền lắp giáp Tivi

– Điều khiển hệ thống đèn giao thông

– Quản lý tự động bãi đậu xe

– Hệ thống báo động

– Dây chuyền may công nghiệp

– Điều khiển thang máy

– Dây chuyền sản xuất xe ôtô

– Sản xuất vi mạch

– Kiểm tra quá trình sản xuất

3 Các LED trạng thái dành choI/Otích hợp

4 Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU

2.2.2 Các bảng tín hiệu

Một bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU Người dùng có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự SB kết nối vào phía trước của CPU  SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC) 

SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự

1 Các LED trạng thái trên

SB

2 Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra

2.2.3 Các module tín hiệu

Người dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chức năng Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU.

1 Các LED trạng thái dành cho I/O của module tín hiệu

2 Bộ phận kết nối đường dẫn

3 Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra

2.2.4 Các module truyền thông

Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng

bổ sung vào hệ thống Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485

 CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông

 Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một

CM khác)

1 Các LED trạng thái dành chomodule truyền thông

2 Bộ phận kết nối truyền thông

2.3 Phần mên lập trình TIA Portal V14

Phần mềm SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic chạy hệ điều hành Windows, phần mềm làm nhiệm vụ trung gian giữa người lập trình và PLC

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

 Để PC và SIMATIC S7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quan trọng là các địa chỉ IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau Sau đây là cách tạo một project trên

 Một số thao tác cơ bản khi làm quen với phần mềm

Bước 1: Từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal V14

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

Bước 3: Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn create

Bước 4: Chọn configure a device