TỔNG QUAN
Lý do chọn đề tài
Trong ngành công nghiệp, công việc lặp đi lặp lại không chỉ tốn nhiều nhân lực mà còn gây nhàm chán và giảm năng suất Những chi tiết kỹ thuật nhỏ có thể ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất Để khắc phục vấn đề này, tự động hóa sản xuất đã ra đời, cho phép quy trình làm việc diễn ra với ít hoặc không cần sự can thiệp của con người Việc sử dụng các hệ thống điều khiển cho máy móc và quy trình trong nhà máy giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người, với nhiều quy trình đã hoàn toàn tự động Hiện nay, Việt Nam được xem là thị trường mới nổi cho robot và tự động hóa, theo xu hướng chung của khu vực.
Hiện nay, hầu hết các xí nghiệp đã chuyển sang sử dụng dây chuyền sản xuất tự động hóa, giảm thiểu lao động tay chân Các mô hình tự động hóa ngày càng hoàn thiện và phổ biến, với PLC (Program Logic Controller) là thành phần chính, đóng vai trò như bộ não của hệ thống Các dòng PLC ngày càng được cải tiến và nâng cao hiệu quả Do đó, nhóm chúng tôi đã chọn đề tài hệ thống gia công phân loại sản phẩm tự động sử dụng PLC SIEMENS S7-1200 nhằm tiết kiệm thời gian.
, nhân công, có tính chính xác và năng suất lao động được nâng cao
Thực trạng hiện nay
Trên thị trường Việt Nam hiện nay, các hệ thống tự động gia công và phân loại có quy mô đa dạng, nhưng chi phí đầu tư vẫn cao, đặc biệt trong bối cảnh kinh tế địa phương Đa số doanh nghiệp vừa và nhỏ vẫn phụ thuộc vào lao động thủ công, trong khi các hệ thống tự động chủ yếu được áp dụng cho các yêu cầu phân loại phức tạp Mặc dù có băng chuyền để vận chuyển sản phẩm, nhưng việc tích hợp một hệ thống hoàn chỉnh từ gia công đến phân loại và lọc sản phẩm lỗi vẫn chưa phổ biến Các phương pháp gia công và phân loại sản phẩm rất đa dạng, bao gồm phân loại theo kích thước, màu sắc, khối lượng, mã vạch và hình ảnh, dẫn đến sự phát triển của nhiều thuật toán và giải pháp khác nhau, có thể hỗ trợ lẫn nhau trong quá trình xử lý.
Sản phẩm sử dụng webcam (cảm biến vision) được phân loại bằng cách chụp ảnh sản phẩm khi nó di chuyển qua camera và so sánh với ảnh gốc Nếu hình ảnh khớp nhau, sản phẩm sẽ được cho phép đi qua; ngược lại, nếu không giống, sản phẩm sẽ bị loại Hệ thống này đảm bảo tính tương thích với các sản phẩm từ nhiều công ty khác nhau.
Nhận thấy nhu cầu thực tiễn, bài luận văn này sẽ trình bày một mô hình gia công và phân loại, nhằm đáp ứng rộng rãi nhu cầu của người dùng.
Mục tiêu
Thiết kế 1 hệ thống gia công phân loại sản phẩm sử dụng PLC S7 – 1200, lập trình trên phần mềm Tia Portal V16 và mô phỏng 3D trên phần mềm Factory I/O
Nội dung nghiên cứu
Nhóm em đã tiến hành nghiên cứu quy trình mô phỏng hệ thống gia công và phân loại sản phẩm tự động, tập trung vào PLC SIEMENS S7-1200.
Phần cứng kết nối với PLC là ứng dụng mô phỏng Factory i/o
Phần mềm kết nối chương trình với PLC là ứng dụng Tia Portal V16
Các thiết bị ngõ ra , ngõ vào trong công nghiệp
Sơ đồ đấu dây với PLC SIEMEN S7-1200
Sơ đồ kết nối mạch động lực
Giới hạn
Ngôn ngữ Ladder viết cho PLC SIEMEN S7 – 1200
Loại PLC , thiết bị ngõ vào/ra
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan về dòng PLC S7-1200
S7-1200 cung cấp tính linh hoạt và sức mạnh trong việc điều khiển nhiều thiết bị khác nhau, đáp ứng nhu cầu tự động hóa Với thiết kế nhỏ gọn, cấu hình linh hoạt và khả năng lập trình mạnh mẽ, S7-1200 là giải pháp lý tưởng cho nhiều ứng dụng điều khiển đa dạng.
Bằng cách tích hợp bộ vi xử lý, nguồn điện và các mạch vào ra trong một cấu trúc nhỏ gọn, CPU của S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ Sau khi tải xuống chương trình, CPU sẽ thực hiện mạch logic cần thiết để giám sát và điều khiển thiết bị trong ứng dụng, theo dõi các ngõ vào và điều chỉnh ngõ ra dựa trên logic của chương trình, bao gồm các hoạt động như logic Boolean, đếm, định thì, phép toán phức hợp và giao tiếp với các thiết bị thông minh khác.
1 Bộ phận kết nối nguồn
2 Bộ phận kết nối dây
3 Khe thẻ nhớ 4.Led trạng thái 5.Bộ phận kết nốiPROFINET trên CPU
Module tín hiệu mở rộng
3 ( Mở rộng về bên trái)
Profinet 1 cổng truyền thông Ethernet 2 cổng truyền thông
Ethernet Tốc độ thực thi tính toán toán học
PLC S7-1200 cho phép mở rộng các module tín hiệu và module gắn ngoài, giúp nâng cao chức năng của CPU Bên cạnh đó, người dùng có thể lắp đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông khác nhau.
Khả năng mở rộng của mỗi loại CPU phụ thuộc vào các đặc tính, thông số kỹ thuật và quy định của nhà sản xuất Dòng S7-1200 cung cấp nhiều loại module mở rộng khác nhau.
– Communication module (CM). – Signal Board (SB)
– Module truyền thông tích hợp
Cổng truyền thông Profinet (Ethernet) được tích hợp sẵn:
Dùng để kết nối máy tính, với màn hình HMI hay truyền thông PLC-PLC
Dùng kết nối với các thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở
Đầu nối RJ45 với tính năng tự động chuyển đổi đấu chéo
Hỗ trợ 16 kết nối ethernet
TCP/IP, ISO on TCP, và S7 protocol
Các tính năng về đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển quá trình:
6 bộ đếm tốc độ cao (high speed counter) dùng cho các ứng dụng đếm và đo lường, trong đó có 3 bộ đếm 100kHz và 3 bộ đếm 30kHz
2 ngõ ra PTO 100kHz để điều khiển tốc độ và vị trí động cơ bước hay bộ lái servo (servo drive)
Ngõ ra điều rộng xung PWM, điều khiển tốc độ động cơ, vị trí valve, hay điều khiển nhiệt độ…
16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số điểu khiển (auto- tune functionality)
Mở rộng tín hiệu vào/ra có thể thực hiện bằng cách sử dụng board tín hiệu mở rộng, được gắn trực tiếp phía trước CPU Giải pháp này giúp tăng cường khả năng mở rộng tín hiệu mà không làm thay đổi kích thước của hệ điều khiển.
Mỗi CPU có thể kết nối tối đa 8 module mở rộng tín hiệu vào/ra.
Ngõ vào analog 0-10V được tích hợp trên CPU
3 module truyền thông có thể kết nối vào CPU mở rộng khả năng truyền thông, vd module RS232 hay RS485
Card nhớ SIMATIC, dùng khi cần rộng bộ nhớ cho CPU, copy chương trình ứng dụng hay khi cập nhật firmware
Chẩn đoán lỗi online / offline
2.2.5 Giới thiệu các tập lệnh lập trình
Tiếp điểm thường mở Adrress : I,Q,M,L, D
Tiếp điểm thường đóng Adrress : I,Q,M,L, D Cuộn dây ngõ ra Adrress : Q,M,L, D
Lệnh Reset Adrress : I,Q,M,L, D Tiếp điểm xung cạnh lên Tiếp điểm xung cạnh xuống
Sử dụng lệnh Timer để tạo một chương trình trễ định thời.Số lượng của Timer phụ thuộc vào người sử dụng và số lượng vùng nhớ của CPU.
Mỗi bộ đếm (timer) sử dụng cấu trúc dữ liệu 16 byte kiểu IEC_Timer trong khối DB Phần mềm Step 7 tự động tạo khối DB khi khởi tạo bộ đếm Kích thước và phạm vi của kiểu dữ liệu Time là 32 bit, được lưu trữ dưới dạng dữ liệu Dint.
T#-14d_20h_31m_23s_648ms đến T#24d_20h_31m_23s_647ms hay là -
Khi ngõ vào IN ngừng tác động thì reset và dừng hoạt động Timer.
Thay đổi PT khi Timer vận hành không có ảnh hưởng gì
Khi ngõ vào IN ngừng tác động thì reset và dừnghoạt động Timer. Thay đổi PT khi Timer vận hành không có ảnh hưởng gì
Timer TP tạo một chuỗi xung với độ rộng xung đặt trước Thay đổi PT, IN không ảnh hưởng khi Timer đang chạy.
Khi đầu vào IN được tác động vào timer sẽ tạo ra một xung có độ rộng bằng thời gian đặt PT
Thay đổi PT không ảnh hưởng khi Timer đang vận hành, chỉ ảnh hưởng khi timer đếm lại
Khi ngõ vào IN chuyển sang
“FALSE” khi vận hành thì timer sẽ dừng nhưng không đặt lại bộ định thì Khi chân IN
“TRUE” trở lại thì Timer bắt đầu tính thời gian từ giá trị thời gian đã tích lũy.
Lệnh Counter trong PLC được sử dụng để đếm các sự kiện bên ngoài hoặc các sự kiện trong quá trình Mỗi Counter sử dụng cấu trúc lưu trữ của khối dữ liệu DB làm dữ liệu cho nó Khi sử dụng lệnh, Step 7 sẽ tự động tạo khối DB.
Tầm giá trị của giá trị đếm phụ thuộc vào loại dữ liệu bạn chọn Nếu giá trị đếm là số nguyên không dấu, nó có thể đếm từ 0 đến giới hạn tối đa Ngược lại, nếu giá trị đếm là số nguyên có dấu, nó có thể đếm từ giới hạn âm đến giới hạn dương.
Giá trị bộ đếm CV được tăng lên 1 khi tín hiệu ngõ vào CU chuyên từ 0 lên 1 Ngõ ra Q được tác động lên 1 khi CV>=PV Nếu trạng thái R
= Reset được tác động thì bộ đếm CV = 0.
Khi tín hiệu ngõ vào CD chuyển từ 0 lên 1, giá trị bộ đếm sẽ giảm 1 Ngõ ra Q sẽ được kích hoạt lên 1 khi giá trị CV nhỏ hơn hoặc bằng 0 Nếu trạng thái LOAD được tác động, giá trị CV sẽ bằng giá trị PV.
D Giá trị bộ đếm CV được tăng lên 1 khi tín hiệu ngõ vào CU chuyển từ 0 lên 1 Ngõ ra
QU được tác động lên 1 khi CV >=PV Nếu trạng thái R = Reset được tác động thì bộ đếm CV
Khi tín hiệu ngõ vào CD chuyển từ 0 lên 1, giá trị bộ đếm CV sẽ giảm 1 Ngõ ra QD sẽ được kích hoạt lên 1 khi giá trị CV nhỏ hơn hoặc bằng 0 Nếu trạng thái Load được kích hoạt, giá trị CV sẽ bằng giá trị PV.
So sánh trong khoảng Tham số : MIN, VAL, MAX
Kiểu dữ liệu so sánh : SInt, Int, Dint, USInt,
UInt, UDInt, Real, LReal, Constant
So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu so sánh
MIN