Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp GVHD Th S Phùng Thị Vân TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Đề tài Nghiên cứu và mô phỏng Hệ thống đóng gói Mì Chũ theo cân nặng và đếm số lượng ứng dụng PLC S7 1200 Giáo viên hưỡng dẫn Th S Phùng Thị Vân Sinh viên thực hiện Hoàng Viết Chung – 2018605473 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Huyền Trang – 2018605701 Lớp 2018DIEN05 K13 Hà Nội – 2022 Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt ng.
TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Trong bối cảnh công nghiệp hóa – hiện đại hóa, việc tự nghiên cứu và chế tạo hệ thống sản xuất, đóng gói tự động là rất cần thiết Hiện tại, hầu hết các dây chuyền này đều phải nhập khẩu với chi phí cao, dẫn đến khó khăn trong việc khắc phục sự cố do điều kiện khí hậu nóng ẩm Việc mời chuyên gia nước ngoài để giải quyết sự cố không chỉ tốn kém mà còn ảnh hưởng lớn đến kinh tế Tuy nhiên, giải quyết các vấn đề tự động hóa, như cân đóng gói và đếm sản phẩm, là khả thi với kiến thức về lập trình PLC và tự động hóa Chúng tôi hướng đến nghiên cứu và mô phỏng hệ thống đóng gói Mì chũ theo cân nặng và đếm số lượng sản phẩm, ứng dụng bộ điều khiển Simens PLC S7-1200, nhằm kết nối với các thiết bị khác trong dây chuyền Phát triển hệ thống này sẽ mang lại hiệu quả kinh tế lớn và góp phần vào sự nghiệp công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước.
Mục đích nghiên cứu
Hiện nay, hầu hết các nhà máy và xí nghiệp trong ngành công nghiệp đều được trang bị hệ thống tự động hóa tiên tiến Những hệ thống này không chỉ nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn giúp bảo vệ sức khỏe người lao động bằng cách loại bỏ những công việc độc hại.
Hệ thống tự động hoá giúp theo dõi và giám sát quy trình công nghệ thông qua các chỉ số điều khiển, đồng thời điều chỉnh các thông số công nghệ và quản lý toàn bộ quy trình sản xuất Chất lượng sản phẩm và năng suất lao động của từng nhà máy phụ thuộc vào hiệu quả của hệ thống tự động hoá Việc sử dụng PLC S7-1200 của Siemens trong việc điều khiển dây chuyền cân đóng gói và đếm sản phẩm là rất cần thiết và quan trọng cho hoạt động của xí nghiệp.
* Một số hình ảnh về phương pháp sản xuất và đóng gói mì chũ thô sơ:
Hình 1.1 Phơi Mỳ Chũ tại Hợp tác xã sản xuất Mỳ Chũ Xuân Trường, xã Nam Dương, huyện Lục Ngạn (Bắc Giang) (Ảnh: Danh Lam/TTXVN)
Hình 1.2 Quá trình đóng gói mì Chũ tại Hợp tác xã sản xuất Mỳ Chũ Xuân Trường, xã Nam Dương, huyện Lục Ngạn (Bắc Giang) (Ảnh: Danh Lam/TTXVN)
Hình 1.3 Đóng gói sản phẩm Mỳ Chũ tại Hợp tác xã sản xuất Mỳ Chũ Xuân Trường, xã Nam Dương, huyện Lục Ngạn (Bắc Giang) (Ảnh: Danh Lam/TTXVN)
Việc tự động hóa quá trình đóng gói sản phẩm mì Chũ là hoàn toàn cần thiết và có tính ứng dụng cao trong thực tiễn.
Hướng nghiên cứu và phát triển
Hiện nay, sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật và sự chuyển mình sang nền sản xuất công nghiệp đòi hỏi chúng ta phải nghiên cứu các chương trình điều khiển tối ưu Điều này giúp liên kết nhiều hệ thống lại với nhau, đáp ứng nhu cầu thực tế trong bối cảnh hiện đại.
Bản đồ án này có thể được sử dụng để phát triển nhiều chương trình ứng dụng thực tiễn, như theo dõi và xử lý lỗi sản phẩm, kiểm soát số lượng sản phẩm, và kết hợp với Web server để theo dõi quy trình sản xuất Việc cải tiến chương trình này sẽ mang lại sự tiện lợi hơn cho người sử dụng.
Tổng quan hệ thống đóng gói mì Chũ
Bản mô tả hệ thống đóng gói mì Chũ tự động:
Hệ thống động cơ có vai trò quan trọng trong việc vận hành băng tải cấp nhiên liệu Khi bồn chứa nhiên liệu cạn kiệt, động cơ sẽ tự động chạy băng tải để cung cấp nhiên liệu cần thiết cho quá trình đóng gói.
- Chạy băng tải đưa sản phẩm hoàn thiện ra ngoài
- Đưa xilanh kẹp đến vị trí xả nhiên liệu
Băng tải - Đưa nhiên liệu là sản phẩm mì Chũ đưa vào bồn cấp nhiên liệu
- Đưa sản phẩm gói mì hoàn thiện ra ngoài Bồn - Chứa mì Chũ phục vụ quá trình đóng gói
- Gắn thiết bị, kết hợp động cơ quay đưa bao bì, sản phẩm đến các vị trí
Cảm biến - Báo mức nhiên liệu trong bồn chứa nhiên liệu còn hoặc hết nhiên liệu
- Báo phát hiện bao bì
- Dừng bao bì đúng tại vị trí xả mì, đẩy gói mì hoàn thiện
Xilanh - Kẹp và giữ bao bì
- Đá gói mì hoàn thiện vào băng tải đưa ra ngoài Đầu cân - Thực hiện cân trọng lượng thực tế gói mì đạt được
Cơ cấu hàn miệng - Hàn miệng túi mì hoàn thiện
Van xả - Xả mì từ bồn chứa nhiên liệu vào túi mì
Nút nhấn - Bật tắt hệ thống, reset , chọn chế độ vận hành, … Đèn - Báo trạng thái hệ thống chạy/ dừng, báo lỗi, cảnh báo,…
PLC - Bộ điều khiển lập trình cho hệ thống
HMI - Giao diện điều khiển giám sát hệ thống
Bảng 1.1 Bảng mô tả hệ thống đóng gói mì Chũ tự động
Qua chương 1 chúng em đã trình bày được một số vấn đề sau:
Thấy được tầm quan trọng và sự cần thiết của việc thiết kế một hệ thống cân và đóng gói tự động cho sản phẩm mì Chũ – Bắc Giang
Nhóm em đã xác định sơ đồ khối của hệ thống thiết kế, bao gồm các thành phần và phần tử cần thiết Đồng thời, nhóm cũng đã đưa ra yêu cầu công nghệ cụ thể cho hệ thống mà mình sẽ triển khai.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Giới thiệu về phần mềm TIA Portal của Siemens
Phần mềm TIA Portal là một giải pháp tiên tiến giúp tối ưu hóa quá trình điều hành các tác vụ một cách chính xác và hiệu quả Bạn đã biết TIA Portal là gì và những đặc điểm nổi bật của phần mềm này chưa?
Hệ thống tự động hóa hiện đại đóng vai trò quan trọng trong sản xuất, công nghiệp và đời sống Phần mềm tự động hóa được sử dụng để lập trình và điều khiển thiết bị, máy móc, giúp hoạt động hiệu quả và chủ động Nhiều phần mềm đã được nghiên cứu và phát triển nhằm nâng cao hiệu suất và tối ưu hóa hệ thống.
Phần mềm TIA Portal là giải pháp tối ưu giúp điều hành các tác vụ một cách chính xác Bạn đã biết TIA Portal là gì và những đặc điểm cũng như ứng dụng thực tế của nó? Thông tin dưới đây từ Batiea sẽ cung cấp cho bạn những kiến thức hữu ích về TIA Portal.
2.1.1 Tổng quan TIA Portal là gì
TIA Portal, hay còn gọi là Totally Integrated Automation Portal, là phần mềm tích hợp cho quản lý tự động hóa và điều khiển hệ thống điện Phần mềm này cung cấp một môi trường đồng nhất để thực hiện các tác vụ và điều khiển hệ thống, đánh dấu sự đổi mới trong lĩnh vực tự động hóa.
Hình 2.1 Giao diện phần mềm TIA Portal
TIA Portal, được phát triển bởi các kỹ sư Siemens vào năm 1996, cho phép người dùng nhanh chóng phát triển và viết phần mềm quản lý riêng lẻ trên một nền tảng thống nhất Giải pháp này giúp giảm thiểu thời gian tích hợp các ứng dụng riêng biệt, tạo ra hệ thống đồng nhất và hiệu quả hơn.
TIA Portal là phần mềm tích hợp tự động toàn diện, đóng vai trò cơ sở cho các phần mềm khác trong việc lập trình và cấu hình thiết bị Với khả năng chia sẻ cùng một cơ sở dữ liệu, TIA Portal đảm bảo tính thống nhất và toàn vẹn cho hệ thống quản lý và vận hành.
TIA Portal tạo môi trường dễ dàng để lập trình thực hiện các thao tác:
Thiết kế giao diện kéo nhã thông tin dễ dàng, với ngôn ngữ hỗ trợ đa dạng Quản lý phân quyền User, Code, Project tổng quát
Thực hiện go online và Diagnostic cho tất cả các thiết bị trong project để xác định bệnh, lỗi hệ thống
Tích hợp mô phỏng hệ thống
Dễ dàng thiết lập cấu hình và liên kết giữa các thiết bị Siemens
Phần mềm TIA Portal hiện có nhiều phiên bản, bao gồm TIA Portal V14, V15, V15.1, V16 và phiên bản mới nhất là V17 Người dùng có thể lựa chọn cài đặt phiên bản TIA Portal phù hợp với nhu cầu sử dụng của mình.
Trong khuôn khổ đề tài đồ án, nhóm chúng em đã quyết định sử dụng phần mềm lập trình TIA Portal V15.1, vì phần mềm này đáp ứng đầy đủ các tính năng cần thiết và phù hợp với nội dung của đề tài.
2.1.2 Ưu nhược điểm khi sử dụng TIA Portal
TIA Portal là phần mềm phổ biến trong lĩnh vực tự động hóa, tích hợp nhiều ứng dụng như HMI, PLC và Inverter của Siemens Phần mềm này mang lại nhiều lợi ích cho việc vận hành hệ thống tự động hóa, nhưng cũng tồn tại một số nhược điểm cần lưu ý.
Tích hợp tất cả phần mềm trên một nền tảng duy nhất giúp quản lý và chia sẻ cơ sở dữ liệu một cách dễ dàng, đồng thời thống nhất cấu hình Giải pháp này mang lại hiệu quả cao trong việc vận hành thiết bị nhanh chóng và hỗ trợ tìm kiếm, khắc phục sự cố trong thời gian ngắn.
Bộ lập trình PLC và màn hình HMI được cấu hình trên TIA Portal giúp chuyên viên tiết kiệm thời gian trong việc thiết lập truyền thông giữa các thiết bị Chỉ cần một biến số từ bộ lập trình PLC được đưa vào màn hình HMI, kết nối sẽ được thiết lập mà không cần thực hiện thêm thao tác lập trình nào.
Hình 2.2 TIA Portal và giao diện giám sát HMI Win CC
Hạn chế của hệ thống là dung lượng bộ nhớ lớn do tích hợp nhiều phần mềm và cơ sở dữ liệu, yêu cầu kỹ thuật cao từ người lập trình và quản lý, đồng thời tốn nhiều thời gian để làm quen với việc sử dụng.
2.1.3 Các thành phần trong bộ cài TIA Portal
Phần mềm TIA Portal do Siemens phát triển cung cấp nhiều công cụ giúp người dùng quản lý và lập trình PLC, HMI một cách hiệu quả Bộ TIA Portal bao gồm các thành phần thiết yếu hỗ trợ tối ưu hóa quy trình làm việc.
Simatic Step 7 professional và Simatic step 7 PLCSIM: Giải pháp lập trình và mô phỏng PLC S7-300, S&-400, Simatic S7-1200, Simatic S7-1500…
Simatic WinCC Professional: Được dùng để lập trình màn hình HMI, và giao diện SCADA
Simatic Start Driver là phần mềm lập trình cấu hình của Siemens, hỗ trợ điều khiển chuyển động đơn trục và đa trục thông qua Scout TIA Thư viện Simatic Robot cung cấp đầy đủ dữ liệu, giúp người dùng thiết lập cấu hình và hệ thống một cách nhanh chóng và hiệu quả.
2.1.4 Bảo mật lập trình PLC với TIA Portal hiệu quả
Bảo mật project trong lập trình PLC S7 với TIA thực hiện các thao tác: Vào phần “Security settings”, chọn “setting” chọn “Protech project” để thiết lập password cho Project
Setting up security for PLCs using TIA Portal involves configuring the hardware settings Users should navigate to the Protection & Security section and then select Access Level to manage the security parameters effectively.
Full access: Ứng với khối bảo mật mà ai cũng có thể đọc và viết mà không cần password
Read Access: Bảo mật phần viết cho PLC, cần có password HMI và SCADA hay user đọc được chương trình không cần password
HMI access: Bảo mật phần read và write của PLC cần có Password HMI và SCADA đọc không cần Password
No Access: Tất cả các ứng dụng truy xuất vào PLC đều cần Password
Tổng quan về PLC
PLC, viết tắt của Bộ điều khiển Logic có thể lập trình được, là thiết bị điều khiển linh hoạt hơn so với các bộ điều khiển thông thường Khác với những bộ điều khiển chỉ có một thuật toán cố định, PLC cho phép người dùng thay đổi thuật toán điều khiển theo nhu cầu thông qua ngôn ngữ lập trình.
PLC cho phép thực hiện linh hoạt các bài toán điều khiển, với nhiều hãng sản xuất nổi tiếng như Siemens (Đức), Omron (Nhật Bản), Mitsubishi (Nhật Bản) và Delta (Đài Loan) Các ngôn ngữ lập trình phổ biến cho PLC bao gồm LAD (Ladder logic), FBD (Function Block Diagram) và STL (Statement List), trong đó Ladder logic là ngôn ngữ được ưa chuộng nhất.
PLC được sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau, mỗi hãng cung cấp nhiều dòng sản phẩm và phiên bản với tính năng và giá thành đa dạng, phù hợp với các ứng dụng từ đơn giản đến phức tạp Hệ thống PLC còn hỗ trợ các bộ ghép mở rộng, cho phép kết nối nhiều PLC nhỏ để thực hiện các chức năng phức tạp hoặc giao tiếp với máy tính, tạo thành một mạng tích hợp Điều này giúp theo dõi, kiểm tra và điều khiển các quy trình công nghệ phức tạp hoặc toàn bộ phân xưởng sản xuất Dù sử dụng loại PLC nào, hệ thống điều khiển đều có cấu trúc chung.
Ngõ vào dạng số có hai trạng thái chính là ON và OFF Khi ở trạng thái ON, ngõ vào số được xem là ở mức logic 1, tương đương với mức logic cao Ngược lại, khi ở trạng thái OFF, ngõ vào số tương ứng với mức logic 0, tức là mức logic thấp.
+ Ngõ ra dạng 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: gồm các thiết bị tạo ra tín hiệu điều khiển thường là nút nhấn, cảm biến
Kích thước vật lí(mm)
Word 30 Kbytes 50 Kbytes 75Kbytes 100 Kbytes Load 1 Mbytes 1 Mbytes 4 Mbytes 4 Mbytes Retentive 10 Kbytes 10 Kbytes 10 Kbytes 10 Kbytes
14 Inputs/10 Out Kiểu tương tự
Module mở rộng vào ra None 2 8 8
Bộ đệm tốc độ cao
3 at 100kHz SB: 2 at 30kHz
3 at 100kHz 1at 30kHz SB: 2 at 30kHz
3 at 80kHz SB: 2 at 20kHz
3 at 80kHz 1 at 30kHz SB: 2 at 20kHz
Card nhớ SIMATIC Memory Card (optional)
Lưu trữ thời gian đồng hồ thời gian thực
Chuẩn 20 ngày, nhỏ nhất là 12 ngày ở nhiệt độ 40 0 C
(duy trì bằng tụ điện có dung lượng lớn)
Ethenet Tốc độ thực thi phép toỏn thực 2.3 às/lệnh
Tốc độ thực thi logic Boolean 0.08 às/lệnh
Bảng 2.1 Một số cấu hình PLC của Siemens
Các tín hiệu từ thiết bị ngoại vi như cảm biến và công tắc được truyền vào CPU (Bộ điều khiển trung tâm) qua module đầu vào Sau khi tiếp nhận tín hiệu, CPU tiến hành xử lý và gửi các tín hiệu điều khiển qua module đầu ra đến các thiết bị bên ngoài theo chương trình đã được lập trình trước.
Một chu kỳ quét, hay còn gọi là vòng quét, bao gồm các bước quan trọng như đọc tín hiệu đầu vào, thực hiện chương trình, truyền thông nội bộ, tự kiểm tra lỗi và gửi cập nhật tín hiệu đầu ra.
Hình 2.3 PLC S7-1200 của hãng Siemens
Hình 2.4 Chu kì quét của PLC
Vòng quét thường diễn ra trong khoảng thời gian ngắn, từ 1ms đến 100ms Thời gian thực hiện vòng quét này phụ thuộc vào tốc độ xử lý lệnh của PLC, độ dài chương trình, và tốc độ giao tiếp giữa PLC và các thiết bị ngoại vi.
Cũng giống như các PLC cùng họ khác, PLC S7-1200 gồm 4 bộ phận cơ bản: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao tiếp xuất/ nhập
Bộ xử lý, hay còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là thành phần quan trọng chứa vi xử lý, có nhiệm vụ biên dịch các tín hiệu đầu vào và điều khiển hoạt động theo chương trình lưu trữ trong bộ nhớ PLC Nó truyền đạt các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị xuất.
Bộ nguồn có vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi điện áp AC thành điện DC (24 V) cần thiết cho bộ vi xử lý và các mạch điện trong module giao tiếp, đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống.
Bộ nhớ là nơi lưu trữ chượng trình được sử dụng cho các hoạt động điều khiển dưới sự kiểm soát của bộ vi xử lý
Các thành phần nhập và xuất (INPUT / OUTPUT) đóng vai trò quan trọng trong việc nhận thông tin từ thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến thiết bị điều khiển Tín hiệu đầu vào có thể được thu thập từ các công tắc, bộ cảm biến, trong khi thiết bị đầu ra có thể bao gồm cuộn dây của bộ khởi động động cơ và các van solenoid.
Chương trình điều khiển được nạp vào bộ nhớ nhờ sự trợ giúp của bộ lập trình hay bằng máy vi tính
Thiết bị nhập (input devices) đóng vai trò quan trọng trong hệ thống tự động hóa, vì sự "thông minh" của hệ thống phụ thuộc vào khả năng của PLC trong việc đọc các tín hiệu từ nhiều nguồn khác nhau Các tín hiệu này có thể đến từ nút ấn, phím, cầu dao, hoặc các thiết bị cảm ứng tự động như proximity switch, limit switch và photoelectric sensor Các tín hiệu nhập vào PLC thường ở dạng logic ON/OFF hoặc tín hiệu tương tự.
Thiết bị xuất (Output devices) là phần không thể thiếu trong hệ thống tự động, vì hệ thống PLC sẽ gặp khó khăn trong hoạt động khi thiếu giao diện và không có sự liên lạc với các thiết bị xuất.
Các thiết bị điều khiển như motor, relay, indicator, và buzzer đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của hệ thống tự động hóa PLC có khả năng điều khiển từ một điểm đơn lẻ đến nhiều hệ thống servo phức tạp, ảnh hưởng trực tiếp đến toàn bộ quy trình của hệ thống Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc lựa chọn và quản lý thiết bị xuất trong các ứng dụng tự động hóa.
Bộ điều khiển Họ PLC S7-1200 cho phép lắp đặt tối đa 8 module tín hiệu đa dạng, cùng với một mạng tín hiệu hỗ trợ bộ xử lý có khả năng mở rộng Người dùng cũng có thể dễ dàng cài đặt thêm các module khác.
3 module giao tiếp nhờ vào các giao thức truyền thông
1 Module truyền thông (Commuicotion module_CM)
3 Module tín hiệu (Signal module_SM)
5 Bảng tín hiệu (Signal_SB)
Hình 2.6 Hình dạng bên ngoài của Module mở rộng
2.2.6 Module xử lý trung tâm CPU
Module xử lý trung tâm CPU bao gồm vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, cùng với các bộ định thời, bộ đếm và cổng truyền thông PROFINET Nó lưu trữ chương trình người dùng trong bộ nhớ của mình và có khả năng tích hợp một số cổng vào/ra Digital và Analog tùy thuộc vào mã hãng (Order number).
CPU s7-1200 hỗ trợ các protocol như TCP/TP, ISO-ON-TCB, S7 communication Đồng thời, CPU tích hợp các tập lệnh hỗ trợ cho truyền thông
Hình 2.5 Cấu trúc bên trong PLC S7 - 1200 như: USS, Modbus RTU, S7 Communication “T-Send/T-Receive” hay Freeport …
Cổng Profinet tích hợp cho phép CPU có thể kết nối với HMI, máy tính lập trình, hay những PLC S7 thông qua Profinet
Led báo trạng thái hoạt động của CPU:
- STOP/RUN (cam/xanh): CPU ngừng / đang thực hiện chương trình đã nạp vào bộ nhớ
- ERROR (màu đỏ): màu đỏ ERROR báo hiệu việc thực hiện chương trình đã xảy ra lỗi
- MAINT (maintenance): led cháy báo hiệu việc có gắn thẻ nhớ vào hay không
- LINK: màu xanh báo hiệu việc kết nối với tính thành công
- Rx/Tx: đèn vàng nhấp nháy báo hiệu tín hiệu đường truyền Led báo trạng thái hoạt động các ngõ vào, ra (I/O):
Chuẩn giao tiếp truyền thông trong hệ thống
2.3.1 Truyền thông Profinet là gì
Profinet, viết tắt của Process Field Net, là một tiêu chuẩn kỹ thuật công nghiệp cho việc truyền dữ liệu qua Ethernet công nghiệp Tiêu chuẩn này được thiết kế để thu thập và điều khiển thiết bị trong các hệ thống công nghiệp, đặc biệt mạnh mẽ trong việc cung cấp dữ liệu theo thời gian chặt chẽ, với độ trễ dưới 1ms PROFIBUS & PROFINET International (PI), một tổ chức có trụ sở tại Karlsruhe, Đức, là đơn vị duy trì và hỗ trợ tiêu chuẩn này.
2.3.2 Ưu điểm và chức năng của Profinet
* Ưu điểm của truyền thông Profinet:
- Hiệu năng: Tự động hóa trong thời gian thực
- An toàn: truyền thông đảm bảo an toàn
- Phân tích: Vận hành nhanh chóng và khả năng xử lý sự cố hiệu quả
- Đầu tư hiệu quả: Tích hợp liền mạch các hệ thống fieldbus
* Chức năng của truyền thông Profinet
- Thiết bị có thể thay thế mà không cần dùng đến công cụ ES
- Khả năng về mặt kỹ thuật
- Các thông số của từng thiết bị đều được bảo vệ và tách biệt không chịu ảnh hưởng bởi thiết bị khác
- Tạo ra một sơ đồ top của thiết bị
- Truyền tải dữ nhiên liệu chính xác theo thời gian
- Cung cấp hệ thống dự phòng
- Dễ dàng thay thế thiết bị
2.3.3 Ứng dụng của truyền thông Profinet
Sự gia tăng sử dụng Ethernet công nghiệp xuất phát từ nhu cầu thiết lập một tiêu chuẩn truyền thông chung cho các ngành công nghiệp, với khả năng chẩn đoán và cung cấp dịch vụ đa dạng Tổ chức PROFIBUS/PROFINET quốc tế (PI) đã phát triển PROFINET như một giải pháp truyền thông toàn diện qua Ethernet công nghiệp, đáp ứng mọi yêu cầu của các lĩnh vực này.
Tổ chức PROFIBUS/PROFINET quốc tế đã phát triển chuẩn PROFINET dựa trên kinh nghiệm từ sự phát triển của Profibus, nhằm đáp ứng các yêu cầu chuyên biệt trong công nghiệp PROFINET là một chuẩn công nghiệp toàn diện, sử dụng Ethernet cho truyền thông mở và độc lập với nhà cung cấp Chuẩn này đáp ứng tất cả các yêu cầu sử dụng Ethernet ở mọi cấp độ và trong tất cả các ứng dụng tự động hóa, mang lại tính linh hoạt, độ tin cậy và tính thực tiễn cao trong môi trường công nghiệp.
Hình 2.10 Ứng dụng truyền thông Profinet
Tổng quan về cân điện tử
2.4.1 Hệ thống cân điện tử và một số ứng dụng
Sơ đồ khối của một hệ thống cân điện tử như sau:
Tùy thuộc vào yêu cầu và mục đích sử dụng, khối xử lý có thể là vi xử lý hoặc máy tính Nếu bộ xử lý sử dụng vi xử lý, có thể bổ sung thêm khối dữ liệu để nâng cao hiệu suất.
Hình 2.11 Sơ đồ khối hệ thống cân điện tử liệu truyền về máy tính, có thể thêm khối in ấn hoặc không tuỳ vào mục đích sử dụng
Dưới tác động của khối lượng, loadcell sẽ chuyển đổi thành tín hiệu điện đầu ra, nhưng tín hiệu này rất nhỏ và cần được khuếch đại trước khi chuyển đổi thành tín hiệu số qua bộ biến đổi A/D Bộ xử lý sẽ tiếp nhận tín hiệu số này để xử lý theo chương trình đã được lập trình sẵn, đồng thời cần có bộ nhớ để lưu trữ dữ liệu Bộ biến đổi A/D đóng vai trò quan trọng trong việc xác định độ nhạy của hệ thống điện tử.
Bộ xử lý có tính linh hoạt cao, cho phép chương trình được viết theo mục đích cụ thể Hệ thống cân này có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực liên quan đến việc đo khối lượng Ngoài việc sử dụng trong cân mì trên máy đóng bao, cân điện tử còn có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Bộ cảm biến loadcell là thiết bị chuyển đổi áp lực của khối lượng thành tín hiệu điện thông qua sự thay đổi điện trở của các điện trở tenxo Các điện trở này giúp biến đổi biến dạng nhỏ thành sự thay đổi điện trở tương ứng Có hai loại điện trở tenxo được sử dụng làm cảm biến lực dịch chuyển: loại liên kết và không liên kết Điện trở liên kết đo độ biến dạng tại một vị trí xác định trên bề mặt bộ phận đàn hồi, được gán trực tiếp vào điểm cần đo, từ đó biến dạng được truyền đến tấm điện trở và làm thay đổi giá trị điện trở tương ứng.
Cảm biến điện trở không liên kết được sử dụng để đo lượng di động nhỏ, trong đó sự thay đổi điện trở xảy ra do mối liên kết cơ khí Lượng di động này thường được sinh ra từ lực tác động lên bộ phận đàn hồi của cảm biến.
Tấm điện trở không liên kết đo toàn bộ dịch chuyển của bộ phận đàn hồi, trong khi tấm điện trở liên kết đo biến dạng tại một điểm cụ thể trên bề mặt Để đo sự thay đổi điện trở một cách chính xác, người ta sử dụng 4 điện trở tenxo theo sơ đồ hình cầu, giúp phát hiện những biến đổi nhỏ trong điện trở khi có lực tác động lên cảm biến Phương pháp này được áp dụng rộng rãi trong các loadcell thực tế Việc gắn điện trở tenxo lên vật đo phải đảm bảo rằng hai điện trở giãn dài làm tăng điện trở, trong khi hai điện trở còn lại co lại làm giảm điện trở, với các điện trở có sự thay đổi tương tự được mắc vào các nhánh đối diện của cầu.
Giả sử các điện trở tenxo có giá trị như nhau:
Bình thường khi không có tải người ta hiệu chỉnh cho cầu cân bằng có
Ur = 0 mV Điện áp lấy ra từ đường chéo của cầu tính theo công thức:
Khi vật liệu tác động lên loadcell, nó sẽ gây ra biến dạng trong phạm vi đàn hồi, với R1 và R3 bị nén trong khi R2 và R4 được giãn ra.
Thay vào công thức tính UR ta có: 𝑅 2𝑑 = 𝑅 2 + ∆𝑅 2 ; 𝑅 4𝑑 = 𝑅 4 + ∆𝑅 4
Khi trọng tải tác động lên loadcell tăng, mức độ mất cân bằng của cầu điện trở cũng gia tăng, dẫn đến điện áp ra lớn hơn Điều này giúp việc nhận giá trị tín hiệu đo trở nên dễ dàng hơn.
U r v nên chọn nguồn áp có giá trị cao nhưng cần phải chú ý đến khả năng mang tải của các điện trở tenxo
Các thông số cơ bản của loadcell:
- Loadcell được nuôi bằng nguồn ổn định 5-15V
- Điện áp chênh lệch của đầu đo cửa ra cỡ 2mV/1V điện áp nguồn cung cấp
Một số loadcell thực tế:
Có nhiều loại loadcell được sản xuất bởi các hãng khác nhau như KUBOTA (Nhật Bản) và Global Weighing (Hàn Quốc) Mỗi loại loadcell được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu cụ thể, tùy thuộc vào tải trọng, khả năng chịu lực kéo hoặc nén.
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 trình bày trong các catalogue, bao gồm các chỉ số quan trọng như tải trọng định mức, điện áp định mức, tầm nhiệt độ hoạt động, điện áp cung cấp, điện trở ngõ ra và khả năng chịu tải quá mức.
Lựa chọn Loadcell cho đề tài:
Với đề tài này, khối lượng nhiên liệu đóng cho mỗi bao bì là nhỏ, vậy nên nhóm chúng em sử dụng loại cảm biến Loadcell 3Kg YZC – 133
Hình 2.12 Sơ đồ mắc điện trở của cầu đo
Hình 2.13 Cảm biến Loadcell 3Kg YZC - 133
Thông số kỹ thuật: Ứng dụng Cân điện tử
Tải trọng 3 Kg Điện áp hoạt động 5 V
Nhiệt độ hoạt động -20 ~ 65 độ C
Chất liệu cảm biến Nhôm
Dây xanh Lá Ngõ ra ( + )
Bảng 2.4 Thông số kỹ thuậtCảm biến Loadcell 3Kg YZC - 133
2.4.3 Bộ khuyếch đại cho Loadcell
Mạch khuếch đại loadcell JY-S60/E10 đầu ra 0-5V 0-10V 4-20mA
VO đầu ra:0-5V & 0-10V Điện áp nguồn cấp: 24 VDC
Chân GND: chống nhiễu có thể lắp hoặc không
IO đầu ra:4-20mA Độ nhạy: 2mV/V
Izero : điều khiển dòng ra về gần 4mA
Vzero: điều chỉnh áp ra về 0V
Vspan: điều chỉnh độ khuyếch đại áp
Ispan: điều chỉnh độ khuyếch đại dòng Chú ý sao cho tải trọng tối đa tương ứng với mức 20mA [6]
Hình 2.14 Bộ khuyếch đại JY-S60/E10
Hình 2.15 Bộ khuyếch đại JY-S60/E10
Hình 2.16 Bộ khuyếch đại JY-S60/E10
Giới thiệu phần mềm giao diện người máy WinCC (Siemens)
2.5.1 Giới thiệu chung về WinCC
WinCC là viết tắt của “Windows Control Center” được Siemens phát triển từ rất sớm và được đưa ra thị trường từ năm 1994 – 1996
SIMATIC WinCC là phần mềm thiết kế giao diện HMI (Giao diện Người-Máy) và hệ thống SCADA (Hệ thống Giám sát và Thu thập Dữ liệu) Phần mềm này cho phép người thiết kế tương tác hiệu quả với các thiết bị máy móc, đồng thời giám sát và điều khiển quá trình thu thập dữ liệu.
Currently, the SIMATIC WinCC continues to evolve with two versions: WinCC.x and WinCC from the TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal) In this article, we will focus on providing a detailed introduction to the WinCC version within the TIA Portal framework.
Với các phiên bản Basic, Comfort, Advanced để thiết kế cho các dòng màn hình SIMATIC HMI và phiên bản Professional để thiết kế chọn hệ thống SCADA
Phiên bản WinCC Basic và Comfont thiết kế cho các dòng màn hình Basic, Comfort, mobile
Phiên bản WinCC Advanced thiết kế cho các dòng màn hình Thin client hoặc chạy runtime trên máy tính PC (“Person Computer” nghĩa là máy tính cá nhân)
Phiên bản WinCC Professional thiết kế cho hệ thống SACADA chạy trên nền tảng máy tính PC
SIMATIC WinCC gồm hai bản cài đặt
WinCC ES, viết tắt của WinCC Engineering Software, là phần mềm tối ưu cho phiên bản WinCC ES Để sử dụng hiệu quả, yêu cầu tối thiểu bao gồm chip xử lý Intel CoreTM i5-3320M 3.3 GHz hoặc tương đương, 8GB RAM, độ phân giải 1920 x 1080, và hệ điều hành 32/64-bit.
WinCC RT, viết tắt của WinCC Runtime, là phiên bản dành cho người dùng cuối Để tối ưu hóa hiệu suất của WinCC RT, cấu hình máy tính PC tối thiểu cần có chip xử lý Intel Core™ i3 1.6 GHz hoặc tương đương, 4/8GB RAM, độ phân giải 1366 x 768 và hệ điều hành 32/64 bit.
Dự án đơn người (Single-User Project) là một trạm vận hành độc lập, nơi người dùng có thể tạo cấu hình, kết nối quy trình và lưu trữ dữ liệu của dự án trực tiếp trên máy tính của mình.
Dự án đa người dùng cho phép cấu hình nhiều Client kết nối với một Server, tối đa 16 Client có thể truy cập cùng lúc Dữ liệu của dự án bao gồm hình ảnh và các thẻ, được lưu trữ trên Server và cung cấp cho các Client Cấu hình có thể được thiết lập trên Server hoặc một số Client Server kết nối với quá trình xử lý dữ liệu, trong khi việc vận hành hệ thống được thực hiện từ các Client.
Client Project là một loại dự án cho phép truy cập vào nhiều máy chủ khác nhau Các máy chủ này được liên kết và mỗi máy chủ có dự án riêng của mình Việc cấu hình dự án trên máy chủ có thể được thực hiện trực tiếp trên máy chủ hoặc thông qua các client.
2.5.4 Chức năng của WinCC Explower
Khi khởi động chương trình, cửa sổ sẽ hiện ra, cho phép truy cập vào tất cả thành phần của WinCC Từ đây, người dùng có thể khởi động và cấu hình các thành phần cần thiết cho dự án giao diện người máy.
- WinCC Explower cung cấp các thông tin dưới đây
- Chức năng của WinCC Explower
- Kiến trúc của WinCC Explower
Trong WinCC Explorer, tất cả các chức năng quản lý hệ thống được tập trung, cho phép cấu hình khởi động module (run-time) để quản lý dữ liệu Hệ thống cung cấp hình ảnh quá trình cùng với giá trị của tag, và mọi hoạt động quản lý dữ liệu đều diễn ra trên một nền tảng thống nhất.
Lập cấu hình hoàn chỉnh
Hướng dẫn giới thiệu về việc lập trình
Thích nghi việc ấn định gọi và lưu trữ các dự án
Quản lý các dự án
Có khả năng nối mạng và soạn thảo cho nhiều người sử dụng trong một project
Diễn tả bằng đồ thị của dữ nhiên liệu cấu hình
Điều khiển và đặt cấu hình cho các hình vẽ cấu trúc hệ thống
Thiết lập cấu hình toàn cục
Đặt cấu hính cho các chức năng định vị đặc biệt tạo và soạn thảo các tham khảo đan chéo
Phản hồi dữ nhiên liệu
Báo cáo trạng thái hệ thống
Thiết lập hệ thống đích
Chuyển giữa run-time và cấu hình
Kiểm tra chế độ mô phỏng và trợ giúp thao tác để cấu hình dữ liệu bao gồm các bước như dịch hình vẽ, mô phỏng tag, hiển thị trạng thái và thiết lập thông báo.
Một dự án bao gồm các thành phần sau: computer (máy tính), tag managerment (quản lý biến), data type (kiểu dữ nhiên liệu), editor (soạn thảo)
Thành phần máy tính đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và truy cập các dự án hiện có Mỗi máy tính có thể được cấu hình riêng biệt, với các thuộc tính như tên máy và kiểu máy tính, giúp tối ưu hóa hiệu suất và khả năng sử dụng.
Server máy tính trung tâm để lưu trữ dữ nhiên liệu và quản lý toàn cục trong hệ thống WinCC
Client được định nghĩa như một trạm làm việc Trung tâm điều khiển được tải cục bộ trên toàn bộ máy tính này
Các bộ điều khiển truyền thống đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối hệ thống PLC với WinCC Hệ thống WinCC sử dụng các bộ điều khiển truyền thông qua kênh DLL, cung cấp thông tin về các điều kiện kiên quyết của các tag quá trình được quản lý bởi PLC.
Các thủ tục chung để kết nối tag ngoài
Giới thiệu cấu hình đặc biệt của kênh DLL
Quản lý biến trong Tag WinCC là yếu tố quan trọng để truy cập các giá trị quá trình trong dự án Mỗi biến được gán một tên và kiểu dữ liệu duy nhất, xác định kênh chuyển giao giá trị quá trình Tất cả các biến này được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu toàn dự án Khi chế độ WinCC khởi động, tất cả các nhánh dự án được nạp và cấu trúc Run time được thiết lập, với mỗi biến được lưu trữ theo kiểu dữ liệu chuẩn trong quản lý dữ liệu.
Biến nội trong PLC không có địa chỉ và quản lý dữ liệu nhiên liệu bên trong WinCC, cung cấp thông tin toàn bộ mạng hệ thống Chúng lưu trữ thông tin tổng quát như ngày giờ hiện tại, lớp hiện hành và được cập nhật liên tục Ngoài ra, biến nội còn cho phép thực hiện truyền thông hiệu quả cho quá trình, giúp tối ưu hóa và tập trung dữ liệu.
Biến quá trình là những biến liên quan đến việc truyền thông logic, giúp phản ánh thông tin về địa chỉ của các hệ thống PLC khác nhau Các biến ngoại có mục đích tổng quát, bao gồm thông tin về tên, kiểu, giá trị giới hạn và một mục chuyên biệt về kết nối, với cách diễn tả phụ thuộc vào kết nối logic.
- Nhóm biến: chứa tất cả các biến cố kết nối logic lẫn nhau
Data Type (Các kiểu dữ nhiên liệu)
- Unsined 8 – bit value: Kiểu nguyên 8 bit không dấu
- Signed 8 – bit value: Kiểu nguyên 8 bit có dấu
- Unsigned 16 – bit value: Kiểu nguyên 16 bit không dấu
- Signed 16 –bit value: Kiểu nguyên 16 bit có dấu
- Unsigned 32 – bit value: Kiểu nguyên 32 không dấu
- Singn 32 – bit value: Kiểu nguyên 32 có dấu
- Floating point number 32 bit IEEE 754: kiểu số thực 32 bit theo tiêu chuẩn IEEE 754
- Floating point number 64 bit IEEE 754: kiểu số thức 64 bit theo tiêu chuẩn IEEE 754
- Text tag 8bit character set: kiểu ký tự 8 bit
- Text tag 16bit character set: kiểu ký tự 8 bit
- Raw data type: kiểu dữ nhiên liệu thô
Các trình soạn thảo (Editor)
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÓNG GÓI MÌ CHŨ
Yêu cầu công nghệ
Bơm cấp nhiên liệu và băng tải cấp nhiên liệu hoạt động dựa trên tín hiệu từ cảm biến báo cạn, khi bồn chứa nhiên liệu hết mì Mì được vận chuyển qua băng tải vào bồn chứa cho đến khi đầy, lúc này cảm biến đầy sẽ gửi tín hiệu ngắt động cơ băng tải, dừng quá trình cấp mì vào bồn chứa.
Khi bao bì được đưa vào, cảm biến sẽ phát hiện sự hiện diện của bao bì Xilanh kẹp sẽ kẹp giữ bao bì, trong khi động cơ quay hoạt động đưa bao đến vị trí 1 - vị trí van xả nhiên liệu, nơi thực hiện xả mì vào bên trong bao bì.
Cảm biến tại vị trí 1 nhận tín hiệu bao, kích hoạt van xả để đưa mì từ bồn chứa vào bao bì Bộ phận cảm biến đầu cân đo trọng lượng và gửi giá trị về PLC, khi đạt trọng lượng cài đặt, bộ phận hàn miệng sẽ hàn túi mì Sau đó, động cơ quay đưa túi mì hoàn thiện đến vị trí số 2, nơi cảm biến phát hiện gói mì và gửi tín hiệu cho xilanh đá túi đẩy gói mì vào băng tải, đồng thời tăng số lượng gói mì hoàn thiện thêm 1 đơn vị.
Động cơ băng tải tự động di chuyển gói mì hoàn thiện đến thùng chứa, quy trình này diễn ra liên tục và hiệu quả.
Trong quá trình hoạt động của hệ thống, nếu thời gian xả mì vào túi vượt quá 15 giây và trọng lượng mì chưa đạt mức quy định, hệ thống sẽ báo lỗi Để khắc phục, người dùng cần nhấn nút reset để khởi động lại hệ thống.
Sơ đồ khối hệ thống
CƠ CẤU CHẤP HÀNH - CẢNH BÁO
Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống
Lưu đồ thuật toán hệ thống
3.3.1 Lưu đồ thuật toán tổng quát hệ thống
CHẠY CHƯƠNG TRÌNH TỰ ĐỘNG
CHẠY CHƯƠNG TRÌNH BẰNG TAY
Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán tổng quát hệ thống
3.3.2 Lưu đồ thuật toán chế độ chạy hệ thống bằng tay Đ S Đ
Hình 3.3 Lưu đồ thuật toán chế độ chạy hệ thống bằng tay
3.3.3 Lưu đồ thuật toán chế độ chạy hệ thống tự động
CẢM BIẾN VT1 TÁC ĐỘNG
DỪNG ĐỘNG CƠ QUAY CHẠY VAN XẢ MÌ
Hình 3.4 Lưu đồ thuật toán chế độ chạy hệ thống tự động
DỪNG VAN XẢ ĐÈN BÁO LỖI SÁNG
DỪNG VAN XẢ ĐỦ KHỐI LƯỢNG THỰC HIỆN HÀN MIỆNG TÚI
5 GIÂY SAU CHẠY ĐỘNG CƠ QUAY
CẢM BIẾN VT2 TÁC ĐỘNG
DỪNG ĐỘNG CƠ QUAY TÁC ĐỘNG XILANH ĐẨY
THU HỒI XILANH ĐẨY CHẠY ĐỘNG CƠ QUAY TĂNG SỐ ĐẾM SẢN PHẨM
3.3.4 Lưu đồ thuật toán cho bồn cấp nhiên liệu
BƠM CẤP NHIÊN LIỆU BĂNG TẢI CẤP NHIÊN LIỆU HOẠT ĐỘNG
BƠM CẤP NHIÊN LIỆU BĂNG TẢI CẤP NHIÊN LIỆU DỪNG
Hình 3.6 Lưu đồ thuật toán cho bồn cấp nhiên liệu
Bảng địa chỉ vào ra
I_Mode Bool %I0.0 Switch chế độ 1 auto, 0 manu
I_Start Bool %I0.1 Nút nhấn chạy chế độ tự động
I_Stop Bool %I0.2 Nút nhấn dừng chế độ tự động
I_Reset Bool %I0.3 Nút nhấn reset
I_CB_Nhan_Tui Bool %I0.4 Cảm biến vị trí nhận bao
I_CB_VT1 Bool %I0.5 Cảm biến vị trí 1
I_CB_VT2 Bool %I0.6 Cảm biến vị trí 2
I_CB_Lieu_Min Bool %I0.7 Cảm biến bồn nhiên liệu cạn
I_CB_Lieu_Max Bool %I1.0 Cảm biến bồn nhiên liệu đầy
I_XL_Kep Bool %I1.1 Đóng/Mở xi lanh kẹp
I_XL_Da_Tui Bool %I1.2 Đóng/Mở xi lanh đá túi
Chạy/Dừng động cơ băng tải nạp nhiên liệu
I_Loadcell Bool %I1.4 Chạy/Dừng đầu cân
I_Van_Xa Bool %I1.5 Đóng/Mở van xả mì
I_Dan_Mieng Bool %I1.6 Đóng/Mở co cấu dán miệng bao
I_BT Bool %I1.7 Chạy/Dừng Băng tải
I_DC_Quay Bool %I2.0 Chạy/Dừng động cơ quay
4 Cảm biến trọng lượng I_Thu_Van Bool %I2.1 Nút nhấn thử van
Bảng 3.1 Bảng địa chỉ Input
Miền trung gian Switch chế độ 1 auto, 0 manu
Miền trung gian Nút nhấn chạy chế độ tự động
Miền trung gian Nút nhấn dừng chế độ tự động M_Reset Bool %M10.3 Miền trung gian Nút nhấn reset
Miền trung gian Cảm biến vị trí nhận túi
M_CB_VT1 Bool %M10.5 Miền trung gian Cảm biến vị trí 1 M_CB_VT2 Bool %M10.6 Miền trung gian Cảm biến vị trí 2 M_CB_Lieu_Min Bool %M10.7
Miền trung gian Cảm biến bồn nhiên liệu cạn
Miền trung gian Cảm biến bồn nhiên liệu đầy
Miền trung gian Đóng/Mở xi lanh kẹp
Miền trung gian Đóng/Mở xi lanh đá túi
Miền trung gian Chạy/Dừng động cơ băng tải nạp nhiên liệu
M_Bom_Mì Bool %M11.4 Miền trung gian Chạy/Dừng bơm mì M_Van_Xa Bool %M11.5 Miền trung gian Đóng/Mở van xả M_Dán_Miệng Bool %M11.6
Miền trung gian Đóng/Mở Cơ cấu dán miệng túi
M_BT Bool %M11.7 Miền trung gian Chạy/Dừng Băng tải M_DC_Quay Bool %M12.0
Miền trung gian Chạy/Dừng động cơ quay
M_Thu_Van Bool %M12.1 Miền trung gian nút nhấn thử van
Bảng 3.2 Bảng địa chỉ miền nhớ M
TG_Btt_Simulation Bool %M15.0 Nút nhấn mô phỏng
TG_STEP1 Bool %M15.1 Chế độ tự động bước 1
TG_STEP2 Bool %M15.2 Chế độ tự động bước 2
TG_STEP3 Bool %M15.3 Chế độ tự động bước 3
TG_Simu_Thieu_TL Bool %M15.6 Mô phỏng thiếu trọng lượng TG_Reset_SL Bool %M15.7 Nút reset sản lượng
TG_Hien_XL_KepVT2 là biến Bool %M16.0 dùng để hiển thị xi lanh kẹp tại vị trí 2 TG_Simu_Tui_Ra là biến Bool %M16.1 mô phỏng việc túi mi di chuyển ra TG_Hien_XL_KepVT0 là biến Bool %M16.2 hiển thị xi lanh tại vị trí nhận túi.
Bảng 3.3 Bảng địa chỉ Trung gian
Q_lamp_Auto Bool %Q0.0 Đèn chế độ auto
Q_lamp_Manu Bool %Q0.1 Đèn chế độ manu
Q_Lamp_Running Bool %Q0.2 Đèn báo hệ thống đang chạy
Q_Lamp_Stop Bool %Q0.3 Đèn báo hệ thống đang dừng
Q_Lamp_Fault Bool %Q0.4 Đèn báo lỗi hệ thống
Q_XL_Kep Bool %Q0.5 Đầu ra xi lanh kẹp
Q_XL_Da_Bao Bool %Q0.6 Đầu ra xi lanh đá bao
Q_DC_Nap_Lieu Bool %Q0.7 Đầu ra động cơ băng tải nạp nhiên liệu Q_Loadcell Bool %Q1.0 Đầu ra đầu cân
Q_Van_Xa Bool %Q1.1 Đầu ra van xả
Q_Dan_Mieng Bool %Q1.2 Đầu ra Dán miệng
Q_BT Bool %Q1.3 Đầu ra băng tải
Q_DC_Quay Bool %Q1.4 Đầu ra động cơ quay
Q_DAY_THUNG Bool %Q1.5 Đầu ra báo đầy thùng
Q_Auto_XL_Kep Bool %M20.0 Đầu ra trung gian Auto xi lanh kẹp
Q_Auto_XL_Da_Tui Bool %M20.1 Đầu ra trung gian Auto xi lanh đá túi
Q_Auto_DC_Nap_Lieu Bool %M20.2 Đầu ra trung gian Auto động cơ nạp nhiên liệu
Q_Auto_Loadcell Bool %M20.3 Đầu ra trung gian Auto Loadcell
Q_Auto_Van_Xa Bool %M20.4 Đầu ra trung gian Auto Van xả Q_Auto_Dan_Mieng Bool %M20.5 Đầu ra trung gian Auto Dán miệng
Q_Auto_BT Bool %M20.6 Đầu ra trung gian Auto băng tải
Q_Auto_DC_Quay Bool %M20.7 Đầu ra trung gian Auto động cơ quay
Q_Manu_XL_Kep Bool %M21.0 Đầu ra trung gian Manu xi lanh kẹp
Q_Manu_XL_Da_Tui Bool %M21.1 Đầu ra trung gian Manu xi lanh đá túi Q_Manu_DC_Nap_Lie u Bool %M21.2 Đầu ra trung gian Manu động cơ nạp nhiên liệu
Q_Manu_Loadcell Bool %M21.3 Đầu ra trung gian Manu đầu cân
Q_Manu_Van_Xa Bool %M21.4 Đầu ra trung gian Manu Van xả
Q_Manu_Dan_Mieng Bool %M21.5 Đầu ra trung gian Manu cơ cấu Dán miệng
Q_Manu_BT Bool %M21.6 Đầu ra trung gian Manu băng tải
Q_Manu_DC_Quay Bool %M21.7 Đầu ra trung gian Manu động cơ quay
Bảng 3.5 Bảng địa chỉ Trung gian Output
Bảng 3.6 Bảng địa chỉ Xung P Giá trị trung gian
Set_Time Int %MW200 Cài đặt thời gian báo lỗi
Set_Weight_1 Real %MD202 Cài đặt trọng lượng mức 1
Set_Weight_2 Real %MD206 Cài đặt trọng lượng mức 2
Act_Time Int %MW300 Thực tế thời gian
Act_Weight Real %MD302 Trọng lượng thực tế
TG_Weight Real %MD350 Miền trung gian đọc về cảm biến
Thiết kế bộ điều khiển cho máy đóng gói tự động
Bảng 3.7 Bảng địa chỉ Trung gian
3.5 Thiết kế hệ thống đóng gói tự động
3.5.1 Các thiết bị đầu vào
Cảm biến quang là thiết bị bao gồm các linh kiện quang điện, hoạt động dựa trên sự thay đổi trạng thái khi tiếp xúc với ánh sáng Khi ánh sáng thích hợp chiếu vào, tính chất dẫn điện của cảm biến thay đổi, dẫn đến sự thay đổi trong mạch tín hiệu cảm ứng Thông tin ánh sáng được chuyển đổi thành tín hiệu điện, với đầu phát của cảm biến phát ra ánh sáng về phía trước Nếu có vật thể che chắn, ánh sáng sẽ bị phản xạ trở lại đầu thu, nơi tín hiệu ánh sáng được nhận và chuyển đổi thành tín hiệu điện Tín hiệu điện này sẽ thay đổi theo lượng ánh sáng nhận được và được khuếch đại thành tín hiệu ra.
Cảm biến quang có những ứng dụng hết sức mạnh mẽ và linh hoạt trong ngành công nghiệp nói riêng và điện tử nói chung
Cảm biến quang khuyếch tán: [8] Đặc điểm của cảm biến:
Cảm biến quang phản xạ khuếch tán là thiết bị có bộ thu và phát chung, thường được sử dụng để phát hiện vật thể trong hệ thống máy móc tự động Chúng giúp giám sát vị trí lắp đặt của thiết bị, với đặc điểm nổi bật là bị ảnh hưởng bởi bề mặt, màu sắc và có khoảng cách tối đa hoạt động lên đến 2m Thiết bị này thường xuất hiện trong các dây chuyền sản xuất, quy trình đóng gói sản phẩm và trong việc đếm sản phẩm để đưa vào thùng hoặc bộ lô.
Nguyên lý hoạt động như sau :
Cảm biến dạng này sẽ hoạt động theo 2 trạng thái duy nhất đó là:
Trạng thái báo phát hiện vật cản được kích hoạt khi cảm biến phát ánh sáng liên tục từ bộ phát đến bề mặt vật cản Ánh sáng này sẽ phản xạ trở lại vị trí thu sáng, cho phép nhận diện chính xác sự hiện diện của vật cản.
Trạng thái không vật cản xảy ra khi không có bất kỳ vật cản nào, cho phép ánh sáng đi vào mà không bị phản xạ trở lại vị trí thu nhận Điều này có nghĩa là bề mặt vật không phản xạ ánh sáng về hướng thu.
Hình 3.8 Nguyên lý hoạt động cảm biến quang khuyếch tán
Lựa chọn cảm biến quang: với đề tài này nhóm chúng em sử dụng loại cảm biến quang phát hiện phản xạ khuếch tán Autonics BEN300-DFR
Loại phát hiện: Loại phản xạ khuếch tán
Khoảng cách phát hiện: 300mm
Khoảng cách phát hiện: Vật liệu mờ, đục
Nguồn sáng: LED hồng ngoại (940nm)
Thời gian đáp ứng: Max 20ms
Nguồn cấp: 24-240VAC~ ±10% 50/60Hz, 24-240VDC ±10%(sóng P-P: max 10%)
Dòng tiêu thụ: Max 4VA
Điều chỉnh độ nhạy: Bộ điều chỉnh độ nhạy
Chế độ hoạt động: Light ON/Dark ON(cài đặt bằng công tắc)
Ngõ ra điều khiển: Relay
Loại kết nối: Loại cỏp(ỉ5, 2m)
Ánh sáng mặt trời: Max 11,000lx,
Đèn huỳnh quang: Max 3,000lx (ánh sáng nhận)
Nhiệt độ xung quanh: -20 đến 65℃, bảo quản: -25 đến 70℃
Cấu trúc bảo vệ: IP50
Độ ẩm xung quanh: 35 đến 85%RH, bảo quản : 35 đến 85%RH
Độ trễ: Max 20% tại khoảng cách cài đặt định mức
Phụ kiện: Driver điều chỉnh, giá đỡ cố định, bu-lông, đai ốc
Hình 3.9 Cảm biến quang phản xạ khuếch tán Autonics BEN300-DFR
Cảm biến báo mức là thiết bị chuyên dụng để xác định mức độ chất rắn, hoạt động dựa trên việc nhận diện mức cao hoặc thấp Khi không có nhiên liệu, động cơ sẽ quay cánh quạt, trong khi khi có nhiên liệu, cánh quạt sẽ dừng lại.
- Tín hiệu ngõ ra của cảm biến đo mức chất rắn là dạng Relay, nên có thể đấu nối trực tiếp với PLC tại cấp trường
Hình 3.10 Cảm biến đo mức chất rắn
Lựa chọn cảm biến quang: với đề tài này nhóm chúng em sử dụng loại cảm biến đo mức dạng xoay DF 24 [10]
Cảm biến đo mức chất rắn dạng xoay hoạt động dựa trên nguyên lý tương tự như các cảm biến xoay khác Khi hoạt động, cảm biến xoay với tốc độ cố định do nhà sản xuất quy định; khi nguyên vật liệu được nạp vào, chúng sẽ tác động lên cánh quay, làm thay đổi tốc độ xoay Tín hiệu từ cảm biến sẽ được truyền đến các bộ phận điều khiển như công tắc motor bơm, van, hoặc các thiết bị cảnh báo như chuông và đèn báo.
Model: sản phẩm có mã là DF24
Hãng sản xuất: nhập khẩu từ hãng Mollet – Đức
Nguồn cấp: có thể tùy chọn 220VAC, 110VAC, 48VAC, 24VDC, 24VDC, 12VDC
Nhiệt độ hoạt động: -25÷80°C, có thể tùy chọn loại ≤260°C khi cần dùng trong môi trường nhiệt độ cao
Áp suất làm việc: thường là 0,5÷5bar, có thể tùy chọn lên đến ≤10bar
Kiểu kết nối: mặt bích F100 150×150, DN100 PN16…
Chiều dài: có thể tùy chọn chiều dài trong khoảng 150÷500mm
Vật liệu vỏ: nhôm nguyên khối hoặc INOX
Vật liệu cánh xoay: sử dụng vật liệu dạng INOX
Vật liệu SEAL: NBR, PTFE
Khoảng cách dài nhất lắp bên thành tank: 500mm
Khoảng cách lắp từ trên xuống dài nhất: 1,500mm
Tiêu chuẩn chống cháy nổ trong Dust
Có đèn báo đầy, báo cạn
Hình 3.11 Cảm biến đo mức chất rắn dạng xoay DF24
3.5.2 Các thiết bị đầu ra
3.5.2.1 Hệ thống khí nén xilanh
Khí được cấp cho van điều khiển pittong bắn kẹp giữ bao bì, pittong quét bao,
Hình 3.12 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống khí nén
Xilanh kẹp SMC CKG_P1_Z series [11]
Áp suất phá hủy 1.5 MPa
Áp suất hoạt động cực đại 1.0 MPa
Áp suất hoạt động cực tiểu 0.05
Nhiệt độ lưu chất và môi trường -10 ~ 600C (không đóng băng),
Giảm chấn Giảm chấn khí
Sự bôi trơn Không dầu
Hành trình 50 ~ 150 mm (Tham khảo bảng hành trình tiêu chuẩn trong tài liệu)
Gá đặt cuối Co nối đơn không ren, Co nối đơn ren M6, co nối đôi không có ren, co nối dôi có ren M6
Tùy chọn Không có, bộ gá đặt cảm biến giới hạn đầu, nối nhanh dạng DOG, chân đế, Bệ máy (hành trình 75, 100, 150)
Hình 3.13 Xilanh kẹp SMC CKG_P1_Z series
Xilanh đẩy loại 2 ty CXSM [12]
Thông số kỹ thuật: Đường kính
Min hoạt động áp lực
Piston tốc độ 50 đến 300 mm/giây
Xy lanh khí nén 2 ty đẩy CXSM được thiết kế để đảm bảo chuyển động tuyến tính ổn định và tránh các tác động cong Sản phẩm có nhiều kích thước đường kính khác nhau, bao gồm 32, 40, 50, 63, 80 và 100 mm, phù hợp với nhiều ứng dụng công nghiệp.
Seal VITON có khả năng chịu nhiệt độ cao, giúp nâng cao hiệu suất của xy lanh khí nén thanh đôi hoặc xy lanh 2 ty đẩy Cơ chế này không chỉ cải thiện độ chính xác mà còn tăng gấp đôi lực đẩy Sản phẩm có sáu kích cỡ đường kính từ φ6 đến φ32, cùng với nhiều tùy chọn và biến thể khác nhau.
Hình 3.14 Xilanh đẩy loại 2 ty CXSM
Hệ thống sử dụng động cơ băng tải để cấp nhiên liệu, đồng thời vận chuyển gói mì hoàn chỉnh đến thùng chứa và điều khiển động cơ quay để di chuyển xilanh bao bì.
Hình 3.15 Động cơ giảm tốc trục vít bánh vít thường dùng cho băng tải
Trong các hệ thống băng tải hiện đại, nguyên lý hoạt động chủ yếu là biến chuyển động quay thành chuyển động thẳng của bề mặt băng tải, giúp vận chuyển sản phẩm và hàng hóa từ vị trí này đến vị trí khác Thiết bị cung cấp chuyển động quay cho băng tải thường được gọi là Motor băng tải.
Có nhiều loại động cơ tạo ra chuyển động quay, bao gồm động cơ diesel, động cơ xăng và động cơ điện Trong số đó, động cơ điện hiện đang trở thành lựa chọn phổ biến nhất.
Trong hệ thống băng tải, động cơ băng chuyền là loại động cơ có khả năng thay đổi tốc độ, cho phép điều chỉnh nhanh hay chậm theo yêu cầu người dùng thông qua bộ điều khiển tốc độ Hầu hết các động cơ trong hệ thống này đều được trang bị hộp số (hộp giảm tốc) nhằm giảm tốc độ quay và tăng momen xoắn, giúp tối ưu hiệu suất hoạt động.
Có nhiều loại motor băng tải với những ưu nhược điểm riêng biệt Băng tải cao su nổi bật với khả năng lắp đặt dễ dàng và nhiều ưu điểm Trong khi đó, băng tải xích được thiết kế để vận chuyển vật liệu nặng, còn băng tải con lăn lại đa dạng với các loại như băng tải con lăn PVC, băng tải con lăn thép mạ kẽm, băng tải con lăn nhựa và băng tải con lăn truyền động bằng motor.
Băng tải đứng là một trong những loại băng tải được sử dụng để vận chuyển hàng hóa ở nhiều độ cao khác nhau Ngoài ra, còn có các loại băng tải khác như băng tải linh hoạt, băng tải xoắn ốc và băng tải rung, mỗi loại đều có những ứng dụng riêng biệt trong việc tối ưu hóa quá trình vận chuyển.
Hình 3.16 Động cơ không đồng bộ một pha
Hãng sản xuất : Toàn Phát
Công suất : 1.5 KW- 2HP Điện áp : 220V-1pha
Nhóm chúng em đã chọn Động cơ giảm tốc trục vít bánh vít cho băng tải loại WPA, với công suất 2,2kW Động cơ quay sử dụng loại động cơ không đồng bộ 1 pha có công suất 1kW.
Thiết kế phần cứng
3.6.1 Kết nối đầu cân sử dụng cảm biến Loadcell với đầu vào tương tự
Hình 3.20 Sơ đồ kết nối chân từ bộ khuyếch đại JY60 vào PLC S7 1200
Các tín hiệu Analog thường gặp
- Tín hiệu dòng điện: 0 -20mA, 4-20mA
Các cảm biến hiện đại thường được trang bị bộ vi xử lý, cho phép chúng cung cấp tín hiệu đầu ra analog chuẩn công nghiệp Chúng ta chỉ cần kết nối tín hiệu này vào đầu vào analog của PLC Ví dụ điển hình bao gồm các bộ cảm biến nhiệt độ, áp suất và lưu lượng.
Một số loại cảm biến không thể kết nối trực tiếp với PLC, do đó cần sử dụng các module chuyên dụng hoặc mạch biến đổi để chuyển đổi tín hiệu thành dạng Analog chuẩn công nghiệp trước khi đưa vào PLC.
Bộ Analog Input trong PLC S7-1200 CPU 1212C AC/DC/RLY
- Số đầu vào Analog Input: 2
- Loại tín hiệu vào: điện áp 0-10V
- Giải giá trị Data Word: 0-27648
- Trong S7-1200 Siemen cung cấp 1 dải giá trị số nguyên từ 0-27648 tương ứng với dải đầu vào là 0-10V hoặc 4-20 mA , …
Hình 3.21 Đồ thị tín hiệu Analog trong PLC S7 1200
Cảm biến Loadcell có tín hiệu đầu ra rất nhỏ, chỉ khoảng mV, do đó cần sử dụng bộ khuyếch đại để chuyển đổi tín hiệu này về giá trị chuẩn analog trong công nghiệp, thường là 0-5V hoặc 0-10V.
3.6.2 Sơ đồ chân kết nối PLC S7 1200
Hình 3.22 Sơ đồ chân kết nối các thiêt bị trong PLC S7-1200 CPU 1212C
Bảng thống kế thiết bị sử dụng
Các thành phần trong hệ thống Số lượng Động cơ 2 Động cơ chạy băng tải
1 Động cơ quay Băng tải 2 Băng tải
Cảm biến 3 cảm biến quang
1 xilanh đẩy Đầu cân 1 đầu cân ( 1 Loadcell + 1 bộ khuyếch đại )
Cơ cấu hàn miệng - 1 máy hàn miệng túi
Nút nhấn - 13 nút nhấn Đèn - 5 đèn báo
PLC - 1 PLC S7 1200 CPU 1212C AC/DC/RLY + Module HMI - Win CC tích hợp trong TIA Portal
Bảng 3.8 Bảng tổng hợp thiết bị trong đề tài
Qua chương 3, chúng em đã thiết kế và lập trình thành công hệ thống cân và đóng gói tự động cho sản phẩm mì Chũ – Bắc Giang.
Hiểu rõ sơ đồ đấu nối phần cứng và cách kết nối các thiết bị cấp trường là rất quan trọng Việc xác định địa chỉ vào ra cũng như xây dựng lưu đồ thuật toán sẽ hỗ trợ hiệu quả trong quá trình lập trình cho bộ điều khiển logic PLC S7 1200 trong hệ thống.
