HỆ THỐNG rửa XE tự ĐỘNG DÙNG PLC s7 1200

Nội dung đề tài gồm : Chương 1 : Tổng quan về hệ thống rửa xe tự động Chương 2: Tổng quan về PLC S71200 và phần mềm lập trình, thiết kế giao diện TIA V14. Chương 3 : Thiết kế chương trình điều khiển và giao diện giám sát. Chương 4 : Kết quả đạt được và kết luận

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HÓA

ĐỒ ÁN MÔN HỌCTHIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay số lượng các phương tiện giao thông mà cụ thể là ô tô và xe máyngày càng tăng cao theo từng năm Chính vì vậy mà nhu cầu phun rửa cũng ngàycàng lớn đặc biệt là tại các thành phố với mật độ dân cư đông đúc

Do đó, những tiệm rửa xe có quy mô lớn với tần suất xe ra vào cao đã lựachọn đầu tư vào những hệ thống rửa xe ô tô thông minh để có thể đáp ứng đượcnhu cầu làm sạch xe của khách hàng

Hệ thống gồm có các loại máy móc khác nhau giúp rút ngắn quá trình xịt rửa

xe xuống còn 5 – 10 phút thay vì 20 – 30 phút như quá trình rửa xe bằng máy rửa

xe cáo áp thông thường Đối với những vị khách luôn bận bịu, bị giới hạn thời gianthì đây là lựa chọn không thể hợp lý hơn

Mỗi một hệ thống phun rửa thông minh này chúng ta chỉ cần từ 1 – 2 người

để vận hành, kiểm soát cũng như xử lý các sự cố phát sinh là đủ Nhờ đó mà chiphí cho việc thuê nhân công sẽ được giảm đáng kể Vì vậy, những nhà đầu tưmuốn mở rộng kinh doanh, tăng tính chuyên nghiệp của cửa hàng, nâng cao hiệusuất làm việc và tiết kiệm chi phí vận hành đều khá quan tâm tới việc trang bị một

hệ thống rửa xe tự động

Sự chuyên nghiệp, tiện lợi cũng như đặc tính “mới lạ” sẽ luôn thu hút đượckhách hàng Nhờ đó mà những hệ thống rửa xe ô tô thông minh luôn thu hút đượcđông đảo khách hàng, dễ thu hồi vốn, nhanh chóng mang lại lợi nhuận

Vì vậy nhóm em lựa chọn đề tài : “Thiết kế hệ thống giám sát rửa xe tựđộng” làm đề tài báo cáo môn học

Trong thời gian thực hiện đề tài nhóm em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ

nhiệt tình của thầy giáo TS Lê Văn Chung và các thầy cô giáo trong khoa để em

thực hiện tốt đề tài này Tuy nhiên do kiến thức, kinh nghiệm chưa được hoànchỉnh nên còn có một số thiếu sót trong quá trình thực hiện đề tài , mong được sựchỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và bạn đọc quan tâm đề tài này

Em xin chân thành cảm ơn!

Nội dung đề tài gồm :

Chương 1 : Tổng quan về hệ thống rửa xe tự động

Chương 2: Tổng quan về PLC S7-1200 và phần mềm lập trình, thiết kế giao diện

TIA V14

Chương 3 : Thiết kế chương trình điều khiển và giao diện giám sát.

Chương 4 : Kết quả đạt được và kết luận

Thái Nguyên, tháng 10 năm 2020

Chương I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG

1 Dây chuyền rửa xe tự động là gì?

Dây chuyền máy rửa xe tự động là loại hình khác với rửa xe truyền thống,không cần sử dụng sức người Ở dây chuyền hoạt động mọi công đoạn rửa xe từ xịtnước, phun bọt tuyết, đánh rửa, xì khô đều được máy móc thực hiện

Vì thế, không cần dùng đến nhiều nhân lực, mỗi tiệm chỉ cần 1-2 nhân lựckiểm soát quá trình vận hành của dây chuyền, xử lý nếu có sự cố

Rửa xe bằng hệ thống tự động, thời gian rửa một chiếc xe cũng được rútngắn hơn nhiều lần so với việc xịt rửa thông thường

Mở tiệm rửa xe tự động, ứng dụng công nghệ này vào không chỉ giúp kháchhàng cảm nhận được tính tiện lợi, nhanh chóng mà còn giúp tiệm rửa xe thu hút

được nhiều khách hàng hơn, các hoạt động rửa xe diễn ra liên tục, nâng cao hiệuquả kinh doanh.

Hình 1.1: Dây chuyền rửa xe tự động

Ưu điểm của hệ thống rửa xe tự động:

Hiệu suất lao động cao

So với hình thức truyền thống, mọi công đoạn rửa xe từ việc rửa bọt tuyết,xịt rửa… đểu sử dụng sức người, tốn tối thiểu 20 phút mới xong 1 xe Còn rửa xe

tự động thì không tốn sức người mà thời gian chỉ khoảng 5 – 7 phút/ 1 xe

Đảm bảo chất lượng và an toàn cho xe

Sử dụng máy rửa xe tự động thì chất lượng rửa xe đồng đều, đảm bảo hơn.Khắc phục một số yếu điểm so với phương pháp truyền thống như nhân công, thờigian, thời tiết…

Tiết kiệm được chi phí về nhân lực

Ứng dụng máy rửa xe tự động, các tiệm rửa xe sẽ tiết kiệm được chi phí thuênhân lực hàng tháng Thời gian rửa xe nhanh chóng, tiết kiệm điện, tiết kiệm nước

2 Các thiết bị trong hệ thống:

2.1 Áp- tô- mát:

Áp-tô-mát, còn gọi là máy ngẳt tự động hay CB, là loại khí cụ điện dùng đểngắt tự động các mạch điện một chiều và xoay chiêu khi xảy ra quá tải, ngắn mạch,sụt áp, Chúng cũng được dùng để đóng ngắt không thường xuyên các mạch đỉệntrong điều kiện làm việc bình thường

Áp-tô-mát được dùng trong các thiết bị điện xoay chiều có điện áp tới 500V,trong các thiết bị điện một chiều điện áp tới 3300V

Trong những năm gần đây, các thiết bị điện của máy công cụ đã sử dụngrộng rãi loại khí cụ này, vì nó đảm bảo được độ chính xác cao vê dòng điện và điện

áp cần ngắt, đồng thời nó có thể thay thế chức năng của cầu dao vả cầu chảy đểbảo vệ và đóng ngắt mạch điện

Hình 1.2: Cấu tạo áp tô mát

Hình 1.3: Đặc tính dây chảy của cầu chì

Dòng điện qua dây chảy càng lớn, thời gian chảy đứt càng nhỏ, đường cong

2 là đường đặc tính của đối tượng cần bảo vệ Để cầu chì bảo vệ đối tượng nào thìđường cong 1 phải nằm dưới đặc tính đường cong 2

2.3.Rơ le nhiệt:

Rơ le nhiệt là loại khí cụ điện làm việc trên cơ sở tác dụng nhiệt của dòngđiện Phần tử cảm nhiệt có thể dùng nhiều loại khác nhau nhưng thường dùng hơn

cả trong thiết bị điện là tấm kim loại kép có hệ số nở nhiệt khác nhau

Các tấm kim loại thường làm từ hai kim loại ghép lại với nhau bằng phươngpháp hàn hoặc cán nóng Hai kim loại có hệ số nở nhiệt khác nhau thường dùng làđồng thau và inva Khi bị nung nóng, tấm kim loại kép sẽ bị uốn cong về phía tấmkim loại có hệ số nở nhiệt bé hơn

Hình 1.4: Sơ đồ rơ le nhiệt

1:Bộ làm nóng

Hình 1.5: Sơ đồ kết cấu contactor

Khi cấp nguồn điện cho công tắc tơ, cuộn dây điện từ sẽ từ hóa lõi sắt thànhnam châm điện và hút phần ứng di động Phần ứng di động đi lên phía trên mangcác tiếp điểm di động di chuyển tiếp xúc với các tiếp điểm cố định làm đóng mạchđiện và dòng điện đi từ Li sang Ti và lò xo tác dụng ép chặt các tiếp điểm vàonhau Khi thôi cấp nguồn điện cho công tắc tơ, cuộn dây điện từ mất nguồn, phầnứng trở về vị trí cũ mang các tiếp điểm động trở về vị trí ban đầu, ngắt điện chạy từ

Li sang Ti

2.5 Khởi động từ:

Hình 1.6: Khởi động từ

Khởi động từ là loại khí cụ điện dùng để điều khiển các động cơ công suấtvừa và nhỏ Bộ phận chủ yếu của khởi động từ là công tắc tơ xoay chiều Có khốitiếp điểm liên động lắp chung trong một hộp Điều khiển xa được thực hiện bằngnút ấn

Phần lớn khởi động từ đều có lắp thêm rơ le nhiệt để bảo vệ động cơ khỏiquá tải Theo tiêu chuẩn rơ le nhiệt phải ngắt mạch điện khi dòng điện bằng 1, 2lần dòng điện định mức chạy qua trong thời gian 20 phút

số Boolean và được nhận biết một cách chính xác lựa trên hai tình trạng đã đượcđịnh nghĩa trước của một biến số 0 và 1

Chức năng này đã làm nên tên cho thiêt bị PLC bộ điều khiển logic lập trình được,nghĩa là cách phản ứng đối với tín hiệu vào và phát tín hiệu ra của PLC tương tựnhư việc điều khiển đóng/mở van khí nén hoặc rơle điện từ, và chương trình điềukhiển được lưu trữ trong bộ nhớ điện tử của PLC.

Tuy nhiên, PLC ngày càng có nhiều chức năng hơn: chức năng định thì (Timer) vàđếm (Counter), thiết lập và làm mới bộ nhớ (Set, Reset), các hàm tính toán toánhọc, Bên cạnh tín hiệu nhị phân, PLC được bổ sung thêm các tính năng nhận biết

và xử lý tín hiệu tương tự (analog)

Hiện nay PLC có nhiều ứng dụng trong công nghệ tự động như hệ thống mạngPLC, mạng truyền thông công nghiệp và các hệ thống giám sát

PLC được định nghĩa: “Một hệ điện tử hoạt động số, được thiết kế để sửdụng trong môi trường công nghiệp, sử dụng bộ nhớ có thể lập trình được để lưutrữ các chỉ thị lệnh định hướng người sử dụng nhằm thực thi các chức năng xác lậpnhư: logic, tuần tự, định thì, đếm và số học, để điều khiển các loại máy móc khácnhau hay các quá trình thông qua tín hiệu vào và ra ở dạng số hay tương tự Máytính (PC) và các thiết bị ngoại vi liên quan được thiết kế để có thể được tích hợp dễdàng vào hệ thống điều khiển công nghiệp và dễ dàng sử dụng tất cả các chức năngnhư dự định”

Hình 1.7: PLC S7-1200 CPU 1211C AC/DC/RLY

1:Bộ phận kết nối nguồn

2:Các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau các nắpche) Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên

3:Các LED trạng thái dành choI/Otích hợp

4:Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU)

Các bảng tín hiệu:

Một bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU Ngườidùng có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự SB kết nối vào phíatrước 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

Hình 1.8: Bảng tín hiệu của PLC

1:Các LED trạng thái trên SB

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

Các module tín hiệu:

Hình 1.9: Module tín hiệu của PLC

Người dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chứcnăng 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

Các module truyền thông:

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

Hình 1.10: Module truyền thông của PLC

1:Các LED trạng thái dành cho module truyền thông

2 :Bộ phận kết nối truyền thông

+ Điều chỉnh điện áp logic thành điện áp điều khiển;

+ Khuếch đại nguồn đủ để điều khiển chính xác cơ cấu chấp hành;

+Bảo vệ ngắn mạch và quá tải các khối tín hiệu ngõ ra

Hình 1.11: Các thành phần chức năng của PLC

b Cấu trúc chung của PLC:

PLC được nhiều hãng chế tạo, và mỗi hãng có nhiều họ khác nhau, và cónhiều phiên bản trong mỗi họ, chúng khác nhau về tính năng và giá thành, phù hợpvới bài toán đơn giản hay phức tạp Ngoài ra còn có các bộ ghép mở rộng cho phép

ghép nhiều bộ PLC nhỏ để thực hiện các chức năng phức tạp, hay giao tiếp vớimáy tính tạo thành một mạng tích hợp, việc thực hiện theo dõi, kiểm tra, điềukhiển một quá trình công nghệ phức tạp hay toàn bộ một phân xưởng sản xuất.Mặc dù vậy, một hệ thống điều khiển dùng bất cứ loại PLC nào đều cũng có cấutrúc sau:

- Ngõ vào dạng số: Gồm hai trạng thái ON và OFF Khi ở trạng thái ON thì ngõ

vào số được coi như ở mức logic 1 hay mức logic cao Khi ở trang thái OFF thìngõ vào có thể đươc coi như ở mức logic 0 hay mức logic thấp

- Ngõ ra số: Gồm hai trạng thái ON và OFF Các ngõ ra này thường được nối ra để

điều khiển các cuộn dây contactor, đèn tín hiệu,…

- Thiết bị đầu vào: Các thiết bị tạo ra tín hiệu điều khiển thường là nút nhấn, cảm

biến

- Thiết bị chấp hành(Autuator): Là thiết bị biến đổi tín hiệu điện từ PLC thành

một tác động vật lý Autuator được nối với ngõ ra của PLC

- Chương trình điều khiển: Một chương trình bao gồm một hay nhiều lệnh nhằm

thực hiện một nhiệm vụ cụ thể Việc lập trình cho PLC chỉ đơn giản là xây dựngmột tập hợp các lệnh Để lập trình cho PLC này, lập trình hình thang (LAD) haydạng câu lệnh (STL) Chương trình điều khiển định ra quy luật thay đổi tín hiệuoutput ở phía đầu ra của PLC theo sự thay đổi tín hiệu input ở phía đầu vào theomong muốn và chạy phần mềm điều khiển trên máy tính PC và được nạp vào PLCthông qua cáp, nối giữa PLC và PC hay PG

- Thiết bị lập trình (PG/PC): Chương trình viết trong thiết bị lập trình và truyền

xuống PLC

- Cáp kết nối (cáp PPI): Thiết bị cần thiết để truyền dữ liệu từ thiết bị lập trình

xuống PLC

PLC đều có thành phần chính là: Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong (có

thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM)

c.Nguyên lý hoạt động của PLC:

Đầu tiên các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi (sensor, contact, …) được đưavào CPU thông qua module đầu vào Sau khi nhận được tín hiệu đầu vào thì CPU

sẽ xử lý và đưa các tín hiệu điều khiển qua module đầu ra xuất ra các thiết bị đượcđiều khiển bên ngoài theo 1 chương trình đã được lập trình sẵn

Một chu kỳ bao gồm đọc tín hiệu đầu vào, thực hiện chương trình, truyềnthông nội, tự kiểm tra lỗi, gửi cập nhật tín hiệu đầu ra được gọi là 1 chu kỳ quéthay 1 vòng quét (Scan Cycle).

Thường thì việc thực hiện một vòng quét xảy ra trong thời gian rất ngắn (từ1ms-100ms) Thời gian thực hiện vòng quét này phụ thuộc vào tốc độ xử lý lệnhcủa PLC, độ dài ngắn của chương trình, tốc độ giao tiếp giữa PLC và thiết bị ngoạivi

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM LẬP TRÌNH,THIẾT KẾ

GIAO DIỆN TIA V14 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 khắcnghiệt, 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

3 Các LED trạng thái dành cho I/Otích hợp

4 Bộ phận kết nối PROFINET (phíatrên 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

• Các LED trạng thái trên SB

• 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

• 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