Trong đề tài này, em nghiên cứu lý thuyết về lập trình PLC và sử dụng công cụ lập trình PLC Tia Portal của hãng Siemens để lập trình cho PLC S7 1200 nhằm mục đích điều khiển hệ thống. Hệ thống dán nhãn và kiểm tra lỗi do chúng em thiết kế gồm những thành thần phần cứng như hệ thống băng tải để đưa sản phẩm vào, các xylanh nâng hạ để dán nhãn và đưa sản phẩm lỗi quay lại bang tải để kiểm tra lại. Hệ thống cho phép người dùng điều khiển và giám sat trên giao diện màn hình giám sát Wincc.
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Đặt vấn đề
Ngành tự động hóa nước ta trong những năm qua tuy đã có những bước phát triển đáng kể nhưng vẫn còn khoảng cách khá xa so với các nước tiên tiến trên nhiều lĩnh vực như cơ khí chính xác, các loại máy phục vụ cho những ngành nghề khác nhau trong lĩnh vực như y tế, xây dựng, sản xuất sản phẩm… Ngoài việc đầu tư nghiên cứu có trọng điểm, ngành tự động hóa cần phải nỗ lực hơn nữa, nhanh chóng nắm bắt công nghệ tiên tiến để tiết kiệm thời gian, chi phí nghiên cứu, giá thành máy móc và giảm khoảng cách công nghệ với các nước tiên tiến.
Hình 1.1: Dây chuyền sản xuất tự động
Các loại máy chuyên dùng cho các ngành nghề khác nhau, trong đó có ngành tự đông hóa là một trong những hướng đi trọng điểm đó Ngành tự động hóa của nước ta phát triển nhanh chóng trong một vài năm trở lại đây, bằng chứng là hàng loạt dây chuyền sản xuất tự động đã được đưa vào hoạt động,nhiều nhà máy sản xuất được vận hành và khai thác Để đạt được những thành tựu như thế đa phần chúng ta phải dựa vào công nghệ, máy móc nhập ở nước ngoài, giá thành cao khiến tỉ lệ ứng dụng ở các vùng còn thấp, chưa đạt đước hiểu quả kinh tế như mong đợi Vì vậy tìm hiểu, nghiên cứu chế tạo máy móc dùng trong tự động hóa mang thương hiệu Việt là vấn đề vô cùng cấp thiết và thu hút được nhiều công trình nghiên cứu.
Từ những ý tưởng và niềm đam mê công nghệ chế tạo máy, nhóm sinh viên đã quyêt định thực hiện đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình máy dán nhãn và sử lý lỗi tự động”.
Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
Về kiến thức: Vận dụng được các kiến thức đã được học trong quá trình học tập tại trường để chế tạo được ra một sản phẩm hoàn chỉnh.
Về kỹ năng: Thành thạo kỹ năng thiết kế mạch điện tử trên máy tính, lập trình cho hệ thống hoạt động theo yêu cầu.
Về thái độ: Rèn luyện được tác phong làm việc khoa học, làm việc đúng hạn trong quá trình làm đồ án, có trách nhiệm trong công việc
Trực tiếp tìm hiểu những sản phẩm có sẵn ngoài thị trường để thiết kế mô hình, nghiên cứu và ứng dụng những công nghệ tự động, điện-điện tử vào việc điều khiển lập trình cho mô hình.
Vận dụng kiến thức chuyên ngành liên quan như: Kỹ thuật điện-điện tử, tự động hóa, sử dụng phần mềm TIA Portal để thiết kế và mô phỏng.
Nghiên cứu các tài liệu, sách báo, giáo trình có liên quan, các tài liệu chuyên môn dùng trong việc tính toán cũng như điều khiển lập trình trên các trang Web cũng như trên các diễn đàn mạng Internet.
Tìm hiểu các cơ cấu truyền động cũng như kiểu dáng mô hình để hỗ trợ trong việc thiết kế một hệ thống tự động.
Đối tượng nghiên cứu
- Lý thuyết về cơ cấu chuyển động máy để tìm ra cơ cấu của máy dán nhãn tự động.
- Tìm hiểu về bộ điều khiển PLC S7-1200.
- Tìm hiểu, tính toán, thiết kế khung, chuyển động của máy…
- Nghiên cứu về cài đặt hệ thống điện, cảm biến, động cơ…
- Nghiên cứu về quá trình thí nghiệm của máy.
Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài
Việc in và dán các loại tem nhãn trên bao bì/ thùng chứa thành phẩm là điều tất yếu Với mục đích giúp cho người dùng nhận biết, tìm hiểu trực tiếp các thông tin cần thiết như tên sản phẩm, mã sản phẩm, số lô Đồng thời biết được thời gian sản xuất, kích thước hay trọng lượng sản phẩm, mã vạch, logo thương hiệu, các chứng nhận chất lượng… của sản phẩm trước khi mua hàng. Để tiết kiệm thời gian và tối ưu hóa chi phí sản xuất Xu hướng tích hợp sử dụng công nghệ tự động hóa hoàn toàn việc in và dán nhãn (Labeller) thay cho việc sử dụng một máy dán nhãn (Dispenser) Cùng với sự kết hợp với một máy in nhãn hoạt động độc lập và cần đến sự can thiệp của con người để đưa nhãn được in vào máy dán như trước đây.
1.4.2 Tính thực tiễn của đề tài
Máy dán tem nhãn tự động chính hãng là loại máy đảm nhiệm chức năng dán tem nhãn decal cho chai, lọ bằng nhựa hoặc thủy tinh trong nhiều lĩnh vực sản xuất khác nhau, cụ thể như sau:
Ngành thực phẩm: Dùng dán nhãn cho các loại chai tròn cho các sản phẩm, thực phẩm như: rượu bia và nước giải khát, nước khoáng, nước mắm, dầu ăn,
Ngành hóa mỹ phẩm: ứng dụng để dán tem nhãn cho các chai nước giặt tẩy, nước rửa chén, dầu gội, kem dưỡng da hoặc các dòng sản phẩm mỹ phẩm khác.
Ngành dược phẩm: Dán nhãn các chai lọ thuốc, sản phẩm y tế, chai lọ hóa chất cùng một số thiết bị y tế khác.
Ngành điện tử: Dán tem nhãn các linh kiện điện tử như sạc, pin máy tính,pin điện thoại, cần in thông tin về ngày sản xuất, hạn sử dụng lên trên bề mặt.
Những hệ thống dán nhãn hiện nay
Hình 1.2: máy dán nhãn 1 mặt
Với loại máy dán nhãn một mặt là dòng máy dán nhãn công nghiệp có thể dán nhãn lên một mặt của sản phẩm Máy có thể dán ở một mặt trên hay mặt bên của sản phẩm ở nhiều loại chai lọ, các loại bao bì ở nhiều chất liệu, hình dáng khác nhau.
Máy dán nhãn hai mặt là dòng máy có thể dán nhãn trên 2 mặt trước sau hay hai mặt bên của sản phẩm Máy dán nhãn với belt thăng bằng, băng tải thực hiện một cách nhịp nhàng và ổn định Tốc độ kéo nhãn nhanh chóng, mượt mà và có thể điều chỉnh liên tục
Mã QR code và ứng dụng
QR Code (mã QR) là viết tắt của Quick response code (Tạm dịch: Mã phản hồi nhanh), hoặc có thể gọi là Mã vạch ma trận (Matrix-barcode) hay Mã vạch 2 chiều (2D) Đây là một dạng thông tin được mã hóa để hiển thị sao cho máy có thể đọc được.
QR Code cho phép quét và đọc mã nhanh hơn bằng các thiết bị như máy đọc mã vạch hoặc điện thoại có camera với ứng dụng cho phép quét mã, vô cùng tiện lợi cho người dùng
Hình 1.3: Máy dán nhãn 2 mặt Ứng dụng của mã QR trong đời sống hiện này
Tiện lợi truy xuất thông tin hàng hóa
Ngày nay chúng ta có thể thường xuyên nhìn thấy mã này trên các sản phẩm mình sử dụng Doanh nghiệp thường đặt QR Code để người dùng có thể quét mã và truy xuất các thông tin về sản phẩm như nơi sản xuất, loại sản phẩm, thành phần sản phẩm, các danh mục liên quan, Không chỉ thế, ngày nay mã
QR còn được dùng để thanh toán online rất tiện lợi.
Hình 1.5: QR code được dán trên hang hóa
Trao đổi thông tin liên lạc nhanh chóng
QR Code cũng có thể được sử dụng để trao đổi các thông tin và phương thức liên lạc Chúng ta chỉ cần quét mã và xem giới thiệu về một doanh nghiệp hoặc số điện thoại hay địa chỉ của một người nào đó Chẳng hạn như bạn hoàn toàn có thể tìm kiếm bạn bè trên các mạng xã hội như Facebook, Line, một cách nhanh chóng thông qua mã QR mà các nhà phát triển nền tảng đó cung cấp.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Sơ đồ công nghệ của hệ thống
Sơ đồ công nghệ sử dụng gồm:
-Bộ điều khiển PLC: có chức năng nhận và truyền sữ liệu để điều các hoạt động của mô hình.
- Cảm biến quang: dùng để nhận biết sản phẩm Khi cảm biến một có tín hiệu băng tải sẽ dừng để dán nhãn, sau đó tiếp tục chạy đến cảm biến hai để quát mã QR.
- Máy quét QR: kiểm tra mã QR đã được dán lên sản phẩm chưa và đưa tín hiệu đến PLC để sửa lý quá trình sau đó.
- Nút nhấn : có chức năng chạy và dừng hệ thống.
- Van điện từ: Điều khiển hoạt dộng của xylanh
- Bang tải: vận chuyển sản phẩm đến các điểm trong hệ thống.
Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ của hệ thống
- Đèn báo: xác định trạng thái hoạt động của hệ thống.
Bộ điều khiển PLC
PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình được 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 các 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 thì hay các sự kiện được đếm PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) 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 Ladder, SFC, FBD Ứng dụng của PLC trong thực tế:
Trong nghành công nghiệp hiện đại, bộ lập trình PLC đóng vai trò quan trọng, đặc biệt là công nghiệp sản xuất Với nhiều ưu điểm vượt trội về giá thành lẫn hiệu suất, PLC được ứng dụng rộng rãi, phổ biến trong các tủ bảng điện tự động hóa của các hệ thống như: cấp nước, nhà máy xử lý nước thải, sản xuất chế biến, đóng gói, giám sát dây chuyền sản xuất, công nghiệp nặng
Cụ thể PLC là dùng trong công nghệ điều khiển cánh tay Robot để gắp phôi từ băng tải bỏ qua bàn gia công của máy CNC, hay điều khiển Robot đưa đổ vật liệu vào băng tải, hoặc thực hiện các việc đóng hộp, dán tem nhãn, hệ thống báo động…
Hình 2.2: Hình ảnh minh họa PLC
Hình 2.3: Ứng dụng của PLC trong thực tế
Cấu tạo của PLC gồm các thành phần chính sau:
Bộ nhớ chương trình: Bao gồm RAM (Random Access Memory), ROM (Read-Only Memory), và có thể sử dụng thêm vùng nhớ ngoài như EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory).
Bộ xử lý trung tâm (CPU): Đây là trái tim của hệ thống PLC, nơi thực hiện các phép tính và xử lý các lệnh điều khiển từ chương trình.
Module đầu vào/đầu ra (I/O): Thường được tích hợp sẵn trên PLC, module I/O nhận tín hiệu đầu vào từ các thiết bị ngoại vi và điều khiển các thiết bị ra thông qua tín hiệu đầu ra Khi cần mở rộng số lượng I/O, có thể lắp thêm các module I/
Ngoài ra, PLC còn có các thành phần khác như:
Cổng kết nối PLC và máy tính: Thông qua các giao diện như RS232, RS422, RS485, cổng kết nối này được sử dụng để tải chương trình và giám sát hoạt động của PLC từ máy tính.
Cổng truyền thông: Thông thường, PLC tích hợp cổng truyền thông Modbus RTU, và tùy theo hãng và dòng sản phẩm, PLC cũng có thể tích hợp thêm các chuẩn truyền thông khác như Profibus, Profinet, CANopen, EtherCAT
2.2.3 Nguyên lý hoạt động của PLC
Bộ điều khiển trung tâm 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 thứ tự 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 hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ.
2.2.4 Ưu nhược điểm của PLC Ưu điểm:
Bộ điều khiển PLC chống nhiễu tốt, đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp. Đáp ứng các giải thuật phức tạp, độ chính xác cao.
Gọn nhẹ, lắp đặt dễ dàng.
Hình 2.5: Nguyên lý hoạt động PLC
Thay thế hoàn toàn mạch điều khiển relay thông thường, dễ dàng đáp ứng mọi yêu cầu điều khiển.
Hỗ trợ các chuẩn mạng truyền thông công nghiệp, tạo sự kết nối và trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị trong và ngoài nhà máy đáp ứng tiêu chuẩn công nghiệp 4.0.
Giá thành cao: Chi phí sản phẩm cao hơn so với chi phí mạch relay thông thường Tuy nhiên, hiện nay thị trường VN đã có mặt rất nhiều hãng PLC của Đức, Nhật Bản, Mỹ, Trung Quốc… dẫn đến giá thành cạnh tranh hơn so với trước.
Chi phí phần mềm lập trình: Chi phí mua licence phần mềm lập trình tùy thuộc vào hãng sản xuất Hiện nay có 2 dạng: hãng sản xuất cho phép sử dụng miễn phí và hãng sản xuất yêu cầu mua licence.
Yêu cầu người sử dụng có kiến thức về lập trình PLC: Để thiết bị PLC đáp ứng tốt trong điều khiển, người sử dụng cần có kiến thức căn bản về lập trình PLC.
2.2.5 Bộ điều khiển PLC S7-1200 của Siemens
Một số đặc điểm của dòng PLC S7 – 1200
- Bộ điều khiển tích hợp, phù hợp cho các ứng dụng từ thấp đến trung bình - Tất cả thu gọn trong một bộ xử lý, tiết kiệm không gian và năng lượng.
- Kết nối thời gian thực với chuẩn giao tiếp Profinet
- Các CPU có thể được sử dụng trong chế độ độc lập hay kết nối thành một mạng lưới nhất định
- Cài đặt, lập trình và vận hành cực kì đơn giản
- Tích hợp web-server với những trang web tiêu chuẩn dễ dàng cho người sử dụng
- Có khả năng ghi dữ liệu để lưu trữ khi chạy chương trình
- Tích hợp các chức năng mạnh mẽ như đếm, đo, điều khiển vòng kín, điều khiển chuyển động
- Có các đầu vào/ra tín hiệu số và tín hiệu tương tự - Khả năng mở rộng linh hoạt:
+ Signal board gắn trực tiếp lên CPU 10.
+ Những signal module kết nối với CPU để mở rộng I/O.
+ Những phụ kiện như nguồn cấp CPU, module chuyển đổi, thẻ nhớ simatic.
Các ứng dụng phổ biến của dòng S7-1200
SIMATIC S7-1200 thực hiện nhiệm vụ điều khiển cho các ứng dụng vòng hở và vòng kín trong các thiết bị sản xuất và hệ thống nhà máy Do thiết kế nhỏ gọn với khả năng kết hợp nhiều module cùng một lúc, S7-1200 có thể đa dạng hóa các tác vụ từ việc thay thế các rơle và contactor đến các tác vụ tự động hoàn toàn cho các mạng lưới có cấu trúc phân tán phức tạp Những lĩnh vực ứng dụng của S7-1200 bao gồm: - Hệ thống vị trí - Hệ thống băng tải - Thang máy và thang cuốn - Thiết bị vận chuyển nguyên vật liệu - Máy móc cơ khí - Máy đóng gói - Máy in - Máy dệt - Hệ thống trộn - Nhà máy xử lý nước ngọt - Nhà máy xử lý nước thải - Màn hình ngoài - Trạm phân phối điện - Điều khiển nhiệt độ phòng
Các thiết bị khác
2.3.1 Xylanh khí nén a, Khái quát chung
- Xi lanh khí nén hay còn gọi là ben khí nén, sử dụng sức mạnh của khí nén để tạo ra lực cung cấp cho chuyển động.Xi lanh khí nén giúp chuyển hóa năng lượng của khí nén thành động năng, tác dụng làm piston của xi lanh chuyển động, thông qua đó truyền động đến thiết bị hoạt động
Khi được kích thích, không khí nén vào thành ống với một đầu của piston và do đó sẽ chiếm không gian trong xy lanh Lượng khí này lớn dần sẽ làm piston di chuyển, khi piston di chuyển sẽ sinh ra công và làm thiết bị bên ngoài hoạt động.
Hình 2.7: Cấu hình sơ đồ kết nối PLC S7-1200 b, Các xylanh sử dụng trong mô hình
Bảng 2.2: Thông số xylanh 2 ty
Dạng năng lượng cung cấp Khí nén Áp suất tối đa khi vận hành 0.7 Mpa Áp suất tối thiểu khi vận hành 0.1 Mpa
Hành trình 70 mm và 50 mm
Bảng 2.3: Thông số xylanh kẹp
Dạng năng lượng cung cấp Khí nén Áp suất tối đa khi vận hành 0.7 Mpa Áp suất tối thiểu khi vận hành 0.1 Mpa
Hình 2.9: Xylanh kẹp MHZ-TD6
Bảng 2.4: Thông số xylanh nâng
Dạng năng lượng cung cấp Khí nén Áp suất tối đa khi vận hành 1 Mpa Áp suất tối thiểu khi vận hành 0.1 Mpa
Bảng 2.5: Thông số xylanh trượt
Dạng năng lượng cung cấp Khí nén Áp suất tối đa khi vận hành 1 Mpa Áp suất tối thiểu khi vận hành 0.1 Mpa
2.3.2 Van điện từ khí nén 5/2
Van điện từ 5/2 là một loại van điện từ khí nén được sử dụng để cấp khí nén cho các hệ thống thiết bị giúp van đóng mở và các hệ thống hoạt động Van điện từ 5/2 sử dụng để lắp đặt trên các đầu khí nén van bi khí nén, van bướm khí nén, xy lanh khí, thiết bị khí nén với chức năng đóng mở cấp khí nén.
Cấu tạo của van điện từ 5/2
Van điện từ 5/2 gồm hai phần chính gồm coil và thân van:
Phần coil điện: Là nơi tiếp nhận nguồn điện từ bên ngoài, cho phép van hoạt động Tùy 2nguồn điện mà có thể chọn loại coil điện cho phù hợp: nguồn
AC hoặc nguồn DC 24V, AC 220V …
Phần thân van: Cấu tạo gồm 5 cửa và 2 vị trí được đánh dấu lần lượt A, B,
- P: Nơi đưa nguồn khí nén vào
- A và B: là vị trí kết nối trực tiếp với xylanh, đưa áp suất đến xy lanh giúp xylanh hoạt động.
Nguyên lý hoạt động của van điện từ
Khi có nguồn điện sẽ sinh ra lực từ trường Lực này sẽ hút trục van chuyển động dọc trục và khiến cho các cửa van được mở ra để cho khí nén thông cửa Hoạt động này giúp cho van có thể thực điện nhiệm vụ cấp hoặc đóng dòng khí nén cho thiết bị cần hoạt động.
Khi van nằm ở trạng thái bình thường hay còn gọi là ở trạng thái van đóng thì cửa số 1 sẽ được thiết kế thông với cửa số 2 Trong khi đó thì cửa số 4 sẽ được thông với cửa số 5 Nhưng khi van được cấp khí nén khiến cho van nằm trong tình trạng được mơ hoàn toàn thì sẽ có sự thay đổi bắt đầu từ cửa số 1 và số
4 Ở đây sẽ xảy ra hiện tượng đảo chiều và khiến cho cửa số 1 thông với cửa số
4 Trong khi đó thì cửa số 2 thông với cửa số 3 Riêng cửa số 5 sẽ bị chặn lại.
Bảng 2.6: Thống số van điện từ
Số cổng 5 cổng 2 vị trí
Kích thước cổng 1/4’’ ren 13 Áp suất hoạt động 0.15-0.8 Mpa Nhiệt độ hoạt động -10-70 o C
Băng tải sử dụng động cơ điện 1 chiều DC (DC là từ viết tắt của Direct Current Motors) là động cơ được điều khiển bằng dòng có hướng xác định hay nói cách khác thì đây là loại động cơ chạy bằng nguồn điện áp DC - điện áp 1 chiều.
Cấu tạo và phân loại động cơ điện 1 chiều
Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều thường gồm những bộ phận chính như sau:
- Stator: là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện
- Rotor: phần lõi được quấn các cuộn dây để tạo thành nam châm điện
- Chổi than (brushes): giữ nhiệm vụ tiếp xúc và tiếp điện cho cổ góp
- Cổ góp (commutator): làm nhiệm vụ tiếp xúc và chia nhỏ nguồn điện cho các cuộn dây trên rotor Số lượng các điểm tiếp xúc sẽ tương ứng với số cuộn dây trên rotor.
- Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều
- Căn cứ vào phương pháp kích từ, có thể chia động cơ điện 1 chiều thành những dòng chính như sau:
- Động cơ điện 1 chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu
- Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
- Động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp
- Động cơ điện 1 chiều kích từ song song
- Động cơ điện 1 chiều kích từ hỗn hợp bao gồm 2 cuộn dây kích từ, 1 cuộn được mắc nối tiếp với phần ứng, 1 cuộn được mắc song song với phần ứng Ưu điểm của động cơ điện 1 chiều
- Ưu điểm nổi bật của động cơ điện 1 chiều là có moment mở máy lớn, do đó sẽ kéo được tải nặng khi khởi động.
- Khả năng điều chỉnh tốc độ và quá tải tốt.
- Bền bỉ, tuổi thọ lớn
Nhược điểm của động cơ điện 1 chiều
-Bộ phận cổ góp có cấu tạo phức tạp, đắt tiền nhưng hay hư hỏng trong quá trình vận hành nên cần bảo dưỡng, sửa chữa cẩn thận, thường xuyên.
- Tia lửa điện phát sinh trên cổ góp và chổi than có thể sẽ gây nguy hiểm, nhất là trong điều kiện môi trường dễ cháy nổ.
- Giá thành đắt mà công suất không cao. Động cơ sử dụng cho bang tải trong mô hình
Bảng 2.7: Thông số kỹ thuật động cơ
Model JBG52 Điện áp định mức 5-24VDC
Công suất 12W Đường kính trục 44 mm
Chiều dài động cơ 67 mm
Relay trung gian là loại thiết bị có chức năng chuyển mạch tín hiệu điều khiển và khuếch đại chúng với kích thước nhỏ Thiết bị được lắp đặt ở vị trí trung gian nằm giữa thiết bị điều khiển công suất nhỏ và thiết bị công suất lớn hơn.
Cấu tạo của rơ le trung gian gồm 2 phần chính:
-Cuộn hút nam châm điện
- Mạch tiếp điểm mạch lực
Nam châm điện: Bao gồm lõi thép động, lõi thép tĩnh và cuộn dây.Cuộn dây được dùng để cuộn cường độ, điện áp hoặc cuộn cả điện áp lẫn cường độ. Trong đó, lõi thép động được định vị bằng vít điều chỉnh găng bởi lò xo.
Tiếp điểm: Bao gồm tiếp điểm nghịch có vai trò đóng cắt tín hiệu thiết bị tải với dòng nhỏ được cách ly với cuộn hút.
Replay sử dụng trong mô hình
Bảng 2.8: Thông số relay trung gian
Kích thước 4 x 2 x 3 cm Điện áp cuộn hút 24 VDC Dòng qua các tiếp điểm 5A
Số cặp tiếp điểm 4 NO
Khái niệm và cấu tạo
Nguồn xung là bộ nguồn có tác dụng biến đổi từ nguồn điện xoay chiều sang nguồn điện một chiều bằng chế độ dao động xung tạo bằng mạch điện tử kết hợp với một biến áp xung.
Nguồn tuyến tích thường rất nặng, cồng kềnh và tốn vật liệu nên không còn được sử dụng nhiều trong một vài trường hợp (vì nguồn tuyến tính có một vài ưu điểm tốt mà nguồn xung không bao giờ đạt được, nguồn xung luôn tạo ra sóng hài làm ảnh hưởng xấu tới chất lượng lưới điện)
Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý nguồn tổ ong
Biến áp xung: Cũng cấu tạo gồm các cuộn dây quấn trên một lõi từ giống như biến áp thông thường chỉ có điều biến áp này sử dụng lõi ferit còn biến áp thường sử dụng lõi thép kỹ thuật điện Với cùng một kích thước thì biến áp xung cho công suất lớn hơn biến áp thường rất nhiều lần Ngoài ra biến áp xung hoạt động tốt ở dải tần cao còn biến áp thường chỉ hoạt động ở dải tần thấp.
– Cầu chì: Bảo vệ mạch nguồn bị ngắn mạch
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Nguyên lý làm việc của hệ thống
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống
Khối nguồn chuyển đổi nguồn điện xoay chiều 220V thành dòng điện một chiều 24V, cung cấp cho các thiết bị của khối điều khiển.
Khối điều khiển bao gồm PLC; các thiết bị cắm vào ngõ vào: Nút nhấn, cảm biến; các thiết bị cắm vào ngõ ra: Băng tải, van khí nén, đèn báo.
Khối nguồn nhận tín hiệu từ nút nhấn, cảm biến, tín hiệu được gửi PC đến PLC qua truyền thông OPC, từ đó điều khiển các cơ cấu chấp hành: Van khí nén, Băng tải, Đèn báo, Xylanh
Khối xử lý mã QR có nhiệm vụ lấy ảnh từ Camera được kết nối với máy tính PC qua USB, sau đó máy tính sử dụng phần mềm visual studio để xử lý mã
QR, sau khi xử lý mã QR và phân loại sản phẩm, PC gửi kết quả xử lý ảnh đếnPLC qua truyền thông OPC.
Xây dựng lưu đồ thuật toán
3.3 Sơ đồ đấu nối điện các thiết bị
Hình 3.4: Sơ đồ đấu điện các thiết bị
Thiết kế giao diện điều khiển
Bảng 3.1: Bảng địa chỉ vào ra
I0.0: Cảm biến 2 Q0.2 : Xy lanh trượt 1
I0.0: Cảm biến 1 Q0.3 : Xy lanh kẹp
I0.0: Dừng khẩn cấp Q0.4 : Xy lanh trượt 2
Q0.5 : Xy lanh nâng Q4.0 : Xy lanh sang Q4.1: Động cơ bơm hút Q4.2: Đèn Start Q4.3: Đèn stop
3.4.1 Phần mềm lập trình TIA PORTAL
Tổng quan về phần mềm lập trình
TIA Portal viết tắt của Totally Integrated Automation Portal là một phần mềm tổng hợp của nhiều phần mềm điều hành quản lý tự động hóa, vận hành điện của hệ thống Có thể hiểu, TIA Portal là phần mềm tự động hóa đầu tiên, có sử dụng chung môi trường nền tảng để thực hiện các tác vụ, điều khiển hệ thống.
TIA Portal được phát triển vào năm 1996 bởi các kỹ sư của Siemens nó cho phép người dùng phát triển và viết các phần mềm quản lý riêng lẻ một cách nhanh chóng, trên 1 nền tảng thống nhất Giải pháp giảm thiểu thời gian tích hợp các ứng dụng riêng biệt để thống nhất tạo hệ thống.
TIA Portal - Tích hợp tự động toàn diện là phần mềm cơ sở cho tất cả các phần mềm khác phát triển: Lập trình, tích hợp cấu hình thiết bị trong dải sản phẩm
Hình 3.5: Phần mềm TIA Portal Đặc điểm TIA Portal cho phép các phần mềm chia sẻ cùng 1 cơ sở dữ liệu, tạo nên tính thống nhất, toàn vẹn cho hệ thống ứng dụng quản lý, 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.
Hình 3.6: Giao diện Tia Portal Ưu điểm, hạn chế của phần mềm
Tích hợp tất cả các phần mềm trong 1 nền tảng, chia sẻ cơ sở dữ liệu chung dễ dàng quản lý, thống nhất cấu hình Giải pháp vận hành thiết bị nhanh chóng, hiệu quả, tìm kiếm khắc phục sự cố trong thời gian ngắn.
Tất cả các yếu tố: bộ lập trình PLC, màn hình HMI được lập trình và cấu hình trên TIA Portal, cho phép các chuyên viên tiết kiệm thời gian thao tác, thiết lập truyền thông giữa các thiết bị Chỉ với 1 biến số của bộ lập trình PLC được thả vào màn hình HMI, kết nối được thiết lập mà không cần bất ký thao tác lập trình
Do tích hợp nhiều phần mềm, cơ sở dữ liệu hệ thống lớn nên dung lượng bộ nhớ khổng lồ Yêu cầu kỹ thuật cao của người lập trình, quản lý, tốn nhiều thời gian để làm quen sử dụng.
3.4.2 Các câu lệnh và khối chương trình sử dụng để thiết kế
Khối dữ liệu DB chương trình để lưu trữ dữ liệu cho các khối mã Tất cả các khối chương trình đều có thể truy xuất dữ liệu trong một DB toàn cục, nhưng một DB mẫu thì chỉ lưu trữ dữ liệu cho một khối hàm FB đặc trưng.Các dữ liệu được lưu trữ trong một DB sẽ không bị xóa khi thực thi của khối mã có liên quan kết thúc.
Các lệnh cơ bản tr.ong phần mềm
Bảng 3.2 Tập lệnh cơ bản trong S7-1200
IN BOOL Tiếp điểm thường mở
IN BOOL Tiếp điểm thường đóng
OUT BOOL Lệnh set được tác động thì địa chỉ ngõ ra được đặt lên 1.
OUT BOOL Lệnh reset được tác động thì địa chỉ ngõ ra được tác động về 0
IN BOOL Nhận biết xung cạnh lên tín hiệu đầu vào
IN BOOL Nhận biết xung cạnh xuống tín hiệu đầu vào
Thiết kế giao diện trên WinCC
WinCC (Windows Control Center) là phần mềm của hãng Siemens dùng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất Nói rỏ hơn, WinCC là chương trình dùng để thiết kế các giao diện Người và Máy – HMI (Human Machine Interface) trong hệ thống Scada (Supervisory Control And Data Acquisition), với chức năng chính là thu thập số liệu, giám sát và điều khiển quá trình sản xuất Với WinCC, người dùng có thể trao đổi dữ liệu với PLC của nhiều hãng khác nhau như: Siemens, Mitsubishi, Allen braddly, Omron, thông qua cổng COM với chuẩn RS232 của PC và chuẩn RS485 của PLC.
Với WinCC, ta có thể tận dụng nhiều giải pháp khác nhau cho để giải quyết công việc, từ thiết kế cho hệ thống có quy mô nhỏ đến quy mô lớn, hệ thống thực hiện sản xuất – MES (Manufacturing Excution System) WinCC có thể mô phỏng bằng hình ảnh các sự kiện xảy ra trong quá trình điều khiển dưới dạng chuổi sự kiện Để đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày càng phát triển, WinCC cung cấp nhiều hàm chức năng cho mục đích hiển thị, thông báo, ghi báo cáo, xử lý thông tin đo lường, các tham số công thức, và là một trong những chương trình thiết kế giao diện Người và Máy – HMI được tin dùng nhất hiện nay.
Các chức năng phổ biến của Win CC
Hình 3.8: WinCC kết nối với PLC
- Graphics Designer: Thực hiện dể dàng các chức năng mô phỏng và hoạt động qua các đối tượng đồ họa của chương trình WinCC, Windows, I/O, và các thuộc tính hoạt động (Dynamic).
- Alarm Logging: Thực hiện việc hiển thị các thông báo hay các cảnh báo khi hệ thống vận hành Nhận các thông tin từ các quá trình, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ chúng Alarm Logging còn giúp ta phát hiện ra nguyên nhân của lỗi.
- Tag Logging: Thu thập, lưu trữ và xuất ra dưới nhiều dạng khác nhau từ các quá trình đang thực thi.
- Report Designer: Tạo ra các thông báo, kết quả Và các thông báo này được lưu dưới dạng nhật ký sự kiện.
- User Achivers: Cho phép người sử dụng lưu trữ dữ liệu từ chương trình ứng dụng và có khả năng trao đổi với các thiết bị khác.Trong WinCC, các công thức và ứng dụng có thể soạn thảo, lưu trữ và sử dụng trong hệ thống.
- Ngoài ra, WinCC còn kết hợp với Visual C++, Visual Basic tạo ra một hệ thống tinh vi và phù hợp cho từng hệ thống tự động hóa chuyên biệt.
Hình 3.9: Chức năng của WinCC
Kết quả thiết kế giao diện giám sát
Hình 3.10: Màn hình giao diện giám sát
Bấm start bang tải bắt đầu chạy và đưa sản phẩm đến cảm biến thứ nhất, khi cảm biến thứ nhất phát hiện vật tay hút ở vị trí 1 sẽ di chuyển đến vị trí 2 hút nhãn để dán vào2 sản phẩm Sau khi dán xong bang tải tiếp tục chạy đến cảm biến 2, tại đây bang tải sẽ dừng để quét mã QR.
Khi camera quét được đúng QR băng tải xe chạy tiếp và phân loại thành sản phẩm đạt.
Nếu camera ko phát hiện được mã QR hoặc mã QR sai thì tay gắp ở vị trí số 3 sẽ hoạt động và gắp sản phẩm về đầu bang tải để kiểm tra lại lần 2 Trong trường hợp quét lần 2 không được sản sẽ được coi là lỗi và tay gắp sẽ phân loại sản phẩm vào sản phẩm lỗi.