Xử lý tín hiệu analog của cảm biến loadcell

LỜI CẢM ƠN 1 LỜI NÓI ĐẦU 2 CHƯƠNG 1 4 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 4 1.1 Lý do chọn đề tài 4 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 6 1.3 Cách tiếp cận và phương pháp 7 1.4 Nội dung nghiên cứu 7 1.5 Ý nghĩa và tính thực tiễn của đề tài 7 1.6 tính cấp thiết của đề tài 8 1.7 Ứng dụng của đề tài 8 CHƯƠNG 2 9 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 9 2.1 Giới thiệu về plc họ s7 1200 9 2.1.1 Tổng quan về plc họ s71200 9 2.1.2 Các bảng tín hiệu. 13 2.1.3 Các module tín hiệu. 14 2.1.4 Các module truyền thông. 15 2.2 Phần mềm lập trình SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic 15 2.2.1 Giới thiệu phần mềm SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic 15 2.3 Hệ thống giám sát SCADA 23 2.3.1 Khái niệm về hệ thống giám sát SCADA 23 2.3.2 Phần mềm WinCC 25 2.4 FACTORY IO 27 2.3.1. Giới thiệu phần mềm FACTORY IO 27 2.3.2 Các đối tượng hệ thống trong fatory IO 28 2.3.3 Kết nối FATORY IO với bộ điều khiển PLC 28 2.4 LOADCELL 30 2.4.1 Lý thuyết về Loadcell 30 2.4.2 Một số Loadcell thực tế 31 2.4.3. Bộ khuếch đại tín hiệu của LOADCELL cho PLC 33 Chương 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Lý do chọn đề tài Ngày nay ngành kỹ thuật tự động hóa công nghiệp phát triển rất mạnhmẽ, đó là nhờ sự phát triển và tiến bộ của khoa học và công nghệ. Nhờ đó mà các tín hiệu vật lý xung quanh chung ta có thế sử dụng, phục vụ cho đời sống. Để có thể sử dụng, các dang tín hiệu vật lý được chuyển đổi sang tín hiệu điện. Điển hình là các loại sensor, các bộ chuyển đổi …., trong đó có cảm biến LOADCELL. Các LoadCell được định nghĩa như là một “thiết bị đo lường trọng lượng cần thiết để cân điện tử hiển thị trọng lượng thành con số”. Vì thế, Loadcell hay còn gọi là cảm biến lực, cảm ứng lực, báo tải Loadcell hay cảm biến đo tải trọng là thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu điện. Ứng dụng của loadcell Một ứng dụng khá phổ biến thường thấy của Loadcell là được sử dụng trong các loại cân điện tử hiện nay. Từ ứng dụng trong những chiếc cân kĩ thuật đòi hỏi độ chính xác cao cho tới những chiếc cân có trọng tải lớn trong công nghiệp như cân xe tải. Một số ứng dụng khác: – Trong ngành công nghệ cao: Với nền khoa học kĩ thuật tiên tiến hiện nay thì loại Loadcell cỡ nhỏ cũng được cải tiến công nghệ và tính ứng dụng cao hơn. Loại Loadcell này được 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. – Phân phối đều trọng lượng trong công nghiệp: Công nghệ sử dụng: Các thế báo tải (Loadcell LSB and LCF Series) kết hợp với các thiết bị định hướng và thu thập dữ liệu qua máy tính hoặc PLC Sơ lược hoạt động: Các load cell được thiết kế để phù hợp với các ứng dụng tự động hóa trong công nghiệp để phân phối đều trọng lượng sản phẩm. Như thể hiện trong sơ đồ dưới đây, Loadcell được lắp đặt trong dây chuyền tự động hóa, giám sát việc phân phối khối lượng vào từng bao bì một cách chính xác. Hệ thống hoạt động: + Một tế bào tải được kết nối với thiết bị đo cần thiết. + Khi khối lượng sản phẩm cho phân phối vào thùng đủ yêu cầu, Loadcell sẽ phát ra tín hiệu tới bộ diều khiển băng tải để băng tải ngừng làm việc. + Tín hiệu khi băng tải dừng được truyền đến hệ thống phân phối thùng chứa để xuất thùng chứa. + Khi thùng chứa được phân phối sẽ phát ra tín hiệu để hệ thống phân phối sản phẩm tiếp tục hoạt động. – Ứng dụng trong cầu đường Các Loadcell được sử dụng trong việc cảnh báo độ an toàn cầu treo. Loadcell được lắp đặt trên các dây cáp để đo sức căng của cáp treo và sức ép chân cầu trong các điều kiện giao thông và thời tiết khác nhau. Các dữ liệu thu được sẽ được gửi đến một hệ thống thu thập và xử lí số liệu. sau đó số liệu sẽ được xuất ra qua thiết bị truy xuất như điện thoại, máy tính, LCD. Từ đó có sự cảnh báo về độ an toàn của cầu. Từ đó tìm ra các biện pháp cần thiết để sửa chữa kịp thời. Với rất nhiều ứng dụng và nhu cầu trong cuộc sống, việc sử dụng Loadcell trong công việc là rất cần thiết.

Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell LỜI CẢM ƠN Qua thời gian nghiên cứu thực sự giúp đỡ bảo thầy (cô) đến đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Xử lý tín hiệu analog cản biến loadcell” Thầy Đỗ Quang Huy hướng dẫn hoàn thiện Trong suốt thời gian nghiên cứu thi công đề tài, em gặp khơng vướng mắc định nhận nhiều sự giúp đỡ nhiệt thành quý báu thầy (cô) Trước tiên, cho phép em gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy Đỗ Quang Huy tin tưởng giao đồ án, đạo hướng dẫn tận tình suốt trình thực đề tài Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô giáo khoa Điện - Điện Tử động viên, góp ý, tạo điều kiện thuận lợi giúp cho em hoàn thành đề tài tiến độ giao Do lực thời gian cịn hạn chế nên việc tìm thêm nhiều tài liệu làm giàu cho đồ án thiếu sót Em mong nhận nhiều ý kiến đóng góp thầy giáo, sự chia sẻ tài liệu bạn sinh viên để em hồn thiện kiến thức Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell LỜI NÓI ĐẦU Chúng em xin cam đoan nội dung trình bày đồ án chuyên ngành kết nghiên cứu thân thành viên nhóm Nội dung đồ án chúng em có tham khảo sử dụng tài liệu, thông tin đăng tải tác tạp chí, Website theo danh mục tài liệu tham khảo đồ án phần cuối Hưng Yên, Ngày tháng năm 2021 Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell Chương GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Lý chọn đề tài Ngày ngành kỹ thuật tự động hóa cơng nghiệp phát triển mạnhmẽ, nhờ sự phát triển tiến khoa học công nghệ Nhờ mà tín hiệu vật lý xung quanh chung ta sử dụng, phục vụ cho đời sống Để sử dụng, dang tín hiệu vật lý chuyển đổi sang tín hiệu điện Điển hình loại sensor, chuyển đổi …., có cảm biến LOADCELL Các LoadCell định nghĩa “thiết bị đo lường trọng lượng cần thiết để cân điện tử hiển thị trọng lượng thành số” Vì thế, Loadcell hay cịn gọi cảm biến lực, cảm ứng lực, báo tải Loadcell hay cảm biến đo tải trọng thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực trọng lượng thành tín hiệu điện - Ứng dụng loadcell Một ứng dụng phổ biến thường thấy Loadcell sử dụng loại cân điện tử Từ ứng dụng cân kĩ thuật đòi hỏi độ xác cao cân có trọng tải lớn công nghiệp cân xe tải Một số ứng dụng khác: – Trong ngành công nghệ cao: Với khoa học kĩ thuật tiên tiến loại Loadcell cỡ nhỏ cải tiến cơng nghệ tính ứng dụng cao Loại Loadcell gắn vào đầu ngón tay robot để xác định độ bền kéo lực nén tác động vào vật chúng cầm nắm nhấc lên – Phân phối trọng lượng công nghiệp: Công nghệ sử dụng: Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell Các báo tải (Loadcell LSB and LCF Series) kết hợp với thiết bị định hướng thu thập liệu qua máy tính PLC Sơ lược hoạt động: Các load cell thiết kế để phù hợp với ứng dụng tự động hóa công nghiệp để phân phối trọng lượng sản phẩm Như thể sơ đồ đây, Loadcell lắp đặt dây chuyền tự động hóa, giám sát việc phân phối khối lượng vào bao bì cách xác Hệ thống hoạt động: + Một tế bào tải kết nối với thiết bị đo cần thiết + Khi khối lượng sản phẩm cho phân phối vào thùng đủ yêu cầu, Loadcell phát tín hiệu tới diều khiển băng tải để băng tải ngừng làm việc + Tín hiệu băng tải dừng truyền đến hệ thống phân phối thùng chứa để xuất thùng chứa + Khi thùng chứa phân phối phát tín hiệu để hệ thống phân phối sản phẩm tiếp tục hoạt động – Ứng dụng cầu đường Các Loadcell sử dụng việc cảnh báo độ an toàn cầu treo Loadcell lắp đặt dây cáp để đo sức căng cáp treo sức ép chân cầu điều kiện giao thông thời tiết khác Các liệu thu gửi đến hệ thống thu thập xử lí số liệu sau số liệu xuất qua thiết bị truy xuất điện thoại, máy tính, LCD Từ có sự cảnh báo độ an tồn cầu Từ tìm biện pháp cần thiết để sửa chữa kịp thời Với nhiều ứng dụng nhu cầu sống, việc sử dụng Loadcell công việc cần thiết 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Biết cách lập trình sử lý tín hiệu analog moldun plc S7-1200 Biết cách đấu nối tín hiệu cho PLC Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell Biết cách thiết kế hệ thống giám sát SCADA kết nối hiển thị tín hiệu PLC laptop Biết cách thiết kế mô dây chuyên sản xuất phần mềm FACTORY I/O Biết cách lựa chọn tìm nơi cung cấp thiết bị cho phù hợp lâu dài mà vân đáp ưng kinh phí Thực phần nhỏ ý tưởng, phát triển đồ án sau 1.3 Cách tiếp cận phương pháp Tiếp thu kiến thức buổi học lý thuyết đôi với thực hành Đọc nhiều tài liệu tham khảo, tìm hiểu diễn đàn mạng xã hội trang web, xem videos liên quan đên chuyên ngành Hỏi tiếp thu kiến thức người trước thầy cô anh chị có kinh nghiệm thực tế Quan sát sơng sinh hoạt xung quanh chung ta 1.4 Nội dung nghiên cứu Tìm hiệu cấu hình cách đấu nối phần cứng PLC S7_1200 nói chung CPU 1214C dc/dc/dc nói riêng Cách dùng PLC lập trình xử lý tín hiệu analog cảm biến trọng lượng Thiết kế kết nối PLC với phần mềm giám máy tính Mơ thiết kế, lập trình điều khiển mơ hình ý tưởng gần với thực tế nhât 1.5 Ý nghĩa tính thực tiễn đề tài -Ý nghĩa: Đề tài góp phần nhỏ vào q trình làm chúng em sau là: Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell + Chúng em biết cách lựu chọn thiết bị phù hợp với ứng dụng muốn làm + Biết tìm nguồn cung cấp thiết bị uy tín + Biết quán lý chi tiêu tài cho thân người xung quanh + Được làm việc với PLC –là modul dùng nhiều công nghiệp Do thân sống lớn lên môi trường nông nghiệp kết hợp với sự thay đổi cách mạng cơng nghiệp 4.0 Mà nhờ chúng em thấy hế thống cần định lượng sản phẩm, ln có mắt xung quanh sống Đặc biệt thân chúng em làm, đóng sản phẩm nơng nghiệp gia đình làm mà có sự góp mặt cân -Tính thực tiến đề tài: + Đề tài thực cân định lượng sản phẩm nơng nghiệp có độ chích xác cao cân thông thường + Hiển thị thông tin lên thiết bị giám sát giúp người vận hanh khơng cần đến tận nới mà vần thấy thơng số mơ hình với người + Đặc biết đề tài cho em thêm kiến thức, hiểu biết 1.6 tính cấp thiết đề tài Để thực đề tài, điều hạn chế kinh tế, sau thời gian lịch học số lượng BTC lớn Một phần lực nhiều hạn chế, lên nhóm khơng mở rộng quy mơ đề tài mà phần lớn tập chung vào việc tìm hiểu cách thức làm tạo phần nhỏ mô hình phần loại sản phẩm theo trọng lượng 1.7 Ứng dụng đề tài - Đề tải ứng dụng dây chuyền sản xuất tự động Trong dây chuyền đóng gói chè bào bạc, chuyền đóng gói ngun vật liệu sản phẩm nơng nghiệp, công nghiệp Cân định lượng sản phẩm, phân loại sản phẩm theo lượng, bảo vệ hệ thống cảnh báo tải trọng thang máy tải Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell CHƯƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Giới thiệu plc họ s7- 1200 2.1.1 Tổng quan plc họ s7-1200 Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) S7-1200 mang lại tính linh hoạt sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ yêu cầu điều khiển tự động Sự kết hợp thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt tập lệnh mạnh mẽ khiến cho S7-1200 trở thành giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác Kết hợp vi xử lý, nguồn tích hợp, mạch ngõ vào mạch ngõ kết cấu thu gọn, CPU S7-1200 tạo PLC mạnh mẽ Sau người dùng tải xuống chương trình, CPU chứa mạch logic yêu cầu để giám sát điều khiển thiết bị nằm ứng dụng Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell CPU giám sát ngõ vào làm thay đổi ngõ theo logic chương trình người dùng, bao gồm hoạt động logic Boolean, việc đếm, định thì, phép tốn phức hợp việc truyền thông với thiết bị thơng minh khác Một số tính bảo mật giúp bảo vệ việc truy suất đến CPU chương trình điều khiển: Mỗi CPU cung cấp sự bảo vệ mật cho phép người dùng cấu hình việc truy suất đến chức CPU Người dùng sử dụng chức ‘know how protection’ để ẩn mã nằm khối xác định CPU cung cấp cổng PROFINET để giao tiếp qua mạng PROFINET Các module truyền thơng có sẵn dành cho việc giao tiếp qua mạng RS232 RS485  Bộ phận kết nối nguồn  Các phận kết nối nối dây người dùng tháo (phía sau nắp che)  Khe cắm thẻ nhớ nằm cửa phía  Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp  Bộ phận kết nối PROFINET (phía CPU) Hình 2.1 CPU S7-1200 Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell Các kiểu CPU khác cung cấp sự đa dạng tính dung lượng giúp cho người dùng tạo giải pháp có hiệu cho nhiều ứng dụng khác Chức Kích thước vật lý (mm) CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C 110 x 100 x 75 90 x 100 x 75 Bộ nhớ người dùng:  Bộ nhớ làm việc  25 kB  50 kB  Bộ nhớ nạp  MB  MB  Bộ nhớ giữ lại  kB  kB I/O tích hợp cục  ngõ vào /  Kiểu số  ngõ vào / ngõ  Kiểu tương tự  14 ngõ vào / ngõ 10 ngõ  ngõ  ngõ  ngõ Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) 1024 byte ngõ (Q) Bộ nhớ bit (M) 4096 byte 8192 byte Độ mở rộng module tín Khơng Bảng tín hiệu Các module truyền thông (mở rộng bên trái) 10 Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MƠ KÌNH TRÊN FACTORY KẾT HỢP GIÁM SÁT TRÊN WICC 4.1.Thiết kế giao diện WICC Hình 4.1 Giao diện hình giám sát 4.2 Thiết kế mơ hình FACTORY I/O 42 Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell Hình 4.2 Mơ hình phân loại sản phẩm theo lương Hình 4.3 Thiết lập địa cho PLC ảo 43 Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell Hình 4.4 Sơ đồ lưu đồ thuật tốn mơ hình 44 Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell Hình 4.5 Hành trình bước xilanh tay hút 4.3 Lập trình mơ hình phân loại sản phẩm theo trọng lượng 45 Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell *Khối khởi động điều khiển (FB4) 46 Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell 47 Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell *Phân loại sản phẩm 1(FB2) 48 Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell 49 Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell 50 Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell *Phân loại sản phẩm 2(FB1) 51 Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell 52 Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell 53 Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell 54 Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell 55 Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell *Khối OB1 56 ... 46 Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell 47 Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell *Phân loại sản phẩm 1(FB2) 48 Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell 49 Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell. .. giám sát 38 Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell Hình 3.7 Địa IP PLC Hình 3.8 Địa Analog PLC 39 Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell 3.3 Lập trình xử lý 3.3.1 .Xử lý tín hiệu analog đầu vào... trọng cân 33 Xử lý tín hiệu analog cảm biến loadcell CHƯƠNG 3: DÙNG PLC 1214C DC/DC/DC XỬ LÝ TÍN HIỆU ANALOG SENSOR 3.1 .Xử lý tín hiệu ANALOG PLC Siemene s7-1200 Tín hiệu analog dạng tín hiệu vơ cung