Thiết kế mô hình hệ thống giám sát và trộn bê tông

5 MỞ ĐẦU Trong nền công nghiệp hiện đại ở mọi ngành sản xuất, mục tiêu tăng năng suất lao động được giải quyết bằng cách gia tăng mức độ tự động hoá các quy trình và thiết bị sản suất.T

1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

NGHỆ AN, 2018

2

MỤC LỤC

DANH SÁCH HÌNH ẢNH 4

MỞ ĐẦU 5

TÓM TẮT 6

CHƯƠNG 1 7

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ TRỘN BÊ TÔNG 7

1.1.Khái niệm 7

1.2 Đặt vấn đề 7

1.3 Tổng quan về hệ thống trộn bê tông 8

1.3.1 Quy trình sản xuất bê tông 8

1.3.2 Đối tượng cho trạm trộn 9

1.3.3 Tỷ lệ nguyên liệu cho trạm trộn 9

1.3.4 Phân loại trạm trộn 10

1.3.5 Nguyên lý hoạt động của trạm cân 12

1.4 Các thiết bị sử dụng 12

1.4.1 Cảm biến Load cell 12

1.4.2 Mạch khuếch đại đầu ra cho loadcell 16

1.4.3 Cảm biến quang 17

1.4.4 Đèn Led 24v 19

1.4.5 Arduino 20

1.4.6 Xy lanh khí nén và van điện từ 25

1.5 Kết luận chương 26

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU PLC S7-300 VÀ PHẦN MỀM WINCC 27

2.1 Giới thiệu chương 27

2.2 Giới thiệu PLC S7-300 27

2.2.2 Bộ nguồn 29

2.2.3 CPU 29

2.2.4 Module CPU 29

2.2.5 Module mở rộng 29

2.2.6 Bộ nhớ 32

3

2.2.7 Vòng quét chương trình 35

2.2.8 Cấu trúc chương trình 36

2.3 Phần mềm WinCC 41

2.3.1 Giới thiệu về WinCC 41

2.3.2 Các thành phần của WinCC 44

2.3.3 Các thành phần chính của cửa sổ dự án 44

CHƯƠNG 3 47

LẬP TRÌNH VÀ THIẾT KẾ MÔ PHỎNG GIÁM SÁT 47

3.1 Sơ đồ hệ thống giám sát và trộn bê tông 47

3.2 Chương trình hệ thống giám sát trộn bê tông 47

3.3 Một số hình ảnh kết quả chạy chương trình adruino IDE 51

KẾT LUẬN 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

4

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Hệ thống trộn bê tông 7

Hình 1.2 Quy trình sản xuất bê tông 8

Hình 1.4 Trạm trộn kiểu băng tải 10

Hình 1.5 Trạm trộn kiểu tời kéo 11

Hình 1.6 Nguyên lý hoạt động của trạm cân 12

Hình 1.7 Mạch cầu Wheatstone 13

Hình 1.8 Các dạng nối dây của loadcell 15

Hình 1.9 Một số loadcell thực tế 16

Hình 1.10 Mạch khuếch đại loadcell 17

Hình 1.11 Sơ đồ đấu chân mạch khuếch đại 17

Hình 1.12 Một số cảm biến quang thông dụng 18

Hình 1.13 Cấu tạo của cảm biến quang 18

Hình 1.14 Sơ đồ nguồn AD và DC của cảm biến quang 19

Bảng 1.2 Datasheet của cảm biến quang 19

Hình 1.16 Đèn Led 24v thực tế 20

Hình 1.17 Hình ảnh thực tế của Arduino 20

Hình 1.18 Vi điều khiển của Arduino 22

Hình 1.19 Phần mềm lập trình Arduini IDE 24

Hình 1.20 Xy lanh khí nén 25

Hình 1.21 Cấu tạo xy lanh khí nén 25

Hình 2.1 Cấu trúc của một bộ PLC 28

Hình 2.2 Module ghép nối 31

Hình 2.3 Mô hình kết nối của SIMATIC S7-300 32

Hình 2.4 Phân chia các vùng ô nhớ trong CPU 34

Hình 2.6 Vòng quét chương trình 35

Hình 2.7 Lập trình tuyến tính 36

Hình 2.8 Lập trình cấu trúc 38

Hình 2.9 Cấu hình giá trị thời gian trễ đặt trước cần khai báo với timer 38

Hình 2.10 Bộ đếm tiến lùi 39

Hình 2.11 Khối FC105 41

Hình 2.12 Giao diện phần mềm wincc 44

Hình 2.13 Bộ soạn thảo trong wincc 45

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống giám sat và trộn bê tông 47

Hình 3.2 Kết quả chạy chương trình băng phần mềm Arduino 51

Hình 3.3 Kết quả trên wincc 52

Hình 3.4 Mô hình thực tế 52

5

MỞ ĐẦU

Trong nền công nghiệp hiện đại ở mọi ngành sản xuất, mục tiêu tăng năng suất lao động được giải quyết bằng cách gia tăng mức độ tự động hoá các quy trình và thiết bị sản suất.Tự động hoá có thể nhằm mục đích tăng sản lượng hoặc cải thiện chất lượng và độ chính xác của sản phẩm, thậm trí có thể thay thế một phần hay toàn bộ thao tác vật lý của công nhân vận hành máy, thiết bị Những hệ thống tự động này có thể điều khiển toàn bộ quá trình sản xuất với độ tin cậy và ổn định cao

mà không cần sự can thiệp của con người Trạm cân tự động là một ví dụ nó dùng

để giám sát trọng lượng của từng vật từ đó được đưa vào ứng dụng trong thực tiễn Trạm cân khối lượng được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống của con người Vì lý

do đó em đã chọn đi sâu nghiên cứu việc thiết kế điều khiển cho một hệ thống trộn

bê tông

Với đề tài “Thiết kế mô hình hệ thống giám sát và trộn bê tông” bao gồm

việc dùng PLC S7 300 đọc tín hiệu đầu vào Analog từ Loadcell, hiển thị kết quả cân bằng phần mềm mô phỏng WinCC Đây chỉ là phần ứng dụng các kiến thức đã học

để giải quyết một vấn đề tương đối hoàn chỉnh trong thực tế

Nội dung chính của đề tài bao gồm:

Chương I: Tổng quan về hệ thống giám sát và trộn bê tông

Chương II: Giới thiệu về PLC S7 300 và WinCC

Chương III: Lập trình và thiết kế mô phỏng hệ thống giám sát trộn bê tông

Em xin chân thành cảm ơn Thầy Th.S Phan Văn Dư cùng quý thầy cô ngành

Kỹ thuật ĐK & TĐH đã truyền đạt kiến thức chỉ dạy cho em đến ngày hôm nay Trong quá trình làm đồ án cho đến ra kết quả này dù chúng em đã cố gắng làm tốt nhưng không thể tránh khỏi những sai sót và hạn chế Kính mong các thầy chỉ bảo thêm để em có thể phát triển đề tài lên một dự án lớn hơn Em kính chúc các quý thầy cô Viện Kỹ Thuật Và Công Nghệ thật nhiều sức khỏe và công tác tốt để ngày càng đào tạo thêm nhiều thế hệ những kỹ sư tài năng cho đất nước

Em xin chân thành cảm ơn!

Nghệ An, Ngày 18 tháng 05 năm 2018

6

TÓM TẮT

Đề tài nêu lên giải pháp thiết kế hệ thống giám sát và trộn bê tông dữ dụng PLC, ADRUINO PLC có nhiệm vụ đọc giá trị trọng lượng ở dang tương tự từ ngõ ra của cảm biến laodcell sau khi qua bộ khuếch đại Chương trình PLC được viết và nạp sẵn cho PLC để đọc, thiết kế hệ thống cân, tính toán và giao tiếp với máy tính Qua thời gian nghiên cứu, thiết kế, cân chỉnh và vận hành thực tế Kết quả của

hệ thống cân cho ra độ chính xác chưa cao do thiết kế phần cứng và thiết bị chưa phải dạng chuẩn(dạng mô hình)

Với đề tài này đã được áp dụng thực tế nên rất thiết thực cho cuộc sống không chỉ riêng cho trạm cân tự động

ABSTRACT

The topic of the solution design system automatic weighing station used PLC, ADRUINO The PLC is supposed to read the analog weight value from the loadcell output after the amplifier PLC program is written and pre-loaded for PLC to read, design weighing system, calculating and communicating with computer

Over time, research, design, calibration and actual operation The result of the weighing system for accuracy is not due to the hardware design and equipment is not standard (out of model)

With this topic has practical application should be very practical for life not only for Automatic weighing station

7

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ TRỘN BÊ TÔNG

1.1 Khái niệm

Bê tông là hồn hợp vật liệu nhân tạo được tạo thành từ vật liệu kết dính, nước, cốt liệu (cát, sỏi hay đá dăm) và phụ gia Hỗn hợp bê tông phải đảm bảo sao cho sau khi đông kết phải đảm bảo các tính chất cho trước như cường độ, độ chống thấm Chất kết dính được sử dụng có thể là các loại xi măng (tùy nhu cầu sử dụng mà

có thể sử dụng các loại xi măng khác nhau), thạch cao, vôi và chất kết dính hữu cơ(polime).Thường trong lĩnh vực sản xuất bê tông chất kết dính được sử dụng là xi măng (chiếm 80-85%), còn trong bê tông xi măng chiếm 10-20% khối lượng tùy

loại Mác bê tông

Hình 1.1 Hệ thống trộn bê tông

1.2 Đặt vấn đề

Xã hội ngày càng phát triển tốc độ công nghiệp hóa hiện đại hóa của nước ta rất mạnh Kéo theo đó đặt ra rất nhiều vấn đề để giải quyết từ mọi khía cạnh của xã hội Đòi hỏi sự phát triển nguồn lực của đất nước là rất lớn Trong những năm qua Đảng

và nhà Nước ta đã có những chính sách phát triển ngắn hạn cũng như dài hạn nhằm phát triển nguồn lực quốc gia

Hiện nay, đất nước ta đang vào thời kỳ phát triển mạnh về mọi mặt để quá trình này phát triển nhanh chóng ta cần tập trung đầu tư vào kỹ thuật công nghệ đặc biệt

là mảng tự động hóa sản xuất Nhằm nâng cao năng suất lao động, giải phóng sức

8

lao động con người và giảm chi phí sản xuất Một trong những phương án đầu tiên vào tự động hóa là việc ứng dụng các thành tựu khoa học kỹ thuật, ở đây là ứng dụng PLC vào các dây chuyền sản xuất, điều khiển và giám sát hệ thống tự động Một trong những ứng dụng của PLC vào thực tế là xây dựng một hệ thống trộn

bê tông và cân tự động Hệ thống trôn được sử dụng rộng rãi ngày nay nó có chức năng cho con người biết trọng lượng của một vật nào đó bất kỳ Từ đó nó rất thiết thực đối với thực tiễn, vì lý do đó mà em đã làm đề tài tốt nghiệp của mình lien

quan đến trạm cân Đề tài mang tên “Thiết kế mô hình hệ thống giám sát và trộn

bê tông”

1.3 Tổng quan về hệ thống trộn bê tông

1.3.1 Quy trình sản xuất bê tông

Hình 1.2 Quy trình sản xuất bê tông

9

1.3.2 Đối tượng cho trạm trộn

Để sản xuất ra một khối lượng bê tông ta cần các thành phần sau: cát, sỏi, nước,

xy măng và phụ gia.Các cốt liệu được kiểm tra kỹ lưỡng đảm bảo chất lượng để tạo

ra một khối bê tông chất lượng đảm bảo nhu cầu sản xuất của các công trình

Các loại xy măng thường dùng:

Hiện nay tại thị trường Việt Nam có tầm trên 15 loại xi măng : Vicem Hà Tiên, Nghi

Sơn, Thăng Long, Chinfon, Fico, Holcim, Sao Mai … Với mục đích xây dựng khác

nhau, xi măng được phân thành ba loại chính như sau:

• Xi măng trộn bê tông: xi măng có mác từ 40 (PCB40) trở lên, có giá cao nhất

• Xi măng đa dụng: sử dụng cho tất cả mục đích xây dựng như: trộn bê tông, xây,

tô, có mác 40 (PCB40) trở lên (giá gần như tương đương xi măng trộn bê tông)

• Xi măng xây tô: chỉ dùng cho mục đích xây, tô, thường có mác 30 (PCB30) trở xuống, có giá thấp nhất

1.3.3 Tỹ lệ nguyên liệu cho trạm trộn

Tùy theo yêu cầu của ngươi dùng ta sữ dụng tỷ lệ các nguyên liệu để tạo ra bê tông có các mác khác nhau

Ví dụ: mác bê tông 200 cần có 300 kg xi măng PC 40, 500 kg cát vàng, 2000 kg đá Mác bê tông được ghi rõ trong bảng sau:

Bảng 1.1 Tỉ lệ các mác bê tông

10

1.3.4 Phân loại trạm trộn

Trạm trộn được phân loại như sau:

➢ Trạm trộn kiểu băng tải

Là loại trạm trộn bê tông tươi, bê tông khô, hiệu quả cao, được sử dụng rộng rãi trong các dự án xây dựng lớn và vừa như xây lắp cầu, đường bộ, các công trình xây dựng và sản xuất các cấu kiện bê tông đúc sẵn hệ thống máy chủ sử dụng máy trộn bê tông loạt kiểu JS, hai trục trộn bắt buộc, với hệ thống phối liệu hai khoang, ba khoang hoặc nhiều hơn nữa giúp các nguyên liệu trộn dày hơn Hệ thống chứa xi măng với xi lô và thiết kế một cân định liệu một cách chính xác

Hình 1.4 Trạm trộn kiểu băng tải

• Ưu điểm : Với một pha trộn đồng nhất tốt của bê tông, thời gian trộn ngắn, mặc các bộ phận, tuổi thọ lâu dài, dễ vận hành và tính năng bảo trì, những ý tưởng thiết kế bằng cách sử dụng điện tử mới nhất có trọng lượng computercontrol, kỹ thuật số công nghệ điều khiển màn hình, điện tử, khối lượng với một thiết bị cho ăn sẵn và tự động bù trừ, độ chính xác cao cho biết Hệ thống cung cấp nguyên liệu bằng băng tải giúp việc cho ăn một cách linh hoạt và hiệu quả hơn, số lượng lớn các đơn vị xây dựng lý tưởng cho sản xuất bê tông chất lượng cao

11

• Nhược điểm: tốn không gian Cần một khu vực lớn để làm

➢ Trạm trộn kiểu tời kéo

• Ưu điểm:

- Tăng năng xuất bê tông, khả năng trộn các vật liệu nhanh đều hơn

- Giảm thiểu chi phí nhân công, cũng như giảm được chi phí vật tư, chánh được các hao tổn về cát, đá, xi măng

- Hạn chế mức độ ôi nhiễm môi trường trong quá trình sử dụng si lô chứa xi măng, thay vì dùng xi măng bóc bao

- Linh kiện , phụ kiện thay thế có sẵn,

- Sữa chữa, bảo dưỡng, bảo trì dễ dàng, nhanh chóng

• Nhược điểm: Cồng kềnh trong quá trình thi công , lắp đặt, và vận chuyển

Hình 1.5 Trạm trộn kiểu tời kéo

12

1.3.5 Nguyên lý hoạt động của trạm cân

Nguyên lý hoat động của trạm cân như sau: 2 băng tải cung cấp nguyên vật liệu.Trong đo băng tải 1 cung cấp sõi đá,băng tải 2 cung cấp vật liệu cát.2 băng tải hoạt động liên tục cung cấp vật liệu cho thùng trộn.Vật liệu được trộn trong thùng trộn để thành bê tông thương phẩm.Khi ô tô đến vị trí cảm biến 1 hoạt động hệ thống trộn mở cho bê tông đã được trộn xuống ô tô khi cân định lương cân đủ số lượng bê tông yêu cầu thì ngắt bê tông và barie mở cho ô tô di chuyển.Khi ô tô di chuyên đến cảm biến 2 thì cảm biến 2 hoạt động tác động đóng barie

Hình 1.6 Nguyên lý hoạt động của trạm cân

1.4 Các thiết bị sử dụng

1.4.1 Cảm biến Load cell

Cảm biến lực dùng trong việc đo khối lượng được sử dụng phổ biến là loadcell Đây là một kiểu cảm biến lực biến dạng Lực chưa biết tác động vào một bộ phận đàn hồi, lượng di động của bộ phận đàn hồi biến đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ với lực chưa biết Sau đây là giới thiệu về loại cảm biến này

13

Bộ phận chính của loadcell là những tấm điện trở mỏng loại dán Tấm điện trở

là một phương tiện để biến đổi một biến dạng nhỏ thành sự thay đổi tương ứng trong điện trở Một mạch đo dùng các miếng biến dạng sẽ cho phép thu được một tín hiệu điện tỉ lệ với mức độ thay đổi của điện trở Mạch thông dụng nhất sử dụng trong loadcell là cầu Wheatstone

- Nguyên lý

Cầu Wheatstone là mạch được chọn dùng nhiều nhất cho việc đo những biến thiên điện trở nhỏ (tối đa là 10%), chẳng hạn như việc dùng các miếng đo biến dạng Phần lớn các thiết bị đo đạc có sẵn trên thị trường đều không ít thì nhiều dùng phiên bản của cầu Wheatstone đã được sàng lọc Như vậy, việc tìm hiểu nguyên lý cơ bản của loại mạch này là một điều cần thiết

Hình 1.7 Mạch cầu Wheatstone Cho một mạch gồm bốn điện trở giống nhau R1, R2, R3, R4 tạo thành cầu Wheatstone như trên hình trên Đối với cầu Wheatstone này, bỏ qua những số hạng bậc cao, hiệu thế đầu ra Em thông qua thiết bị đo với trở kháng Zm sẽ là:

4

43

32

21

1[)1(

R R

R R

R R

R Zm R

V  − +  −+

m

cơ bản để có thể giải điều chế thành phần xoay chiều của tín hiệu

Trong phần lớn các trường hợp, Zm rất lớn so với R (ví dụ như Volt kế số, bộ khuếch đại với phần nối trực tiếp) nên biểu thức trên có thể viết lại là:

4

4 3

3 2

2 1

1 [

R R

R R

R R

đo và cũng để dùng cho các thiết kế đặc biệt

❖ Một sô loadcell thực tế

Có nhiều loại loadcell do các hãng sản xuất khác nhau như KUBOTA (Nhật), Global Weighing (Hàn Quốc), Transducer Techniques Inc, Tedea – Huntleigh Mỗi loại loadcell được chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo tải trọng chịu đựng, chịu lực kéo hay nén Tùy hãng sản xuất mà các đầu dây ra của loadcell có màu sắc

15

a Dạng nối dây 1 b Dạng nối dây 2

Hình 1.8 Các dạng nối dây của loadcell

Như vậy, thực chất loadcell cho ra 6 dây nhưng bản chất vẫn là 4 dây vì ở cả hai cách nối ta tìm hiểu ở trên thì các dây +veInput (Exc+) và +veSense (Sense+) là nối tắt, các dây -veInput (Exc-) và -veSense (Sense-) là nối tắt

Có nhiều kiểu hình dạng loadcell cho những ứng dụng khác nhau Do đó cách kết nối loadcell vào hệ thống cũng khác nhau trong từng trường hợp

Thông số kỹ thuật của từng loại loadcell được cho trong catalogue của mỗi loadcell và thường có các thông số như: tải trọng danh định, điện áp ra danh định (giá trị này có thể là từ 2 miliVolt/Volt đến 3 miliVolt/Volt hoặc hơn tuỳ loại loadcell), tầm nhiệt độ hoạt động, điện áp cung cấp, điện trở ngõ ra, mức độ chịu được quá tải (Với giá trị điện áp ra danh định là 2miliVolt/Volt thì với nguồn cung cấp là 10 Volt thì điện áp ra sẽ là 20 miliVolt ứng với khối lượng tối đa) Tuỳ ứng dụng cụ thể mà cách chọn loại loadcell có thông số và hình dạng khác nhau Hình dạng loadcell có thể đặt cho nhà sản xuất theo yêu cầu ứng dụng riêng Sau đây là hình dạng của một số loại loadcell có trong thực

16

Hình 1.9 Một số loadcell thực tế

1.4.2 Mạch khuếch đại đầu ra cho loadcell

Do điện áp dòng hoặc điện đầu ra của loadcell quá nhỏ ở mức mV nên PLC không thể đọc được với chuẩn công nghiệp Mạch khuếch đại giúp khuếch điện áp , dòng điện đầu ra load cell lên hàng ngàn lần theo chuẩn công nghiệp

Các tính năng chính:

- Mạch khuếch đại và dây kết nối được thiết kế chống thấm nước, niêm phong

và phù hợp với môi trường khắc nghiệt

- Vật liệu nhựa, bền, chống nhiễu tốt

- Khuếch đại chính xác V- mA chính xác cao, độ ổn đinh tốt

- Nguồn điện được bảo vệ phân cực ngược, bảo vệ quá áp, bảo vệ quá dòng

- Điện áp làm việc: 12-24 VDC

- Tín hiệu ngõ ra: 0-5V, 0-10V, 4-20mA

- Tín hiêu đầu vào : Độ nhạy cảm biến 2.0mV\V

- Nhiệt độ hoạt động : -20 đến 80 độ C

- Độ chính xác : Tốt hơn so với 0.2% FS

17

Hình 1.10 Mạch khuếch đại loadcell

• Sơ đồ đấu chân mạch khuếch đại

Hình 1.11 Sơ đồ đấu chân mạch khuếch đại

1.4.3 Cảm biến quang

Cảm biến quang điện có ý nghĩa rất lớn trong tự động hóa công nghiệp Nó có thể phát hiện nhiều dạng vật thể khác nhau: từ việc phát hiện 1 chai nhựa trên băng chuyền hoặc kiểm tra xem tay robot đã gắp linh kiện ô tô để lắp đặt hay chưa, và nhiều chức năng khác Hôm nay, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu cảm biến quang điện là

gì cũng như công dụng và chức năng của nó như thế nào

• Khái niệm

Cảm biến quang điện được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các nhà máy

công nghiệp để phát hiện từ xa vật thể, đo lường khoảng cách hoặc tốc độ di chuyển của đối tượng Tín hiệu quang được biến đổi thành tín hiệu điện nhờ

18

hiện tượng phát xạ điện tử ở cực catot (Cathode) khi có một lượng ánh sáng chiếu vào Có thể hiểu cảm biến Quang điện (Photoelectric Sensor, PES) nói một cách nôm na, thực chất chúng là do các linh kiện quang điện tạo thành Khi

có ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt của cảm biến quang, chúng sẽ thay đổi tính chất

Hình 1.12 Một số cảm biến quang thông dụng

- Dòng điện tiêu thụ:<=20mA

- Màu sắc: Màu xanh, Đỏ

- Đường Kính: 22mm

Hình 1.17 Hình ảnh thực tế của Arduino

21

b) Thông số kỹ thuật của Arduino R3

Nhắc tới dòng mạch Arduino dùng để lập trình, cái đầu tiên mà người ta thường nói tới chính là dòng Arduino UNO Hiện dòng mạch này đã phát triển tới thế hệ thứ 3 (R3)

Bảng 1.3 Thông số kỹ thuật của Arduino

Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC

Điện áp vào giới hạn 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

22

c) Vi điều khiển

Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8, ATmega168, ATmega328 Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,…

Hình 1.18 Vi điều khiển của Arduino

Thiết kế tiêu chuẩn của Arduino UNO sử dụng vi điều khiển ATmega328

d) Năng lượng

Arduino UNO có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC và giới hạn là 6-20V Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu bạn không có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽ làm hỏng Arduino UNO

23

- Các chân năng lượng

- GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng

các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau

- 5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA

- 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA

- Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực dương

của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

- IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được đo ở

chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V

từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

- RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương với

việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

Các cổng vào/ra

Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối)

Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0

→ 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân AREF trên board,

bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện

áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit

Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác

e) Bộ nhớ

Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng:

24

• 32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh bạn lập trình sẽ được lưu trữ trong bộ

nhớ Flash của vi điều khiển Thường thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ được dùng cho bootloader nhưng đừng lo, bạn hiếm khi nào cần quá 20KB bộ nhớ này đâu

• 2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến bạn khai

báo khi lập trình sẽ lưu ở đây Bạn khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều

bộ nhớ RAM Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ mà bạn phải bận tâm Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất

g, Lập trình cho Arduino

Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino được lập trình bằng ngôn riêng Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring được viết cho phần cứng nói chung Và Wiring lại là một biến thể của C/C++ Một số người gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là

C hay C/C++ Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến hiện nay do đó rất

dễ học, dễ hiểu Nếu học tốt chương trình Tin học 11 thì việc lập trình Arduino sẽ rất dễ thở đối với bạn

Để lập trình cũng như gửi lệnh và nhận tín hiệu từ mạch Arduino, nhóm phát triển dự án này đã cũng cấp đến cho người dùng một môi trường lập trình Arduino

được gọi là Arduino IDE (Intergrated Development Environment) như hình dưới

đây

f) Phần mềm lập trình Arduino

Hình 1.19 Phần mềm lập trình Arduini IDE

Hình 1.20 Xy lanh khí nén

- Cấu tạo

Xy lanh khí nén có cấu tạo gồm các thành phần: Thân trụ (Barrel) và Pít tông (Piston), trục pít tông (Piston rod), các lỗ cấp, thoát khí Cap-end port và Rod-end port

Hình 1.21 Cấu tạo xy lanh khí nén

26

➢ Van điền từ

Hình 1.2.2 Van điện từ

Van điện từ – Solenoid Valve khá đa dạng về chủng loại, và cấu tạo của chúng

cũng có sự khác biệt Van hoạt động nhờ điện cơ, được điều khiển bởi dòng điện thông qua tác dụng của lực điện từ Đối với loại van 2 cửa, cửa ra và cửa vào sẽ được đóng mở thay phiên nhau (nghĩa là cửa vào đóng thì cửa ra mở và ngược lại), đối với van 3 cửa, 2 cửa ra sẽ được đóng mở thay phiên nhau Một hệ thống phức tạp có thể sử dụng nhiều van điện từ được ghép lại với nhau

1.5 Kết luận chương

Chương 1 đã giúp ta hiểu rõ hơn về lý thuyết và tính thực tiễn của đề tài Biết cấu trúc nguyên tắc hoạt động trong thực tế Đi sâu vào xem xét các chức năng của từng bộ phận của trạm cân và hệ thống trộn Tìm hiểu sâu về cảm biến quang, cảm biến lực(Loadcel) và các thiết bị cấn thiết khác Qua đó hiểu rõ hơn bản chất của vấn đề mình gặp phải

Qua chương 1 giúp ta hiểu rõ hơn về các thiết bị được dùng cho hệ thống

27

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU PLC S7-300 VÀ PHẦN MỀM WINCC 2.1 Giới thiệu chương

Chương 2 sẽ tập trung trình bày về PLC S7 300 và phần mềm Win CC Đi sâu vào nghiên cứu lý thuyết một cách tổng quan về PLC S7 300 và phần mềm WinCC Từ đó có thể sử dụng một cách có hệ thống và hiệu quả ở chương 3

2.2 Giới thiệu PLC S7-300

PLC là viết tắt của Programmable Logic Control là thiết bị điều khiển Logic lập trình hay khả trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình

Trong lĩnh vực tự động điều khiển, bộ điều khiển PLC là thiết bị có khả năng lập trình được sử dụng rộng rãi Kỹ thuật PLC được sử dụng từ những năm 60 cà được sử dụng chủ yếu để điều khiển và tự động hoá quá trình công nghệ hoặc các quá trình sản xuất trong công nghiệp Đặc trưng của PLC là sử dụng vi mạch để xử

lý thông tin, nó cũng giống như con vi xử lý xong việc lập trình và tốc độ thuận tiện hơn, xử lí nhanh hơn và dễ dàng thay đổi công nghệ, cải tạo dựa trên chương trình

và phần mở rộng

Các nối ghép logic cần thiết trong quá trình điều khiển xử lí bằng phần mềm

do người dùng lập nên và cài vào Cùng với lí do này nên chúng ta giải quyết các bài toán tự động hoá một cách dễ dàng, khác nhau nhưng cùng chung một bộ điều khiển và chỉ thay đổi phần mềm tức là các phương trình khác nhau

Các ưu thế của PLC trong tự động hoá:

- Thời gian lắp đặt công trình ngắn

- Dễ dàng thay đổi nhưng không tốn kém về mặt chính

- Có thể tính toán chính xác giá thành

- Cần ít thời gian làm quen

28

- Do phần mềm linh hoạt nên khi muốn mở rộng và cải tạo công nghệ thì dễ dàng

- Ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng

- Dễ bảo trì, các chỉ thị vào ra giúp xử lý sự cố dễ dàng và nhanh hơn

- Độ tin cậy cao, chuẩn hoá được phần cứng điều khiển

- Thích ứng với môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động, tiếng

ồn

Đứng đầu về các hệ PLC hiện nay phải kể đến các công ty AltanBrellay của Mỹ, công ty MitSubiShi, Omron của Nhật, Siemens của Đức, ABB của Thuỵ Sĩ, Schnider của Pháp…

Cấu trúc chung của một hệ thống PLC được thể hiện trên sơ đồ hình 3.1

Hình 2.1 Cấu trúc của một bộ PLC