nghiên cứu ứng dụng plc s7 – 1200 điều khiển mô hình phân loại sản phẩm phục vụ thực tập tại phòng thí nghiệm truyền động điện

Đáp ứng nhu cầu nâng cao chất lượng đào tạo chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử, trên thực tế đó, đề tài nghiên cứu ứng PLC S7-1200 viết tắt Programmable Logic Controller điều

NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

Nha Trang tháng 6 năm 2014

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Lời cảm ơn

Trải qua bốn năm học đại học đầy căng thẳng và thú vị, em và các bạn trong lớp 52D-DT đã được các thầy cô trong bộ môn cũng như toàn thể giảng viên trong toàn trường truyền thụ những kiến thức thật quý giá và bổ ích cho tất cả chúng em Vì vậy lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn toàn bộ những giảng viên Khoa Điện - Điện Tử

đã truyền đạt kiến thức cho chúng em trong những năm qua Tiếp theo em muốn gửi lời cảm ơn đến thầy Bùi Thúc Minh người đã trực tiếp và tận tình hướng dẫn em trong suốt thời gian làm đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy Em cũng xin chân thành cảm

ơn bố mẹ, người thân và bạn bè Những người đã giúp đỡ về mặt tinh thần cũng như vật chất rất nhiều để em có thể hoàn thành tốt đồ án này Xin chân thành cảm ơn mọi người

Nha Trang, tháng 6 năm 2014

Sinh viên

Mục lục

Lời cảm ơn i

Mục lục ii

Danh mục hình ảnh v

Danh mục bảng biểu vii

Danh mục các từ viết tắt viii

MỞ ĐẦU 1

TỔNG QUAN 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 4

1.1 CHỨC NĂNG HỆ PLC 4

1.2 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG 5

1.2.1 Giới thiệu về plc s7-1200 5

1.2.2 Các module tín hiệu 9

1.2.3 Các module truyền thông 9

1.3 VÒNG QUÉT CHƯƠNG TRÌNH CỦA PLC 10

1.4 CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH 11

1.4.1 Các khối tạo mã nên cấu trúc chương trình 11

1.4.2 Các kiểu cấu trúc chương trình 12

1.5 CÁC KHỐI OB ĐẶT BIỆT 13

1.6 CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA CPU 14

CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 17

2.1 MÔ HÌNH CƠ KHÍ 17

2.2 CẤU TẠO MÔ HÌNH 20

2.2.1 Khối nguồn 20

2.2.2 Động cơ 21

2.2.3 Rờ le trung gian 22

2.2.3.1 Cấu tạo 23

2.2.3.2 Nguyên lý hoạt động 23

2.2.4 Bộ khí nén 23

2.2.4.1 Van khí nén 5/2 23

2.2.5 Bộ cảm biến lực 26

2.2.6 Cảm biến quang điện BR100-DDT 30

CHƯƠNG 3 PHẦN MỀM TIA PORTAL 35

3.1 SƠ LƯỢC VỀ PHẦN MỀM TIA PROTAL 35

3.2 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM 36

3.2.1 Một số cửa sổ chính của phần mềm Step7 36

3.2.2 Các cách xây dựng một Project 42

3.2.3 Các bước tạo một Project 43

3.2.4 Ngôn ngữ lập trình 45

3.2.4.1 Ngôn ngữ LAD 45

3.2.4.2 Ngôn ngữ lập trình FBD 47

3.3 CÁC ƯU ĐIỂM CỦA PHẦN MỀM STEP 7 V11 49

CHƯƠNG 4 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH 51

4.1 CÁCH THỨC LẬP TRÌNH XỬ LÝ TÍN HIỆU ANALOG 51

4.2 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 58

4.3 PHÂN ĐỊA CHỈ RA VÀO VÀ SƠ ĐỒ KẾT NỐI PLC 62

4.4 SƠ ĐỒ ĐỘNG LỰC 64

4.5 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 65

CHƯƠNG 5 CÁC BÀI THỰC TẬP TRÊN MÔ HÌNH 71

5.1 SƠ ĐỒ KẾT NỐI MÔ HÌNH 71

5.2 CÁC BÀI THỰC HÀNH TRÊN MÔ HÌNH 72

5.2.1 Bài thực tập số 1: 72

5.2.2 Bài thực tập số 2: 73

5.2.3 Bài thực tập số 3: 74

5.2.4 Bài thực tập số 4: 75

5.2.5 Bài thực tập số 5: 76

KẾT LUẬN 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

Danh mục hình ảnh

Hình 1.1: PLC s7-1200 5

Hình 1.2 PLC S7-1200 và bảng tín hiệu 8

Hình 1.3 PLC và module tín hiệu 9

Hình 1.4 PLC S7-1200 và module truyền thông 9

Hình 1.5 các kiêu cấu trúc chương trình 13

Hình 1.6 Chế độ hoạt động của CPU STARTUP 16

Hình 2.1 Mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng 17

Hình 2.3 Cánh tay gạt vật nặng 18

Hình 2.2 Pitton đẩy vật nặng 18

Hình 2.4 Loadcell và bàn cân 19

Hình 2.5 Van khí nén 5/2 điều khiển pitton 19

Hình 2.6 Mô – đun thí nghiệm 20

Hình 2.7 Nguồn 12V, 5A 20

Hình 2.8 Động cơ 21

Hình 2.9 Mặt cắt động cơ 22

Hình 2.10 Cấu tạo rờ le trung gian 22

Hình 2.11.Cấu tạo rờ le trung gian 23

Hình 2.12.Van khí nén 5/2 24

Hình 2.14 Van Điện Từ 4V110-06 với các kích thước 25

Hình 2.13.Van Điện Từ 4V110-06 25

Hình 2.15 cấu tạo xi lanh khí 26

Hình 2.16.cấu tạo loadcell 27

Hình 2.17 Nguyên lý hoạt động của loadcell 28

Hình 2.18.Đầu cân strain gauge indicator 29

Hình 2.19.sơ đồ chân đầu cân 30

Hình 2.20 Cảm biến quang điện 30

Hình 2.21.giới thiệu Cảm biến quang điện BR100-DDT 31

Hình 3.1: Cửa sổ Portal view 37

Hình 3.2: Cửa sổ Overview 37

Hình 3.3: Cửa sổ Devices & Network 38

Hình 3.4 Cửa sổ Online & diagnostics 40

Hình 3.5 Cửa sổ Main OB1 41

Hình 3.6.Sơ đồ xây dựng Project 42

Hình 3.7 Ví dụ lập trình LAD cơ bản 45

Hình 3.8 Minh họa không thể tạo một nhánh tạo dòng tín hiệu theo chiều ngƣợc lại 46

Hình 3.9 Minh họa không thể tạo một nhánh mà có thể gây nên ngắn mạch 46

Hình 3.10 Ví dụ về lập trình FBD 47

Hình 5.1 Sơ đồ nối dây trên bảng điện 71

Hình 5.2 Sơ đồ nối dây trên PLC S7-1200 71

Danh mục bảng biểu

Bảng 1.1: Các kiểu thông số CPU 5

Bảng 1.2.Các kiểu module truyền thông 7

Bảng 2.1: thông số cảm biến quang điện BR100-DDT 31

Bảng 3.1.So sánh ngôn ngữ lập trình LAD và FBD 48

Danh mục các từ viết tắt

Control CPU Central Processing Unit Khối xử lý trung

tâm TIA Portal Totally Integrate

Automation Portal

OB

Oganization blocks Khối tổ chức

động

MỞ ĐẦU

 Lý do chọn đề tài:

Ngành Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử, Trường Đại học Nha Trang đã mở đào tạo

từ năm 2006 Một vấn đề được Bộ môn Điện công nghiệp, Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Nha Trang quan tâm đó là đảm bảo chất lượng đào tạo cho ngành học trên Môn học thực hành điều khiển lập trình là một môn học chuyên ngành có một tầm quan trọng để sinh viên làm việc sau khi tốt nghiệp Trong hoàn cảnh trang thiết bị thí nghiệm, thực hành cho sinh viên về môn học này hầu như chưa có Đáp ứng nhu cầu nâng cao chất lượng đào tạo chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử, trên thực

tế đó, đề tài nghiên cứu ứng PLC S7-1200 (viết tắt Programmable Logic Controller) điều khiển mô hình phân loại sản phẩm phục vụ tại phòng thí nghiệm Truyền động điện, xuất phát từ ý tưởng thiết kế một bộ thực hành và các bài thực hành để sinh viên

có thiết bị, tài liệu học tập Đề tài này thực hiện thành công sẽ giải quyết được vấn đề

mô hình thực tập cho sinh viên, giúp sinh viên tiếp cân sớm với PLC và các mô hình thực tế

Hiện tại phòng thí nghiệm thuộc Khoa Điện-Điện tử, trường Đại học Nha Trang chưa có mô hình phân loại sản phẩm phù hợp phục vụ cho quá trình thực tập của sinh viên

 Mục đích của để tài:

 Thiết kế chế tạo và lập trình điều khiển mô hình phân loại sản phẩm

 Xây dựng một số bài thực tập trên mô hình

 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu: nghiên cứu ứng PLC S7-1200 điều khiển mô hình phân

loại sản phẩm phục vụ tại phòng thí nghiệm Truyền động điện trường đại học Nha Trang

 Phương pháp nghiên cứu:

 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: thiết kế mô hình trên phần mềm autocad, lập trình và mô phỏng điều khiển PLC S7-1200 trên phần mềm tia portal v11

 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: thi công mô hình phân loại sản phẩm và

điều khiển mô hình bằng PLC S7-1200

 Phạm vi nghiên cứu của đề tài:

 Thiết kế mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng và lập trình điều khiển mô

hình phân loại sản theo khối lượng tại phòng thực hành Truyền động điện

 Xây dựng một số bài thực hành điều khiển lập trình ứng dụng PLC S7-1200 trên

mô hình cho ngành Công nghệ kỹ thuật Điện, Điện tử, Trường Đại học Nha Trang

 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: Đề tài sau khi hoàn thành, sinh viên, cán bộ kỹ

thuật có thể tham khảo về kết nối điều khiển giữa cảm biến lực và thiết bị điều khiển lập trình PLC để phân loại các sản phẩm trong các ứng dụng thực tế và làm mô hình thực tập tại phòng thí nghiệm truyền động điện trường đại học Nha Trang

TỔNG QUAN

 Hiện nay các dây chuyền sản xuất đã được tự động và một trong đó cần có các dây chuyền phân loại các sản phẩm Trong đó có nhiều loại hệ thống phân loại sản phẩm như phân loại theo chiều cao, phân loại theo khối lượng, phân loại theo vật liệu,

phân loại theo màu sắc… được nghiên cứu và chế tạo nhiều

 Đồ án phân loại sản phẩm theo mau sắc của Nguyễn Đức Hậu K51 Trường Đại học Nha Trang đã ứng dụng cám biến màu sắc TCS230 để chế tạo thành công mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc, được lập trình và điều khiển bằng PLC S7-1200 sử dụng màn hình HMI và giao diện WinCC để giám sát hoạt động của hệ thống, sử dụng

hệ thống xi lanh khí nén kết hợp với động cơ servo đề gắp vật [1]

 Đồ án phân loại sản phẩm theo chiều cao của Đỗ Quang Thành sinh viên trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng đã ứng dụng cảm biến quang để chế tạo mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao, điều khiển băng PLC, sử dụng pitton để phân loại sản phẩm [4]

 Ở đây em sử dụng cảm biến khối lượng để chế tạo mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng, sử dụng PLC S7-1200 để điều khiển mô hình, dùng pitton để dịch chuyển vậy và dùng cánh tay gạt để phân loại sản phẩm, sản phẩm được phân loại theo khối lượng đặt trước, nếu sản phẩm nặng hơn khối hoặc nhẹ hơn khối lượng đặt trước thì sản phẩm sẽ bị gạt khỏi băng chuyền, nếu sản phẩm bằng với khối lượng đặt trước thì tiếp tục đi thẳng

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200

1.1 CHỨC NĂNG HỆ PLC

Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC là thiết bị điều khiển đặc biệt dựa trên bộ

vi xử lý, sử dụng bộ nhớ lập trình được để lưu trữ các lệnh , thực hiện các chức năng và thuật toán để điều khiển máy và các quá trình Mang lại tính linh hoạt và sức mạnh

để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7-

1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh

mẽ Sau khi người dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình người dùng, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông minh khác

Để PLC có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải

có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có khối vi xử lý (CPU), hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và phải có các cổng vào ra để trao đổi dữ liệu và giao tiếp với các đối tượng điều khiển.[4]

3: Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp

4: Bộ phận kết nối PROFINET của CPU

Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau

• Kiểu số

• Kiểu tương tự

• 6 ngõ vào/4 ngõ ngõ ra

• 2 ngõ ra

• 8 ngõ vào/6 ra

• 2 ngõ ra

• 14 ngõ vào/10 ngõ ra

• 3 tại 80 kHz 1tại 20 kHz

6

• 3 tại 100 kHz

2 tại 30 kHz

• 3 tại 80 kHz

2 tại 20 kHz Các ngõ ra xung 1

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 40ºC

PROFINET 1 cổng truyền thông Etherne

Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để

mở rộng dung lượng của CPU Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác

Bảng 1.2.Các kiểu module truyền thông Module Chỉ ngõ vào Chỉ ngõ ra Kết hợp In/Out

8xDC In/8x Relay Out

16xDC in 16xDC Out

16x Relay Out

16xDC In/16xDC Out 16xDC In/16x Relay Out

Kiểu tương tự

hiệu

(SB)

DC Out Kiểu

- SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC)

- SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự

1: Các LED trạng thái trên SB

2: Bộ phận kết nối dây của người dùng có thể tháo ra

Hình 1.2 PLC S7-1200 và bảng tín hiệu

3: Bộ phận kết nối dây của người dùng có thể tháo ra

1.2.3 Các module truyền thông

Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông(CM) dành cho các tính năng bổ

Hình 1.3 PLC và module tín hiệu

Hình 1.4 PLC S7-1200 và module truyền thông

sung vào hệ thống Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485

- CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông

- Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một CM khác)

1: Các LED trạng thái dành cho module truyền thông

2: Bộ phận kết nối truyền thông

1.3 VÒNG QUÉT CHƯƠNG TRÌNH CỦA PLC

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (scan) Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 (Block end) Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q đến các cổng ra số Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi

Thời gian cần thiết để PLC thực hiện một vòng quét gọi là thời gian vòng quét (Scan time) Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện lâu, có vòng quét được thực hiện nhanh tùy thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vào khối dữ liệu được truyền thông trong vòng quét đó Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiển tới đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét.Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khiển trong PLC.Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao

Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt.Chương trình của các khối đó sẽ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng chủng loại.Các khối chương trình này có thể được thực hiện tại mọi điểm trong vòng quét chứ không bị gò ép là phải ở trong giai đoạn thực hiện chương trình Chẳng hạn nếu một tín

hiệu báo ngắt xuất hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền thông và kiểm tra nội bộ, PLC

sẽ tạm dừng công việc truyền thông, kiểm tra, để thực hiện khối chương trình tương ứng với khối tín hiệu báo ngắt đó Với hình thức xử lý tín hiệu ngắt như vậy, thời gian vòng quét sẽ càng lớn khi càng có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét Do đó,

để nâng cao tính thời gian thực cho chương trình điều khiển tuyệt đối không nên viết chương trình xử lý ngắt quá dài hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế độ ngắt trong chương trình điều khiển

Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số.Ở một

số Module CPU, khi gặp lệnh vào ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra

1.4 CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH

1.4.1 Các khối tạo mã nên cấu trúc chương trình

Khi tạo ra một chương trình người dùng ta chèn các lệnh của chương trình vào trong các khối mã:

- Khối tổ chức (OB), đáp ứng một sự kiện xác định trong CPU và có thể ngắt sự thực thi của chương trình Mặc định đối với thực thi theo chu trình của chương trình người dùng (OB1) cung cấp cấu trúc cơ bản dành cho chương trình và chỉ là khối mã được yêu cầu đối với chương trình Nếu ta bao hàm các OB khác trong chương trình, các OB này sẽ ngắt sự thực thi của OB1 Các OB khác thực hiện các hàm đặc trưng, ví

dụ như cho các tác vụ khởi động, cho việc xử lý các ngắt và lỗi, hay cho việc thực thi

mã chương trình đặc trưng tại các khoảng thời gian dừng riêng biệt

- Khối chức năng (FB): là một đoạn chương trình con được thực thi khi nó được gọi từ khối mã khác (OB, FB hay FC) Khối đang gọi chuyển tiếp các thông số đến FB và còn nhận dạng một khối dữ liệu đặc trưng mà khối dữ liệu đó lưu trữ dữ liệu cho lần gọi riêng hay cho giá trị mẫu của FB đó Việc thay đổi DB mẫu cho phép một

FB chung điều khiển sự hoạt động của một tổ hợp các thiết bị Ví dụ, một FB có thể

điều khiển một vài máy bơm hay van, với các DB mẫu chứa các thông số vận hành riêng biệt của mỗi máy bơm hay van

- Mã chức năng (FC): là một chương trình con mà được thực thi khi nó được gọi

từ một khối mã khác (OB, FB hay FC) FC không có một DB mẫu có liên quan Khối đang gọi chuyển tiếp các thông số đến FC Các giá trị ngõ ra từ FC phải được ghi đến một địa chỉ nhớ hay đến một DB toàn cục

- Khối DB (Data Block): khối dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình Các tham số của khối do người sử dụng đặt Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối DB và các khối DB này được phân biệt với nhau bằng số nguyên theo sau nhóm

ký tự DB Chẳng hạn như DB1, DB2

Chương trình trong các khối được liên kết với nhau bằng các lệnh gọi khối và chuyển khối Các chương trình con được phép gọi lồng nhau, tức là một chương trình con này gọi một chương trình con khác và từ chương trình con được gọi lại gọi một chương trình con thứ 3 [2]

1.4.2 Các kiểu cấu trúc chương trình

Dựa trên các yêu cầu của ứng dụng, ta có thể chọn cấu trúc thẳng còn gọi là lập trình tuyến tính hay cấu trúc kiểu khối kết cấu để tạo ra chương trình

- Chương trình thẳng thực thi tất cả các lệnh của tác vụ về tự động theo tuần tự, lệnh này theo sau lệnh kia Thông thường ,chương trình thẳng đặt tất cả các lệnh chương trình vào trong OB dành cho việc thực thi theo chu trình của chương trình (OB 1) Loại cấu trúc thẳng chỉ thích hợp cho những bài toán tự động nhỏ, ít phức tạp

- Chương trình khối kết cấu sẽ gọi các khối mã đặc trưng mà khối mã đó thực hiện các tác vụ riêng biệt Để tạo ra một cấu trúc theo khối kết cấu, ta chia tác vụ thành nhiều tác vụ phụ nhỏ hơn phù hợp với các chức năng về mặt kỹ thuật của tiến trình Mỗi khối mã cung cấp đoạn chương trình cho mỗi tác vụ phụ Ta cấu trúc chương trình bằng cách gọi một trong số các khối mã từ một khối khác Loại lập trình cấu trúc có thể giúp ta giải quyết những bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ và phức tạp dễ dàng hơn

1.5 CÁC KHỐI OB ĐẶT BIỆT

1) OB10 (Time of Day Interrupt): Chương trình trong khối OB10 sẽ được thực hiện khi giá trị thời gian của đồng hồ thời gian thực nằm trong một khoảng thời gian đã được quy định Việc quy định khoảng thời gian hay số lần gọi OB10 được thực hiện nhờ chương trình hệ thống SFC28 hay trong bảng tham số của module CPU nhờ phần mềm STEP 7

2) OB20 (Time Relay Interrupt): Chương trình trong khối OB20 sẽ được thực hiện sau một khoảng thời gian trễ đặt trước kể từ khi gọi chương trình hệ thống SFC32

để đặt thời gian trễ

3) OB35 (Cyclic Interrupt): Chương trình trong khối OB35 sẽ được thực hiện cách đều nhau một khoảng thời gian cố định Mặc định, khoảng thời gian này là 100ms, nhưng ta có thể thay đổi nhờ phần mềm STEP 7

4) OB40 (Hardware Interrupt): Chương trình trong khối OB40 sẽ được thực hiện khi xuất hiện một tín hiệu báo ngắt từ ngoại vi đưa vào CPU thông qua các cổng onboard đặc biệt, hoặc thông qua các module SM, CP, FM

5) OB80 (Cycle Time Fault): Chương trình trong khối OB80 sẽ được thực hiện khi thời gian vòng quét (scan time) vượt quá khoảng thời gian cực đại đã quy định

Hình 1.5 các kiêu cấu trúc chương trình

hoặc khi có một tín hiệu ngắt gọi một khối OB nào đó mà khối OB này chưa kết thúc ở lần gọi trước Thời gian quét mặc định là 150 ms

6) OB81 (Power Supply Fault): Chương trình trong khối OB81 sẽ được thực hiện khi thấy có xuất hiện lỗi về bộ nguồn nuôi

7) OB82 (Diagnostic Interrupt): Chương trình trong khối OB82 sẽ được thực hiện khi có sự cố từ các module mở rộng vào/ra Các module này phải là các module có khả năng tự kiểm tra mình (diagnostic cabilities)

8) OB87 (Communication Fault): Chương trình trong khối OB87 sẽ được thực hiện khi có xuất hiện lỗi trong truyền thông

9) OB100 (Start Up Information): Chương trình trong khối OB100 sẽ được thực hiện một lần khi CPU chuyển từ trạng thái STOP sang RUN

10) OB101 (Cold Start Up Information-chỉ với S7-400): Chương trình trong khối OB101 sẽ được thực hiện một lần khi công tắc nguồn chuyển từ trạng thái OFF sang ON

11) OB121 (Synchronous Error): Chương trình trong khối OB121 sẽ được thực hiện khi CPU phát hiện thấy hàm FC, FB không có trong bộ nhớ

12) OB122 (Synchronous Error): Chương trình trong khối OB122 sẽ được thực hiện khi có lỗi truy nhập module trong chương trình

1.6 CÁC CHẾ ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA CPU

CPU có 3 chế độ hoạt động: chế độ STOP, chế độ STARTUP và chế độ RUN Các LED trạng thái trên mặt trước của CPU biểu thị chế độ hiện thời của sự vận hành

- Trong chế độ STOP, CPU không thực thi chương trình nào, và ta có thể tải xuống một đề án

- Trong chế độ STARTUP, các OB khởi động (nếu có) được thực thi một lần Các sự kiện ngắt không được xử lý cho đến pha khởi động của chế độ RUN

- Trong chế độ RUN, chu kỳ quét được thực thi một cách lặp lại Các sự kiện ngắt có thể xuất hiện và được thực thi tại bất kỳ điểm nào nằm trong pha chu kỳ chương trình

- Ta không thể tải xuống một đề án trong khi đang ở chế độ RUN

CPU có hỗ trợ việc khởi động lại khi đang hoạt động (khởi động “nóng”) để đi vào chế độ RUN.Khởi động lại nóng không bao gồm sự đặt lại bộ nhớ.Tất cả các hệ thống không có khả năng giữ và dữ liệu người dùng đều được khởi chạy tại một sự khởi động lại nóng Dữ liệu người dùng có khả năng giữ vẫn được giữ nguyên

Một bộ nhớ đặt lại sẽ xóa tất cả các bộ nhớ làm việc, xóa các vùng nhớ có khả năng giữ và không có khả năng giữ, và sao chép bộ nhớ nạp đến bộ nhớ làm việc Một

sự đặt lại bộ nhớ không xóa đi bộ đệm chẩn đoán hay các giá trị được lưu vĩnh viễn của địa chỉ IP

Ta có thể chỉ định chế độ bật nguồn của CPU hoàn thành với phương pháp khởi động lại bằng cách sử dụng phần mềm lập trình Biểu tượng cấu hình này xuất hiện trong mục Device Configuration đối với CPU đang trong khởi động Khi nguồn được bật, CPU thực hiện một tuần tự các kiểm tra chẩn đoán bật nguồn và khởi chạy

hệ thống CPU sau đó sẽ đi vào chế độ bật nguồn tương ứng Tất nhiên các lỗi được phát hiện sẽ ngăn không cho CPU đi vào chế độ RUN CPU hỗ trợ các chế độ bật nguồn sau đây:

- Chế độ STOP

- Chuyển sang chế độ RUN sau một sự khởi động lại nóng

- Chuyển sang chế độ trước đó sau một sự khởi động lại nóng

- Trong chế độ RUN, CPU thực hiện các tác vụ được thể hiện như trong hình sau đây:

A -Xóa vùng nhớ I

B -Khởi chạy các ngõ ra cả với giá trị cuối cùng hay giá trị thay thế

C -Thực thi các OB khởi động

D - Sao chép trạng thái của các ngõ vào vật lý đến vùng nhớ I

E - Lưu trữ bất kỳ các sự kiện ngắt nào vào trong thứ tự để xử lý trong chế

độ RUN

F - Kích hoạt việc ghi vùng nhớ Q đến các ngõ ra vật lý RUN

1 - Ghi bộ nhớ Q đến các ngõ ra vật lý

2 - Sao chép trạng thái các ngõ vào vật lý đến vùng nhớ I

3 - Thực thi các OB chu kỳ chương trình

4 - Thực hiện các chẩn đoán tự kiểm tra

5 - Xử lý các ngắt và truyền thông trong suốt bất kỳ phần nào của chu kỳ quét

Hình 1.6 Chế độ hoạt động của CPU STARTUP

CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

Hình 2.3 Cánh tay gạt vật nặng Hình 2.2 Pitton đẩy vật nặng

Hình 2.4 Loadcell và bàn cân

Hình 2.5 Van khí nén 5/2 điều khiển pitton

2.2 CẤU TẠO MÔ HÌNH

Quá trình hoạt động của hệ thống: Sản phẩm đƣợc đặt vào băng tải thứ nhất, sau

đó đƣợc đƣa lên bàn cân để thực hiện cân, sau khi cân sản phẩm đƣợc chuyển sang băng tải phân loại và cánh tay gạt phân loại sản phẩm tại đây

o Đầu ra nguồn 1 chiều đƣợc lấy từ 2 đầu còn lại ( -V, +V)

o VADJ là chiết áp điều chỉnh điện áp đầu ra

2.2.2 Động cơ

Động cơ điện một chiều đƣợc sử dụng kéo quay bằn tải, và bộ phận cánh tay gạt

- Thông số kỹ thuật

- Tên: Động cơ giảm tốc 24VDC 150 vòng/phút

- Động cơ này chuyên dùng cho cơ cấu nâng, kẹp, trƣợt hoặc có thể dùng để chạy cho robot tự động nào có tốc độ không cần cao

- Kích thước (mm): 36x28x21.5

- Số cặp tiếp điểm: 2, 4

- Tải trở : 5A, 220 VAC / 5A, 24 VDC

- Tải cảm ứng: 2A, 220 VAC / 2A, 24 VDC

2.2.4 Bộ khí nén

2.2.4.1 Van khí nén 5/2

Hình 2.11.Cấu tạo rờ le trung gian

Van đảo chiều 5/2, tác động trực tiếp bằng dòng khí nén vào từ hai phía của nòng Van không có vị trí "không", van có đặc điểm là "nhớ" vị trí hoạt động khi không còn tín hiệu tác động.[7]

Khi có tín hiệu khí nén 12 tác động, đẩy nòng pittong qua bên trái, lúc này cửa 1 nối với cửa 2, cửa 4 nối với cửa 5, cửa 3 bị chặn Van sẽ giữ vị trí làm việc này cho dù tín hiệu khí nén 12 không còn tác động nữa

Cho đến khi có tín hiệu khí nén 14 tác động, nòng pittong bị đẩy qua bên phải, lúc này làm cho cửa 1 nối với cửa 4, cửa 2 nối với cửa 3, cửa 5 bị chặn Van sẽ giữ vị trí hoạt động này cho dù dòng khí nén 14 không còn tác động nữa

Thống số kỷ thuật Van Điện Từ 4V110-06

- Lưu chất: khí

- Port size: In=Out=Exhaust=1/8”

- Orifice size: 12mm2

- Loại van: 5 port 2 position

- Áp suất hoạt động: 1.5~8.0 bar

- Nhiệt độ cho phép: -5~600C

- Chuẩn bảo vệ: IP 65

Hình 2.12.Van khí nén 5/2

Hình 2.14 Van Điện Từ 4V110-06 với các kích thước

- Khối lượng: 120g

2.2.4.2 Xi lanh khí cylinder [8]

 Cấu tạo

Hình 2.13.Van Điện Từ 4V110-06

loadcell được ứng dụng khá phổ biến và thường thấy đó là trong các cân điện tử đòi hỏi độ chính xác cao hay các cân có tải trọng lớn như cân ô tô, cân xe tải

Các ứng dụng khác của loadcell:

Cân điện tử, cân ô tô

Cân định lượng, cân đóng bao, cân băng tải, cân trạm trộn

Gắn vào đầu của ngón tay robot để xác định độ bền kéo và lực

nén tác động vào các vật khi chúng cầm nắm hoặc nhấc lên

Dùng để xát định khối lượng an toàn, quá tải của các thiết bị nâng chuyển như: Thang máy, băng tải

Trong ngành công nghệ cao

Cấu tạo: Cấu tạo chính của loadcell gồm các điện trở strain gauges R1, R2, R3,

R4 kết nối thành 1 cầu điện trở Wheatstone như hình dưới và được dán vào bề mặt của thân loadcell

Một điện áp kích thích được cung cấp cho ngõ vào loadcell (2 góc (1) và (4) của cầu điện trở Wheatstone) và điện áp tín hiệu ra được đo giữa hai góc khác

Hình 2.16.cấu tạo loadcell

Tại trạng thái cân bằng (trạng thái không tải), điện áp tín hiệu ra là số không hoặc gần bằng không khi bốn điện trở đƣợc gắn phù hợp về giá trị

Nhìn vào hình 3.15 - 1 các điện trở stranin gauge đƣợc dán vào bề mặt thân loadcell khi bị kéo – nén điện trở của stranin gauge sẽ thay đổi tỉ lệ thuận với độ kéo – nén

Nhìn vào hình 3.15 - 2 khi có trọng tải hoặc lực tác dụng lên loadcell làm cho loadcell bị biến dạng, điều đó dẫn tới sự biến dạng cửa các điện trở stranin gauge dán trên thân loadcell dẫn tới sự thay đổi giá trị của các điện trở stranin gauge.Sự thay đổi này dẫn tới sự thay đổi trong điện áp đầu ra nếu một điện áp kích thích đƣợc cung cấp cho ngõ vào loadcell.Nói cách khác loadcell đã chuyển đổi lực tác dụng thành tín hiệu điện

Sự thay đổi điện áp này là rất nhỏ, do đó nó chỉ có thể đƣợc đo và chuyển thành

số sau khi đi qua bộ khuếch đại của các bộ chỉ thị cân điện tử (đầu cân) [7]

Hình 2.17 Nguyên lý hoạt động của loadcell

 Đầu cân strain gaugeindicator

- Giới thiệu:

CS1-SG loại hình kinh tế Strain Gauge / Load Chỉ số di động đã được được thiết

kế với đo lường độ chính xác cao, màn hình hiển thị và truyền thông DC tín hiệu 0 ~ 1,0 / ~ 4.0mV hoặc 0 ~ 10.0 / ~ 40.0mV Đồng hồ hỗ trợ Dòng hiệu chỉnh chức năng.Nó có thể được hiệu chỉnh với bộ cảm biến (Load Cell / Strain Gauge) để đáp ứng

cơ cấu máy móc Họ cũng có sẵn 1 tùy chọn 1 kết quả đầu ra Relay, 1 Đầu ra tương tự hoặc 1 RS485 giao diện với chức năng linh hoạt như vậy như điều khiển, báo động, tái phát hoặc truyền đạt cho một loạt các ứng dụng công nghiệp.[6]

o 1 relay có thể được lập trình cá nhân là một Hi / Lo / Hi Latch / Lo Latch tràn đầy sinh lực với Bắt đầu Delay / Trễ / Năng Lượng & De-năng lượng chức năng chậm trễ

o Đầu ra tương tự hoặc RS 485 cổng giao tiếp trong tùy chọn

- Ứng dụng

Thiết bị kiểm tra trọng lượng / lực đo lường, báo hoặc giao tiếp với PC / PLC Kiểm soát Trọng lượng cho máy đóng gói, máy làm đầy

- Sơ đồ chân

Chân 11, 13 signal input được lấy từ loadcell

Chân 14, 15 excit supply cấp nguồn cho loadcell

Chân 4, 5 Analogue output tín hiệu vào PLC

Chân 8, 9, 10 chân cấp nguồn

2.2.6 Cảm biến quang điện BR100-DDT

- Giới thiệu

Hình 2.19.sơ đồ chân đầu cân

Hình 2.20 Cảm biến quang điện

- Thông số kỷ thuật

Bảng 2.1: thông số cảm biến quang điện BR100-DDT Loại phát hiện Loại phản xạ khuếch tán

Khoảng cách phát hiện

100mm※1

Đối tƣợng phát hiện