Xây dựng hệ thống điều khiển phân loại và đếm sản phẩm theo trọng lượng

1.2.2.Phương pháp cân dịch chuyểnCân đồng hồ lò xo thực tế là một ứng dụng đo khối lượng thong qua sự dịch chuyển dưới tác dụng của trọng lực do vật khối lượng m gây ra. Khối lượng chưa biết đặt lên giá cân treo trên lò xo đã được hiệu chỉnh. Lò xo di động cho đến khi lực đàn hồi của lò xo cân bằng với trọng trường tác động lên khối lượng chưa biết . Ở các cân đồng hồ chỉ thị kim, lượng di động của lò xo sẽ làm cho kim quay thông qua một cơ cấu bánh răng với tỉ lệ hợp lý và góc quay của kim sẽ xác định khối lượng của vật cần cân.Cảm biến thường được dung phổ biến là Loadcell.1.2.3.Giới thiệu cảm biến trọng lượng Loadcell Loadcell hay được gọi là cảm biến trọng lượng .Bộ phận chính của loadcell là những tấm điện trở mỏng loại dán.Tấm điện trở là 1 phương tiện để biến đổi 1 biến dạng bé thành sự thay đổi tương ứng trong điện trở.Có 2 loại điện trở dán dung làm cảm biến lực dịch chuyển: laoij lien kết (bonded) là loại không lien kết (unbounded). Tấm điện trở liên kết dùng để đo độ biến dạng ở 1 vị trí các định trên bề mặt của bộ phận đàn hồi .Điện trở này được dán trực tiếp vào điểm cần đo biến dạng của vật đàn hồi.Biến dạng này được truyền trực tiếp vào tấm điện trở và nó làm thay đổi giá trị điện trở tương ứng. Hoạt động của mạch cầu có hai trường hợp: mạch cầu cân bằng và mạch cầu không cân bằng.Ở mạch cầu cân bằng, điện trở của cảm biến được xác định từ giá trị ba điện trở đã biết trước. Ở cách đo không cân bằng, sự thay đổi điện áp của ngõ ra mạch cầu. Sử dụng bộ khuếch đại sai lệch này lên để dễ dàng xử lý.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ĐỒ ÁN MÔN HỌC Số : Đề 6 Họ và tên HS-SV : ĐẶNG VĂN HẢI Lớp : Điện 2 ……………………………………………………………………………………… ………………… …………………………………… Khoá : 7 Khoa : Điện Giáo viên hướng dẫn : Th.s Nguyễn Hữu Hải NỘI DUNG Xây dựng hệ thống điều khiển phân loại và đếm sản phẩm theo trọng lượng T T Tên bản vẽ Khổ giấy Số lượng 1 2 3 4 PHẦN VIẾT BÁO CÁO Ngày giao đề : BỘ MÔN Ngày hoàn thành : GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 1 MỤC LỤC 2 Chương 1 : Cơ sở lý thuyết 1.1.Tổng quan hoạt động của hệ thống Sản Phẩm Phân loại sản phẩm Xilanh, Pitton, Động cơ LoadCell Khuếch Đại Chuyển đổi ADC Đếm và hiển thị Cảm biến Rơ le,công tắc tơ,cuộn hút Bộ Xử lý PLC Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ hệ thống Hoạt động của hệ thống: Dưới tác dụng trọng lực của sản phẩm lên bề mặt loadcell, loadcell sẽ chuyển hóa thành 1 điện áp nhỏ ở ngõ ra.Tín hiệu điện rất nhỏ này được khuếch đại lên nhiều lần để phù hợp mức cấp cho bộ chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang tín hiệu sô(Bộ ADC).tín hiệu sau chuyển đổi được đưa vào bộ xử lý trung tâm của PLC, ở đây tín hiệu xử lý,tính toán theo chương trình của người lập trình và đưa ở ngõ ra tín hiệu điều khiển Rơ le,cuộn hút, công tắc tơ.Từ đó có thể điều khiển động cơ chạy hay dừng, xilanh đẩy ra hay thu về để làm nhiệm vụ phân loại sản phẩm đén từng khu vực.Cảm biến trong hệ thống có tác tác dụng gửi tín hiệu số cho bộ xử lý để điều khiển các cơ cấu và đếm số lượng sản phẩm đưa ra màn hình Hệ thống này phù hợp với nhiều ứng dụng tự động hóa thực tế như hệ thống phân loại và đếm sản phẩm dây chuyền đóng gói sản phẩm… 3 1.2.Các phương pháp đo trọng lượng 1.2.1.Phương pháp cân bằng điểm 0 Cân bằng đòn cân là 1 ứng dụng của cân bằng điểm 0 vào việc đo khối lượng Một khối lượng chưa biết được đặt lên đĩa cân Các quả cân được hiệu chỉnh chính xác có kích thước khác nhau được đặt lên đĩa bên kia cho đến khi cân bằng khối lượng chưa biết bằng tổng khối lượng các quả cân đặt lên Hình 1.2: phương pháp cân bằng điểm 0 Cánh tay cân bằng còn được dung trong việc đo khối lượng và được chế tạo để ít chịu sự thay đổi nhiệt độ ở hai đầu của tay đòn Thay đổi chiều dài l 1 đến khi hệ thống cân bằng Theo định luật moment hệ thống sẽ cân bằng khi P1.l1=P2l2 Suy ra m1.g.l1=m2.g.l2 Với g không đổi thì ml=m2l2 Hình 1.3 Định luật momen lực 4 Theo biểu thức trên, nếu các khoảng cách chiều dài và một khối lượng chuẩn đã biết sẽ suy ra khối lượng cần tìm 1.2.2.Phương pháp cân dịch chuyển Cân đồng hồ lò xo thực tế là một ứng dụng đo khối lượng thong qua sự dịch chuyển dưới tác dụng của trọng lực do vật khối lượng m gây ra Khối lượng chưa biết đặt lên giá cân treo trên lò xo đã được hiệu chỉnh Lò xo di động cho đến khi lực đàn hồi của lò xo cân bằng với trọng trường tác động lên khối lượng chưa biết Ở các cân đồng hồ chỉ thị kim, lượng di động của lò xo sẽ làm cho kim quay thông qua một cơ cấu bánh răng với tỉ lệ hợp lý và góc quay của kim sẽ xác định khối lượng của vật cần cân.Cảm biến thường được dung phổ biến là Loadcell 1.2.3.Giới thiệu cảm biến trọng lượng Loadcell Loadcell hay được gọi là cảm biến trọng lượng Bộ phận chính của loadcell là những tấm điện trở mỏng loại dán.Tấm điện trở là 1 phương tiện để biến đổi 1 biến dạng bé thành sự thay đổi tương ứng trong điện trở.Có 2 loại điện trở dán dung làm cảm biến lực dịch chuyển: laoij lien kết (bonded) là loại không lien kết (unbounded) Tấm điện trở liên kết dùng để đo độ biến dạng ở 1 vị trí các định trên bề mặt của bộ phận đàn hồi Điện trở này được dán trực tiếp vào điểm cần đo biến dạng của vật đàn hồi.Biến dạng này được truyền trực tiếp vào tấm điện trở và nó làm thay đổi giá trị điện trở tương ứng Hoạt động của mạch cầu có hai trường hợp: mạch cầu cân bằng và mạch cầu không cân bằng.Ở mạch cầu cân bằng, điện trở của cảm biến được xác định từ giá trị ba điện trở đã biết trước Ở cách đo không cân bằng, sự thay đổi điện áp của ngõ ra mạch cầu Sử dụng bộ khuếch đại sai lệch này lên để dễ dàng xử lý 5 Hình 1.4 sơ đồ thay thế loadcell Các trị số điện trở R2, R3, R4 là cố định nên cầu sẽ bằng khi điện trở làm cảm biến là Rs ở 1 giá trị cơ sở xác định, ta gọi giá trị này là R bal Liên hệ giữa giá trị R2, R3, R4 và Rbal khi cầu cân bằng là: Rbal= R2.R3/R4 Hình1.5: Một số cảm biến loadcell 1.3.Khếch đại tín hiệu Hiện nay các bộ khuếch đại thuật toán(KĐTT) đóng vai trò quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong kĩ thuật khuếch đại, tính toán , điều khiển, tạo hàm,tạo tín hiệu hình sine và xung, sử dụng ổn áp và các bộ lọc tích cực…Trong kỹ 6 thuật mạch tương tự, các mạch tính toán và điều khiển được xây dựng chủ yếu dựa trên bộ khuếch đại thuật toán Bộ khuếch đại thuật toán (KĐTT) và các bộ khuếch đại thông thường khác nhau có đặc tính tương tự Cả hai loại đều dùng để khuếch đại điện áp, dòng điện và công suất.Tính ưu việt của bộ khuếch đại thuật toán là , tác dụng của mạch điện có bộ KĐTT có thể thay đổi được dễ dàng bằng việc thay đổi các phần tử mạch ngoài Để thực hiện được điều đó , bộ KĐTT phải có đặc tính cơ bản là, hệ số khuếch đại rất lớn , trở kháng cửa vào rất lớn và trở kháng cửa ra rất nhỏ Trước đây , bộ KĐTT thường được sử dụng trong việc thực hiện các phép toán giải tích ở các máy tính tương tự, nên được gọi là KĐTT (theo tiếng anh là Operational Amplifier viết tắt là OP-AMP) Ngày nay, KĐTT được sử dụng rộng rãi hơn,đặc biệt là trong kĩ thuật đo lường và điều khiển 1.3.1 Mạch khuếch đại vi sai Hình 1.6 Mạch khuếch đại vi sai Mạch điện này dùng để tìm ra hiệu số, hoặc sai số giữa 2 điện áp mà mỗi điện áp có thể được nhân với một vài hằng số nào đó Các hằng số này xác định nhờ các điện trở Thuật ngữ "Mạch khuếch đại vi sai" không được nhầm lẫn với thuật ngữ "Mạch vi phân" cũng trong bài này 7 Tổng trở vi sai (giữa 2 chân đầu vào) = Hệ số khuếch đại vi sai : Nếu và , và 1.3.2 Mạch khuếch đại đảo Hình 1.7 :Mạch khuếch đại đảo Dùng để đổi dấu và khuếch đại một điện áp (nhân với một số âm) • • (vì là một điểm đất ảo) Một điện trở thứ ba, có trị số , được thêm vào giữa đầu vào không đảo và đất mặc dù đôi khi không cần thiết lắm, nhưng nó sẽ giảm thiểu sai số do dòng định thiên đầu vào 8 1.3.3 Mạch khuếch đại không đảo Hình 1.8 :Mạch khuếch đại không đảo Dùng để khuếch đại một điện áp (nhân với một hằng số lớn hơn 1) (thực ra, tổng trở bản thân của đầu vào op-amp có giá trị từ 1 • MΩ đến 10 TΩ Trong nhiều trường hợp tổng trở đầu vào có thể được xem như cao hơn, do ảnh hưởng của mạch hồi tiếp.) • Một điện trở thứ ba, có giá trị bằng tín hiệu vào , được thêm vào giữa nguồn và đầu vào không đảo trong khi thực ra không cần thiết, nhưng nó sẽ làm giảm thiểu những sai số do dòng điện định thiên đầu vào 1.3.4 Mạch theo điện áp Hình 1.9 :Mạch theo điện áp 9 Được sử dụng như một bộ khuếch đại đệm, để giới hạn những ảnh hưởng của tải hay để phối hợp tổng trở (nối giữa một linh kiện có tổng trở nguồn lớn với một linh kiện khác có tổng trở vào thấp) Do có hồi tiếp âm sâu, mạch này có khuynh hướng không ổn định khi tải có tính dung cao Điều này có thể ngăn ngừa bằng cách nối với tải qua 1 điện trở (thực ra, tổng trở bản thân của đầu vào op-amp có giá trị từ 1 • MΩ đến 10 TΩ.) 1.3.5 Mạch khuếch đại tổng Hình 1.10 :Mạch khuếch đại tổng Mach được sử dụng để làm phép cộng một số tín hiệu điện áp • nếu • , và độc lập thì Nếu Rf=R1: 10 2.2.6.Bộ điều khiển trung tâm: - Thiết bị điều khiển lập trình (PLC – Programable logic controler) là thiết bị điều khiển đặc biệt dự trên bộ vi xử lý, sử dụng bọ nhớ lập trình được để lưu giữ các lệnh, thực hiện các chức năng và thuật toán để điều khiển các quá trình có thể mô tả thiết bị như sau: Chương trình Tín hiệu PLC ngõ vào - Tín hiệu ngõ ra Chọn CPU 224 (S7-200) của siemens • Đặc tính kỹ thuật: + Nguồn cung cấp :220VAC + Ngõ vào là 14DI DC + Ngõ ra là : 10 DC Relay + Bộ nhớ chương trình :8192 byte 38 + Bộ nhớ dữ liệu :1024 Byte + Phần mềm: step 7 Micro / Win + Thời gian xử lý 1024 lệnh nhị phân : 0,37ms + Bit memory / Counter / Timer: 256/ 256 /256 + Bộ đếm tốc độ cao : 6 x 60 Khz + bộ đếm lên / xuống : có + Ngắt phần cứng : 4 + Môdul mở rộng) : 7 + Kích thước rộng x cao x sâu: 120.5 x 80 x62 - Để có thể đo , điều khiển nhiệt độ trong lò cần lắp thêm Modul mở rộng Modul Analog EM 235 2.2.7 THIẾT BỊ LẬP TRÌNH: Có hai loại thiết bị có thể dùng để lập trình cho PLC S7- 200 là PG và PC - PG: Là thiết bị lập trình chuyên dụng được dùng cho PLC S7-200 tuy nhiên chỉ sử dụng để lậptrình với ngôn ngữ STL - PC: Là máy tính cá nhân trên đó có cài phần mềm STEP7-MICROWIN Phần mềm này chophép lập trình với cả ba ngôn ngữ là STL, LAD và FBD Để cài phần mềm này người phải cóbản quyền và PC phải cài hệ điều hành WIN98/2000/NT/XP.Hiện nay hầu hết sử dụng STEP7MICROWIN 3.0, 3.2, 4.0 để lập trình cho S7 để có thể sử dụng được những ứng dụng nângcao Giao diện làm việc: 39 Sau khi đã cài đặt phần mềm STEP7-MICROWIN và vào chương trình làm việc, giao diện làm việc sẽ được thể hiện như sau: Output Window-Status Bar Program Editor Local Variable Table - Navigation Bar: Thể hiện các khối và các lệnh làm việc được tạo sẵn trong phần mềm Để sử dụng các khối này ta chỉ cần kích vào nút biểu tượng tương ứng với khối cần dùng - Instruction Tree: Thể hiện tất cả các khối và lệnh sử dụng trong chương trình dưới dạng câyCross Reference, Data Block, Status Chart, Symbol Table sẽ được trình bày chi tiết ởphần sau 40 - Program Editor: Đây là vùng chính để thực hiện chương trình bằng cách đưa các lệnh vàotrong vùng và sắp xếp chúng theo cách thức của người dùng để tạo ra một chương trình, thư mục Muốn làm việc với lệnh nào chỉ việc Click đúp chuột vào vị trí đó để chọn thiết bịlàm việc - Các khối - Menu bar và Toolbar: Là các thanh công cụ giúp thực hiện nhanh các lệnh và chức năng sửdụng trong chương trình 41 Chương 3: Chương trình điều khiển 3.Sơ đồ thuật toán 3.1.Chương trình điều khiển 3.1.1.Xây dựng thuật toán PLC S7-200 Bảng địa chỉ: symbol Address comment Start I0.0 Bật hệ thống Stop I1.0 Dừng hệ thống S1 I0.1 Cảm biến quang 1 phát hiện sản phẩm S2 I0.2 Cảm biến quang 2 S3 I0.3 Cảm biến quang 3 S4 I0.4 Cảm biến quang 4 S5 I0.5 Cảm biến quang 5 S6 I0.6 Cảm biến quang 6 S7 I1.7 Cảm biến quang 7 BT1 Q0.1 Động cơ Băng tải 1 BT2 Q0.2 Động cơ Băng tải 2 BT3 Q0.3 Động cơ Băng tải 3 BT4 Q0.4 Động cơ Băng tải 4 XL1T Q0.5 Xilanh 1 đẩy piston ra XL2T Q0.7 Xilanh 2 đẩy piston ra XL3T Q1.1 Xilanh 3 đẩy piston ra XL4T Q1.3 Xilanh 4 đẩy piston ra 42 .3.1.2 Xây dựng chương trình 43 44 45 46 47 48 49 3.2.Thiết bị giao tiếp máy tính - Đa số các thiết bị ngày nay đều có thể giao tiếp với máy tính và các tính năng của máy tính Do đó , mạch điều khiển ở đây cũng được trang bị để có khả năng đó Mặc dù nó cũng có yêu cầu bắt buộc là nạp chương trình điều khiển từ máy tính, nhưng xa hơn nữa nó có thể trao đổi với máy tính về các thông số của quá trình điều khiển, trạng thái của mạch và có thể được điều - - khiển bởi máy tính… Để kết nối với máy tính ta có thể kết nối sau : Đối với S2-200 + Dùng MDI card nối thẳng + Qua cổng RS- 232 cần có bộ chuyển đổi PC/PPI là KS232/RS 485 Trong đề tài này chúng em sử dụng qua cổng RS- 232 Sơ lược về chuẩn RS -232: Trong kỹ thuật truyền dữ liệu giữa các hệ thống với nhau, người ta có thể phân 2 cách truyền: song song hay nối tiếp Nhưng do cách truyền song song rất bị nhiễm tác động nên không thể truyền đi xa được , do đó cũng ít được sử dụng 50 Truyền dữ liệu nối tiếp có 2 loại: đồng bộ và không đồng bộ + Bit bắt đầu : 1 bit thấp cho biết việc truyền dữ liệu sẽ bắt đầu + Các bit ký tự : là dòng dữ liệu gồm 5,6,7 hay 8 bit mã hóa kỹ tự đường truyền bit chẵn lẻ là 1 bit tùy chọn được phát đi để kiểm tra các lỗi truyền dữ liệu + Các bít kết thúc : 1 hay nhiều bit cao được chèn trong dòng truyền để báo việc kết thúc 1 ký tự, cũng như cho bít thiết bị nhận có đủ thời gian chuẩn bị để sẵn sang nhận ký tự kế tiếp - Có thể mô phỏng qua hình sau 51 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 4.1 Kết quả nghiên cứu lý thuyết Do việc nghiên cứu lý thuyết còn chưa sâu, chưa đánh giá được chính xác các giá trị cũng như lựa chọn thiết bị còn sơ sài Trong quá trình làm còn máy móc nhiều phần lý thuyết cũng như mở rông còn chưa đào sâu suy nghĩ Qua bài báo cáo lý thuyết PLC, chúng em đã tìm hiểu được các cảm biến trọng lượng, các modul analog bộ khuếch đại va PLC S7-200 4.2 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm Được triển khai trên phần mềm mô phỏng của S7-200 các giá trị đo trọng lượng va đếm sản phẩm và giá trị ổn định đã được đề cập trong thuật toán Tất cả đều dựa trên lý thuyết và chưa có cơ sở thực hành, các giá trị, thang đo đều có giá trị dễ dàng thay đổi trong phần chương trình PLC 4.3 Hạn chế và giải pháp khắc phục Tuy đã hoàn thành đề tài nhưng với thời gian có hạn nên vẫn còn nhiều thiếu sót, vì vậy chúng em mong nhận được sự góp ý của các thầy cô để đề tài chúng em được hoàn thiện hơn.Em xin chân thành cảm ơn ! 52 ... xử lý để điều khiển cấu đếm số lượng sản phẩm đưa hình Hệ thống phù hợp với nhiều ứng dụng tự động hóa thực tế hệ thống phân loại đếm sản phẩm dây chuyền đóng gói sản phẩm? ?? 1.2.Các... tốn theo chương trình người lập trình đưa ngõ tín hiệu điều khiển Rơ le,cuộn hút, cơng tắc tơ.Từ có thể điều khiển động chạy hay dừng, xilanh đẩy hay thu để làm nhiệm vụ phân loại sản phẩm. .. DAC mà số nhị phân vào được lấy từ mạch đếm lên Khi có xung bắt đầu FlipFlop mạch đếm được đặt nên ngã Q FF lên 1, mở cổng AND cho xung CKvào mạch đếm Ngã mạch đếm tăng dần theo dạng