4.3.4 Bảng cấp xung cho động cơ
Từ công th c tính s xung c n cứ ố ầ ấp cho động cơ tính trên góc bước của động
cơ và bước vitme:
𝑎 = 1
𝑃𝐵.360𝜃
𝑠 . 16 =14 .3601.8 . 1 = 800 (4.18)
Ta có công t c tính s xung cứ ố ấp cho động cơ bước theo t ng v trí: ừ ị
x = 𝑎.s
x: s xung cố ần c p ấ
𝑎: số xung để vitme dịch chuyển 1mm s: khoảng cách
Với công thức như trên ta có số xung c p cho mấ ỗi v ị trí được th ểhiện trong bảng sau: Số xung cần cấp Vị trí 1 2 3 1 X: 76000 xung Z: 16000 xung X: 148000 xung Z: 16000 xung X: 220000 xung Z: 16000 xung 2 X: 76000 xung Z: 88000 xung X: 148000 xung Z: 88000 xung X: 220000 xung Z: 88000 xung 3 X: 76000 xung Z: 160000 xung X: 148000 xung Z: 160000 xung X: 220000 xung Z: 160000 xung 4 X: 76000 xung Z: 230000 xung X: 148000 xung Z: 232000 xung X: 220000 xung Z: 232000 xung
Bảng 4. Bảng cấp xung cho động cơ4
Với tr c Y t i v trí nâng hàng v n chuy n xu t nh p kho m i l n di chuyụ ạ ị ậ ể ấ ậ ỗ ầ ển ra vào ta c p 80000 xung. ấ
4.3.5Phần m m mô ph ng Factory IO ề ỏ
Do tình hình d ch b nh di n bi n ph c tị ệ ễ ế ứ ạp, điều kiện đi lại khó khăn, các
quán linh kiện điệ ử, đồn t dùng cơ khí đều đóng cửa nên mô hình c a chúng ủ
em rất khó để thực hiện được. Sau m t th i gian bàn b c và tìm hi u, nhóm em ộ ờ ạ ể đã đưa ra quyết định sử dụng phần mềm Factory IO để mô phỏng hệ thống.
4.3.5.1Giới thiệu
Factory IO là m t ph n m m c a Real Games dùng mô ph ng các h ộ ầ ề ủ để ỏ ệ
thống điều khiển tựđộng hóa trong các nhà máy, xí nghi p, công nghi p. ệ ệ
Với công cụnày, người dùng có thểđẩy m nh kạ ỹnăng lập trình, tăng khả năng trải nghiệm, học tập sát với thực tế nhất mà không cần dùng đến các bộ
phận, chi ti t thế ật đầy tốn kém. Giao di n 3D, h ệ ỗtrợ thêm góc nhìn th ứnhất có thể quan sát toàn b hộ ệ thống m t cách chi tiộ ết.Factory IO được thiết kế trực quan, d dàng ti p c n s d ng trong th i gian ng n. Ph n m m khá nh , không ễ ế ậ ử ụ ờ ắ ầ ề ẹ
yêu c u quá cao v cầ ề ấu hình cài đặt, nên có thể chạy ổn định và mượt mà trên các máy tính ph thông hi n này. ổ ệ
Hình 4.27Giao diện chính của phần mềm
Hình 4.28 Một dây chuy n phân lo i s n ph m, sề ạ ả ẩ ử d ng cụ ảm biến hình ảnh
Đa d ng các hạ ệ thống mô ph ng có s n (Scenes) t ỏ ẵ ừđơn giản đến ph c t p ứ ạ như phân loại s n ph m (chi u cao, màu sả ẩ ề ắc), kho lưu tựđộng, điều khi n mể ức chất lỏng, gia công chi ti t.. ế giúp người dùng áp dụng linh ho t các thuạ ật toán,
Hình 4.29Các hệ thống mô phỏng có sẵn (Scenes)
Ngoài ra, người dùng có th t thi t k m t h ể ự ế ế ộ ệthống c a riêng mình nh sủ ờ ố lượng thiết bị rất phong phú, luôn được hãng cập nhật, bổsung thường xuyên.
Đáp ứng gần như hết các yêu cầu, bài toán trong môi trường công nghiệp.
Mọi thông tin về thiết bị như kích thước, tốc độ, cấu hình, tín hiệu đầu vào, tín hiệu đầu ra, cách điềukhiển,... đều có đầy đủ trên trang web của hàng: https://docs.factoryio.com/manual/parts/index.html
4.3.5.2Điều khiển
Factory IO cho phép người dùng k t n i v i r t nhi u lo i PLC c a các ế ố ớ ấ ề ạ ủ
hãng, các chu n truy n thông, giao ti p khác nhau. Cung c p nhiẩ ề ế ấ ều driver điều khiển cho các thi t bế ị k t n i tế ố ừ bên ngoài ho c giặ ữa các ph n m m khác vầ ề ới nhau.
Kết nối chân đầu tín hiệu vào ra c a các thiủ ết b mô phị ỏng trong Factory IO ch bỉ ằng việc kéo th rả ất đơn giản và tiện lợi.
Hình 4.32Kết nối Factory IO với PLCSIM
Factory IO cho phép người tùy chọn loại PLC k t nế ối, điều chỉnh sốlượng chân vào ra c a PLC ủ
Hình 4.33Cài đặt loại PLC, số chân tín hiệu vào ra
4.3.5.3Ưu nhược điểm của Factory IO
Ưu điểm:
+ Mô ph ng t ng quát, thi t b ỏ ổ ế ị đa dạng, trực quan.
+ Cấu hình IO và Driver đơn giản, đa dạng. K t nế ối được nhi u loề ại chương
trình mô ph ng PLC và PLC th c khác nhau. ỏ ự
+ Mô phỏng được tín hiệu analog, tín hi u digital.. r t gi ng th c t (ví d ệ ấ ố ự ế ụ như dao động của nước, áp suất nước trong đường ng..) ố
+ Dung lượng nhẹ, cài đặt đơn giản. Chạy ổn định với các máy có cấu hình phổ thông hi n nay. ệ
Nhược điểm:
+ Chỉ là ph n m m mô ph ng nên không thầ ề ỏ ểđáp ứng h t nhu c u th c t ế ầ ự ế được.
+ Không th mô phể ỏng đượ ực s quá t i cả ủa hệthống.
4.3.5.4Hướng dẫn kết nối Factory IO với phần mềm mô phỏng PLCSIM
+ Trước hết, c n ph i tầ ả ải Templates (chương trình mẫu) từ trang chủ của phần m m về ềtheo đúng phiên bản PLCSIM c a máy tính. Factory IO h ủ ỗ
trợ phiên b n PLCSIM b n V5 và t V13 tr lên. ả ả ừ ở
https://docs.factoryio.com/tutorials/siemens/setting-up-s7-plcsim-v13/
Hình 4.34 Mã QR Link t– ải chương trình mẫu
Hình 4.35Tải chương trình mẫu trên trang chủ Factory IO
+ Mở file và viết chương trình theo yêu cầu. Chọn Start simulation để khởi
Hình 4.36Khởi động chương trình S7-PLCSIM
+ Chọn PN / IE (1) t i mạ ục type of PG/PC interface và trên PG/PC interface, chọn PLCSIM S7-1200 / S7-1500 (2). Nhấn Start search (3). Khi quá trình quét hoàn t t, ch n thi t b (4) và nh n Load (5). ấ ọ ế ị ấ
+ Trên S7-PLCSIM cần để chương trình mô phỏng ở chếđộ Run.
Hình 4.38Chương trình PLCSIM trên TIA Portal
+ Mở phần m m Factory và chề ọn New để ạo chương t t rình m i ho c chớ ặ ọn
Scenes để chọn những chương trình đã có sẵn.
Hình 4.39Các hệ thống mô phỏng có sẵn (Scenes)
+ Chọn các mô đun phù hợp với yêu cầu của hệ thống. Sau đó chọn F4 trên bàn phím tùy ch n Driver k t n i v i Factory IO. Ch n Siemens S7-để ọ ế ố ớ ọ PLCSIM như hình dưới.
Hình 4.40Chọn Driver kết nối với Factoy IO
+ Mở bảng cấu hình trình điều khiển b ng các nh n vào Configuration. Tằ ấ ại
đây, hãy c ọn đúng loạh i PLC cần mô phỏng. Có thể tùy chỉnh sốlượng chân vào ra ở m c I/O Points. Có tích vào Auto connect n u mu n t ụ ế ố ự động kết nối khi m ởphần mềm.
+ Nhấn Esc để trở về cửa sổđiều khiển. Bây giờ, bấm vào CONNECT để
kết n i v i PLCSIM. K t nố ớ ế ối thành công được bi u th b ng biể ị ằ ểu tượng màu l c bên cụ ạnh trình điều khiển như hình dưới.
Hình 4.42 Kết n i tín hi u vào ra ố ệ
+ Tại đây, hãy kéo các tín hiệu vào ra của các modun vào đúng các chân
PLC theo yêu cầu bài toán đặt ra.
+ Chuyển sang ch Run và tế độ ận hưởng
Hình 4.44Run chương trình
4.3.6Phần m m Tia Portal ề
4.3.6.1SIMATIC STEP 7
Ngôn ng l p trình ữ ậ
-Simatic Step 7 trên Tia Portal hỗ trợ 3 lo i ngôn ng l p trình là: LAD, ạ ữ ậ
FBD và SCL.
+ Ladder Diagram (viết t t là LAD):ắ đây là ngôn ngữphổbiến nh t hiấ ện
nay, đặc biệt ở Mỹ. Nó dựa trên sựtrình bày đồ họa của Relay Ladder
Logic. Đa số các PLC hiện nay dù tuân thủ hay không tuân thủ theo tiêu chuẩn IEC61131-3 đều s có h ẽ ỗtrợ ngôn ng ladder này. ữ
Hình 4.45 Ngôn ng LAD ữ
+ Function Block Diagram (viết t t là FBD):ắ diễ ả ế ố ủn t k t n i c a các chức
họa được kết nối với nhau. Nó trông giống như trong sơ đồ ạch điệ m n tử mà chúng ta thường thấy.
Hình 4.46 Ngôn ng ữFBD
+ Structured Text (Siemens vi t t t ngôn ng ế ắ ữ này là SCL): đây là một ngôn ngữ cấp cao r t mấ ạnh mẽ dùng cho PLC, có nguồn g c tố ừPascal và “C”.
Nó có thểđược s dử ụng đểđịnh nghĩa các khối chức năng phứ ạc t p, có thểđược s d ng l ng ghép trong các ngôn ng khác. Vì là ngôn ng cử ụ ồ ữ ữ ấp cao nên SCL r t tr c quan và d ấ ự ễhiểu.
Hình 4.47 Ngôn ng SCL ữ
Chương trình điều khi n ể chủ ếu đượ y c viết trên LAD do khá phổ ế bi n và d ễ
hiểu. Ngoài ra, vì m t s bài toán khá phộ ố ức t p, n u vi t theo LAD s r t dài ạ ế ế ẽ ấ
dòng và thủ công, mất th i gian, không tờ ối ưu. Nên những bài toán đó được viết trên ngôn ng SCL giúp bài toáữ n được gi i quyả ết nhanh gọn và hiệu qu . ả
Ví d vụ ới 1 chương trình con dưới dây, ch c n nh p tỉ ầ ậ ọa độ c a các tr c. Vủ ụ ới ngôn ng ữ SCL chương trình tự tính toán tọa độ c a các ô hàng. Còn n u s dủ ế ử ụng ngôn ngữ LAD sẽ phả ựi t tính toán và nh p b ng tay tậ ằ ọa độ các ô hàng, rất mất thời gian và không hiệu qu . ả
Hình 4.48Ứng d ng ngôn ng ụ ữ SCL vào chương trình
Cấu trúc lập trình
Organization blocks (OB ):là giao diện giữa hoạt động hệ thống và chương trình người dùng. Chúng được gọi ra bởi hệ thống hoạt động và điều khiển theo quá trình.
Hình 4.50 Các khối chương trình OB, FB, FC, DB
Funtions (FC): là các khối mã không cần bộ ớ. Dữ ệu của các biếnh li n tạm thời bị mất sau khi FC được xử lý. Các khối dữ ệu toàn cầu có thể li được sử dụng để lưu trữ dữ ệu FC.li
Function block (FB): đối với mỗi lần gọi, FB cần một khu vực nhớ. Khi một FB được gọi, một Data Block (DB) được gán với instance DB. Dữ liệu trong Instance DB sau đó truy cập vào các biến của FB. Các khu vực bộ ớ khác nhau đã được gán cho một FB nếu nó được gọi ra nhiều lầnh n.
Data block (DB): DB thường để cung cấp bộ nhớ cho các biến dữ liệu. Có hai loại của khối dữ liệu DB: Global DBs nơi mà tất cả các OB, FB và FC có thể đọc được dữ ệu lưu trữ, hoặc có thể tự mình ghi dữ ệu vào DB, li li và instance DB được gán cho một FB nhất định.
Việc sử dụng tối ưu các khối chương trình trên sẽ giúp cho chương trình điều khiển ngắn ngọn, tối ưu và giúp tăng tốc chương trình nhanh hơn, giúp giảm thời gian trên mỗi vòng lặp.
Thiết lập thông s PTO ố – Băng xung điều khiển động cơ Step
Hình 4.51 Thi t l p ch ế ậ ế động băng xung Trong đó:
+ Pulse generator: Ch n b phát xung ọ ộ
+ Signal type: Chọn phương pháp băng xung
+ Pulse output: Chọn chân đầu ra băng xung
+ Direction output: Chọn chân đầu ra băng xung hướng
Hình 4.52 Thi t lế ập thông s vít me ố
Trong đó:
+ Pulses per motor revolution: S xung trên vòng quay ố
+ Load movement per motor revolution: Khoảng cách của 1 bước ren
Hình 4.53 Thiết lập c m bi n hành trình 2 ả ế đầu tr c ụ
Trong đó:
+ Enable HWlimit switcher: Cho phép gi i h n phớ ạ ần cứng + Enable SWlimit switcher: Cho phép gi i h n phớ ạ ần mềm
Hình 4.54 Thiết lập tốc độ Max
Hình 4.55 Thiết lập Homing
Trong ó: đ
+ Input homing switch: Chọn đầu vào c m bi n home ả ế
+ Approach velocity: tốc độ ề v home l n 1 ầ
4.3.6.2WinCC
Giao di n ệ SCADA c a h ủ ệthống được thi t k trên ph n mế ế ầ ềm WinCC. Đây
là một chương trình được tích h p trong ph n m m TIA PORTAL. V i viợ ầ ề ớ ệc
được tích h p này, nên viợ ệc s dử ụng ph n mầ ềm tr lên rở ất đơn giản và tiện dụng. Công vi c ch là kéo các khệ ỉ ối đối tượng ra và gán các Bit theo yêu cầu của đề tài.
CHƯƠNG 5KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ
5.1 Kết qu ả đạt được
Sau quá trình nghiên cứu và hoàn thành đềtài, nhóm đã thiết k và mô ế
ph ngỏ “Mô hình lưu kho tựđộng ứng d ng PLC S7-ụ 1200”; đã đạt được những mục tiêu lúc đầu đề ra:
Ứng dụng các phần mềm AutoCAD, SolidWorks, Inventor thiết kế các
kết cấu cơ khí trong mô hình, xuất bản vẽ theo tiêu chuẩn để có thể sẵn sàng gia công chế tạo.
Sử dụng phần mềm AutoCAD Electrical vẽ thiết kế đi dây cho mạch điện điều khiển một cách hợp lí nhất.
Sử dụng phần mềm TIA Portal để lập trình điều khiển hệ thống cũng như mô phỏ ều khiển giám sát Scada trên giao diện màn hình.ng đi
Hiểu được cấu tạo, các ngõ vào ra, nguyên lý hoạt động cũng như các module, các thiết bị ần cứng liên quan đến PLC S7-1200.ph
Biết được các loại động cơ bước, nguyên lý hoạt động của động cơ bước, cách sử dụng động cơ bước, cách đấu dây cũng như cách điều khiển động cơ bước.
Biết sử dụ Driver TB6 0 điều khiển động cơ bước, đặc biệt là cấng 60 u tạo, nguyên lý hoạt động, thiết lập các thông số, cách đấu dây giữa Driver với PLC và động cơ bước.
Mô phỏng hệ thống sát nhất với thực tế thông qua phần mềm Factory IO.
Mô hình mô ph ng 3D ho t ỏ ạ động ổn định và chính xác, đúng yêu cầu công nghệđã đềra. Đây là nguồn tài liệu cho sinh viên nghiên cứu, cho các kỹ sư điện tham khảo để thi t kế ế ệ h thống lưu kho tiết kiệm chi phí.
5.2Đánh giá
- Mô hình mô phỏng sau khi hoàn tất đã hoạt động đúng thiết kế. Toàn bộ hệ thống hoạt động ổn định sau nhiều lần chỉnh sửa, bổ sung các vấn đề về mạch điện chương trình điều khiển và mô phỏng 3D.
- Toàn bộ quá trình từ khâu lên bản vẽ, tính toán cho đến khi hoàn thiện mô hình mô phỏng 3D sát với thực tế ất nhóm đã mất khoảng 1,5 tháng và nh
kinh phí chế tạo dự ến dưới 4 triệu đồng cho toàn bộ trang thiết bị. Nhìn ki chung nhóm chúng em hoàn toàn hài lòng với mô hình mô phỏng tạo ra.
- Trong suốt quá trình thực hiện đề tài mỗi thành viên trong nhóm đã tích lũy thêm cho mình những kiến thức mới như:
+ Biết s d ng mử ụ ột cách thu n thầ ục phần mềm thi t k AutoCAD, ế ế
Solidworks, ph n m m l p trình và thi t k giao di n TIA Portal, phầ ề ậ ế ế ệ ần mềm mô ph ng Factory IO ỏ …
+ Rèn luyện thêm các kĩ năng thiết kế và xu t b n v có th s n sàng gia ấ ả ẽ để ể ẵ
công ch t o. ế ạ
+ Hiểu sâu hơn, kĩ hơn về các thành phần của một hệ thống cơ điện tửcơ bản. Ngoài ra c ả nhóm đã rèn luyện thêm được kĩ năng làm việc nhóm v i nhau. ớ Đây là một kĩ năng vô cùng quan trọng cho chúng em trong th i gian s p tờ ắ ới.
5.3 Hạn ch ế và phương pháp giải quyết
Hạn chế: Do điều kiện thực tế không cho phép nhóm chưa xây dựng dược mô hình thực tế mà chỉ dừng lạ ở ệc mô phỏng các cơ cấu cơ khí, các i vi