mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu

Với những kỹ thuật tiên tiến như vi điều khiển,PLC, vi mạch số… được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, thì các hệ thống điềukhiển cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lý chậm chạp ít chính xác đ

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2

LỜI CAM ĐOAN 3

LỜI CẢM ƠN 4

MỤC LỤC 5

LIỆT KÊ HÌNH VẼ 8

LIỆT KÊ BẢNG 11

TÓM TẮT 12

Chương 1 TỔNG QUAN 13

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 13

1.2 MỤC TIÊU 14

1.3 NỘi DUNG NGHIÊN CỨU 14

1.4 GIỚI HẠN 14

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15

2.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU 15

2.2 GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI CẢM BIẾN 15

2.2.1 Đinh nghĩa 15

2.2.2 Phân loại tính chất và phạm vi sử dụng của các loại cảm biến 16

2.3 NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG NHẬN DẠNG VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU 18

2.3.1 Phương án 1 18

2.3.2 Phương án 2 19

2.4 LẬP TRÌNH PLC VÀ SCADA 19

2.4.1 Lý thuyết PLC 19

2.4.2 Phương pháp lập trình điều khiển 21

2.4.3 TIA Portal – Phần mềm lập trình PLC 22

2.4.4 WinCC - Phần mềm xây dựng giao diện điều khiển HMI 22

2.4.5 SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) 24

2.4.5.1 Giao thức truyền thông TCP/IP 24

2.4.5.2 Ethernet 25

3.1.1 Sơ đồ khối của mô hình Scada cho hệ thống phân loại sản phẩm sử

dụng PLC S7-1200 27

3.1.2 Quy trình hoạt động của mô hình Scada cho hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng PLC S7-1200 28

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 30

3.2.1 Lựa chọn thiết bị 30

3.2.1.1 Giới thiệu về PLC S7 1200 (Programmable Logic Control) 30

3.2.1.2 Phần mềm và ngôn ngữ lập trình PLC S7-1200 38

3.2.1.3 Cảm biến phân biệt màu 40

3.2.1.4 Cảm biến vật cản hồng ngoại NPN E3F- DS30C4 46

3.2.1.5 Solenoid khí nén SY3120-5LZ-M5-F2 47

3.2.1.6 Xy lanh khí nén SMC CJ2B16-100 49

3.2.1.7 Băng tải 50

3.2.1.8 Tủ điện 51

3.2.1.9 Cầu dao tự động C10-Chint 2 pha 51

3.2.1.10 Rờ le trung gian 52

3.2.1.11 Nút nhấn siêu khẩn 53

3.2.1.12 Công tắc xoay 54

3.2.1.13 Nút nhấn 55

3.2.1.14 Đèn báo 56

3.2.1.15 Bộ nguồn 24VDC 57

3.2.2 Phầm mềm sử dụng 59

3.2.2.1 Tổng quan về SCADA 59

3.2.2.2 Visual Studio và ngôn ngữ C# 59

3.2.2.3 Microsoft SQL Server 2014 60

Chương 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 62

4.1 GIỚI THIỆU 62

4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 62

4.2.1 Thi công băng tải 62

4.2.2 Thi công tủ điện 64

4.2.3 Lập trình PLC 65

4.2.4 Lập trình điều khiển và giám sát hệ thống SCADA 69

4.2.5 Thiết kế giao diện và quản lý Database 70

Chương 5 KẾT QUẢ THỰC HIỆN 72

5.1 MÔ HÌNH THỰC TẾ 72

2

5.2 WEBSITE CẬP NHẬT DƯ LIỆU 72

5.3 GIAO DIỆN SCADA ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRÊN WINCC RUNTIME 76

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 77

6.1 KẾT LUẬN 77

6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

PHỤ LỤC 79

CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 83

LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Tra

Hình 2.1: Tác động ngõ vào ngõ ra của cảm biến 14

Hình 2.2: Hệ thống điều khiển tự động quá trình 14

Y Hình 3.1: Sơ đồ khối chức năng của hệ thống 26

Hình 3.2: Lưu đồ hoạt động của hệ thống 27

Hình 3.3: Cấu tạo bên ngoài của PLC S7-1200 30

Hình 3.4: Giao diện Tia Portal V13(portal view) 37

Hình 3.5: Giao diện Tia Portal V13(Project view) 38

Hình 3.6: Các yếu tố sơ đồ mạch 39

Hình 3.7: Thông tin của CZ-V21A 41

Hình 3.8: Kết nối mạch điện ngõ ra cho CZ-V21A 42

Hình 3.9: Kết nối mạch điện ngõ vào cho CZ-V21A 42

Hình 3.10: Đầu cảm biến CZ-H32S 43

Hình 3.11: Cấu tạo nội bộ của đầu cảm biến CZ-H32S 43

Hình 3.12: Nhận biết chính xác mục tiêu nhờ nguồn sáng ba màu sắc 44

Hình 3.13: : Nhận biết chính xác sự thay đổi ị trí nhờ nguồn sáng ba màu sắc 44

Hình 3.14: Cảm biến phát hiện vật cản 45

Hình 3.15: Sơ đồ nối dây cho cảm biến phát hiện vật cản 46

Hình 3.16: Solenoid khí nén SY3120-5LZ-M5-F2 46

Hình 3.17: Kích thước của solenoid SY3120-5LZ-M5-F2 47

Hình 3.18: Xi lanh khí nén dòng SMC CJ2B16-100 48

Hình 3.19: Băng tải của hệ thống 49

Hình 3.20: Gối đỡ vòng bi, dây đai băng tải và động cơ DC Geared TG-85E-CH 50

Hình 3.21: Tủ điện 50

Hình 3.22: Cầu dao tự động C10-Chint 50

Hình 3.23: Rờ le trung gian hãng Omron LY2N 51

Hình 3.24: Cấu tạo của rờ le trung gian LY2N 52

Hình 3.25: Nút nhấn siêu khẩn 52

Hình 3.26: Cấu tạo nút nhấn siêu khẩn 53

Hình 3.27: Công tắc xoay 53

Hình 3.28: Kích thước công tắc xoay 54

Hình 3.29: Nút nhấn Start và Stop 54

Hình 3.30: Kích thước nút nhấn 55

Hình 3.31: Đèn báo 55

Hình 3.32: Bộ nguồn 24VDC 56

Hình 3.33: Sơ đồ nối dây PLC và các thiết bị ngoại vi 57

Hình 4.1: Gia công Rulo 52

Hình 4.2: Khung băng tải 53

Hình 4.3: Thiết kế gối đỡ vòng bi 53

Hình 4.4: Bộ điều chỉnh độ co giãn của băng tải 53

Hình 4.5: Hoàn thiện băng tải 54

Hình 4.6: Thi công tủ điện và các thiết bị ngoại vi 54

4

Hình 4.7: Hoàn thành tủ điện 55

Hình 4.8: Khâu cấp phôi 55

Hình 4.9: Khâu xử lý và phân loại sản phẩm có màu 1 56

Hình 4.10: Khâu xử lý và phân loại sản phẩm có màu 2 57

Hình 4.11: Khâu xử lý và phân loại sản phẩm có màu 3 58

Hình 4.12: Giao diện SCADA 59

Hình 4.13: Thông tin về bảng các loại sản phẩm 60

Hình 4.14: Thông tin các sản phẩm được cập nhật tạm thời 60

Hình 5.1: Hoàn thiện mô hình thực tế 62

Hình 5.2: Giao diện Home trên website 63

Hình 5.3: Giao diện Giới thiệu tổng thể 65

Hình 5.4: Giao diện Cập nhật thông tin 65

Hình 5.5: Giao diện Truy vấn thông tin 66

Hình 5.6: Giao diện Scada trên Wincc Runtime 66

LIỆT KÊ BẢNG

Bảng Tra

Bảng 2.1: Nguyên lý chuyển đổi đáp ứng và kích thích 14

Bảng 2.2: Phân loại bộ cảm biến theo dạng kích thích 15

Bảng 2.3: Phân loại các bộ cảm biến theo tính năng 15

Bảng 2.4: Phạm vi sử dụng các bộ cảm biến 16

Y Bảng 3.1: Thông tin về CPU 1214C 23

Bảng 3.2: Khối hàm bộ định thì, bộ đếm của PLC S7-1200 24

Bảng 3.3: Kiểu dữ liệu của PC S7-1200 27

Bảng 3.4: Bảng phân loại vùng nhớ PLC S7-1200 29

Bảng 3.5: Ba chế độ phát hiện của CZ-V21A 33

Bảng 3.6: Thông số kỹ thuật của đầu thu CZ-H32S 37

Bảng 4.1: Địa chỉ PLC của khâu cấp phôi 56

Bảng 4.2: Địa chỉ PLC của khâu phân loại sản phẩm có màu 1 57

Bảng 4.3: Địa chỉ PLC của khâu phân loại sản phẩm có màu 3 58

Bảng 4.4: Địa chỉ PLC của khâu phân loại sản phẩm có màu 3 59

Bảng 4.5: Bảng chú thích giao diện SCADA 60

Bảng 4.6: Câu lệnh trong SQL và ý nghĩa 61

6

TÓM TẮT

Ngày nay trong quá trình công nghệp hóa hiện đại hóa, với sự xuất hiện của cuộccách mạng công nghiệp 4.0 kéo theo đó là sự phát triển và đa dạng các loại hàng hóavật phẩm Chính vì thế phân loại sản phẩm là một công đoạn hết sức quan trọng và rấtphổ biến trọng các dây chuyền nhà máy Đối tượng sản phẩm cũng như tiêu chí phânloại rất đa dạng như phân loại theo khối lượng, kích thước, hình dáng, từ tính… Cùngvới cơ cấu cung cấp sản phẩm, cơ cấu chấp hành khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu thựctế

Nghiên cứu, thiết kế mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc là nội dung chủchốt được trình bày xuyên suốt trong báo cáo này

Bộ điều khiển trung tâm của mô hình này sử dụng trạm PLC S71200 CPU 1214DC/DC/DC với giá thành hợp lý, tính năng ưu việt, nhỏ gọn tiện lời, hỗ trợ truyềnthông mạng profinet Mô hình được thiết kế đơn giản, xử lý nhận dạng màu bằng cảmbiến tuy nhiên giải pháp của mô hình cũng đã giải quyết được một số yêu cầu điềukhiển và quản lý đặt ra Tạo tiền đề để nghiên cứu sâu hơn, nâng cấp, chế tạo các hệthống phân loại phức tạp và hiện đại hơn

Chương 1 TỔNG QUAN

.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay, với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật cũng với đó là cuộccách mạng khoa học công nghệ 4.0, điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọngtrong mọi lĩnh vực khoa học, quản lý, công nghiệp, tự động hóa, công nghệ thôngtin… Do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó 1 cách hiệu quả nhằm góp phầnvào sự phát triển của nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển

kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng Với những kỹ thuật tiên tiến như vi điều khiển,PLC, vi mạch số… được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, thì các hệ thống điềukhiển cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lý chậm chạp ít chính xác được thay thế bằng các hệthống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước

Trong quá trình hoạt động ở các nhà xưởng, xí nghiệp hiện nay, việc tiết kiệmđiện năng là nhu cầu rất thiết yếu, bên cạnh đó ngành công nghiệp ngày càng phát triểncác công ty xí nghiệp đã đưa tự động hóa vào sản xuất để tiện cho việc quản lý dâychuyền và sản phẩm cho toàn bộ hệ thống một cách hợp lý là yêu cầu thiết yếu, tiếtkiệm được nhiều thời gian cũng như quản lý một cách dễ dàng Để đáp ứng yêu cầu

đó, nhóm chúng em đã tiến hành nghiên cứu tài liệu, thiết kế và thi công mô hình hệthống phân loại sản phẩm theo màu

Phân loại sản phẩm là một công đoạn quan trọng trong dây chuyền tự động củacác nhà máy sản xuất trong công nghiệp, giúp tăng độ hiệu suất làm việc, tăng độchính xác và tiết kiệm chi phí nhân công

Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng rất nhiều trong thực tếtrong các dây chuyền sản xuất gạch, ngói, phân loại các sản phẩm nhựa, chế biến nôngsản (táo, cà chua, cà phê….), phát hiện sản phẩm lôi, sản phẩm thiếu các chi tiết…

Đề tài mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu đã được nghiên cứu vàphát triển từ rất lâu, rất nhiều hệ thống được nghiên cứu rất chất lượng và thẩm mỹ.Tuy nhiên, nhóm quyết định làm lại đề tài với sự tối ưu thiết kế và nâng cao khả năngđiều khiển trên Scada, internet và quản lý dữ liệu database trên SQL

lý và bảo trì hệ thống theo định kỳ.

.3 NỘi DUNG NGHIÊN CỨU

Liệt kê các nội dung chính sẽ được thực hiện trong đề tài ví dụ:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Tính toán và thiết kế

Chương 4: Thi công hệ thống

Chương 5: Kết quả thực hiện

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Ch ương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ng 2 C S LÝ THUY T Ơ SỞ LÝ THUYẾT Ở LÝ THUYẾT ẾT

.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU

Hệ thống phân loại sản phẩm bao gồm 3 phần chính:

- Phần thứ nhất: Khối xử lý nhận dạng và ra quyết định, gồm một hệ thống cảm biến gắn

trên băng chuyền Khi sản phẩm đi qua cảm biến màu, cảm biến sẽ nhận biết màu vàchuyển cho phần mềm (code) để phân loại Phần mềm này sẽ thực hiện nhận dạng và

ra quyết định sản phẩm thuộc loại màu nào

- Phần thứ hai: Khối xử lý tín hiệu hỏi đáp, điều khiển và giao tiếp giữa người với máy

gồm bàn phím, màn hình và các nút điều khiển

- Phần thứ ba: Khối cơ cấu cơ khí chấp hành đó là một băng chuyền có máng được đặt

nối tiếp băng chuyền Trên băng chuyền có ba vị trí phân loại ứng với mỗi vật có màu

đó Khi bộ xử lý nhận dạng và ra quyết định sản phẩm thuộc loại màu nào, sản phẩm

sẽ được hệ thống đưa đến thùng chứa được định trước về màu sắc, các sản phẩm lỗi sẽđược đưa về thùng chứa nằm cuối băng chuyền

.2 GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI CẢM BIẾN

.2.1 Đinh nghĩa

Trong các hệ thống đo lường điều khiển, mọi quá trình đều được đặc trưng bởi cácbiến trạng thái như: nhiệt độ, áp suất, tốc độ, moment, … Các biến trạng thái nàythường là các đại lượng không điện nhằm mục đích điều chỉnh, điều khiển các quátrình Ta cần thu thập thông tin, đo đạc, theo dõi sự biến thiên của các biến trạng tháitrong quá trình Các bộ cảm biến thực hiện chức năng này, chúng thu nhận và đáp ứngcác tín hiệu sau đó đưa tín hiệu về bộ xử lý trung tâm để điều khiển hệ thống

Các bộ cảm biến thường được định nghĩa theo nghĩa rộng là thiết bị cảm nhận, đápứng các tín hiệu và kích thích

Trong thế giới tự nhiên, các cơ thể sống thường đáp ứng các tín hiệu bên ngoài cóđặc tính điện hóa, dựa trên cơ sở trao đổi các ion, ví dụ như hoạt động của hệ thầnkinh Trong các quá trình đo lường điều khiển, thông tin được truyền tải và xử lý dướidạng điện, nhờ truyền tải của các linh kiện điện tử liên kết với nhau

Theo mô hình mạch, ta có thể coi cảm biến như một mạng hai cửa, trong đó ngõvào là biên trạng thái cần đo X và ngõ ra là đáp ứng Y của bộ cảm biến Với ngõ vàokích thích X.

Hình 2.1: Tác động ngõ vào ngõ ra của cảm biến

Hình 2.2: Hệ thống điều khiển tự động quá trình

.2.2 Phân loại tính chất và phạm vi sử dụng của các loại cảm biến

Hiện tượng Chuyển đổi ngõ ra và ngõ vào

Quang điện Quang từ Quang đàn hồi Nhiệt điện Nhiệt từ

Từ điện

Biến đổi điện hóa Phân tích phổ

Biến đổi vật lý Hiệu ứng trên cơ thể sống

Phân tích phổ

Bảng 2.1: Nguyên lý chuyển đổi đáp ứng và kích thích

12

Kích thích Các đặc tính của kích thích

Điện thế, điện áp Điện trường, điện dẫn Hằng số điện môi

Áp suất Gia tốc, vận tốc

Độ cứng, mô men Khối lượng, tỉ trọng Vận tốc lưu chất, độ nhớt

Thông lượng Nhiệt dung

Tỉ nhiệt

Phổ Tốc độ truyền sóng

Bảng 2.3: Phân loại các bộ cảm biến theo tính năng

Công nghiệp Nghiên cứu khoa học Môi trường, khí tượng Thông tin viễn thông Nông nghiệp Dân dụng Giao thông

.3.1 Phương án 1

Sử dụng cảm biến màu (color sensor)

Tùy loại cảm biến màu sử dụng mà nhận dạng được một hay nhiều màu, ứng vớimàu mà cảm biến đã được cài trước đó thì cảm biến sẽ phát ra tín hiệu

Nguyên lý hoạt động của cảm biến: trong ba màu đỏ/lục/lam mỗi màu tương ứng có

độ phản xạ lại cũng có độ phản xạ ánh sáng khác nhau, khi nguồn sang rọi vào ánhsang phản xạ lại cũng có độ mạnh yếu khác nhau, từ sự chênh lệch đó quang trở sẽnhận được những giá trị khác nhau, qua bộ khuếch đại sẽ cho ra tín hiệu với mỗi màutương ứng

14

.3.2 Phương án 2

Ngoài ra, trên thực tế hiện nay người ta còn sử dụng công nghệ hiện đại hơn như là

xử lý ảnh sử dụng camera để thu vào dữ liệu màu sau đó sử dụng bộ lọc của matlab vàcác phần mềm liên quan đến xử lý ảnh để xử lý hình ảnh

.4 LẬP TRÌNH PLC VÀ SCADA

.4.1 Lý thuyết PLC

Năm 1642, Pascal đã phát minh ra máy tính cơ khí dùng bánh răng Đến năm

1834 Babbage đã hoàn thiện máy tính cơ khí "vi sai" có khả năng tính toán với độ chính xác tới 6 con số thập phân

Năm 1808, Joseph M Jaquard đã dùng các lỗ trên tấm bìa thẻ kim loại mỏng, sắp xếp chúng trên máy dệt theo nhiều chiều khác nhau để điều khiển máy dệt tự động thực hiện các mẫu hàng phức tạp

Trước năm 1904, Hoa Kỳ và Đức đã sử dụng mạch rơle để triển khai chiếc máy tính điện tử đầu tiên trên thế giới

Năm 1943, Mauhly và Ackert chế tạo "cái máy tính" đầu tiên gọi là "máy tính

và tích phân số điện tử" viết tắt là ENIAC Máy có: 18.000 đèn điện tử chân không, 50000 mối hàn thủ công, chiếm diện tích 1613 ft2, công suất tiêu thụ điện

174 kW, 6000 nút bấm, khoảng vài trăm phích cắm

Chiếc máy tính này phức tạp đến nỗi chỉ mới thao tác được vài phút lỗi và hưhỏng đã xuất hiện Việc sữa chữa lắp đặt lại đèn điện tử để chạy lại phải mất đến

cả tuần Chỉ tới khi áp dụng kỹ thuật bán dẫn vào năm 1948, đưa vào sản xuấtcông nghiệp một thời gian sau thì những máy tính điện tử lập trình lại mới đượcsản xuất và thương mại hoá Sự phát triển của máy tính cũng kèm theo kỹ thuậtđiều khiển tự động

- Mạch tích hợp điện tử - IC - năm 1959

- Mạch tích hợp gam rộng - LSI - năm 1965

- Bộ vi xử lý - năm 1974

- Dữ liệu chương trình - điều khiển

- Kỹ thuật lưu giữ

Những phát minh này đã đánh dấu một bước rất quan trọng và quyết địnhtrong việc phát triển ồ ạt kỹ thuật máy tính và các ứng dụng của nó như PLC,CNC, lúc này khái niệm điều khiển bằng cơ khí và bằng điện tử mới được phânbiệt.

Đến cuối thế kỷ 20, người ta dùng nhiều chỉ tiêu để phân biệt các loại kỹthuật điều khiển, bởi vì trong thực tế sản xuất đòi hỏi điều khiển tổng thểnhững hệ thống máy tính chứ không điều khiển đơn lẻ từng máy

PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình

được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông quamột ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tựcác sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác độngvào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện đượcđếm PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế PLC hoạt động theophương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào Khi có sự thay đổi ở đầu vàothì đầu ra sẽ thay đổi theo Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay StateLogic

Sự ra đời của hệ điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển cũngnhư các quan niệm thiết kế về chúng, hệ điều khiển dùng PLC có nhiều ưu điểm nhưsau:

- Giảm 80% số lượng dây nối

- Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp

- Có chức năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho công tác sửa chữa được nhanh chóng và dễ dàng

- Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình (máy tính, màn hình) mà không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt các thiết bị vào, ra

- Số lượng rơle và timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển Số lượng tiếpđiểm trong chương trình sử dụng không hạn chế

- Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài ms) dẫn đến tăngcao tốc độ sản xuất

- Chương trình điều khiển có thể in ra giấy chỉ trong vài phút giúp thuận tiện

16

cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống.

- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa

- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp

- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các Module mở rộng Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ Giá cả có thể cạnh tranh được

Đặc trưng của PLC là khả năng có thể lập trình được, chỉ số IP ở dãy quy định chophép PLC hoạt động trong môi trường khắc nghiệt công nghiệp, yếu tố bền vững thíchnghi, độ tin cậy, tỉ lệ hư hỏng rất thấp, thay thế và hiệu chỉnh chương trình dễ dàng,khả năng nâng cấp các thiết bị ngoại vi hay mở rộng số lượng đầu vào nhập và đầu

ra xuất được đáp ứng tuỳ nghi trong khả năng trên có thể xem là các tiêu chí đầu tiêncho chúng ta khi nghĩ đến thiết kế phần điều khiển trung tâm cho một hệ thống hoạtđộng tự động

Từ các ưu điểm nêu trên, hiện nay PLC đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnhvực khác nhau trong công nghiệp như: Hệ thống nâng vận chuyển, dây chuyền đónggói, các robot lắp giáp sản phẩm, điều khiển bơm, chuyền xử lý hoá học, công nghệsản xuất giấy v.v

Khi tính đến giá cả của PLC thì không thể không kể đến giá của các bộ phận phụkhông thể thiếu như thiết bị lập trình, máy in, băng ghi cả việc đào tạo nhân viên kỹthuật Nói chung những phần mềm để thiết kế lập trình cho các mục đích đặc biệt làkhá đắt

Ngày nay nhiều hãng chế tạo PLC đã cung cấp trọn bộ đóng gói phần mềm đãđược thử nghiệm, nhưng việc thay thế, sửa đổi các phần mềm là nhu cầu không thểtránh khỏi, do đó, vẫn cần thiết phải có kỹ năng phần mềm

Phân bố giá cả cho việc lắp đặt một PLC thường như sau:

- 50% cho phần cứng của PLC

- 10% cho thiết kế khuôn khổ chương trình

- 20% cho soạn thảo và lập trình

- 15% cho chạy thử nghiệm

- 5% cho tài liệu

Việc lắp đặt một PLC tiếp theo chỉ bằng khoảng 1/2 giá thành của bộ đầu tiên, nghĩa là hầu như chỉ còn chi phí phần cứng.

.4.2 Phương pháp lập trình điều khiển

Khác với phương pháp điều khiển cứng, trong hệ thống điều khiển có lập trình,cấu trúc bộ điều khiển và cách đấu dây độc lập với chương trình

Chương trình định nghĩa hoạt động điều khiển được viết nhờ sự giúp đỡ của mộtmáy vi tính

Để thay đổi tiến trình điều khiển, chỉ cần một thay đổi nội dung bộ nhớ điều khiển, chứ không cần thay đổi cách nối dây bên ngoài Qua đó, ta thấy được ưu điểm của phương pháp điều khiển lập trình được so với phương pháp điều khiển cứng Do đó, phương pháp này được sử dụng rất rộng rãi trong lĩnh vực điều khiển vì nó rất mềm dẻo…

.4.3 TIA Portal – Phần mềm lập trình PLC

TIA Portal là một phần mềm tích hợp của hãng Siemens, cung cấp cho ngườidùng quyền truy cập không giới hạn đến các dịch vụ tự động hóa của hãng, nó là sựkết hợp của các phần mềm lập trình PLC, thiết kế HMI và xây dựng hệ thống giám sátSCADA trên WinCC TIA Portal còn giúp cho người sử dụng tiết kiệm được thời gian

và tránh việc sai sót biến khi lập trình, tạo nên một hệ thống tổng quan cho người lậptrình với sự tích hợp công cụ mô phỏng đi kèm

TIA Portal được hãng đánh giá rất cao về sự hoàn hảo để tự động hóa cho doanhnghiệp, bổ sung và hoàn thiện các dịch vụ cho các công ty trên con đường bước đếnnền công nghiệp 4.0

TIA Portal tích hợp các phần mềm bao gồm: lập trình PLC Simatic Step-7, thiết

kế giao diện với Simatic WinCC, S7 PLC SIM giải pháp có khả năng mở rộng cao, độlinh hoạt tốt và độ tin cậy cao Nó phù hợp với các ứng dụng giám sát và điều khiển tựđộng hoá trong công nghiệp Bên cạnh đó, nó đáp ứng mọi yêu cầu của các trạm điềukhiển độc lập và các hệ thống giám sát dự phòng Trong đề tài này TIA Portal là phầnmềm chính dùng để lập trình PLC, thiết kế giao diện HMI và thiết kế giao diệnWinCC

.4.4 WinCC - Phần mềm xây dựng giao diện điều khiển HMI

18

WinCC Scada không còn là khái niệm mới mẽ nhưng việc vận dụng thành thạo cáccông cụ của WinCC thì còn rất nhiều ứng dụng mà vẫn chưa sử dụng hết.

Phần mềm WinCC của Siemens là một phần mềm chuyên dụng để xây dựng giaodiện điều khiển HMI (Human Machine Interface) cũng như phục vụ việc xử lý và lưutrữ dữ liệu trong một hệ thống SCADA (Supervisory Control and Data Aquisition)thuộc chuyên ngành tự động hóa

Phần mềm WinCC của Siemens là một phần mềm chuyên dụng để xây dựnggiao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) cũng như phục vụ việc xử lý vàlưu trữ dữ liệu trong một hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition)thuộc chuyên ngành tự động hóa

WinCC là chữ viết tắt của Windows Control Center (Trung tâm điều khiển chạytrên nền Windows), nói cách khác, nó cung cấp các công cụ phần mềm để thiết lậpmột giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành của Microsoft nhưWindows NT hay Windows 2000, XP, Vista 32bit (Not SP1) Trong dòng các sảnphẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành và giám sát, WinCC thuộc thứ hạngSCADA (SCADA class) với những chức năng hữu hiệu cho việc điều khiển

WinCC kết hợp các bí quyết của Siemens, công ty hàng đầu trong tự động hóaquá trình, và năng lực của Microsoft, công ty hàng đầu trong việc phát trỉên phần mềmcho PC Ngoài khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống có quy mô lớn nhỏkhác nhau, WinCC còn có thể dễ dàng tích hợp với những ứng dụng có quy mô toàncông ty như việc tích hợp với những hệ thống cấp cao như MES (ManufacturingExcution System - Hệ thống quản lý việc thực hiện sản suất) và ERP (EnterpriseResource Planning) WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ sở quy mô toàn cầu nhờ hệthống trợ giúp của Siemens có mặt khắp nơi trên thế giới Ở Việt Nam hệ thống củaSiemens được tài trợ đưa vào hệ đào tạo chính thức

WinCC hỗ trợ tối đa về các hệ thống giám sát cho dòng sản phẩm của Simens:

+ Trạm điều khiển giám sát trung tâm: là một hay nhiều máy chủ trung tâm

(Central host computer server).

+ Trạm thu thập dữ liệu trung gian: Là các khối thiết bị vào ra đầu cuối từ xa

RTU (Remote Terminal Units) hoặc là các khối điều khiển logic khả trình PLC

(Programmale Logic Controllers) có chức năng giao tiếp với các thiết bị chấp hành

(cảm biến cấp trường, các hộp điều khiển đóng cắt và các van chấp hành…

+ Hệ thống truyền thông: bao gồm các mạng truyền thông công nghiệp, các

thiết bị viễn thông và các thiết bị chuyển đổi dồn kênh có chức năng truyền dữ liệu cấptrường đến các khối điều khiển và máy chủ

+ Giao diện người - máy HMI (Human - Machine Interface): Là màn hình giao

diện giữa người và máy, một hệ thống dùng để giao tiếp trao đổi thông tin qua lại giữangười và hệ thống dưới nhiều hình thức HMI cho phép người dùng theo dõi và ra lệnhđiều khiển toàn bộ hệ thống Ngoài ra, HMI còn được hổ trợ giao diện đồ họa giúp chongười dung có cách nhìn trực quan linh động về hệ thống

.4.5 SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)

SCADA được hiểu theo nghĩa truyền thống là một hệ thống điều khiển giám sát

và thu thập dữ liệu Khi nói về SCADA ta sẽ nói đến các thiết bị thu thập dữ liệu từmôi trường xung quanh (Sensor), những dữ liệu thu thập được sẽ chuyển đến các PLC(bộ điều khiển) đến đây dữ liệu được xử lý thông qua các phương thức truyền thôngđến PC (Computer) xem và điều khiển, giám sát thông qua máy tính, giao diện ngườimáy HMI…

Một số chức năng cơ bản của hệ thống SCADA: Điều khiển, hiển thị, cảnh báo, lưu trữ, in ấn,

Cấu trúc một hệ SCADA có các thành phần cơ bản bao gồm:

.4.5.1 Giao thức truyền thông TCP/IP

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) là kết quả nghiên cứu

và phát triển giao thức trong mạng chuyển mạch gói thử nghiệm mang tên Arpanet doARPA thuộc bộ quốc phòng Mỹ tài trợ TCP/IP dùng để chỉ một tập giao thức vàtruyền thông được công nhận thành chuẩn Internet TCP/IP đã được ứng dụng trongnhiều lĩnh vực, trong đó có cả mạng truyền thông công nghiệp

Kiến trúc của giao thức truyền thông TCP/IP gồm nhiều lớp, mỗi lớp lại cónhững nhiệm vụ phục vụ cho riêng mục đích trao đổi dữ liệu

Nếu tách riêng TCP và IP thì đó là những chuẩn giao thức riêng về truyền thôngtương đương với lớp vận chuyển và lớp mạng trong mô hình OSI Nhưng người tadùng TCP/IP như một mô hình truyền thông ra đời trước khi có chuẩn OSI:

20

 Lớp ứng dụng: Lớp ứng dụng h trợ các chức năng cần thiết cho các ứng dụngkhác nhau, m i ứng dụng sẽ cần một modul riêng biệt, cụ thể như: FTP (File TransferProtocol) chuyển giao dữ liệu, TELNET làm việc với trạm chủ từ xa, SMTP (SimpleMail Transfer Protocol) chuyển thư điện tử, SNMP (Simple Network ManagementProtocol) cho quản trị mạng và DNS (Domain Names Service) phục vụ quản lý và tracứu địa chỉ Internet.

 Lớp vận chuyển: Cơ chế đảm bảo dữ liệu được vận chuyển một cách đáng tincậy hoàn toàn không phụ thuộc vào đặc tính của ứng dụng sử dụng dữ liệu Vì vậy cơchế này được xếp vào một lớp độc lập để tất cả các ứng dụng có thể sử dụng chung

Có thể nói, TCP là giao thức tiêu biểu và sử dụng nhiều nhất cho chức năng trên, htrợ trao đồi dữ liệu trên cơ sở dịch vụ có nối Bên cạnh đó, giao thức UDP (Userdata protocol) cũng được sử dụng cho lớp vận chuyển UDP cung cấp dịch vụ khôngnối cho việc vận chuyển dữ liệu mà không đảm bảo tuyệt đối dữ liệu đến đích và trình

tự đến đích của các gói dữ liệu

 Lớp Internet: Lớp internet có nhiệm vụ chuyển giao dữ liệu giữa nhiều mạngđược liên kết với nhau Giao thức IP được sử dụng ở lớp này Giao thức IP khôngnhững thực hiện ở các thiết bị đầu cuối mà còn ở các router Một router chính là mộtthiết bị xử lý giao thức dùng để liên kết hai mạng, có chức năng chuyển dữ liệu từmạng này sang mạng khác

 Lớp truy nhập mạnh: Lớp truy nhập mạng liên quan đến việc trao đổi dữ liệugiữa hai trạm thiết bị trong một mạng dữ liệu Các chức năng của lớp này bao gồm:Kiểm soát truy nhập môi trường truyền dẫn, kiểm l i và lưu thông dữ liệu

Lớp vật lý: Lớp vật lý đề cập tới giao tiếp vật lý giữa một thiết bị truyền dữ liệuvới môi trường truyền dữ liệu hay mạng trong đó có các đặc tính: tín hiệu, chế độtruyền, tốc độ truyền và cơ cấu cơ học các phích cắm, giắc cắm

dữ liệu của giao thức này được chia làm hai lớp con là: LLC (Logical Link Control)

và MAC (Medium Access Control), trong đó LLC là lớp vật lý Hiện nay chuẩnEthernet đang dùng là IEEE 802.3

 Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn: Cấu trúc mạng vật lý có thể là đườngthẳng và hình sao tùy theo phương tiện truyền dẫn Trong truyền dẫn Ethernet thường

sẽ dụng các loại cáp như sau: 10BASE5 (Cáp đồng trục dày, dài tối đa 500m, số trạmtối đa là 10), 10BASE2 (Cáp đông trục mỏng, độ dài tối đa là 200m, số trạm tối đa là

20 trạm), 10BASET (đôi dấy xoắn, độ dài tối đa là 100m, số trạm tối đa 1024 mạng),10BASEF (Cáp quang, độ dài tối đá 2000m, số trạm tối đa: 1024)

 Cơ chế giao tiếp: Sự phổ biến của Ethernet là nhờ tính năng mở của nó.

Thứ nhất, Ethernet chỉ quy định lớp vật lý và lớp MAC nên cho phép các hệ thốngkhác nhau tùy ý thực hiện các giao thức và dịch vụ phía trên Thứ hai, phương pháptruy nhập ngẫu nhiên không yêu cầu các trạm phải biết cấu hình mạng nên có thể bổsung hoặc tách một trạm ra khỏi mạng mà không làm ảnh hưởng tới phần còn lại Thứ

ba, việc chuẩn hóa sớm giúp cho các nhà cung cấp sản phẩm thực hiện dễ dàng hơn.Trong Ethernet, không kể đến các bộ chia và bộ chuyển mạch thì tất cả các trạm đều

có vai trò bình đẳng như nhau Mỗi trạm có địa chỉ Ethernet riêng biệt, việc thực hiệngiao tiếp giữa các mạng sử dụng các giao thức như: NetBUI, IPX/SPX hoặc TCP/IP.Tùy theo giao thức cụ thể, căn cước (tên, địa chỉ) của bên gửi và bên nhận sẽ đượcdịch sang địa chi Ethernet trước khi đến lớp MAC Bên cạnh giao tiếp tay đôi, Ethernetcòn h trợ phương thức giao tiếp đồng loạt (multicast và broadcast) Multicast gửi thôngbáo đến một số các mạng, trong khi đó Broadcast gửi thông báo đến tất cả các trạm

22

Chương 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

.1 YÊU CẦU ĐIỀU KHIỂN

.1.1Sơ đồ khối của mô hình Scada cho hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng PLC S7-1200

24

Hình 3.1: Sơ đồ khối chức năng của hệ thống

.1.2 Quy trình hoạt động của mô hình Scada cho hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng PLC S7-1200

Hình 3.2: Lưu đồ hoạt động của hệ thống

Những tính toán ban đầu:

- Một băng tải dài khoảng 1 mét và động cơ kéo băng tải

- Khung băng tải

- Bốn cảm biến hồng ngoại phát hiện vật

- Bốn solenoid và bốn xilanh

- Trụ cấp phôi

- Cảm biến màu CZ-V21A

- Và các thiết bị liên quan….

Mô tả quy trình hoạt động:

Trạng thái ban đầu khi chưa nhấn Start thì băng tải, đèn Start, đèn Stop, các cảmbiếm và solenoid đều không hoạt động Khi nhấn Start, băng tải chạy, đèn sáng và chophép các lệnh phía sau thực hiện

Tiếp theo, phôi được cấp từ ống cấp phôi với một cảm biến và một xilanh, phôi dichuyển theo băng tải đến vị trí của đầu thu cảm biến màu, từ đầu thu này dữ liệu vềmàu của phôi sẽ được gửi về bộ khuếch đại và xử lý tín hiệu màu

Từ bộ khuếch đại và xử lý tín hiệu màu, các tín hiệu màu sau khi đã được xử lý sẽđược gửi ra, tùy vào màu của phôi, 3 dây ngõ ra là: “Màu 1”, “Màu 2”, “Màu 3” sẽ từ

0 lên 1 tương ứng với màu đó

Sau đó, ba cảm biến hồng ngoại ứng cho ba màu này Kiểm tra cảm biến hồngngoại của ba màu này nếu cảm biến hồng ngoại có tín hiệu thì cho solenoid tương ứngvới màu đó tác động, solenoid được tác động điều khiển xi lanh hoạt động

Cuối cùng, kiểm tra nút nhấn Stop, nếu được nhấn thì đèn Stop sáng và quay vềtrạng thái ban đầu khi chưa nhấn Start, còn nếu chưa thì băng tải tiếp tục chạy và đènStart sáng bình thường

.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

.2.1 Lựa chọn thiết bị

.2.1.1 Giới thiệu về PLC S7 1200 (Programmable Logic Control)

Bộ điều khiển PLC S7-1200 được sử dụng linh động và khả năng mở rộng phù hợp đối với hệ thống tự động hóa nhỏ và vừa tương ứng với nhu cầu của người dung Thiết

kế nhỏ gọn, cấu hình linh động, hỗ trợ mãnh mẽ về tập lệnh đã làm cho PLC S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo trong việc điều khiển, chọn lựa phù hợp đối với nhiều ứng dụng khác nhau

CPU của PLC S7-1200 được kết hợp với một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các tín hiệu đầu vào đầu ra, thiết kế theo nền tảng Profinet, các bộ đếm/phát xung tốc

độ cao tích hợp, điều khiển vị trí (motion control), và ngõ vào analog đã làm cho PLC S7-1200 trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn nhưng mạnh mẽ Sau khi download chương trình xuống CPU vẫn lưu giữ những logic cần thiết để theo dõi và kiểm soát các thiết

bị thông tin trong ứng dụng của người lập trình CPU giám sát ngõ vào và những thay đổi của ngõ ratheo logic trong chương trình của người dùng, có thể bao gồm các phép toán logic của đại số Boolean, những bộ đếm, bộ định thì, các phép toán phức tạp và những giao tiếp truyền thông với những thiết bị thông minh khác

PLC S7-1200 được tích hợp sẵn một cổng Profinet để truyền thông mạng Profinet Ngoài ra PLC S7-1200 có thể truyền thông Profibus, GPRS, RS485 hoặc RS232 thôngqua các module mở rộng

PLC S7-1200 dễ sử dụng, giá thành vừa phải các ngõ vào ra vừa đủ cho các hệ thống nhỏ và vừa

28

Hình 3.3: Cấu tạo bên ngoài của PLC S7-1200

 Một số dòng CPU S7-1200 thông dụng

Hiện nay, PLC S7-1200 có nhiều dòng CPU khác nhau như: CPU 1211C, CPU 1212C,CPU 1214C, CPU 1215C, CPU 1217C và đồng thời người dung có thể có nhiều sự lựachọn với các nguồn điện áp AC/DC, tín hiệu đầu vào/ra relay/DC… Tuy nhiên, tùy ứng dụng và chương trình mà người dung lựa chọn CPU cho phù hợp với cấu hình hệ thống và giá thành để làm cho hệ thống hoạt động tốt nhưng có tính kinh tế nhất Trong đồ án này, vì ngõ ra là các thiết bị 24VDC và để điều khiển tốc độ động cơ bằngxung PWM nên nhóm em sử dụng CPU 1214C DC/DC/DC để thuận tiện cho việc kết nối và lập trình Dưới đây là một số thông tin của loại PLC này

Tốc độ xử lý phép toán Boolean 0.08 us/lệnh

Bảng 3.1: Thông tin về CPU 1214C

 Khối hàm, bộ định thì, bộ đếm PLC S7-1200

Trong mục này, chúng ta sẽ cùng tổng quan về số lượng, định dạng… Của những khối hàm, bộ định thì, bộ đếm được sử dụng trong PLC S7-1200 thông qua bảng số liệu dưới đây

Các

Block Kích thướcKiểu 30KB (CPU 1211C)OB, FB, FC, DB

50KB (CPU 1212C)64KB (CPU 1214C, CPU 1215C, CPU 1217C)

Số lần gọi lồngcác khối hàm 16 bắt đầu từ mainGiám sát 2 Block cùng lúc

30

Bảng 3.2: Khối hàm bộ định thì, bộ đếm của PLC S7-1200

 Module phần cứng của PLC S7-1200

Để tìm hiểu kỹ hơn về PLC S7-1200 chúng ta cùng tìm hiểu chi tiết hơn về những module phân cứng mà PLC S7-1200 hỗ trợ đến người dùng Đề từ đó, người dùng có những lựa chọn về sản phẩm phù hợp với ứng dụng theo yêu cầu khách hàng

 Module xử lý trung tâm CPU

Module xử lý trung tâm CPU chứa vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thì,

bộ đếm cổng truyền thông Profinet Module lưu trữ chương trình người dùng trong

bộ nhớ của nó Ngoài ra, module CPU có thể tích hợp một vài cổng vào/ra số, analog tùy thuộc vào mã hàng (order number)

CPU S7-1200 hỗ trợ các protocol như TCP/IP, ISO-on-TCP, S7 communication.Đồng thời, CPU tích hợp những tập lệnh hỗ trợ cho truyền thông như: USS, Modbus RTU, S7 communication, T-Send/T-Receive hay Freeport

Cổng Profinet tích hợp cho phép CPU có thể kết nối với HMI, máy tính lập trình, hay những PLC S7 thông qua Profinet.

 Module tín hiệu SM

Module AI: module đọc analog với các loại tín hiệu khác nhau như dòng 4-20 mA(theo cách đấu 2 dây và 4 dây), đọc tín hiệu điện áp 0-10 VDC, đọc tín hiệu RTD, TC.Module AI/AO: module đọc/xuất analog

Module AO: module xuất tín hiệu analog

Module DI: module đọc tín hiệu digital

Module DI/DO: module đọc/xuất tín hiệu digital

 Module xử lý truyền thông

Module truyền thông được gắn bên trái CPU và được ký hiệu là CM 1241 CP 124x.Tối đa chỉ có thể gắn được 3 module mở rộng về truyền thông

Module truyền thông CM 1241 hỗ trợ các protocol theo các tiêu chuẩn như: Truyềnthông ASCII: được sử dụng để giao tiếp với những hệ thống của bên thứ 3 (third -partysystems) đề truyền những giao thức protocol đơn giản như kiểm tra các kí tự đầu và cuối hoặc kiểm tra các thông số của khối dữ liệu

 Thẻ nhớ MMC

Một lựa chọn khác đề lưu trữ chương trình người dùng giống như những vùng nhớ được nói ở trên, đó là sử dụng Simatic MMC để lưu trữ chương trình người dùng hoặc transfer chương trình người dùng Nếu người dùng sử dụng thẻ nhớ MMC, CPU sẽ chạy chương trình từ thể nhớ chứ không phải trên vùng nhớ của CPU

Thẻ nhớ Simatic MMC được sử đụng như một thẻ nhớ chương, trình, một thẻ transfer, lưu trữ dữ liệu data log hoặc sử dụng để nâng cấp firmware cho CPU

- Khi muốn download chương trình xuống nhiều CPU giống nhau và cùng một project Việc sử dụng phần mềm làm tốn kém thời gian Thì việc sử dụng simatic MMC với chức năng là thẻ transfer giúp cho hiệu quả hơn rất nhiều Người dùng chỉ cần cắm thẻ nhớ MMC và đợi transfer xong và lấy thẻ nhớ ra

- Dùng thẻ nhớ với chức năng thẻ nhớ chương trình thì tất cả những chức năng CPU hoạt động sẽ được load từ thẻ nhớ

32

- Ngoài ra, thẻ MMC cũng có thẻ sử dụng để lưu trữ thông tin về data log, mở rộng vùng nhớ lưu trữ cho Web server, hoặc có thể sử dụng để nâng cấp firmware cho CPU (Ví dụ từ V1.0 lên V2.0, V2.0 lên V2.3 ).

 Kiểu dữ liêu của S7 - 1200

Kiểu đữ liệu hỗ trợ cho PLC S7-1200 sẽ được giải thích cách định dạng dữ liệu vàkích thước đữ liệu thông qua bảng 2.5

Kiểu dữ liệu Miêu tả

Bit và chuỗi Bit  Bool gồm một bit đơn

 Byte gồm 8 bit

 Word gồm 16 bit

 Dword gồm 32 bitInterger  USInt (số interger không dấu 8 bit)

 SInt (số interger có dấu 8 bit)

 UInt (số interger không dấu 16 bit)

 Int (số interger có dấu 16 bit)

 UDint (số interger không đấu 32 bit)

 DImt (số interger có đấu 32 bịt )

Số thực- Real  Real - số thực dấu chấm động 32 bit

 LReal - số thực dấu chấm động 64 bitData and Time  Data là kiểu dữ liệu 16 bit chỉ số ngày có tầm từ

chuẩn IEC time tầm giá trị lên đến T#24D20H31M23S647MS

 TOD (time of day) là kiểu dữ liệu 32 bit có tầm giá trị

từ TOD#0:0:0:0 đến TOD#23:59:59:999

Char and Sting  Char là kiểu dữ liệu ký tự với 8 bịt

 Sting là kiểu dữ liệu chuỗi lên tới 254 charArray and Structure  Amy là kiểu dữ liệu mảng bao gồm nhiều thành phần

đơn giống nhau về kiểu dữ liệu Mảng có thể tạo trong giao diện interface của OB, FB, FC, ÐB

 Struct là kiểu dữ liệu định dạng theo cấu trúc thành phần có thể bao gồm nhiều kiểu dữ liệu khác nhau PLC data types PLC Data types hay còn gọi là UDT là dạng dữ liệu cấu trúc

có thể định nghĩa bởi người dùng

Pointer Pointer hay con trỏ sử dụng để định địa chỉ gián tiếp

BCD(*)  BCD l6 có giá trị từ -999 - 999

 BCD 32 có giá trị từ -9999999 - 9999999

Bảng 3.3: Kiểu dữ liệu của PC S7-1200

Ghi chú: (*) BCD không phải không phải kiểu dữ liệu, tuy nhiên được đưa vào vì liên quan tới việc chuyển đổi dữ liệu sau này

 Vùng nhớ địa chỉ

Tia Portal hỗ trợ cho việc lập trình bằng tag nhớ (Symbolic) Người dùng có thể tạotag nhớ hay Symbolic (tên gợi nhớ) cho các địa chỉ dữ liệu cần dùng, không phân biệt vùng nhớ toàn cục (Global) hay vùng nhớ cục bộ (local) Để truy xuất các Tag nhớ trong chương trình chỉ cần gọi tên của Tag cho các tham số của lệnh

Để hiểu rõ hơn về cấu trúc CPU và địa chỉ vùng nhớ, chúng ta sẽ đi tìm hiểu sâuhơn về địa chỉ trực tiếp (absolute) là nền tảng cho việc sử dụng các Tag nhớ của PLC Vùng nhớ toàn cục - Global memory: CPU cung cấp những vùng nhớ toàn cụcnhư: I (input), Q(output), vùng nhớ nội M (memory) Những vùng nhớ toàn cục có thểđược truy xuất ở tất cả các khối

Khối dữ liệu DB: Cũng là vùng nhớ toàn cục Ngoài ra vùng nhớ DB nếu được sửdụng với chức năng Instance DB để lưu trữ chỉ định cho FB và cấu trúc bởi các tham

số của FB

Vùng nhớ tạm - Temp (hay vùng nhớ Local): Vùng dữ liệu cục bộ được sử dụng

34

trong các khối chương trình OB, FC, FB Vùng nhớ L được sử dụng cho các biến tạm (temp) và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với những khối chương trình gọi nó Nội dung của một khối dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xóa khi kết thúc chương trình Vùng nhớ I, Q của PLC S7-1200 có thể truy xuất dưới dạng process image Để có thể truy xuất trực tiếp và ngay lập tức với ngõ vào/ra vật lý, có thể thêm “: P” Ví dụ như: I0.0: P, Q0.0: P.

Chế độ Forcing chỉ có thể ứng dụng cho các tín hiệu vào/ra vật lý (Ix.y:P, Qx.y:P)

Process image I Được copy dữ liệu từ tín hiệu ngõ vào vật lý khi bắt đầu

quét chương trình

Ngõ vào vật lý Ix.y:P Đọc địa chỉ ngay lập tức từ ngõ vào của CPU, SB, SM Có

thể dung chế độ Force với ngõ vào vật lý

Process image Q Chuyển dữ liệu tới tín hiệu ngõ vào vật lý khi bắt đầu quét

chương trình

Ngõ ra vật lý Qx.y:P Xuất trực tiếp tới ngõ ra ngay lập tức tới ngõ ra vật lý của

CPU, SB, SM Có thể dung chế độ Force với ngõ vào vật lý.Vùng nhớ nội M Lưu trữ dữ liệu/tham số trước khi đưa ra ngoại vi Có thể sử

dụng để cài đặt chức năng Retentive memory đối với vùng nhớ này

Vùng nhớ tạm Local

memory

Vùng nhớ được sử dụng để lưu trữ tạm thời trong các khối

OB, FB, SM Dữ liệu sẽ mất khi ngừng gọi khốiKhối dữ liệu DB Được sử dụng theo định dạng vùng nhớ toàn cục hoặc lưu

dữ liệu và tham số cho khôi hàm FB Có thể cài đặt để sử dụng chức năng Retentive memory đối với vùng nhớ này

Từ năm 2010 đến nay, Siemens không ngừng cải tiến và nâng cấp cấp phần mềm Tia Portal V10.5 lên tới Tia Portal V14 Hiện nay phần mềm Tia Portal không chỉ lập

trình cho các bộ Controller mà còn có thể thiết kế giao diện HMI, SCADA và cấu hìnhcho Driver của Siemens Tuy nhiên, trong nội dung này chúng ta chỉ trình bày và tìm hiểu về PLC S7-1200 và phần mềm Tia Portal V13 để lập trình cho PLC 1214C.

36

Hình 3.4: Giao diện Tia Portal V13(portal view)

Ngôn ngữ lập trình PLC S7-1200

Với dòng sản phẩm PLC S7-1200 ứng dụng cho hệ thống nhỏ và vừa, Siemens pháttriển và ưu tiên hỗ trợ cho 3 ngôn ngữ lập trình chính đó là: LAD, FBD và SCL

- LAD - Ladder: Đây là ngôn ngữ lập trình dựa theo sơ đồ mạch Nó đơn giản, dễ

hiểu, dễ chỉnh sửa và tiện lợi

- FBD - Function Block Diagram: Đây là ngôn ngữ lập trình đựa theo đại số Bool

- SCL — Structure Language Control: Đây là ngôn ngữ lập trình theo dạng text và là ngôn ngữ trình cấp cao sử dụng dựa trên nền Pascal phát triển Ngôn ngữ lập trình SCL có thể coi là ngôn ngữ hướng tới đối tượng cho PLC, vì nó gần gũi với tư duy người dùng

Khi viết code cho một khối hàm nào đó (OB, FB, FC) thì người dùng có thể sửdụng I trong 3 ngôn ngữ trên để có thể lập trình Nhóm em sử dụng ngôn ngữ Ladder (LAD) để lập trình vì thuận tiện cho việc thiết kế cũng như là viết code phù hợp cho việc lập trình mô hình Scada Cho Hệ Thống Phân Loại Sản Phẩm Theo Màu

Các yếu tố của sơ đồ mạch, chẳng hạn như thường đóng, thường mở và cuộn dây được liên kết với nhau

Hình 3.5: Giao diện Tia Portal V13(Project view)

Để tạo logic cho các phép toán phức tạp, bạn có thể chèn các nhánh để tạo logic cho mạch song song Các nhánh song song được mở xuống dưới hoặc được kết nối trựctiếp với đường đây khác.

LAD cung cấp hướng dẫn "hộp" cho nhiều chức năng khác nhau, chẳng hạn như toán bộ đếm thời gian, bộ đếm và di chuyển

.2.1.3 Cảm biến phân biệt màu

 Bộ thiết bị khuếch đại CZ-V21A

Cảm biển sợi quang kỹ thuật số RGB Sê-ri CZ-V21 Sê-ri CZ-V21 phát hiện đốitượng hoạt động theo màu sắc nhờ các nguồn sáng đèn LED màu đỏ, màu lam, và màulục đã được tích hợp Các ứng dụng trước đây gặp khó khăn trong việc giải quyếtvới cảm biến nguồn sáng đơn giờ đây đã có thể được giải quyết dễ dàng

Với cảm biến thông thường, độ rung làm thay đổi cường độ ánh sang dẫn đến sự

cố và không phát hiện ổn định Cảm biến màu của Keyence đã đạt được khả năng chống chịu rung tuyệt đối

Đối với cảm biến đơn sắc thông thường luôn gặp khó khăn trong việc phân biệt cácnguồn sáng khác nhưng cảm biến Keyence có khả năng phân biệt màu tốt hơn các cảmbiến đơn sắc thông thường

(hình ảnh CX-V21A)

Chế độ phát hiện: Ba chế độ phát hiện mục tiêu

38

Hình 3.6: Các yếu tố sơ đồ mạch

Chế độ Chế độ C Chế độ C+1 Chế độ Super 1Tiêu chỉ

phán đoán

So sánh RGB So sánh RGB+so sánh

cường độ ánh sáng nhận

So sánh cường độánh sáng nhậnPhương

Ngoài cách tính toántheo chế độ C, cũng cầnphải so sánh cường độánh sáng nhận của màutham chiếu, để tính toán

sự khác biệt

Tổng cường độ ánhsáng nhận theo R, G

và B

Mức độ tương đồng

=1000 – (mức độ thayđổi trung bình của R,

G và B

Mức độ tương đồng =(Mức độ tương đồng ởChế độ C) – (sự khácbiệt về cường độ ánhsáng nhận)

Cường độ ánh sángnhận = tổng cường

độ ánh sáng nhậntrong nguồn sáng đãlựa chọn

Ưu điểm Xử lý tốt sự chuyển

động và rung động củađối tượng hoạt động

Phát hiện sự khác biệt

cực khó

Có thể phân biệtgiữa các màu sắctrung tính ( màutrắng và màu đen )Nhược điểm Không thích hợp để

phân biệt các màu sắctrung tính như màutrắng, màu đen hoặcmàu xám

Bị ảnh hưởng bởi rung dộng của đối tượng

hoạt động

Bảng 3.5: Ba chế độ phát hiện của CZ-V21A

Thông tin của bộ khuếch đại CZ-V21A (*)

40

Hình 3.7: Thông tin của CZ-V21A