Thiết kế hệ thống cân tự động trong quá trình đóng gói sản phẩm

MODBUS

Đặc biệt trong các hệ thống thu thập dữ liệu và điều khiển giám sát (SCADA), Modbus thường được sử dụng trên các đường truyền RS-232 ghép nối giữa các thiết bị dữ liệu đầu cuối (PLC, PC, RTU) với thiết bị truyền dữ liệu (Modem). Các trạm Modbus giao tiếp với nhau qua cơ chế chủ/tớ (Master/Slave), trong đó chỉ một thiết bị chủ có thể chủ động gửi yêu cầu, còn các thiết bị tớ sẽ đáp ứng bằng dữ liệu trả lại hoặc thực hiện một hành động nhất định theo như yêu cầu. Khi các thiết bị trong một mạng Modbus chuẩn giao tiếp với chế độ ASCII (American Standard Code for Information Interchange), mỗi byte trong thông báo được gửi thành hai ký tự ASCII 7 bit, trong đó mỗi ký tự biểu diễn một chữ số hex.

CAN phân biệt hai trạng thái lôgic của tín hiệu là mức trội (dominant) và mức lặn (recessive), tuy nhiên không quy định giá trị bit nào ứng với mức tín hiệu nào, Trong trường hợp cả bít trội và bít lặn được phát đồng thời thì bit trội sẽ lấn át tín hiệu trên bus có mức trội.

Vi điều khiển xử lý tín hiệu số 16 bit DSPIC 30F6010

Module UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter), thường được tích hợp trên các vi xử lý hoặc máy tính cũng như dsPIC nói riêng, là một khối phần cứng với chức năng chuyển đổi giữa dạng tín hiệu nối tiếp và tín hiệu song song. Để thực hiện được điều này, nút đích gửi một bản tin xa với một bộ nhận dạng xác định dữ liệu yêu cầu, nút nguồn dữ liệu phù hợp sau đó sẽ gửi một khung dữ liệu đáp ứng với yêu cầu từ xa này. Module Timer1 là một bộ định thời 16-bit có thể được sử dụng như bộ đếm (counter) thời gian cho đồng hồ thời gian thực hoặc như một bộ định thời/bộ đếm hoạt động tự do.

Các timer này được sử dụng bởi các module ngoại vi như chụp tín hiệu đầu vào (input capture) hay so sánh đầu ra/bộ điều chế độ rộng xung đơn giản(output compare/simple PWM).

Vi điều khiển PSOC

Các bộ định thời đa chức năng, đếm sự kiện, động hồ thời gian thực, bộ điều chế độ rộng xung có và không có dải an toàn (deadband). Một phần bộ nhớ Flash có thể được giả lập như một bộ nhớ EEPROM, cho phép lưu các thông số trong lúc chạy chương trình. Kiến trúc của PsoC được chỉ ra trong hình 12, bao gồm 4 thành phần chính: nhân PsoC (PSoC core), hệ thống số, hệ thống tương tự, và các tài nguyên hệ thống.

Bus toàn cục có thể cấu hình được cho phép tất cả tài nguyên của thiết bị kết hợp thành một hệ thống hoàn chỉnh cho người sử dụng. Các khối PSoC số có thể được kết nối với mọi GPIO thông qua một loạt bus toàn cục đảm bảo cho mọi tín hiệu đến được với tất cả các chân. • Đầu ra đếm kết thúc có thể được sử dụng như là đầu vào xung nhịp cho các khối chức năng số và tương tự khác.

Sau khi được khởi động, bộ đếm hoạt động liên tục và sẽ tải giá trị bên trong của nó từ thanh ghi chu kỳ sau khi đạt đến giá trị đếm kết thúc. Trong mỗi chu kỳ xung nhịp, bộ đếm sẽ so sánh giá trị đếm hiện thời với giá trị được lưu trữ trong thanh ghi so sánh. Điều kiện so sánh là “nhỏ hơn” hay “nhỏ hơn hoặc bằng” liên tục được kiểm tra trong mỗi chu kỳ xung nhịp.

Module người sử dụng UART là một bộ truyền nhận nối tiếp không đồng bộ hỗ trợ chuẩn kép RS-232, định dạng truyền thông nối tiếp qua hai dây. Phần mềm nhúng với giao diện chương trình ứng dụng (API) thông thường được cung cấp để khởi tạo, cấu hình và điều khiển UART.

Thiết bị cân

Thêm vào đó, một API mức cao cũng được cung cấp để hỗ trợ việc nhận các lệnh cơ sở và in các chuỗi ký tự. Module UART được xây dựng bởi hai module TX và RX cùng với một số thư viện hỗ trợ cho việc truyền thông. Mettler Toledo IND130 là một thiết bị cân điện tử thông minh được cung cấp bởi Metter Toledo, một công ty lớn với nhiều năm kinh nghiệm với các sản phẩm trong lĩnh vực đo lường, khá quen thuộc với thị trường Việt Nam.

Lắp đặt nhanh chóng và vận hành đơn giản, khả năng kết nối trực tiếp với PLC cũng như PC, cung cấp tín hiệu ổn định, Mettler Toledo IND130 được lựa chọn sử dụng rất rộng rãi trong các dây chuyền công nghiệp cũng như những ứng dụng đòi hỏi sự chính xác, tin cậy cao và khả năng hoạt động liên tục. Không chỉ là một chiếc cân điện tử với độ chính xác cao, Mettler Toledo IND130 được sản xuất với mục đích điều khiển một hệ thống cân đóng bao trong công nghiệp. Nó có các cổng giao tiếp với PC/PLC cùng với một số đường vào ra để điều khiển các quá trình hệ thống.

Các cổng này được nối với các van khí nén trong hệ thống, cung cấp tín hiệu điều khiển đóng mở van. Việc lựa chọn giữa hai chuẩn này được thực hiện bằng cách thay đổi vị trí chốt (jumper) trên thiết bị. Đầu vào này có thể được sử dụng để cung cấp các lệnh đơn giản từ thiết bị khác hoặc nếu được lập trình trong chế độ MODBUS RTU, có thể nhận dữ liệu từ bên ngoài.

Đầu ra có thể được cấu hình để trao đổi thông tin với máy in hoặc máy tính, hoặc cấu hình thành đầu ra liên tục đến màn hình điều khiển hoặc như một giao diện MODBUS RTU cao cấp hơn. 0 Nguyên liệu 1 đang trong quá trình tinh .1 Nguyên liệu 1 đang trong quá trình thô .4 Nguyên liệu 2 đang trong quá trình tinh .5 Nguyên liệu 2 đang trong quá trình thô .8 Nguyên liệu 3 đang trong quá trình tinh .9 Nguyên liệu 3 đang trong quá trình thô .12 Nguyên liệu 4 đang trong quá trình tinh .13 Nguyên liệu 4 đang trong quá trình thô.

Cấu trúc hệ thống .1 Sơ đồ khối hệ thống

Khối giao tiếp người máy (HMI) là một phần không thể thiếu trong các hệ thống tự động hóa với chức năng chính là cầu nối giữa hệ thống và người điều khiển. Thực chất, HMI là một bản mạch với thành phần chính là một màn hình LCD với nhiệm vụ hiển thị thông tin về hệ thống, và một bàn phím để người sử dụng bật/tắt hệ thống, nhập dữ liệu, cũng như lựa chọn các chế độ hoạt động cho hệ thống. HMI được thiết kế với một thiết bị PSoC riêng với mục đích điều khiển màn hình, bàn phím và giao tiếp với các khối khác qua module UART của mình.

‘giác quan’ để giao tiếp với con người thì khối điều khiển có thể được xem là bộ não, nơi điều khiển toàn bộ hành vi của hệ thống. Tại đây, tín hiệu từ HMI cũng như khối cân gửi về qua module UART được xử lý, đồng thời các tín hiệu điều khiển cũng được phát đi theo đúng lưu đồ thuật toán đã phân tích ở trên. Đây là một thiết bị được cung cấp bởi MicroChip với đầy đủ thanh ghi, bộ đệm, đồng hồ xung nhịp, khối điều khiển logic.

Đây là thiết bị cân có sẵn trên thị trường, được chế tạo nhằm phục vụ cho các bài toán cân mẻ nói chung và cân đóng bao nói riêng. Thiết bị này có một cổng nối tiếp theo chuẩn RS-232/RS485 được sử dụng để truyền dữ liệu cân về khối điều khiển. Hơn nữa, Modbus được hỗ trợ bởi đường truyền nối tiếp RS-232 hoặc RS-485 được tích hợp trong cả vi điều khiển dsPIC, PSoC, cũng như trong khối cân Mettler Toledo IND130.

Giao thức CAN tỏ ra vượt trội trong việc kết nối hệ thống cân đóng bao với các hệ thống khác cũng như với máy chủ điều khiển toàn bộ các quá trình trong cả nhà máy. Với cơ chế giao tiếp theo phương pháp định địa chỉ và giao tiếp hướng đối tượng của mình, CAN mang lại hiệu quả cao khi đặt trong truyền thông với phạm vi toàn cục.

Triển khai ứng dụng hệ thống tại nhà máy Phân lân Ninh Bình Một số hình ảnh của các thiết bị đã chế tạo được trong hệ thống

Bộ điều khiển liên tục nhận dữ liệu cân từ thiết bị đọc đầu cân IND130 gửi về. Thuật toán điều khiển chỉ phải chỉnh sửa khi hệ thống chuyển trạng thái từ xả thô sang xả tinh. Khi đó, bộ điều khiển ra lệnh đóng van cho đến khi gặp tín hiệu báo pittong đã chạy đến điểm đặt thì ngắt tín hiệu đóng van.