Các thiết bị công nghệ tiên tiến với hệ thống thiết bị lập trình PLC, vi xửlý, vi điều khiển, Điện khí nén, Điện tử đang được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệpnhư các dây chuyền sản xu
TÌM HIỂU CÁC LOẠI THIẾT BỊ PLC
Giao diện phần cứng
Hình 4 Giao diện S7 - 200 6ES214 1BC01 – 0XB0 CPU214
Đặc tính kỹ thuật
- S7-200 có từ 6 đầu vào/4 đầu ra số (CPU221) đến 24 đầu vào/16 đầu ra số (CPU226) Có thể mở rộng số đầu vào ra nhờ các module mở rộng
- Các đầu vào của S7-200 sử dụng mức 24 VDC rất thích hợp cho việc kết nối với các cảm biến tiệm cận hay cảm biến quang PLC cũng có luôn đầu cấp nguồn 24 VDC cho các đầu vào, có bảo vệ quá dòng
- Đầu ra có hai sự lựa chọn: đầu ra transistor cho ra điện áp DC phù hợp với các ứng dụng như hút van 24 VDC chiều công suất nhỏ, relay trung gian , đặc biệt là đầu ra kiểu này có thể sử dụng để phát ra xung cho chức năng PTO hay PWM.
- Chức năng chính của PLC là để điều khiển Logic, điều khiển tuần tự, liên động
- Trong bộ lệnh của S7-200 có đầy đủ các lệnh bit Logic, so sánh, bộ đếm, dịch/quay các thanh ghi, timer cho phép lập trình cho các ứng dụng điều khiển Logic một cách dễ dàng.
- Đặc biệt nó có các lệnh phát hiện ra các sườn xung cho phép ta xử lý thời điểm chuyển trạng thái của tín hiệu Nếu cần xử lý các thời điểm chuyển trạng thái nhanh hơn ta có thể sử dụng ngắt.
- Bên trong S7-200 có tích hợp một đồng hồ thời gian thực Ta có thể sử dụng nó cho các ứng dụng điều khiển thời gian dài hay các ứng dụng mà việc điều khiển phụ thuộc vào thời gian trong ngày (như điều khiển đèn giao thông) hay có thể theo mùa trong năm (đèn chiếu sáng).
1.2.2Sơ đồ và ý nghĩa các chân
- SF (đèn đỏ): đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng Đèn này sáng lên khi có sự hỏng hóc PLC.
- RUN (đèn xanh): đèn xanh RUN chỉ định PLC đangg ở chế độ làm việc vf thực hiện chương trình được nạp vào trong máy
- STOP (đèn vàng): đèn vàng STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng Dừng chương trình đang thực hiện lại.
- Ix.x (đèn xanh): đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của cổng Ix.x (x.x
=0.0 đến 1.5) Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng.
- Qy.y (đèn xanh): đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Qy.y (y.y
= 0.0 đến 1.1) Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng.
1.2.3Phần mềm viết chương trình điều
Giao diện phần cứng
Hình 6 Giao diện S7 – 300 PS307 – 6ES7312
Đặc tính kỹ thuật
- Chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485)… và có thể có vài cổng vào/ra số onboard.
- PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau, được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong CPU như CPU312, CPU314, CPU315, CPU316, CPU318…
- Với các CPU có hai cổng truyền thông, cổng thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán có kèm theo những phần mềm tiện dụng được cài đặt sẵn trong hệ điều hành
- Các CPU khác nhau thì các thành phần trên không giống nhau.
Sơ đồ chân
Phần mềm viết chương trình điều
Giao diện phần cứng
Đặc tính kỹ thuật
* Cổng truyền thông Profinet (Ethernet) được tích hợp sẵn:
- Dùng để kết nối máy tính, với màn hình HMI hay truyền thông PLC-PLC.
- Dùng kết nối với các thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở.
- Đầu nối RJ45 với tính năng tự động chuyển đổi đấu chéo.
- Hỗ trợ 16 kết nối ethernet.
- TCP/IP, ISO on TCP, và S7 protocol.
* Các tính năng về đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển quá trình:
- 6 bộ đếm tốc độ cao (high speed counter) dùng cho các ứng dụng đếm và đo lường, trong đó có 3 bộ đếm 100 kHz và 3 bộ đếm 30kHz.
- 2 ngõ ra PTO 100 kHz để điều khiển tốc độ và vị trí động cơ bước hay bộ lái servo (servo drive).
- Ngõ ra điều rộng xung PWM, điều khiển tốc độ động cơ, vị trí valve, hay điều khiển nhiệt độ.
- 16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số điểu khiển (auto-tune functionality).
Sơ đồ và ý nghĩa các chân
Hình 9 Sơ đồ chân S7-1200 - PLC CPU 1214C DC/DC/DC
* Các thành phần của PLC S7-1200 bao gồm:
- 3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau giống như điều khiển AC, RELAY hoặc DC phạm vi rộng.
- 2 mạch tương tự và số mở rộng ngõ vào/ra trực tiếp trên CPU làm giảm chi phí.
- 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau bao gồm (module SM và SB)
- 2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP.
- Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp 24 VDC.
Phần mềm viết chương trình điều
Giao diện phần cứng
Đặc tính kỹ thuật
- Digital Output: 24 ngõ ra Mix.
- Option: Hỗ trợ 2 BD board, Module mở rộng.
- Tích hợp sẵn cổng tuyền thông RS485.
Sơ đồ chân
- Điện áp định mức input: DC 24 V ± 10%
- Áp dụng dải điện áp DC 5 ~ 30 V
Phần mềm viết chương trình điều
- Sử dụng phần mềm lập trình Wecon PLC editor.
KẾT NỐI MÁY TÍNH VỚI CÁC PLC
Các bước thao tác để thực hiện được kết nối truyền thông
- B1: Kết nối cáp USB PPI giữa máy tính và S7 200
- B2: Kiểm tra xem máy tính đã nhận driver cáp chưa: Chuột phải vào.
- B3: Trong cửa sổ Computer Management chọn Device Manager: Kiểm tra có cổng Port và SIMATIC NET là đã nhận driver
- B4: Mở phần mềm lập trình V4.0 STEP 7 MicroWin
- B5: Chọn Communications: Hiện ra một bảng như hình bên dưới, chọn Set PG/PC Interface
- B6: Kéo xuống chọn PC/PPI cable (PPI), chọn tiếp Properties để kiểm tra cổng kết nối.
- B7: Chọn cổng kết nối tương tự như của sổ Device Manager trước đó.
- B8: Bấm OK > OK > OK đến khi hiện như hình bên dưới và bấm Double-Click to
Refesh để thử kết nối.
- B9: Bạn chờ đợi quá trình Searching at 9.6 kbps diễn ra và đến khi kết quả như hình bên dưới là đã Kết nối thành công.
- B10: Kết nối thành công! Viết thử một chương trình đơn giản, Download chương trình vào PLC.
- Bước 1: Mở phần mềm Step7 > chọn Option > Set PG/PC Interface
- Bước 2: Chọn card mạng máy tính của bạn rồi bấm OK.
- Bước 3: Set IP tĩnh để tránh trường hợp bị trùng lặp không kết nối được.
Trong cửa sổ "Network Connections", nhấn chuột phải vào adapter muốn thiết lập một địa chỉ IP tĩnh và sau đó chọn lệnh "Properties"
Trong cửa sổ thuộc tính của adapter, nhấn đúp vào "Internet Protocol Version 4 (TCP/IPv4)"
Chọn tùy chọn "Use the following IP address", sau đó gõ địa chỉ IP, subnet mask tuỳ ý khác với IP của PLC.
- Bước 4: Kết nối xem thành công chưa bằng cách download hoặc upload PLC.
- Click mở file “TIA Portal V11” trên Desktop của máy tính:
- Click vào “Create new project”
- Project name: Tên của chương trình cần lưu
- Path: Chọn đường dẫn để lưu chương trình
- Click vào “Add new device”
- Click PLC/Simatic S7-1200/CPU/”CPU 1214C DC/DC/DC”/6ES7 214-1AG31-0XB0
- Click vào cổng RJ45 Trên hình PLC S7-1200 trên máy tính để nhập địa chỉ IP cần nạp chương trình xuống.
- Click vào biểu tượng Download để nạp chương trình phần cứng cho PLC S7-1200:
- “Type of the PG/PC interface”: PN/IE
- “PG/PC interface”: Chọn Card mạng trùng với card mạng của máy tính ta đã tra.
- Double Click vào “Main [OB1]”: Để viết chương trình điều khiển.
- Click vào Download để nạp chương trình xuống giống các bước nạp phần cứng.
TÌM HIỂU VỀ BIẾN TẦN
Thông số động cơ
Động cơ 3 pha thường có các loại 127/220V, 220/380V, 380/660V Trong đó thông dụng nhất là động cơ 3 pha 220/380V.
- Động cơ 3 pha 127/220V đấu sao để sử dụng nguồn 3 pha 220V có thể dùng 2 loại biến tần Nếu có nguồn vào 3 pha 220V thì chọn biến tần vào 3 pha 220V ra 3 pha 220V Nếu chỉ có nguồn 1 pha thì chọn biến tần vào 1 pha 220V ra 3 pha 220V (biến tần loại này chỉ có công suất nhỏ tới vài kW).
- Động cơ 3 pha 220/380V đấu tam giác để sử dụng nguồn 3 pha 220V có thể dùng 2 loại biến tần như trên.
- Động cơ 3 pha 220/380V đấu sao để sử dụng nguồn 3 pha 380V dùng biến tần vào
- Động cơ 3 pha 380/660V đấu tam giác để sử dụng nguồn 3 pha 380V dùng biến tần vào 3 pha 380V ra 3 pha 380V.
Loại tải
Căn cứ vào đặc tính momen của mỗi loại ứng dụng (loại máy) người ta chia ra 3 loại tải của biến tần là tải nhẹ, tải trung bình và tải nặng.
- Tải nhẹ: các ứng dụng như bơm, quạt chọn dòng biến tần tải nhẹ Ví dụ biến tần LS là dòng IP5A, H100, biến tần Fuji là dòng eHVAC.
- Tải trung bình: các ứng dụng như máy công cụ, máy ly tâm, băng tải, bơm áp lực, chọn dòng biến tần tải trung bình Ví dụ biến tần Fuji là dòng Ace, biến tần INVT là dòng GD20.
- Tải nặng: các ứng dụng như cẩu trục, nâng hạ, máy nén, máy ép, chọn dòng biến tần tải nặng Ví dụ biến tần Fuji là dòng Mega, biến tần Mitsubishi là dòng A800. Lưu ý: biến tần tải nặng hơn dùng tốt cho tải thấp hơn cùng công suất nhưng sẽ gây lãng phí vì giá cao hơn Trong khi biến tần loại tải nhẹ hơn thì không thể dùng được cho loại tải nặng hơn cùng công suất Trong một số trường hợp có thể chọn biến tần loại tải nhẹ hơn có cấp công suất cao hơn để dùng cho tải nặng hơn.
Đặc điểm vận hành
Chế độ vận hành cũng quyết định rất quan trọng tới việc lựa chọn biến tần.
- Chế độ vận hành ngắn hạn: biến tần điều khiển động cơ tăng tốc, giảm tốc, chạy, dừng, đảo chiều quay liên tục đòi hỏi biến tần có khả năng chịu quá tải cao, có thể phải lắp thêm điện trở xả để bảo vệ biến tần không bị cháy.
- Chế độ vận hành dài hạn: động cơ thường đạt tốc độ ổn định trong thời gian tương đối dài sau khi khởi động như quạt, bơm, băng tải,
Dòng biến tần chuyên dụng
Nhiều hãng chế tạo các dòng biến tần chuyên dụng chỉ dùng cho 1 loại ứng dụng như quạt,máy làm nhang, thang máy, Loại biến tần này có đặc điểm là tối ưu về tính năng và giá thành so với sử dụng biến tần đa năng.
Chọn hãng sản xuất
Yếu tố này liên quan đến chi phí đầu tư Trên thị trường có nhiều hãng sản xuất biến tần Hầu như các hãng đều có đủ loại biến tần đáp ứng được các yêu cầu sử dụng thực tế trong công nghiệp Khác nhau ở yếu tố chất lượng (như độ ổn định, độ bền, hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt) do công nghệ sản xuất và khác nhau ở xuất xứ, thương hiệu làm cho giá thành cũng chênh lệch đáng kể.
- Phân khúc biến tần giá thấp có thể kể đến như: INVT, Delta,
- Phân khúc biến tần giá trung bình: LS, Fuji,
- Phân khúc biến tần giá cao: Mitsubishi, ABB,
Nó đơn giản chỉ là một thiết bị trung gian để giao tiếp giữa người vận hành và máy móc thiết bị HMI là viết tắt của ba chữ cái trong tiếng Anh: Human-Machine-Interface Màn hình HMI hiện nay đã được sử dụng phổ biến và rộng rãi trong công nghiệp, nó có vai trò vô cùng quan trọng trong phần kết nối người vận hành và các thiết bị máy móc.
CẤU TẠO VỀ HMI
-Màn hình: Có chức năng cảm ứng để người vận hành có thể chạm tay vào để điều khiển các thao tác trên đó như 1 điện thoại Smartphone hiện đại mà chúng ta hay dùng hàng ngày Ngoài ra màn hình còn dung để hiển thị các trạng thái cũng như các tiến hiệu hoạt động của máy và thiết bị tùy thuộc vào nhu cầu người dung và do người lập trình Cod lên.
-Bộ nhớ chương trình: ROM,RAM, EPROM/Flash, …
- Các công cụ xây dựng HMI.
- Các công cụ kết nối, nạp chương trình và gỡ rối.
- Các công cụ mô phỏng
Các giao thức truyền thông: Mobus, CANbus, PPI, MPI, Profielbus
Các cổng truyền thông: RS232, RS485, Ethernet, USB……
ỨNG DỤNG
- Trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4.0 đang diễn ra mạnh mẽ ở tất cả các lĩnh vực và tất các khu vực trên thế giới Vì vậy HMI là một thiết bị không thể thiếu để góp phần tự động hóa các công đoạn cũng như các quy trình sản xuất phức tạp và khó đòi hỏi độ chính xác cao.
- Như vậy HMI được ứng dụng ở hầu hết các công đoạn sản xuất trong các lĩnh vực như: Dầu khí, Điện tử, Sản xuất thép, Dệt may, Nghành điện, Nghành nước, Ô tô, xe máy……
CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA HMI
- Độ lớn màn hình: quyết định thông tin cần hiện thị cùng lúc của HMI.
- Dung lượng bộ nhớ chương trình,bộ nhớ dữ liệu, Flash dữ liệu: quyết định số lương tối đa biến số và dung lượng lưu trữ thông tin.
- Số lượng các phím và các phím cảm ứng trên màn hình: khả năng thao tác vận hành.
- Chuẩn truyền thông, các giao thức hổ trợ
- Số lượng các đối tượng, hàm lệnh mà HMI hổ trợ.
- Các cổng mở rộng: Printer, USB ,CF, PCMCIA, PC100…
TÍNH “TRUYỀN THỐNG VÀ HIỆN ĐẠI” CỦA HMI
- Tính đầy đủ kịp thời và chính xác của thông tin.
- Tính mềm dẻo, dễ thay đổi thông tin cần thiết.
- Tính đơn giản của hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa.
- Khả năng kết nối mạnh , kết nối nhiều loại thiết bị và nhiều giao thức.
- Khả nắng lưu trữ cao.
- Thông tin không đầy đủ.
- Thông tin không chính xác.
- Khả năng lưu trữ thông tin hạn chế.
- Độ tin cậy và ổn định thấp.
CÁC THUẬT NGỮ CỦA HMI
- Màn hình (Screen): Nơi chứa đựng các đổi tượng , các biến số , các chương trình dạng ngữ cảnh
- Biến số ( Tags):Dùng để làm các biến số trung gian trong quá trình tính toán, các biến số quá trình trong thiết bị trên mạng điều khiển: trong PLC , trong thiết bị đo lường thông minh, thiết bị nhúng,…
- Kiểu biến: Kiểu biến Bit, Byte, Word, Interger,Long , String
- Chương trình Script: toàn cục và đối tượng.
- Trend (hiện thời và quá khứ): là dạng đồ thị biểu thị biểu diện sự thay đổi của 1 biến theo thời gian.
- Cảnh báo Alarm: Là một đối tượng để đưa ra các báo động hay thông báo sự cố cho hệ thống.
PLC VỚI TÍN HIỆU GIAO THÔNG TẠI NGÃ TƯ
Điều khiển chạy dừng bằng nút nhấn/chuyển mạch ngoài
(Hình ảnh lý thuyết) 2.2 Chương trình trên PLC S7-200
Phân tích tín hiệu đầu ra
G.MÔ PHỎNG HMI KẾT NỐI VỚI PLC ĐIỀU KHIỂN BÓNG ĐÈN VỚI TIA PORTAL
1.SỬ DỤNG PLC VÀ HMI
1.1 Sử dụng PLC 1214C AC/DC/Rly
1.2 Sử dụng HMI SIMATIC Basic Panel
2.TẠO CÁC NÚT NHẤN TRÊN MÀNG HÌNH HMI
2.1 Tạo bảng Default tag table
Với lần lượt các element có các Address như trong PLC S7-1200 :
Name Address start I0.0 stop I0.1 den Q0.0
2.2 Tạo cách nút nhấn và đèn từ việc kéo thả các Basic objects và elements tương ứng
2.3 Từ Properties cài đặt các thuộc tính của nút nhấn
- Properties ->Appearance : Cài đặt Background của nút nhấn
- Properties -> layout : cài đặt kích cỡ phím
2.4 Tạo bảng default tag table cho HMI như sau:
2.5 Cài đặt 2 chế độ nhấn thả cho 2 nút nhấn:
+ Events -> Press -> add function->Setbit
+ Chọn dấu “…” của Tag(input/output) -> chọn nút nhấn tương ứng
+ Events -> Release-> add function->Resetbit
+ Chọn dấu “…” của Tag(input/output) -> chọn nút nhấn tương ứng
+ Chon animation -> Display -> Dynamize colors and flashing
+ Từ Tag name chọn dấu “…” chọn tiếp “den”
+Từ bản ở dưới cài đặt màu của mức 0 và 1 của đèn
4.Kết nối PLC và HMI
4.1 Sử dụng phần mềm S7-PLCSIM để kết nối giữ máy tính và CPU của PLC
- Mở phần mềm S7-PLCSIM và chọn để khởi động phần mềm:
- Chọn để tạo project mới ở project -> new project
- Tạo bảng SIM_table để điều kiển trực tiếp trên phần mềm
4.2 Kết nối giữa CPU với PLC trên Tia portal
- Từ click phải vào PLC -> download to device -> Hardware configuration
- Chọn PLC_1 ở nút start seach để tiến hành kết nối giữa CPU với PLC
4 Kếết qu mô ph ngả ỏ
4.1 Sử ụ d ng SIM table và RT Simulator xem kếết quả