THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC MITSUBISHI

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC MITSUBISHI...................................................................................................................................................................................................

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN

THÔNG - o0o -

VŨ THỊ THU TRANG

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BÃI ĐỖ XE

TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC MITSUBISHI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌCNGÀNH CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HÓA

THÁI NGUYÊN, NĂM 2021 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN

THÔNG - o0o -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌCNGÀNH CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HÓA

Thái Nguyên, năm 2021

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC HÌNH ẢNH 3

LỜI MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG I TÌM HIỂU BÃI ĐỖ XE THÔNG MINH 5

1.1 Lịch sử phát triển, giới thiệu chung về công nghệ bãi đỗ xe thông minh 5

1.2 Ưu, nhược điểm của bãi đỗ xe ôtô tự động 6

1.3 Các loại hình bãi đỗ xe ô tô tự động hiện nay 6

1.3.1 Đỗ xe tự động dùng thang máy (Car Lift) 6

1.3.2 Đỗ xe tự động dạng xếp hình 7

1.3.3 Đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng đứng 7

1.3.4 Đỗ xe tự động hệ thống Cycle Parking 7

1.3.5 Đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng ngang 8

1.3.6 Đỗ xe tự động hệ thống tháp xe (Sky parking System) 8

1.3.7 Đỗ xe tự động hệ thống thang nâng di chuyển 8

CHƯƠNG II THIẾT KẾ HỆ THỐNG 10

2.1 Phân tích bài toán yêu cầu công nghệ của đề tài 10

2.2 Sơ đồ khối hệ thống 11

2.3 Phân tích và lựa chọn PLC 12

2.3.1 Khái quát về PLC 12

2.3.2 Hệ thống điều khiển PLC 12

2.3.3 Cấu tạo của PLC 13

2.3.4 Ưu điểm của hệ điều khiển PLC 14

2.3.5 Ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC 15

2.3.6 Hệ thống điều khiển PLC 15

2.3.7 Giới thiệu một số loại PLC trong công nghiệp 16

2.3.8 Phân tích về PLC MITSUBISHI dòng FX 17

2.3.9 Cấu trúc phần cứng của PLC họ FX của hãng Mitsubishi 18

2.3.10 Quy trình thiết kế chương trình điều khiển dùng PLC 19

2.3.11 Phần mềm lập trình và ngôn ngữ lập trình 21

2.4 Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển hệ thống 22

2.4.1 Giới thiệu về phần mềm WinCC (TIA Portal) 22

2.4.2 Các thành phần và chức năng cơ bản trong phần mềm WinCC flexible 2008 .23 2.5 Các thiết bị sử dụng trong mô hình 30

2.6 Thiết kế và gá thiết bị trên panel : 33

CHƯƠNG III LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG 34

3.1 Lưu đồ thuật toán 34

3.2 Sơ đồ nguyên lý 35

3.3 Lập trình điều khiển 36

3.4 Điều khiển hệ thống với WinCC: 39

3.5 Thuyết minh nguyên lí làm việc của hệ thống 42

3.6 Ưu điểm, nhược điểm và sự cố hệ thống 43

KẾT LUẬN 45

PHỤ LỤC 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 80

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Mô hình phần cứng 11

Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống 11

Hình 2.3 Cấu trúc cơ bản của PLC 16

Hình 2.4 Sơ đồ quy trình thiết kế hệ thống điều khiển bằng PLC 19

Hình 2.5 PLC Mitsubishi FX1N– 60MT 21

Hình 2.6 Vít me trục xoắn 31

Hình 2.7 Ray trượt bi 2 tầng 31

Hình 2.8 Giá thiết bị trên panel 33

Hình 3.1 Lưu đồ thuật toán 34

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý 35

Hình 3.3 Màn hình WinCC để điều khiển hệ thống 39

Hình 3.4 Màn hình WinCC khi hệ thống đang hoạt động 40

Hình 3.5 Màn hình WinCC khi xe trong bãi đã đầy 41

Hình 3.6 Đèn báo trên mô hình báo đỏ khi xe trong bãi đầy 41

Hình 3.7 Màn hình WinCC khi xe đuợc lấy từ ô số 3 42

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, công nghiệp hóa hiệnđại hóa ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong đời sống xã hội Tự động hóa cao songsong với việc sử dụng một cách triệt để nguồn năng lượng, tăng năng suất lao động,nâng cao chất lượng sản phẩm, cải thiện môi trường làm việc, cải thiện nhu cầu sốngcủa con người Cùng với tiến trình đo thị hóa là sự tăng lên mạnh mẽ dân cư tại cácthành phố lớn Theo đó áp lực về giao thông đè nặng lên cơ sở hạ tầng hiện có Mộtyêu cầu bức thiết đặt ra chính là việc đi tìm câu trả lời cho bài toán ùn tắc và bài toán về

đỗ xe Hệ thống đỗ xe thông minh có thể nói là một lời đáp khá chính xác để giải quyếtcác vẫn đề giao thông Hiện tại ở Việt Nam ta đã thấy sự xuất hiện của các bãi đỗ xe tựđộng tuy vậy khác hạn chế và mới mẻ Là một sinh viên nghành Tự Động Hóa mỗi sinhviên chúng ta đã được các thầy cô trang bị cho những tư duy, kiến thức cơ bản về tựđộng hóa điện năng và truyền động điện tự động

Trong kỳ thực tập tốt nghiệp vừa qua em đã có dịp tiếp xúc và tìm hiểu một số thiết

bị hiện đại đang được ứng dụng trong nghành tự động hóa Do đó trong giai đoạn làm

đồ án tốt nghiệp, được sự đồng ý và giúp đỡ của thầy giáo hướng dẫn Em đã được thiết

kế đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển bãi đỗ xe tự động sử dụng PLC Mitsubishi”.Sau gần 3 tháng liên tục được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn, vàcùng với sự giúp đỡ của các bạn trong lớp, đến nay bản thiết kế của em đã hoàn thành.Qua đây em muốn gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong bộ môn đã tận tình giúp

đỡ em để hoàn thành bản thiết kế này Đồng thời em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đếngiảng viên ThS Lê Hồng Thu, người đã hướng dẫn tận tình em trong suốt thời gianqua

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I TÌM HIỂU BÃI ĐỖ XE THÔNG MINH

1.1 Lịch sử phát triển, giới thiệu chung về công nghệ bãi đỗ xe thông minh

Kinh tế ngày một lớn mạnh, xã hội ngày một phát triển kèm theo đó là nhu cầunâng cao chất lượng đời sống được tăng cao Phương tiện đi lại ngày càng nhiều, nhất

là xe ô tô ở các nước phát triển, nhưng diện tích xây dựng các bãi đỗ xe lại ít Trướctình hình đó, hệ thống bãi đỗ xe dùng thang máy đưa xe lên cao và người lái tự lái xe

ra bãi đỗ là phương án kết hợp đỗ xe nhiều tầng với hệ thống cơ khí đơn giản nhất xuấthiện từ Mỹ năm 1918 sau đó lan truyền nhanh chóng sang châu Âu Mãi đến năm

1982, hệ thống bãi đỗ xe ô tô tự động hoàn toàn không người lái xe được phát minhđầu tiên ở Đức, sau đó được Nhật Bản phát triển công nghệ này và ứng dụng rộng rãi

từ năm 1985 Hiện nay nhiều nước trên thế giới đã bắt đầu ứng dụng công nghệ này,trong đó có Việt Nam, tuy nhiên Nhật Bản và Hàn Quốc là hai quốc gia có số lượngbãi đỗ xe ô tô tự động nhiều nhất trên thế giới

Với những lợi ích mà bãi đỗ xe ô tô tự động mang lại như giải quyết được vấn đềtiếng ồn và ô nhiễm trong bãi đỗ xe, tiết kiệm không gian, khắc phục được tình trạngmất cắp phụ tùng hay đồ đạc trong xe, tiết kiệm thời gian gửi xe… nhờ hệ thống hoàntoàn tự động từ khâu gửi xe đến lấy xe, bãi đỗ xe ô tô tự động là một phương án giảiquyết tối ưu nhất cho tình trạng thiếu bãi đỗ xe trên thế giới hiện nay

Ở Việt Nam, cũng như nhiều nước trên thế giới, cùng với sự phát triển mạnh vềkinh tế, sự đô thị hóa, đời sống nhân dân được nâng cao nên các công trình, tòa nhàvăn phòng, trung tâm mua sắm, khu vui chơi giải trí, siêu thị… ngày càng nhiều Nhucầu gửi xe ô tô là không nhỏ Tuy nhiên, hiện tại quỹ đất của các thành phố ở ViệtNam dành cho việc xây dựng các bãi đỗ xe là có hạn Nhiều chủ phương tiện không cónơi đỗ xe đành đỗ xe trên các con đường gây tình trạng tắc nghẽn giao thông Vì vậy,cần có những công trình vừa đáp ứng nhu cầu sinh hoạt của con người vừa giải quyếtđược nơi đỗ xe cho họ Trước tình hình đó các nhà lãnh đạo đang cố gắng tìm ra nhiềuphương án giải quyết Và bãi đỗ xe ô tô tự động là phương án khả thi nhất giải quyếtvấn đề đó

1.2 Ưu, nhược điểm của bãi đỗ xe ôtô tự động

Ưu điểm:

- Giải quyết được bài toán nan giải hiện nay là có nơi đỗ xe cho ô tô nên phầnnào tránh được hiện tượng ùn tắc giao thông tại các thành phố lớn ở nước ta cũng nhưcác nước trên thế giới

- Tiết kiệm diện tích: cùng một diện tích đất, thay vì chỉ để được 1 chiếc xe nay

có thể để được nhiều chiếc bằng cách ta xây những tầng hầm hay xây cao tầng Tạo rakết cấu thành những ô tiêu chuẩn do đó để được nhiều xe hơn Quá trình để xe vào hệthống hoàn toàn tự động

Nhược điểm:

- Việc sử hệ thống đỗ xe nói chung đôi khi có thể gây ra tiếng ồn và rung vậynên đối với các hệ thống tự động đặt trong các công trình nhà ở, bệnh viện, việc tínhtoán các thiết bị cách âm và chống rung là rất cần thiết

- Đối với các công trình văn phòng, rạp hát, hội nghị thì việc mọi người ồ ạtđến gửi xe trong khoảng thời gian ngắn trước giờ làm việc, giờ khai mặc, ồ ạt lái xetrong khoảng thời gian vài phút sau giờ tan sở sẽ gây ra ùn tắc cục bộ, người lái xephải chờ thời gian khá dài để lấy được xe Do đó với các công trình có đặc điểm này,nếu muốn lắp đặt hệ thống bán tự động thì phải có nhiều cửa ra, vào khác nhau vớinhiều thang nâng để giảm thiểu thời gian lấy xe

1.3 Các loại hình bãi đỗ xe ô tô tự động hiện nay.

Cùng với sự phát triển của công nghệ, hiện nay trên thế giới đang tồn tại các loạihình bãi đỗ xe ô tô tự động như

1.3.1 Đỗ xe tự động dùng thang máy (Car Lift).

Với hệ thống đỗ xe tự động dùng thang máy, lái xe sẽ đưa xe vào buồng thangmáy, thang nâng xe đến tầng đỗ xe, lái xe đưa xe ra khỏi thang máy và lái xe vào vị trí

đỗ xe

Đặc điểm đỗ xe tự động dùng thang máy:

- Tiết kiệm diện tích đường di chuyển nội bộ của xe khi lên xuống giữa cáctầng bên trong bãi đỗ xe, tuy nhiên vẫn tốn diện tích di chuyển cho xe trong từng tầng

- Tốc độ nâng hạ chậm do có xe và người với hệ thống 1 thang máy thì thờigian

lấy xe ra vào rất lâu

- Hiện nay đỗ xe tự động này ít phổ biến.

1.3.2 Đỗ xe tự động dạng xếp hình.

Hệ thống đỗ xe tự động dạng xếp hình là loại giải pháp kỹ thuật trong đó xe đượcđặt trên các bàn nâng chuyển (pallet), các pallet này di chuyển nâng hạ theo trục thẳngđứng và di chuyển ngang để đưa các xe vào hoặc ra Hệ thống được lập trình để chọncách thức di chuyển xe sao cho có thể lấy xe ra nhanh nhất Đây là loại thiết bị rất hiệuquả cho các diện tích nhỏ và trung trên mặt đất hoặc ngầm dưới đất, có thể lắp đượctối đa 5 tầng

Những đặc điểm nổi bật của hệ thống này gồm:

- Tận dụng chỗ trống trên mặt đất để đỗ xe, tuy nhiên phải chừa trống một cột đểxếp hình (ngoại trừ vị trí cao nhất)

- Điểm xe vào từ dưới tầng thấp nhất

- Tùy thuộc vào mặt bằng cho phép lắp đặt tối đa tầng để tăng tối đa diện tích đỗ

xe, có thể lắp theo chiều ngang hoặc xếp theo chiều dài tùy thuộc diện tích thực tế chophép

- Có thể sử dụng nguyên lý xếp hình để lắp hệ thống nhỏ cho các nhà biệt thự, giađình từ 5 - 8 xe, bằng cách sử dụng thêm 1 tầng ngầm

1.3.4 Đỗ xe tự động hệ thống Cycle Parking.

Hệ thống đỗ xe tự động lắp ngầm dưới mặt đất, phù hợp cho mặt bằng nhỏ hẹp,tốc độ thang nâng 20-40m/p, tốc độ di chuyển ngang 20-30m/p Số lượng xe tối ưu của

hệ thống: 6-38 xe Điều khiển đơn giản với màn hình cảm ứng (Touch screen)

Hệ thống đỗ xe tự động này rất phù hợp cho các công trình tòa nhà có qui mô đỗ

xe nhỏ Hình dạng khu đất thường là hình chữ nhật với 1 cạnh ngắn và 1 cạnh dài

1.3.5 Đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng ngang.

Hệ thống đỗ xe tự động xoay vòng ngang rất phù hợp cho các công trình tòa nhà

có qui mô đỗ xe nhỏ Hình dạng khu đất thường là hình gần vuông với hai cạnh gầnbằng nhau

1.3.6 Đỗ xe tự động hệ thống tháp xe (Sky parking System).

Là hệ thống đỗ xe tự động dạng tháp nhiều tầng Có thể là tháp độc lập hoặc nằmbên trong tòa nhà, 70 xe có thể đổ trên diện tích 7.3 m x 6.4 m = 46.7 m2, chiều caotháp tương ứng 75m, 35 tầng (hoặc xếp dọc 3,6 m x 17 m = 61.2 m2) Tốc độ tiêuchuẩn 90 m/ph, tối đa có thể đạt 140m/p, vận hành êm và an toàn Điều khiển đơn giảnvới màn hình cảm ứng (Touch screen)

Hệ thống đỗ xe tự động sky parking truyền thống là có 2 cột xe đối xứng, nhưngtùy theo diện tích đất, để tăng số lượng xe chúng ta có thể có 3- 5 – 5 – 6 cột xe.Nhưng thời gian lấy xe trung bình sẽ tăng lên theo số lượng xe Số lượng xe tối ưu là

70 xe

1.3.7 Đỗ xe tự động hệ thống thang nâng di chuyển.

Đỗ xe tự động hệ thống thang nâng di chuyển:

- Điều khiển đơn giản với màn hình cảm ứng (Touch screen)

- Hệ thống lắp ngầm hoặc nổi

- Do 1 hệ thống cơ khí vừa có chức năng nâng hạ, vừa có chức năng di chuyển nênrất nhanh hỏng, phải đầu tư chi phí bảo dưỡng & thay thế thường xuyên, thời gian lấy

xe ra khá lâu do phải xử lý từng lệnh ra hoặc vào

- Hệ thống đỗ xe tự động này thích hợp với bãi xe từ 100 – 500 xe

Hệ thống sàn bê tông dùng robot:

- Robot phải luôn luôn hoạt động nên rất nhanh hỏng

- Sử dụng robot để lấy xe ra vào vị trí, robot nâng 2 bánh nên không phù hợpvới loại xe số tự động

- Sàn đỗ xe là sàn bê tông với yêu cầu cao về độ chính xác của mặt phẳng nênrất khó thi công

- Loại robot nâng 4 bánh xe vừa được nghiên cứu tại Koreanhưng hiện nay mớitrong giai đoạn thử nghiệm nên chưa được sử dụng phổ biến ở Korea

 Hệ thống sàn kết cấu thép dùng pallet:

- Vận hành pallet đơn giản hơn và giảm bớt 1 thao tác đưa robot vào vị trí nêngiảm thời gian nhận và trả xe.

- Có thể tháo lắp di chuyển dễ dàng so với sàn bê tông

- Phải bảo dưỡng kết cấu thép định kỳ

 Kết luận : Qua phân tích, em quyết định lựa chọn và tiến hành thực hiện mô hình

bãi đỗ xe ô tô sử dụng hệ thống thang nâng di chuyển

CHƯƠNG II THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.1 Phân tích bài toán yêu cầu công nghệ của đề tài

Bãi giữ xe được thiết kế với 2 tầng, mỗi tầng 2 khoang chứa xe Thiết bị được sửdụng bao gồm: 3 động cơ để thực hiện nâng/hạ, đưa xe ra/vào các vị trí khoang khácnhau và chuyển giữa các vị trí theo phương ngang Trong đó 1 động cơ bước sử dụngnâng/hạ, 1 động cơ bước sử dụng để chuyển giữa các vị trí theo phương ngang và 1động cơ 1 chiều có đầu giảm tốc có tác dụng đẩy ra/thu về để đưa xe vào các khoang.Các vị trí giữa các tầng được xác định thông qua lập trình, xác định bằng số vòng quaycủa động cơ bước Các vị trí khoang chứa xe theo phương ngang sẽ được xác địnhthông qua các cảm biến quang Tại mỗi khoang chứa sẽ có cảm biến quang để xác địnhkhoang đó có xe ở trong hay không Khi hệ thống được cấp điện và bấm Start, hệthống nâng/hạ sẽ ở vị trí chờ, khi có xe vào cảm biến nhận biết và cánh tay sẽ dichuyển tới đưa xe tới khoang còn trống Sau khi đưa xe vào khoang trống xong hệthống nâng/hạ trở lại vị trí chờ, khi hết khoang trống đèn đỏ sẽ sáng báo hiệu trên mànhình WinCC báo hiệu bãi đỗ xe đã đầy Khi lấy xe ra thì bấm số khoang tương ứngtrên Win CC hệ thống sẽ lấy xe ra và đưa ra vị trí trả xe Trong hệ thống sẽ có 1 nútbấm reset, nút bấm này có tác dụng đưa tất cả các trạng thái, tất cả các vị trí về tríhome ( vị trí chờ )

 Kết luận : Qua phân tích bài toán yêu cầu công nghệ của đề tài, em thiết kế

bãi đỗ xe ô tô tự động với mô hình như sau:

Hình 2.1 Mô hình phần cứng

2.2 Sơ đồ khối hệ thống.

Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống

PLC (Programmable Logic Controller): Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC.

Là loại thiết bị cho phép điều khiển linh hoạt các thuật toán điều khiến số thông quamột ngôn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện mạch toán đó trên mạch số Nhưvậy với chương trình điều khiển, PLC trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn, dễ thay đổithuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLCkhác hay với máy tính)

Để có thể thực hiện một chương trình điều khiển, PLC phải có tính năng như mộtmáy tính Nghĩa là phải có một bộ vi xử lí trung tâm (CPU), một hệ điều hành, một bộnhớ chương trình để lưu chương trình cũng như dữ liệu và tất nhiên phải có các cổngvào ra để giao tiếp với các thiết bị bên ngoài Bên cạnh đó, nhằm phục vụ các bài toánđiều khiển số, PLC phải có các khối hàm chức năng như Timer, Counter và các hàmchức năng đặc biệt khác

2.3.2 Hệ thống điều khiển PLC

a Hệ thống PLC điển hình

Trong hệ thống điều khiển PLC các phần tử nhập tín hiệu như : chuyển mạch, nút

ấn, cảm biến, được nối với đầu vào của thiết bị PLC Các phần tử chấp hành như :đèn báo, rơle, công tắc tơ, được nối đến lối ra của PLC tại các đầu nối

Chương trình điều khiển PLC được soạn thảo dưới các dạng cơ bản (sẽ được trìnhbày ở phần sau) sẽ được nạp vào bộ nhớ bên trong PLC, sau đó tự động thực hiện tuần

tự theo một chuỗi lệnh điều khiển được xác định trước

Hệ còn cho phép công nhân vận hành thao tác bằng tay các tiếp điểm, nút dừngkhẩn cấp để đảm bảo tính an toàn trong các trường hợp xảy ra sự cố

b Vai trò của PLC

PLC được xem như trái tim trong một hệ thống điều khiển tự động đơn lẻ vớichương trình điều khiển được chứa trong bộ nhớ của PLC, PLC thường xuyên kiểm tratrạng thái của hệ thống thông qua các tín hiệu hồi tiếp từ thiết bị nhập để từ đó có thểđưa ra những tín hiệu điều khiển tương ứng đến các thiết bị xuất

PLC có thể được sử dụng cho những yêu cầu điều khiển đơn giản và được lập đilập lại theo chu kỳ, hoặc liên kết với máy tính chủ khác hoặc máy tính chủ thông quamột kiểu hệ thống mạng truyền thông để thực hiện các quá trình xử lý phức tạp

d Đối tượng điều khiển

Một hệ thống điều khiển sẽ không có ý nghĩa thực tế nếu không giao tiếp được vớithiết bị xuất, các thiết bị xuất thông dụng như : Môtơ, van, Rơle, đèn báo, chuôngđiện, cũng giống như thiết bị nhập, các thiết bi xuất được nối đến các ngõ ra củaModul ra (Output) Các Modul ra này có thể là DO (Ra số) hoặc AO (ra tương tự)

2.3.3 Cấu tạo của PLC

Thiết bị điều khiển lập trình PLC bao gồm khối xử lý trung tâm (CPU) trong đó cóchứa chương trình điều khiển và các Modul giao tiếp vào/ra có nhiệm vụ liên kết trựctiếp đến các thiết bị vào/ra, sơ đồ khối cấu tạo PLC

- Khối xử lý trung tâm : Là một vi xử lý điều khiển tất cả các hoạt động của PLC

như: Thực hiện chương trình, xử lý vào/ra và truyền thông với các thiết bị bênngoài

- Bộ nhớ : Có nhiều các bộ nhớ khác nhau dùng để chứa chương trình hệ thống

là một phần mềm điều khiển các hoạt động của hệ thống, sơ đồ LAD, trị số của

Timer, Counter được chứa trong vùng nhớ ứng dụng, tùy theo yêu cầu củangười dùng có thể chọn các bộ nhớ khác nhau :

 Bộ nhớ ROM: Là loại bộ nhớ không thay đổi được, bộ nhớ này chỉ nạpđược một lần nên ít được sử dụng phổ biến như các loại bộ nhớ khác

 Bộ nhớ RAM: Là loại bộ nhớ có thể thay đổi được và dùng để chứa cácchương trình ứng dụng cũng như dữ liệu, dữ liệu chứa trong Ram sẽ bị mấtkhi mất điện Tuy nhiên, điều này có thể khắc phục bằng cách dùng Pin

 Bộ nhớ EPROM: Giống như ROM, nguồn nuôi cho EPROM không cầndùng Pin, tuy nhiên nội dung chứa trong nó có thể xoá bằng cách chiếu tiacực tím vào một cửa sổ nhỏ trên EPROM và sau đó nạp lại nội dung bằngmáy nạp

 Bộ nhớ EEPROM: Kết hợp hai ưu điểm của RAM và EPROM, loại này cóthể xóa và nạp bằng tín hiệu điện Tuy nhiên số lần nạp cũng có giới hạn

2.3.4 Ưu điểm của hệ điều khiển PLC

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 nhanhchóng và dễ dàng

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

- Số lượng Rơle và Timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển

- Số lượng tiếp điểm 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

- Chi phí lắp đặt thấp

- Độ tin cậy cao

- Chương trình điều khiển có thể in ra giấy chỉ trong vài phút giúp thuận tiện chovấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống

2.3.5 Ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC

Từ các ưu điểm nêu trên, hiện nay PLC đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vựckhác nhau trong công nghiệp như :

- Hệ thống nâng vận chuyển

- Dây chuyền đóng gói

- Các ROBOT lắp ráp sản phẩm

- 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 truyền may công nghiệp

- Điều khiển thang máy

- Dây chuyền sản xuất xe ôtô

- Sản xuất vi mạch

- Kiểm tra quá trình sản xuất

- Các hệ thống trong dây chuyền sản xuất đồ uống

2.3.6 Hệ thống điều khiển PLC

PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình được thiết kếchuyên nghiệp dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lý từ đơn giảnđến phức tạp Một PLC gồm một bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ để lưu trữ chương trìnhứng dụng và những module giao tiếp nhập xuất

Hình 2.3 Cấu trúc cơ bản của PLC

Hoạt động của PLC cũng khá đơn giản Trước tiên, hệ thống các cổng và ra(Input/Output) dùng để đưa các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi vào ra CPU (sensor,contract, tín hiệu từ động cơ,…), sau đó CPU sẽ xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiểnqua module xuất ra các thiết bị điều khiển

 Ưu điểm của PLC :

- Tiết kiệm chi phí

- Kích thước gọn nhẹ

- Sửa chữa dễ dàng, nhanh chóng, chỉ cần lắp đặt một lần

- Độ tin cậy cao

- Truyền thông với PLC hay mạng máy tính giúp cho việc trao đổi thông tin dễdàng

- Có khả năng hiển thị đồ họa trên hệ thống

2.3.7 Giới thiệu một số loại PLC trong công nghiệp

Ngày nay cùng với Khoa học kỹ thuật phát triển có rất nhiều hãng sản xuất cácloại PLC với nhiều loại mẫu mã kích thước với nhiều dòng sản phẩm Có thể kể đếnmột số hãng như:

+) PLC Siemens của Cộng hòa Liên bang Đức sản xuất với các dòng :

Nói về ưu nhược điểm của từng loại PLC do các hãng sản xuất : tùy vào mục đích

sử dụng, tính năng, giá cả và các yêu cầu về kỹ thuật thì mỗi loại PLC lại cho những

ưu nhược điểm khác nhau Trong đề tài của mình em sử dụng “PLC MITSUBISHI”cho việc thiết kế và vận hành sản phẩm

Số Module mở rộng có thể lên đến 8 Module

Loại PLC FX tích hợp nhiều chức năng trên CPU ( Main Unit) như ngõ ra xunghai tọa độ, bộ đếm tốc độ cao (HSC), PID, đồng hồ thời gian thực,…

Truyền thông các chuẩn RS232, RS422, RS485 và cả USB

 Thông số kỹ thuật PLC Mitsubishi FX1NC– 60MT:

 Các ngôn ngữ lập trình như : Ladder, Instruction, SFC

 Một PLC gồm có :

- Tín hiệu ngõ vào : X

- Tín hiệu ngõ ra : Y

- Bộ định thời Timer : T

- Bộ đếm Counter : C

- Các cờ nhớ của PLC : M và S

- Thanh ghi dữ liệu : D

- Hỗ trợ bộ đếm HSC, kênh phát xung PWM,…

2.3.9 Cấu trúc phần cứng của PLC họ FX của hãng Mitsubishi

Cấu trúc của PLC được phân thành các phần như sau :

a Đơn vị điều khiển trung tâm (CPU : Central Processing Unit)

Là bộ xử lý thực hiện các lệnh trong bộ nhớ chương trình Nhập dữ liệu ở ngõ vào,

xử lý chương trình, nhớ chương trình, xử lý các kết quả trung gian và các kết quả nàyđược truyền trực tiếp đến cơ cấu chấp hành để thực hiện chương trình nhập xuất dữliệu ra các ngõ ra

b Bộ nhớ ( Memory)

Dùng để chứa chương trình số liệu, đơn vị nhở nhất là bit Bộ nhớ là vùng nắmgiữ hệ điều hành và vùng nhớ của người sử dụng ( hệ điều hành là một phần mềm hệthống mà nó kết nối PLC để thực hiện PLC thực sự hoạt động được)

Có nhiều loại bộ nhớ khác nhau Để PLC có thể hoạt động được, cần thiết phải có

bộ nhớ để lưu trữ chương trình Đôi khi cần mở rộng bộ nhớ để thực hiện các chứcnăng khác nhau như :

- Vùng đệm tạm thời lưu trữ trạng thái của các kênh nhập - xuất được gọi làRAM xuất-nhập

- Lưu trữ tạm thời các trạng thái của các chức năng bên trong : các bộ phận địnhthì ( Timer), các bộ đếm (Counter), các Rơle

 Bộ nhớ gồm có các loại sau đây :

- Bộ nhớ chỉ đọc ( ROM : Read Only Memory ): ROM không phải là bộ nhớkhả biến, nó có thể lập trình chỉ được 1 lần Do đó nó không thích hợp cho việcđiều khiển “ mềm” của PLC, nó ít phổ biến so với các loại bộ nhớ khác

- Bộ nhớ ghi đọc ( RAM : Random Access Memory)

- Bộ nhớ của PLC là CMOSRAM, tiêu tốn năng lượng khá ít, được cấp pin dựphòng khi mất nguồn Nhờ đó dữ liệu sẽ không bị mất

- Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xóa được (EPROM : Erasable ProgrammableRead Only Memory): EPROM lưu trữ dữ liệu giống như ROM, tuy nhiên nội

dung của nó có thể được xóa đi nếu bị ảnh hưởng của tia tử ngoại Khi đó phảiviết lại chương trình cho bộ nhớ.

- Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xóa được bằng điện (EEPROM : ElectricallyErasable Programmable Read Only Memory): Nội dung trên EEPROM có thể

bị xóa là lập trình bằng điện, tuy nhiên chỉ giới hạn một số lần nhất định

c Các Module xuất – nhập (Input – Output)

Khối xuất – nhập đóng vai trò là mạch giao tiếp giữa vi mạch điện tử bên trongPLC với mạch ngoài Module nhập nhận tín hiệu từ sensor, nút bấm và đưa vào CPU,module xuất đưa tín hiệu điều khiển từ CPU ra cơ cấu chấp hành

Mọi hoạt động xử lý tín hiệu từ bên trong PLC có mức điện áp từ 5 đến 15 VDC,trong khi tín hiệu bên ngoài có thể lơn hơn nhiều Ta có nhiều loại ngõ ra như: ngõ radùng rơle, ngõ ra dùng transitor, ngõ ra dùng triac

d Hệ thống BUS

Là hệ thống tập hợp một số dây dẫn kết nối module trong PLC gọi là BUS, đây làtuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều tín hiệu song song

2.3.10 Quy trình thiết kế chương trình điều khiển dùng PLC

 Quy trình thiết kế chương trình điều khiển dùng PLC được biểu diễn bằng

sơ đồ sau:

Hình 2.4 Sơ đồ quy trình thiết kế hệ thống điều khiển bằng PLC

- Xác định quy trình điều khiển: Điều đầu tiên cần biết là đối tượng điều khiển

của hệ thống, mục đích chính của PLC là phải điều khiển được các thiết bị ngoại vi.Các chuyển động của đối tượng điều khiển được kiểm tra thường xuyên bởi các thiết

bị vào, các thiết bị này gửi tín hiệu đến PLC và tiếp theo đó PLC sẽ đưa tín hiêu điềukhiển đến các thiết bị để điều khiển chuyển động của đối tượng Để đơn giản, quytrình điều khiển có thể mô tả theo lưu đồ

- Các định tín hiệu vào ra: Bước thứ hai là phải xác định vị trí kết nối giữa các

thiết bị vào ra với PLC Thiết bị vào có thể là tiếp điểm, cảm biến Thiết bị ra có thể làRơle điện từ, Motor, đèn, Mỗi vị trí kết nối được đánh số tương tự ứng với PLC sửdụng

- Soạn thảo chương trình: Chương trình điều khiển được soạn thảo dưới dạng

lưu đồ hình thang như đã trình bày ở bước 1

- Nạp chương trình vào bộ nhớ: Cấp nguồn cho PLC, cài đặt cấu hình khối

giao tiếp I/O nếu cần (Phụ thuộc vào từng loại PLC) Sau đó nạp chương trình soạnthảo trên màn hình vào bộ nhớ của PLC Sau khi hoàn tất nên kiểm tra lỗi bằng chứcnăng tự chuẩn đoán và nếu có thể thì chạy chương trình mô phỏng hoạt động của hệthống (Ví dụ chương trình S7-SIM, S7 - VISU, )

- Chạy chương trình: Trước khi khỏi động hệ thống cần phải chắc chắn dây

nối từ PLC đến các thiết bị ngoại vi là đúng, trong quá trình chạy kiểm tra có thể cầnthiết phải thực hiện các bước tinh chỉnh hệ thống nhằm đảm bảo an toàn khi đưa vàohoạt động thực tế Quy trình thiết kế hệ thống điều khiển bằng PLC

Kết luận : Từ việc tìm hiểu về cấu trúc và chức năng của PLC ta thấy PLC có

một vai trò rất quan trọng và không thể thiếu trong các bài toán điều khiển PLC cócấu tạo gọn nhẹ Tất cả các nhà máy, xí nghiệp, phân xưởng sản xuất ngày nay đều ápdụng PLC để cải thiện chế độ làm việc, nâng cao năng suất lao động và đơn giản hóaviệc điều khiển các hệ thống Vì vậy nên em lựa chọn PLC Mitsubishi FX1N– 60MT

Hình 2.5 PLC Mitsubishi FX1N– 60MT.

2.3.11 Phần mềm lập trình và ngôn ngữ lập trình

Phần mềm GX Works 2 là phần mềm có giao diện thông minh, thân thiện và

hỗ trợ nhiều công cụ , giúp việc lập trình và cấu hình đơn giản hơn mà lại cực kỳ hiệuquả

Phần mềm GX Works2 lập trình PLC Mitsubsihi dòng FX1N, FX2N, FX3G,FX3U,FX3S, FX3SA, FX3GA, dòng Q CPU, A CPU, L CPU

1 số tính năng của GX Works2:

- Hỗ trợ đầy đủ tập lệnh để viết chương trình plc gồm các lệnh và hàm cơ bản.

- Download và upload chương trình từ plc và máy tính.

- Reset plc về mặc định nhà sản xuất, khóa mật khẩu, password.

- Phần mềm còn tính hợp nhiều tính năng khác như test code chương trình có

sẵn bằng cách debug

 Ngôn ngữ lập trình Ladder trong PLC

- Ladder là ngôn ngữ bậc thang Ngôn ngữ này có dạng đồ họa cho phép nhập

chương trình có dạng như một sơ đồ mạch điện logic, dùng các ký hiệu điện để biểudiễn các công tác logic ngõ vào và lơ – le logic ngõ ra Ngôn ngữ này gần với chúng tahơn hơn ngôn ngữ Instruction và được xem như là một ngôn ngữ cấp cao Phần mềmlập trình sẽ biên dịch các ký hiệu logic trên thành mã máy và lưu vào bộ nhớ của PLC.Sau đó, PLC sẽ thực hiện các tác vụ điều khiển theo logic thể hiện trong chương trình

- Có 6 thiết bị lập trình cơ bản dùng trong PLC Mỗi thiết bị có công dụng

riêng Để dể dàng xác định thì mỗi thiết bị được gán cho một kí tự:

1, X: dùng để chỉ ngõ vô vật lý gắn trực tiếp vào PLC

6, D: vùng nhớ D là thanh ghi 16bit để lưu trữ các dữ liệu

Tất cả các thiết bị trên được gọi là “Thiết bị bit”, nghĩa là các thiết bị này có 2trạng thái: ON hoặc OFF, 1 hoặc 0

2.4 Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển hệ thống

2.4.1 Giới thiệu về phần mềm WinCC (TIA Portal)

WinCC (TIA Portal) là phần mềm cấu hình và thiết kế giao diện từ màn hình

điều khiển HMI cho đến hệ thống SCADA chạy trên máy tính PC Phiên bản này đượcSiemens phát triển để tích hợp vào hệ sinh thái TIA Portal của họ, chính vì vậy, đểphân biệt với WinCC V7 thì chúng ta thường ghi kèm “TIA Portal” vào sau tênWinCC

Với việc tích hợp WinCC vào TIA Portal, chương trình này đã mang được ý nghĩanhư tên gọi của nó là “Tích hợp toàn diện” Các thao tác kỹ thuật từ lập trình PLC chođến thiết kế giao diện HMI sẽ được thực hiện trên cùng một chương trình duy nhất Ưuđiểm là các thông tin giữa PLC và SCADA được trao đổi với nhau dễ dàng và có cấutrúc thống nhất

Dựa trên phạm vi cấu hình và thiết kế, WinCC (TIA Portal) được chia làm 4 phiênbản khác nhau:

 WinCC Basic: dùng để thiết kế các màn hình HMI dòng Basic Panel Phiênbản này khi các bạn cài đặt bất kỳ phiên bản TIA Portal nào cũng đều có đínhkèm theo

 WinCC Comfort: dùng để lập trình tất cả các dòng màn hình điều khiển HMI

từ Basic Panel cho đến Comfort Panel và Mobile Panel Nói cách khác, vớiphiên bản này thì bất cứ màn hình điều khiển HMI nào của Siemens cũngđều có thể lập trình được hết

 WinCC Advanced: được dùng để lập trình tất cả màn hình điều khiển HMI

và có thể lập trình cho các dòng máy tích công nghiệp IPC của Siemens

 WinCC Professional: được dùng để lập trình tất cả màn hình điều khiển HMI

và SCADA chạy trên máy tính PC

Phiên bản WinCC sau sẽ bao gồm các tính năng của bản WinCC trước Tức là khicài bản Comfort thì đã bao gồm tính năng của bản Basic rồi Hoặc cài bản Professionalthì sẽ bao gồm 3 phiên bản trước cộng lại Tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng (chi phímua bản quyền, bản càng cao thì càng đắt) và cấu hình máy tính của bạn có mạnh đểcài hay không

2.4.2 Các thành phần và chức năng cơ bản trong phần mềm WinCC flexible 2008

Cửa sổ chính của phần mềm (Control Center) chứa tất cả các chức năng cho toàn

hệ thống, trong cửa sổ này có thể đặt cấu hình và khởi động chức năng Runtiem (môphỏng hệ thống thời gian thực)

Chức năng của Control Center :

- Thiết lập cấu hình toàn cục cho hệ thống.

- Quản lý các dự án (Projects) như: tạo mới, lưu, mở dự án có sẵn Có khả

năng nối mạng và soạn thảo cho nhiều người sử dụng trong một dự án

- Thiết lập cấu hình cho các chức năng định vị đặc biệt.

- Diễn tả bằng đồ thị của dữ liệu cấu hình.

- Chuyển giữa chế độ thiết kế cấu hình và Runtime.

- Kiểm tra chế độ mô phỏng, trợ giúp thao tác để đặt cấu hình dữ liệu gồm:

biên dịch hình vẽ, mô phỏng tag, hiển thị trạng thái và thiết lập báo cáo

- Báo cáo trạng thái hệ thống.

- Tạo và soạn thảo các dữ liệu giữa các phần mềm đan chéo có liên quan Các thành phần cơ bản trong Control Center:

a WinCC Flexible Engineering System : Là thành phần cơ bản và quan trọng nhất

có nhiệm vụ thiết kế và lập trình một hệ thống HMI

b Screen: Tạo và kết nối quá trình bằng hình vẽ, đồ thị Bao gồm cửa sổ để thiết

kế hệ thống

c Thanh công cụ Tools: Chứa tất cả công cụ để vẽ một hệ thống tự động.

d Communication : Kết nối và xử lý dữ liệu của quá trình Một kết nối logic mô tả

giao diện giữa hệ thống tự động và quản lý dữ liệu trong WinCC flexible Quản lý dữliệu của máy tính đảm trách việc cung cấp các tags (biến) với các giá trị quá trình khiRuntime

Biến (tags): Là phần tử trung tâm để truy nhập các giá trị của quá trình Trong một

dự án, chúng nhận một tên và một kiểu dữ liệu duy nhất Kết nối logic được gán vớibiến của WinCC flexible Kết nối này xác định rằng kênh nào sẽ chuyển giao giá trịquá trình cho các biến

Các biến được lưu trữ trong cơ sỡ dữ liệu toàn dự án Khi một chế độ của WinCCflexible được khởi động, tất cả các biến trong một dự án được nạp và các cấu trúc củachế độ Runtime tương ứng được thiết lập Mỗi biến được lưu trữ trong quản lý dữ liệutheo các kiểu dữ liệu chuẩn như sau:

Biến nội : Các biến nội không có địa chỉ trong hệ thống PLC, do đó quản lý dữliệu bên trong WinCC Flexible sẽ cung cấp cho toàn bộ mạng hệ thống (Network) Cáclớp biến nội được dùng lưu trữ thông tin tổng quát như: ngày giờ hiện hành, lớp hiệnhành, cập nhật liên tục Hơn nữa các biến nội cho phép trao đổi dữ liệu giữa các ứngdụng để thực hiện việc truyền thông cho quá trình theo cách tập trung và tối ưu

Biến quá trình : Trong hệ thống WinCC flexible, biến ngoài cũng có thể hiểu làtag quá trình Các biến quá trình được liên kết với truyền thông logic để phản ánhthông tin về địa chỉ của hệ thống PLC khác nhau Các biến ngoài chứa một tổng quátgồm thông tin về tên, kiểu, các giá trị giới hạn và một mục chuyên biệt về kết nối màcách diển tả phụ thuộc kết logic Quản lý dữ liệu luôn cung cấp những mục đặc biệtcủa quá trình cho các ứng dụng trong một dự án

Nhóm biến : Nhóm biến chứa tất cả các biến có kết nối logic với nhau Một kếtnối logic diễn tả giao diện giữa hệ thống tự động và quản lý dữ liệu Mỗi nhóm biếnđược gắn với một khối kênh Một kênh có thể chứa nhiều nhóm biến.

Ví dụ:

CPU: Nhóm này chứa tất cả các biến truy nhập cùng một CPU

Lò nhiệt: Nhóm này chứa tất cả các biến truy nhập cho một lò

I/O số: Nhóm này chứa tất cả các biến truy nhập các đầu vào/ra số

I/O tương tự: Nhóm này chứa tất cả các biến truy nhập các đầu/ra tương tự

Các kiểu dữ liệu : Biến phải gán vào một trong các kiểu dữ liệu sao cho mỗi biến đượcđịnh cấu hình Việc gán kiểu dữ liệu cho biến được thực hiện trong khi tạo một biếnmới Kiểu dữ liệu của một biến độc lập với kiểu biến (Biến nội hay biến quá trình).Các kiểu dữ liệu (Data Types) có trong WinCC flexible:

Char : kiểu ký tự

Byte : kiểu byte gồm 8 bit tương tự như vi xử lý

Int : kiểu số nguyên không dấu

Uint : kiểu số nguyên có dấu

Long : kiểu số nguyên dài không dấu

Ulong : kiểu số nguyên dài có dấu

Float : kiểu số thực

Double : kiểu số thực

String : kiểu chuỗi

Data time : kiểu ngày, giờ

Raw Data type: kiểu dữ liệu thô (ta có thể định nghĩa kiểu dữ liệu như trong cácngôn ngữ lập trình cấp cao : C, VB )

e Alarm Management : Hệ thống quản lí thông báo, báo cáo, sự cố.

Có các đặc tính như sau:

Cung cấp các thông tin về lỗi và trạng thái hoạt động toàn diện,cho phép sớm nhận

ra các tình trạng vận hành của thiết bị, tránh và giảm thiểu sự cố, nâng cao hiệu quảvận hành và chất lượng sản phẩm ngày càng tăng

Cung cấp các số liệu cần thiết cho nhu cầu lưu trữ và kiểm tra về sau

WinCC Flexible cho phép ta tạo ra các cảnh báo khi biến đạt tới những giới hạn

mà chúng ta thiết lập Khi đó Alarm management sẽ hiển thị

Giả sử ta tạo một cảnh báo khi thùng đựng sản phẩm đầy (biến SO SP CAO đạttới 10): ta đánh dấu chọn vào Check Box bên cột Create alram và nhấp vào nút cửa

sổ biên tập cảnh báo khi biến SO SP CAO đạt tới 10 hiện ra như sau:

Ô Text : nhập nôi dung hiện trên cảnh báo là thùng chứa sản phẩm đầy

Ô Class : nhấp dấu mũi tên sổ xuống chọn kiểu cảnh báo là : Errors (có lỗi),Warnings (cảnh báo), Diagnosis sysem ( chuẩn đoán), System (có lỗi hệ thống)

f Script : tập lệnh trong WinCC Flexible 2013.Trong WinCC ta có thể lập trình

những hàm tùy ý hay những lệnh không được hỗ trợ bởi WinCC Flexible Những hàmnày được viết trên nền ngôn ngữ C Để tạo ra 1 Script mới ta có thể nhấp đôi chuột vàomục Add script trong cửa sổ Tool của màn hình

Cửa sổ biên tập Script hiện ra như sau:

Để tạo ra những cấu trúc cần thiết ta nhấp vào thẻ tab Code template wizard sẽhiện ra danh sách những cấu trúc thường dùng Chọn cấu trúc thích hợp rồi nhấpApply

Sau khi chọn được cấu trúc thích hợp ta chỉ cần thay đổi ngưỡng đổi số thích hợp

để tạo ra được những hàm như mong muốn

Chúng ta có thể thêm những lệnh có sẵn trong WinCC Flexible 2013 bằng vào thẻtab Function list wizard chọn lệnh thích hợp

Để gọi hàm vừa tạo ra, ta vào thuộc tính Events của một đối tượng mà ta mongmuốn khi tác động sẽ làm một nhiệm vụ mà ta mong muốn chọn hàm vừa tạo ở mụcUser Script

Ví dụ: khi load màn hình làm việc lên thì gọi hàm

Lưu ý: đối với cách này thì hàm vừa tạo ra chỉ được gọi 1 lần duy nhất vào lúcload màn hình hay một sự kiện diễn ra Để hàm vừa tạo ra được gọi liên tục trong quátrình làm việc của chương trình Ta có thể tạo một biến động trong chương trình ,biếnnày sẽ luôn thay đổi trong suốt quá trình làm việc rồi lợi dụng sự kiện chuyển giá trịcủa biến động này gọi hàm vừa tạo ra

Cách tạo ra một biến động khi load màn hình: khi sự kiện load màn hình diễn rathực hiện lệnh Simulate tag

Tag (InOut) : là 1 biến dạng int được tạo trong Tag

Cycle : là khoảng thời gian giữa hai lần biến thay đổi.Cycle này có thể biên tậptrong cửa sổ Cycles ở mục Communication

Maximum value: giá trị lớn nhất của biến, khi biến đạt tới giá trị này sẽ quay trở

về giá trị bắt đầu

Minimun value: giá trị bắt đầu của biến

Để gọi hàm khi giá trị biến động này thay đổi ta vào mục tag chọn biến động thayđổi khi màn hình được load ở đây là biến Tag_1 Cửa sổ biên tập thuộc tính của biếnTag_1 hiện ra như sau, ta chọn hàm muốn gọi khi biến thay đổi trong sự kiện Changevalue

g Historical Data: chức năng lưu trữ dữ liệu trong WinCC Flexible 2013 để tạo

ra một lưu trữ trong WinCC Flexible 2013 ta nhấp chột vào mục Data Logs

Kết nối giữa PLC và WinCC

Chương trình WinCC cho phép chúng ta có thể kết nối máy tính với PLC để lấy

dữ liệu từ các ngõ vào, ngõ ra của PLC để xử lý, hiện thị trên màn hình điều khiển hayxuất giá trị đã qua xử lý của chương trình ra những ngõ ra của PLC để thực hiện nhữngcông việc trên mô hình thực tế

Một kết nối trong WinCC được thực hiện như một Windows DLL và được liên kếtđộng với hệ thống Mỗi kết nối thực hiện việc truy nhập các kiểu tham số kết nối đặcbiệt với các phương thức kết nối đặc trưng cho từng thiết bị điều khiển như: Ethernet,Profibus… Trong WinCC có thể thực hiện nhiều kết nối cùng lúc (có nghĩa là 1 HMI

có thể điều khiển cùng lúc nhiều thiết bị điều khiển) Quản lý dữ liệu của WinCC đòihỏi các giá trị quá trình lúc Runtime từ PLC ở xa thông qua các kết nối logic (WinCCtích hợp sẵn trong nó phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu SQL server 2005) Mỗi kết nối

sẽ thực hiện thực các bước truyền thông cần thiết để đáp ứng yêu cầu về giá trị quátrình bằng kết nối kênh đặc biệt, qua đó cung cấp các giá trị quá trình cho quản lý dữliệu WinCC Dữ liệu đọc vào được lưu trữ như ảnh của quá trình làm việc trong RAMcủa HMI Tất cả các thành phần của WinCC đều truy nhập vào cơ sở dữ liệu này liêntục trong quá trình làm việc

Để tạo một kết nối giữa HMI (ở đây là máy tính) với bộ điều khiển (ở đây là PLC)

ta nhấp chuột phải vào mục Connection trong phần Communication trong cửa sổProject chọn Add Connection

1 Ô Name : ta có thể đặt tên cho kết nối tùy ý

2 Ô Communication driver : chọn thiết bị kết nối bằng cách nhấp vào dấu mũi tên

sẽ sổ xuống một loạt thiết bị mà chương trình WinCC cho phép kết nối Ở đây chọnPLC MITSUBISHI FX

3 Ô Oline: tùy chọn trạng thái kết nối là ON hoặc OFF

4 Ô Comment : ghi chú tùy ý

Phần Paramenter cho phép ta cấu hình cho phương thức kết nối giữa máy tính vàPLC

Lưu ý : Mỗi 1 thiết bị điều khiển có 1 dạng kết nối khác nhau nên màn hình thay đổiphương thức truyền giữa HMI và bộ điều khiển sẽ khác nhau tùy loại Bảng sau liệt kênhững phương thức truyền giữa HMI và từng thiết bị cụ thể như bảng sau:

PLC Phương thức truyền

SIMATIC S7 PPI

MPIPROFIBUS DPTCP/IP (Ethernet)SIMATC S5 AS 511

PROFIBUSSIMATIC 500/505 NITP

PROFIBUS DPSIMATIC HMI HTTP

Protool

HTTP/HTTPS(Ethernet)

SIMONTION MPI

PROFIBUS DPTCP/IP(Ethernet)

Allen-Bradley PLC series SLC500, SLC501, SLC502, SLC503,

SLC504, SLC505, MicroLogix and PLC5/11, PLC5/20,PLC5/30, PLC5/40, PLC5/60, PLC5/80

DF1DH+ via KF2 moduleDH485 via KF3 modulePLC series ControlLogix 5500(with 1756-ENBT) andCompactLogix 5300 ( 1769-L32E and 1769-L35E)

FX(Mitsubishi PG)Mitsubishi Electric PLC series MELSEC FX0, FX1n, FX2n, AnA, AnN,

AnS, AnU, QnA and QnASProtocol 4

GE Fanuc Automation PLC series TSX 7 with P47 411, TSX 7

SIMONTION PLC series GLOFA GM (GM4, GM6, GM7)/ Series

G4,G6 and G7OMRON PLC series SYSMAC C, SYSMAC CV, SYSMAC

CS1, SYSMAC alpha, CJ and CPHostlink/Multilink(SYSMAC Way)Modicon (Schneider

Automation)

PLC series Modicon 894, TSX Quantum and TSXcompact

Modbus RTUSPS series Quantum, Momentum, Premium and MicroSPS series Compact and 984 via Ethernet bridgeModbus TCP/IP(Ethernet)

Telemecanique PLC series TSX 7 with P47 411, TSX 7 with

P47/67/87/107 420, TSX 7 with P47/67/87/107 425,module TSX SCM 21,6 with the specified TSX 7 CPUs,TSX 17 with module SCG 1161, TSX 37(Micro), TSX57(Premium)

Uni-Telway

Ngoài ra thẻ Area Pointers cho phép ta khai báo những vùng nhớ đặc biệt trênPLC mà máy tính có thể truy cập khi cần thiết Đây là những vùng nhớ cần thiết củaPLC Khi máy tính truy nhập vào Area pointer sẽ hiện lên cửa sổ như hình bên dưới:

1 Ô Connection : chọn kết nối sẽ thực hiện những chức năng này

2 Ô Name : tên của các chức năng

3 Ô Address : địa chỉ trên PLC.

4 Ô Length : độ dài mặc định của những vùng nhớ này trên PLC

5 Ô Trigger mode : chế độ cập nhật những giá trị này

Chức năng của các vùng nhớ này như sau:

Data Area Chức năng HMI PLC

Screen

number

Bậc của màn hình điều khiển Write read

Data record Trao đổi đồng bộ dữ liệu lưu trữ W/R W/RDate/time Chuyển dữ liệu thời gian từ HMI xuống

PLC

Date/time

PLC

Chuyển dữ liệu thời gian từ PLC lên HMI R W

Coordination HMI gửi thanh ghi trạng thái xuống thiết bị

điều khiển

Project ID Kiểm tra sự liên kết địa chỉ giữa chương

trình WinCC và chương trình trên PLC

PLC job Khởi động những hàm được thực hiện trong

chương trình WinCC

W/R W/R

2.5 Các thiết bị sử dụng trong mô hình.

a hệ thống truyền động di chuyển cho các trục.

Mô hình bãi đỗ xe thông minh sử sụng 2 động cơ bước cần điều khiển chínhxác vị trí theo phương đứng và phương ngang, để đồng bộ về phần cơ khí nên trong

đồ án này nhóm em lựa chọn sử dụng trục vít me trục xoắn Và hệ thống đưa xe ra,vào em lựa chọn ray trượt bi 2 tầng vì không yêu cầu tải trọng nặng, trượt liên tục vàcấu tạo đơn giản giá thành rẻ

+ Vít me trục xoắn:

Hình 2.6 Vít me trục xoắn

+ Ray trượt bi 2 tầng:

Hình 2.7 Ray trượt bi 2 tầng

b Lựa chọn động cơ

Trong mô hình, vì sử dụng truyền động thanh ray di chuyển bàn trượt và khôngyêu cầu tải trọng lớn nên không cần động cơ có công suất lớn Với yêu cầu khá đơngiản của như là :

- Bàn trượt chạy liên tục, có thể dừng khi cần, dễ dàng sử dụng

- Tải trọng nhẹ

- Dễ điều khiển, giá thành rẻ, cấu tạo đơn giản

Vì vậy chỉ cần sử dùng loại động cơ một chiều có công suất nhỏ Em chọn động

cơ 1 chiều gắn đầu giảm tốc 12V

c Lựa chọn cảm biến

 Cảm biến vật cản hồng ngoại ( cảm biến tiệm cận ):

Trong đề tài này em chọn cảm biến là loại Cảm biến vật cản hồng ngoại DS30C4 trong hệ điều khiển logic sử dụng PLC với mục đích xác định có xe haykhông ở các ô chứa và nhận biết bãi đỗ xe đã đầy hay chưa

Do yêu cầu công nghệ đặt ra em đã tìm hiểu và ứng dụng cảm biến và rơ le vào

trong bài toán của mình một cách phù hợp Em lựa chọn rơ le trung gian.

e Driver điều khiển động cơ bước

Dựa vào yêu cầu công nghệ của đề tài nhóm em lựa chọn Driver Micro-StepCNC Single Axis TB6600 Stepper Motor Driver Controller 4A 9~40V để điều khiển

động cơ bước.

2.6 Thiết kế và gá thiết bị trên panel :

Hình 2.8 Giá thiết bị trên panel

 Thiết kế và gá thiết bị trên panel điều khiển phù hợp với yêu cầu công nghệ đã đề

ra Các thiết bị đã sử dụng trong sơ đồ:

CHƯƠNG III LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG 3.1 Lưu đồ thuật toán

Hình 3.1 Lưu đồ thuật toán

3.2 Sơ đồ nguyên lý

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý

 Với việc sử dụng 01 PLC Mitsubishi FX1N-60MT đáp ứng được yêu cầu bàitoán PLC được trang bị 36 ngõ vào và 24 ngõ ra đáp ứng được các yêu cầu đề ra

- 02 chân điều khiển rơle đảo chiều động cơ DC giảm tốc

- 04 chân vào Driver điều khiển động cơ bước ( chiều và xung ) ( chân xung vàđèn báo xung sẽ sử dụng chung 1 chân đầu ra của PLC )

- 01 Đèn báo gửi xe

- 01 Đèn báo lấy xe

3.3 Lập trình điều khiển.

 Xác định biến vào biến ra.

Bãi giữ xe được thiết kế với 2 tầng, mỗi tầng 2 khoang chứa xe Thiết bị được sử dụngbao gồm: 3 động cơ để thực hiện nâng/hạ, đưa xe ra/vào các vị trí khoang khác nhau

và chuyển giữa các vị trí theo phương ngang Trong đó 1 động cơ bước sử dụng nâng/

hạ, 1 động cơ bước sử dụng để chuyển giữa các vị trí theo phương ngang và 1 động cơ

1 chiều có đầu giảm tốc có tác dụng đẩy ra/thu về để đưa xe vào các khoang Các vị trígiữa các tầng được xác định thông qua lập trình, xác định bằng số vòng quay của động

cơ bước Các vị trí khoang chứa xe theo phương ngang sẽ được xác định thông qua cáccảm biến quang Tại mỗi khoang chứa sẽ có cảm biến quang để xác định khoang đó có

xe ở trong hay không Khi hệ thống được cấp điện và bấm Start, hệ thống nâng/hạ sẽ

ở vị trí chờ, khi có xe vào cảm biến nhận biết và cánh tay sẽ di chuyển tới đưa xe tớikhoang còn trống Sau khi đưa xe vào khoang trống xong hệ thống nâng/hạ trở lại vịtrí chờ, khi hết khoang trống đèn đỏ sẽ sáng báo hiệu trên màn hình WinCC báo hiệubãi đỗ xe đã đầy Khi lấy xe ra thì bấm số khoang tương ứng trên Win CC hệ thống sẽlấy xe ra và đưa ra vị trí trả xe Trong hệ thống sẽ có 1 nút bấm reset, nút bấm này cótác dụng đưa tất cả các trạng thái, tất cả các vị trí về trí home ( vị trí chờ )

 Từ yêu cầu công nghệ ta xác định được biến vào ra như sau:

 Biến vào:

- Start (X0)

X0=1 khi được ấn nút strat X0

X0=0 khi nút start chưa được ấn

- Reset (X1)

X1=0 khi được ấn nút Reset X1

X1=1 khi chưa được ấn nút Reset X1

- Stop (X2)

X2=1 khi được ấn nút Stop X2

X2=0 khi chưa được ấn nút Stop X2

- Cảm biến vị trí xe ôtô vào ô để xe (X21)

X21=0 khi ôtô không ở vị trí X21

X21=1 khi ô tô ở vị trí X21

- Cảm biến vị trí xe ôtô ra khỏi ô để xe (X22)

X22=0 khi ôtô không ở vị trí X22

X22=1 khi ôtô ở vị trí X22