Để loại bỏ những nhược điểm trên, cũng như để tạo ra những sản phẩmtheo mong muốn, hiện nay PLC Program Logic Control – thiết bị điều khiển lậptrình được được sử dụng rất rộng rãi để điề
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ TRỘN SƠN TỰ ĐỘNG
Đặt vấn đề
Hiện nay, Việt Nam đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa, và để thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng, cần đầu tư vào dây chuyền sản xuất tự động hóa nhằm giảm chi phí, nâng cao năng suất lao động và cải thiện chất lượng sản phẩm Việc ứng dụng PLC (Programmable Logic Controller) vào các dây chuyền sản xuất là một trong những giải pháp đầu tư hiệu quả Hệ thống PLC với nhiều tính năng tiện ích đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong ngành xây dựng Ứng dụng PLC trong ngành xây dựng, nhất là trong công đoạn pha chế sơn, sẽ mang lại hiệu quả cao và phù hợp với xu hướng phát triển hiện nay.
Mục đích nghiên cứu
Sử dụng PLC S7-1200 để điều khiển hệ thống pha trộn sơn, người dùng cần hiểu nguyên tắc hoạt động của PLC trên module S7-1200 Bên cạnh đó, việc sử dụng phần mềm TIA Portal để lập trình điều khiển cho hệ thống là rất quan trọng, đồng thời kết nối với HMI để theo dõi và điều chỉnh quy trình pha trộn sơn một cách hiệu quả.
Hướng thực hiện đề tài
Nghiên cứu hệ thống trộn sơn tự động nhằm cung cấp cái nhìn tổng quan về quy trình công nghệ và mục đích nghiên cứu Bài viết giới thiệu thiết bị lập trình PLC S7-1200 và HMI, sau đó xây dựng lưu đồ thuật toán và sơ đồ kết nối PLC Tiếp theo, chương trình điều khiển được thiết lập cùng với giao diện HMI và kết nối với PLC Cuối cùng, bài viết đưa ra kết luận và hướng phát triển cho hệ thống.
Yêu cầu kỹ thuật chung khi trộn sơn
- Nên sử dụng máy trộn và thanh trộn chuyên dụng.
- Trộn đủ thời gian để 2 thành phần đồng nhất, không trộn quá lâu để tránh bọt khí.
- Khi pha xong phải được trộn đều.
- Sử dụng ngay sau khi trộn sơn và không pha trộn thêm phụ gia khác hoặc pha trộn sai tỉ lệ của nhà sản xuất.
- Nên sử dụng sơn lót cùng hệ thống để đạt được hiệu quả tối đa.
- Khi bình trộn nóng cần phải được làm mát tự động.
- Thời gian trộn phải phù hợp để có màu sơn như mình mong muốn
- Nên sử dụng vật liệu trong cùng một lô sản xuất trong khu vực, thi công cùng một thời điểm để đạt được màu đồng nhất.
Một số mô hình ngoài thực tế
Hình 1.5.1: Hệ thống trộn sơn của Seamaster
Hình 1.5.2: Hệ thống máy trộn sơn tự động hiện đại Solite Paint
Mô tả quy trình công nghệ
Hình 1.6.1: Sơ đồ công nghệ quy trình trộn sơn
Quy trình điều khiển máy trộn sơn
Sơ đồ công nghệ minh họa rằng bình trộn là thiết bị quan trọng để pha trộn các màu sơn khác nhau Trong sơ đồ, có ba đường ống dẫn màu sơn riêng biệt, bao gồm màu đỏ, vàng và xanh, cùng với một đường ống để rửa sạch bình trộn sau khi sử dụng.
Quy trình làm việc bắt đầu khi thùng sơn chạy vào hệ thống trộn qua băng tải và dừng lại tại cảm biến vị trí Khi có tín hiệu từ cảm biến, băng tải dừng lại và tiến hành trộn sơn Các loại sơn như đỏ, vàng, xanh được xả vào bồn trộn theo thứ tự và thời gian quy định: sơn đỏ qua van điện từ 1 trong t1, sơn vàng qua van điện từ 2 trong t2, và sơn xanh qua van điện từ 3 trong t3 Sau khi xả đủ thời gian, các van sẽ dừng lại và động cơ trộn bắt đầu hoạt động trong 5 giây Khi quá trình trộn hoàn tất, sơn thành phẩm được rót vào thùng chứa đang chờ ở cảm biến vị trí Sau khi rót xong, băng tải tiếp tục chạy cho đến khi thùng sơn đến cảm biến đếm, lúc này băng tải dừng lại và chờ người đến lấy thùng sơn.
Sau khi hoàn tất việc rót sơn, cần thực hiện bước rửa bồn trộn nếu màu sơn tiếp theo khác với màu sơn trước Nước rửa sẽ được xả qua van điện từ trong khoảng thời gian t4 Sau khi xả xong, động cơ trộn sẽ quay để làm sạch sơn cũ, và cuối cùng, nước rửa sẽ được xả qua van xả rửa.
Mô hình sao màu RYB cho phép người dùng nhập số tương ứng với màu cần chọn vào Wincc trên màn hình HMI, từ đó điều khiển thời gian xả của ba van tương ứng.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
Giới thiệu về bộ điều khiển 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 CP
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.
SIMATIC S7-1200 được trang bị các cơ chế truyền thông khác nhau:
Tích hợp sẵn giao tiếp truyền thông Profinet
Module truyền thông PROFIBUS DP master
Module truyền thông PROFIBUS DP slave
Module GPRS để kết nối với mạng điện thoại di động GSM / G
Mô-đun LTE để liên lạc trong các mạng điện thoại di động của thế hệ LTE (Long Term Evolution).
Bộ xử lý truyền thông để kết nối với phần mềm trung tâm điều khiển TeleControl qua Ethernet và để truyền thông an toàn qua mạng IP.
Bộ xử lý truyền thông để kết nối với các trung tâm điều khiển cho các ứng dụng từ xa.
RF120C để kết nối với các hệ thống SIMATIC Ident.
Module SM1278 để kết nối cảm biến IO-Link và bộ truyền động.
Module giao tiếp Point-to-point.
Các CPU của PLC S7-1200
Dòng sản phẩm PLC S7-1200 có nhiều CPU khác nhau như: CPU 1211, CPU
Các dòng CPU S7-1200 như 1212, 1214, và 1215 được phân biệt bằng các ký hiệu như AC/DC/Ply, DC/DC/DC, phản ánh nguồn cấp và dạng cổng vào/ra Mỗi CPU sở hữu bộ nhớ làm việc, chu kỳ lệnh, cổng truyền thông giao tiếp, khối tổ chức chương trình OB và chức năng riêng biệt Việc lựa chọn dòng CPU phù hợp phụ thuộc vào ứng dụng và hệ thống, nhằm đảm bảo tốc độ xử lý và giá thành hợp lý Dưới đây là thông tin về một số loại CPU S7-1200.
Bảng 2.2.1: Bảng mô tả các dòng CPU của PLC s7-1200
CPU 1211C compact CPU, DC/DC/DC, onboard I/O: 6 DI 24 V DC; 4
DO 24 V DC; 2 AI 0-10 V DC, Power supply: DC 20.4- 28.8V DC, Program/data memory 50 KB compact CPU, AC/DC/relay, onboard I/O: 6 DI 24 V DC; 4
DO relay 2A; 2 AI 0-10 V DC, Power supply: AC 85-264 V
AC at 47-63 Hz, Program/data memory 50 KB compact CPU, DC/DC/relay, onboard I/O: 6 DI 24 V DC; 4
DO relay 2A; 2 AI 0-10 V DC, Power supply: DC 20.4- 28.8V DC, Program/data memory 50 KB
CPU 1212C compact CPU, DC/DC/DC, onboard I/O: 8 DI 24 V DC; 6
DO 24 V DC; 2 AI 0-10 V DC, Power supply: DC 20.4- 28.8V DC, Program/data memory 75 KB compact CPU, AC/DC/relay, onboard I/O: 8 DI 24 V DC; 6
DO relay 2 A; 2 AI 0-10 V DC, Power supply: AC 85-264 V
AC at 47-63 Hz, Program/data memory 75 KB compact CPU, DC/DC/relay, onboard I/O: 8 DI 24 V DC; 6
DO relay 2 A; 2 AI 0-10 V DC, Power supply: DC 20.4- 28.8V DC, Program/data memory 75 KB
CPU 1214C compact CPU, DC/DC/DC, onboard I/O: 14 DI 24 V DC; 10
DO 24 V DC; 2 AI 0-10 V DC, Power supply: DC 20.4-28.8V DC, Program/data memory 100 KB
10 DO relay 2 A; 2 AI 0-10 V DC, Power supply: AC 85-
264 V AC at 47-63 Hz, Program/data memory 100 KB compact CPU, DC/DC/relay, onboard I/O: 14 DI 24 V DC;
10 DO relay 2 A; 2 AI 0-10 V DC, Power supply: DC 20.4- 28.8V DC, Program/data memory 100 KB
CPU 1215C compact CPU, DC/DC/DC, 2 PROFINET ports, onboard I/O: 14 DI 24 V DC; 10 DO 24 V DC; 0.5A; 2 AI 0-10 V
DC, 2 AO 0-20 mA DC, Power supply: DC 20.4-28.8V DC, Program/data memory 125 KB compact CPU, AC/DC/relay, 2 PROFINET ports, onboard I/O: 14 DI 24 V DC; 10 DO relay 2 A, 2 AI 0-10 V DC, 2
AO 0-20 mA DC, Power supply: AC 85-264 V AC at 47-63
Hz, Program/data memory 125 KB compact CPU, DC/DC/relay, 2 PROFINET ports, onboard I/O: 14 DI 24 V DC; 10 DO relay 2 A, 2 AI 0-10 V DC, 2
AO 0-20 mA DC, Power supply: DC 20.4-28.8 V DC, Program/data memory 125 KB
CPU 1217C compact CPU, DC/DC/DC, 2 PROFINET ports onboard I/O:
10 DI 24 V DC; 4 DI RS422/485; 6 DO 24 V DC; 0.5A; 4
DO RS422/485; 2 AI 0-10 V DC, 2 AO 0-20 mA Power supply: DC 20.4-28.8V DC, Program/data memory 150 KB
Làm việc với phần mềm Tia portal
2.3.1 Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic – tích hợp lập trình PLC và HMI
Step 7 basic hệ thống kỹ thuật đồng bộ đảm bảo hoạt động liên tục hoàn hảo Một hệ thống kỹ thuật mới
Thông minh và trực quan cấu hình phần cứng kỹ thuật và cấu hình mạng, lập trình, chẩn đoán và nhiều hơn nữa.
Lợi ích với người dùng:
- Trực quan: dễ dàng để tìm hiểu và dễ dàng để hoạt động
- Hiệu quả: tốc độ về kỹ thuật
- Chức năng bảo vệ: Kiến trúc phần mềm tạo thành một cơ sở ổn định cho sự đổi mới trong tương lai.
2.3.2 Kết nối qua giao thức TCP/IP
- Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay Laptop cần một kết nối TCP/IP
- Để PC và SIMATIC S7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quan trọng là các địa chỉ IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau
Bước 1: từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal V15
Bước 2: Click chuột vào Create new project để tạo dự án.
Bước 3: Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn create
Bước 5: Chọn add new device
Bước 6: Chọn loại CPU PLC sau đó chuột trái
Bước 7: Project mới được hiện ra
2.3.4 TAG của PLC / TAG local
- Phạm vi ứng dụng: giá trị Tag có thể được sử dụng mọi khối chức năng trong PLC
- Ứng dụng: binary I/O, Bits of memory
- Định nghĩa vùng: Bảng tag của PLC
- Miêu tả: Tag PLC được đại diện bằng dấu ngoặc kép Tag Local
Giá trị chỉ có thể được áp dụng trong khối được khai báo, tuy nhiên, mô tả tương tự có thể được sử dụng cho các khối khác nhau nhằm phục vụ cho các mục đích khác nhau.
- Ứng dụng: tham số của khối, dữ liệu static của khối, dữ liệu tạm thời
- Định nghĩa vùng: khối giao diện
- Miêu tả: Tag được đại diện bằng dấu #
- Sử dụng Tag trong hoạt động
Bảng tag PLC là nơi chứa các định nghĩa cho các Tag và các hằng số giá trị trong CPU Mỗi CPU được sử dụng trong dự án sẽ tự động tạo ra một bảng tag riêng biệt.
- Colum: mô tả biểu tượng có thể nhấp vào để di chuyển vào hệ thống hoặc có thể kéo nhả như một lệnh chương trình
- Name: chỉ được khai báo và sử dụng một lần trên CPU
- Data type: kiểu dữ liệu chỉ định cho các tag
- Address: địa chỉ của tag
- Retain: khai báo của tag sẽ được lưu trữ lại
- Comment: comment miêu tả của tag
Nhóm tag: tạo nhóm tag bằng cách chọn add new tag table
Ngoài ra còn có một số chức năng sau:
- Giám sát tag của plc
- Đổi tên tag: Rename tag
- Đổi tên địa chỉ tag: Rewire tag
- Copy tag từ thư viện Global
Làm việc với một trạm PLC
2.4.1 Quy định địa chỉ IP cho module CPU
IP TOOL cho phép thay đổi địa chỉ IP của PLC S7-1200 thông qua hai phương pháp khác nhau Phương pháp phù hợp sẽ được xác định tự động dựa trên trạng thái của địa chỉ IP hiện tại.
Để gán một địa chỉ IP ban đầu cho PLC S7-1200, nếu thiết bị chưa được thiết lập địa chỉ, IP TOOL sẽ sử dụng các chức năng thiết lập chính nhằm cấp phát địa chỉ IP cho PLC S7-1200.
- Thay đổi địa chỉ IP: nếu địa chỉ IP đã tồn tại, công cụ IP TOOL sẽ sửa đổi cấu hình phần cứng (HW config) của PLC S7-1200.
2.4.2 Đổ chương trình xuống CPU Đổ từ màn hình soạn thảo chương trình bằng cách kích vào biểu tượng download trên thanh công cụ của màn hình
Chọn cấu hình Type of the PG/PC interface và PG/PC interface như hình dưới sau đó nhấn chọn load
Chọn start all như hình vẽ và nhấn finish
Giới thiệu các tập lệnh
2.5.1 Bit logic (tập lệnh tiếp điểm)
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 bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 và ngược lại
Toán hạng n: Q, M, L, D Chỉ sử dụng một lệnh out cho 1 địa chỉ
Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 0 và ngược lại
Toán hạng n: Q, M, L, D Chỉ sử dụng một lệnh out not cho 1 địa chỉ
LAD Lệnh đảo trạng thái ngõ vào / ra
Giá trị của các bit có địa chỉ n sẽ trở thành 1 khi đầu vào lệnh nhận giá trị 1 Ngược lại, nếu đầu vào lệnh là 0, bit này sẽ giữ nguyên trạng thái hiện tại.
Giá trị của các bit địa chỉ n sẽ là 0 khi đầu vào lệnh nhận giá trị 1 Ngược lại, khi đầu vào lệnh bằng 0, các bit này sẽ giữ nguyên trạng thái hiện tại.
Giá trị của các bit tại địa chỉ đầu tiên sẽ được thiết lập thành 1 khi đầu vào của lệnh là 1 Ngược lại, nếu đầu vào của lệnh là 0, các bit này sẽ giữ nguyên trạng thái hiện tại.
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 lệnh bằng 1 Nếu đầu vào lệnh bằng 0, các bit này sẽ giữ nguyên trạng thái.
Trong đó số bit là giá trị của n Toán hạng OUT: Q, M, L, D n: là hằng số
10) Tiếp điểm phát hiện xung cạnh lên dạng 1
Khi tiếp điểm phát hiện cạnh được kích hoạt, nó sẽ phát ra một xung khi đầu vào tiếp điểm P chuyển từ mức thấp lên mức cao Tín hiệu này sẽ được ghi lại để theo dõi trạng thái.
“M_BIT”.Độ rộng của xung này bằng thời gian của một chu kì quét.
11) Tiếp điểm phát hiện xung cạnh lên dạng 2
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.
12) Tiếp điểm phát hiện xung cạnh xuống dạng 1
Khi tiếp điểm phát hiện cạnh xuống, một xung sẽ được phát ra khi đầu vào của tiếp điểm này chuyển đổi từ mức cao xuống mức thấp Tín hiệu này sẽ được lưu lại để theo dõi trạng thái.
“M_BIT”.Độ rộng của xung này bằng thời gian của một chu kì quét.
13) tiếp điểm phát hiện xung cạnh xuống dạng 2
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.
LAD Mạch chốt RS ưu tiên Reset
LAD Mạch chốt RS ưu tiên Set
Sử dụng lệnh Timer để xây dựng chương trình trễ định thời, với số lượng Timer phụ thuộc vào nhu cầu người dùng và dung lượng bộ nhớ CPU Mỗi Timer chiếm 16 byte dữ liệu kiểu cấu trúc IEC_Timer trong khối DB Phần mềm Step 7 tự động tạo khối DB khi khởi tạo Timer.
Kích thước và tầm của kiểu dữ liệu Time là 32 bit, lưu trữ như là dữ liệu Dint: T#- 14d_20h_31m_23s_648ms đến T#24d_20h_31m_23s_647ms hay là 2.147.483.648 ms đến 2.147.483.647 ms.
Timer TP tạo một chuỗi xung với độ rộng xung đặt trước Thay đổi PT, IN không ảnh hưởng khi Timer đang chạy.
Khi đầu vào IN được tác động vào timer sẽ tạo ra một xung có độ rộng bằng thời gian đặt PT
2) Timer trễ sườn lên có nhớ - Timer TONR
Thay đổi PT không ảnh hưởng khi Timer đang vận hành, chỉ ảnh hưởng khi timer đếm lại
Khi ngõ vào IN chuyển sang “FALSE” khi vận hành thì timer sẽ dừng nhưng không đặt lại bộ định thì Khi chân
IN “TRUE” trở lại thì Timer bắt đầu tính thời gian từ giá trị thời gian đã tích lũy.
3) timer trễ không nhớ - TON
Khi ngõ vào IN ngừng tác động thì reset và dừng hoạt động Timer.
Thay đổi PT khi Timer vận hành không có ảnh hưởng gì
4) Timer trễ sườn xuống – TOF
Khi ngõ vào IN ngừng tác động thì reset và dừng hoạt động Timer.
Thay đổi PT khi Timer vận hành không có ảnh hưởng gì
Lệnh Counter trong PLC được sử dụng để đếm các sự kiện bên ngoài hoặc các sự kiện trong quá trình Mỗi Counter sử dụng cấu trúc lưu trữ của khối dữ liệu DB để lưu trữ dữ liệu Khi sử dụng lệnh, Step 7 sẽ tự động tạo khối DB cần thiết.
Tầm giá trị đếm phụ thuộc vào loại dữ liệu bạn chọn Nếu giá trị đếm là số nguyên không dấu, nó có thể đếm từ 0 đến giới hạn tối đa Ngược lại, nếu giá trị đếm là số nguyên có dấu, nó có thể đếm từ giới hạn âm đến giới hạn dương.
Giá trị bộ đếm CV được tăng lên 1 khi tín hiệu ngõ vào
CU chuyên từ 0 lên 1 Ngõ ra Q được tác động lên 1 khi CV>=PV Nếu trạng thái R = Reset được tác động thì bộ đếm CV = 0.
Giá trị bộ đếm được giảm 1 khi tín hiệu ngõ vào CD chuyển từ 0 lên 1 Ngõ ra Q được tác động lên 1 khi CV
=PV Nếu trạng thái R = Reset được tác động thì bộ đếm CV = 0.
Giá trị bộ đếm CV được giảm 1 khi tín hiệu ngõ vào CD chuyển từ 0 lên 1 Ngõ ra QD được tác động lên 1 khi
CV = IN2, IN1 IN2 hoặc IN1 IN2
So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu lệnh so sánh thỏa thì ngõ ra sẽ là mức 1 = TRUE (tác động mức cao) và ngược lại
Kiểu dữ liệu so sánh là: SInt, Int, Dint, USInt, UDInt, Real, LReal, String, Char, Time, DTL, Constant.
2) Lệnh trong khoảng In – range
Tham số: MIN, VAL, MAX
Kiểu dữ liệu so sánh: SInt, Int, Dint, USInt, UInt, UDInt, Real, LReal, Constant
So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu so sánh MIN