Trang 2 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Trang 3 LỜI CẢM ƠNLời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong khoa đãnhiệt tình giúp đỡ em về các kiến thức liên quan tới lĩnh v
GIỚI THIỆU CHUNG MÁY BẮN CẦU LÔNG TỰ ĐỘNG
L Ý DO CHỌN ĐỀ TÀI
Máy bắn cầu lông hỗ trợ vợt thủ luyện tập tốt hơn.Nó có chức năng tự động bắn các quả cầu tới các vị trí trên sân đã thiết lập trước.Nó giúp người tập linh hoạt di chuyển khi cầu liên tục thay đổi Cho phép người tập luyện với số lượng lớn một cách nhanh chóng và liên tục mà không bị gián đoạn.
M ỤC ĐÍCH
Đề tài “Thiết kế,chế tạo máy bắn cầu lông tự động dùng PLC S7-1200” nhằm mục đích:
Dùng những kiến thức đã học,vận dụng vào dự án thực tế để nâng cao kiến thức chuyên môn.
Tạo ra sản phẩm phù hợp với nhu cầu người dùng
Đ ỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Luận văn tập trung vào những vấn đề sau:
Thiết kế,chế tạo máy bắn cầu lông tự động
P HƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN
Bao gồm hai phương pháp thực hiện
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:
Nắm bắt các nội dung kiến thức liên quan từ các tài liệu qua sách vở, internet.
Tìm hiểu về các bài toán, mô hình hóa giúp cho việc tính toán và chọn các trang bị điện và cơ khí cho phần thiết kế hệ thống.
Tìm hiểu các tài liệu, cơ sở lý thuyết về các loại động cơ, hệ thống cảm biến,…
Tìm hiểu về cơ sở lý thuyết, ứng dụng viết chương trình điều khiển hệ thống phân loại và tay gắp cơ khí cho bộ điều khiển PLC.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệ:
Thực hiện nghiên cứu, tìm hiểu, lấy ý tưởng về các hệ thống, đề tài đã có, đã đi vào vận hành trong thực tế.
Sử dụng phần mềm TIA Portal (SIMATIC STEP 7 & WINCC) làm công cụ để mô phỏng điều khiển hệ thống.
K ẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC
Xây dựng thành công mô hình hệ thống Máy bắn cầu lông tự động.
Xây dựng được chương trình điều khiển cho hệ thống hoạt động ổn định theo dự kiến đề ra.
Lắp ráp, hoàn thiện mô hình sản phẩm, vận hành đúng so với thực nghiệm.
Hiểu biết về lập trình PLC hơn,việc thiết lập cũng như lập trình thông số.Nắm bắt được nguyên lý hoạt động của hệ thống,cách truyền dữ liệu giao tiếp và cách kết nối giữa PLC với các thiết bị khác.
Thiết kế được giao diện điều khiển và lập trình hệ thống,dễ sử dụng.Biết thếm được nhiều nhiều vấn đề liên quan đến PLC,WinCC,xây dựng được lưu dồ thuật toán Biết cách lắp đặt,thiết kế phần cơ khí,nối dây điện kết nối PLC với các phần cứng khác như rơle,motor
C ẤU TRÚC ĐỒ ÁN
Chương I:Giới thiệu chung máy bắn cầu lông
Chương II:Cơ sở lý thuyết
Chương III:Phân tích thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị
Chương IV:Quy trình hoạt động và thi công mô hình máy bắn cầu lông
Chương V:Kết luân và phát triển đề tài
SỞ LÝ THUYẾT
T ỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200
PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thời hay các sự kiện được đếm PLC dùng để thay thế các mạch relay trong thực tế PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là LAD hoặc STL.
Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển hoặc xử lí hệ thống Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác định bởi một chương trình Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này Nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của qui trình công nghệ, ta chỉ cần thay đổi chương trình trong bộ nhớ PLC
Những ưu điểm của PLC so với bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển bằng relay):
Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học.
Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản sửa chữa.
Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa những chương trình phức tạp.
Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính và mạng.
Phù hợp, đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp.
Bộ xử lý chứa bộ vi xử lý, biên dịch các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC Truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị xuất.
Bộ nhớ là nơi lưu trữ chương trình được sử dụng cho các hoạt động điều khiển dưới sự kiểm soát của bộ vi xử lý.
Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC (24V) cần thiết cho bộ xử lý và các mạch điện trong các module giao tiếp nhập và xuất hoạt động
Các thành phần nhập và xuất (input/output) là nơi bộ nhớ nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị điều khiển.
2.1.3 Nguyên lý hoạt động của PLC
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện từng lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi và toàn bộ các hoat động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ Hệ thống bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song:
+Address bus:bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ tới các module khác nhau +Data bus:bus dùng để truyền dữ liệu
+Control bus:bus điều khiển dung để truyen các tín hiệu định thì và điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O Bên cạnh đó CPU được cung cấp một xung clock có tần số từ 1, 8 Mhz Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống
Bộ điều khiển PLC S7-1200 được sử dụng với sự linh động và khả năng mở rộng phù hợp đối với hệ thống tự động hoá nhỏ và vừa tương ứng với người dùng.
Thiết kế nhỏ gọn, cấu hình linh động, hỗ trợ mạnh mẽ về tập lệnh đã làm cho PLC tin trong ứng dụng của người lập trình.
PLC S7-1200 được tích hợp sẵn một cổng Profinet để truyền thống mang Profinet. Ngoài ra, PLC S7-1200 có thể truyền thông Profibus, GPRS, RS485 hoặc RS232 thông qua các module mở rộng
2.1.5 Các loại CPU của PLC S7-1200
Bảng 2.1: Các loại CPU của PLC S7-1200
Chức năng CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C
Kích thước vật lý (mm) 90 x 100 x 75 110 x 100 x 75
2 kB I/O tích hợp cục bộ
Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)
Bộ nhớ bit (M) 4096 byte 8192 byte Độ mở rộng các module tín hiệu
Các module truyền thông 3 (mở rộng về bên trái)
Các bộ đếm tốc độ cao
Thẻ nhớ Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)
Thời gian lưu giữ đồng hồ thời gian thực
Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 40 0 C
PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet
Tốc độ thực thi tính toán thực 18 μs/lệnhs/lệnh
Tốc độ thực thi Boolean 0,1 μs/lệnhs/lệnh
1 Bộ phận kết nối nguồn.
2 Các bộ phận kết nối - nối dây của người dùng (phía sau nắp che).
3 Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp.
4 Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU).
2.1.6 Thiết kế dạng module mở rộng
+ Tích hợp cổng truyền thông Profinet (Ethernet) tạo sự dễ dàng trong kết nối
+ Simatic S7 – 1200 với Simatic HMI Basic được lập trình chung trên một nền phần mềm là TIA Portal V10.5 (Simatic Step 7 Basic, WinCC Basic) hoặc version cao hơn. Các thao tác lập trình thực hiện theo cách kéo – thả, do đó tạo sự dễ dàng cho người sử dụng, lập trình nhanh chóng, đơn giản, chính xác trong sự truyền thông kết nối theo tags + Tích hợp sẵn các đầu vào ra, cùng với các board tín hiệu, khi cần mở rộng ứng dụng với số lượng đầu vào ra ít sẽ tiết kiệm được chi phí, không gian và phần cứng
+ Dễ dàng cho người sử dụng sản phầm trong việc mua gói thiết bị
Bảng 2 2: Các đặc tính của Module mở rộng
Module Ngõ vào Ngõ ra Ngõ kết hợp
Kiểu số _ _ 2 x DC In / 2 x DC Out
Hình 2.3: Sơ đồ nối dây 1212 DC/DC/DC
Kiểu tương tự _ 1 x Analog In _
2.Kết nối hệ thống dây dẫn
1.Tràn thái đèn Led của I/O module tín hiệu
2.Bộ phận kết nối đường dẫn
3.Bộ phận kết nối hệ thống dây
P HẦN MỀM TIA P ORTAL
TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal) là phần mềm cơ sở tích hợp tất cả các phần mềm lập trình cho các hệ thống tự động hóa và truyền động điện.
Phần mềm lập trình mới này giúp người sử dụng phát triển, tích hợp các hệ thống tự động hóa một cách nhanh chóng, giảm thiểu thời gian trong việc tích hợp, xây dựng ứng dụng từ những phần mềm riêng rẽ. Được thiết kế với giao diện thân thiện với người dùng, TIA Portal thích hợp cho cả những người mới, những người nhiều kinh nghiệm trong lập trình tự động hóa Là phần mềm cơ sở cho các phần mềm dùng để lập trình, cấu hình, tích hợp các thiết bị trong dải sản phẩm.
Simatic Step 7 V14 là phần mềm tích hợp trên TIA Portal, được dùng để lập trình cho S7-1200, S7-300, S7-400 và hệ thống tự động PC-based Simatic WinCC.
Simatic Step 7 V14 được chia thành các module khác nhau, tùy theo nhu cầu của người sử dụng.
Simatic Step7 V14 cũng hỗ trợ tính năng chuyển đổi chương trình PLC, HMI đang sử dụng sang chương trình mới trên TIA Portal.
Giá trị của có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 và ngược lại.
Chỉ sử dụng một lệnh out cho 1 địa chỉ.
Hình 2.6: Hình Module truyền thông (Communication module)
Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 0 và ngược lại.
Chỉ sử dụng một lệnh out not cho 1 địa chỉ.
Lệnh đảo trạng thái ngõ vào/ra.
Tiếp điểm thường hở sẽ đóng khi giá trị của bit có địa chỉ là n bằng 1.
Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng khi giá trị của bit có địa chỉ n là 0.
Giá trị của các bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 Khi đầu vào của lệnh bằng 0 thì bit này vẫn giữ nguyên trạng thái.
Giá trị của các bit có địa chỉ là n sẽ bằng 0 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 Khi đầu vào của lệnh bằng 0 thì các bit này vẫn giữ nguyên trạng thái. Toán hạng n: Q, M, L, D.
Giá trị của các bit có địa chỉ đầu tiên là OUT sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 Trong đó số bit là giá trị của n.
Toán hạng OUT: Q, M, L, D n: là hằng số
Giá trị của các bit có địa chỉ đầu tiên là OUT sẽ bằng 0 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 Trong đó số bit là giá trị của nToán hạng OUT: Q, M, L, D n: là hằng số
10 Tiếp điểm phát hiện xung cạnh lên
Thay đổi trạng thái tín hiệu phía trước không ảnh hưởng đến “IN” Phát hiện sự thay đổi trạng thái của 1 tín hiệu “IN” từ 0 lên 1
Trạng thái của tín hiệu IN được lưu lại vào
“M_BIT” Độ rộng của xung này bằng thời gian của một chu kì quét.
11 Tiếp điểm phát hiện xung cạnh xuống
Thay đổi trạng thái tín hiệu phía trước không ảnh hưởng đến “IN”
Phát hiện sự thay đổi trạng thái của 1 tín hiệu “IN” từ
1 xuống 0 Trạng thái của tín hiệu IN được lưu lại vào
“M_BIT” Độ rộng của xung này bằng thời gian của một chu kì quét.
Lệnh NORM X làm chuẩn hóa thông số VALUE bên trong phạm vi giá trị được xác định bởi các thông số MIN và MAX: OUT = (VALUE – MIN) / (MAX – MIN) với (0,0