Hình 4.22 Lưu ồ khởi ộng hệ thống
Hình 4.23 Lưu ồ Reset hệ thống
Hình 4.24 Lưu ồ nhập hàng
Hình 4.25 Lưu ồ xuất hàng 4.3.4Bảng cấp xung cho ộng cơ
Từ công thức tính số xung cần cấp cho ộng cơ tính trên góc bước của ộng cơ và bước vitme:
𝑎 = 1 360 1 360 (4.18)
. . 16 =. . 1 = 800
𝑃𝐵 𝜃𝑠 4 1.8
Ta có công tức tính số xung cấp cho ộng cơ bước theo từng vị trí: x = 𝑎.s x: số xung
cần cấp
𝑎: số xung ể vitme dịch chuyển 1mm s: khoảng cách
Hình 4.26 Hệ tọa ộ và các vị trí kho
Với công thức như trên ta có số xung cấp cho mỗi vị trí ược thể hiện 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 4.4 Bảng cấp xung cho ộng cơ
Với trục Y tại vị trí nâng hàng vận chuyển xuất nhập kho mỗi lần di chuyển ra vào ta cấp 80000 xung.
4.3.5Phần mềm mô phỏng Factory IO
Do tình hình dịch bệnh diễn biến phức tạp, iều kiện i lại khó khăn, các quán linh kiện iện tử, ồ dùng cơ khí ều óng cửa nên mô hình của chúng em rất khó ể thực hiện ược. Sau một thời gian bàn bạc và tìm hiểu, nhóm em ã ưa ra quyết ịnh sử dụng phần mềm Factory IO ể mô phỏng hệ thống.
4.3.5.1 Giới thiệu
Factory IO là một phần mềm của Real Games dùng ể mô phỏng các hệ thống iều khiển tự ộng hóa trong các nhà máy, xí nghiệp, công nghiệp.
Với công cụ này, người dùng có thể ẩy mạnh kỹ năng lập trình, tăng khả năng trải nghiệm, học tập sát với thực tế nhất mà không cần dùng ến các bộ phận, chi tiết thật ầy tốn kém. Giao diện 3D, hỗ trợ thêm góc nhìn thứ nhất có thể quan sát toàn bộ hệ thống một cách chi tiết. Factory IO ược thiết kế trực quan, dễ dàng tiếp cận sử dụng trong thời gian ngắn. Phần mềm khá nhẹ, không yêu cầu quá cao về cấu hình cài ặt, nên có thể chạy ổn ịnh và mượt mà trên các máy tính phổ thông hiện này.
Hình 4.27 Giao diện chính của phần mềm
Hình 4.28 Một dây chuyền phân loại sản phẩm, sử dụng cảm biến hình ảnh
Đa dạng các hệ thống mô phỏng có sẵn (Scenes) từ ơn giản ến phức tạp như phân loại sản phẩm (chiều cao, màu sắc), kho lưu tự ộng, iều khiển mức chất lỏng, gia công chi tiết.. giúp người dùng áp dụng linh hoạt các thuật toán, chương trình iều khiển.
Hình 4.29 Các hệ thống mô phỏng có sẵn (Scenes)
Hình 4.30 Một số thiết bị có trong phần mềm
Ngoài ra, người dùng có thể tự thiết kế một hệ thống của riêng mình nhờ số lượng thiết bị rất phong phú, luôn ược hãng cập nhật, bổ sung 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 ộ, cấu hình, tín hiệu ầu vào, tín hiệu ầu ra, cách iều khiển,... ều có ầy ủ trên trang web của hàng:
https://docs.factoryio.com/manual/parts/index.html
4.3.5.2 Điều khiển
Factory IO cho phép người dùng kết nối với rất nhiều loại PLC của các hãng, các chuẩn truyền thông, giao tiếp khác nhau. Cung cấp nhiều driver iều khiển cho các thiết bị kết nối từ bên ngoài hoặc giữa các phần mềm khác với nhau.
Hình 4.31 Danh sách các Driver mà Factory IO hỗ trợ
Kết nối chân ầu tín hiệu vào ra của các thiết bị mô phỏng trong Factory IO chỉ bằng việc kéo thả rất ơn giản và tiện lợi.
Hình 4.32 Kết nối Factory IO với PLCSIM
Factory IO cho phép người tùy chọn loại PLC kết nối, iều chỉnh số lượng chân vào ra của PLC
Hình 4.33 Cài ặt loại PLC, số chân tín hiệu vào ra
4.3.5.3 Ưu nhược iểm của Factory IO ✓
Ưu iểm:
+ Mô phỏng tổng quát, thiết bị a dạng, trực quan.
+ Cấu hình IO và Driver ơn giản, a dạng. Kết nối ược nhiều loại chương trình mô phỏng PLC và PLC thực khác nhau.
+ Mô phỏng ược tín hiệu analog, tín hiệu digital.. rất giống thực tế (ví dụ như dao ộng của nước, áp suất nước trong ường ống..)
Dung lượng nhẹ, cài ặt ơn giản. Chạy ổn ịnh với các máy có cấu hình phổ thông hiện nay.
✓ Nhược iểm:
+ Chỉ là phần mềm mô phỏng nên không thể áp ứng hết nhu cầu thực tế ược. + Không thể mô phỏng ược sự quá tải của hệ thống.
4.3.5.4 Hướng dẫn kết nối Factory IO với phần mềm mô phỏng PLCSIM + Trước hết, cần phải tải Templates (chương trình mẫu) từ trang chủ của phần
mềm về theo úng phiên bản PLCSIM của máy tính. Factory IO hỗ trợ phiên bản PLCSIM bản V5 và từ V13 trở lên.
https://docs.factoryio.com/tutorials/siemens/setting-up-s7-plcsim-v13/
Hình 4.34 Mã QR – Link tải chương trình mẫu
Hình 4.35 Tải chương trình mẫu trên trang chủ Factory IO
+ Mở file và viết chương trình theo yêu cầu. Chọn Start simulation ể khởi ộng chương trình mô phỏng PLCSIM trên TIA Portal.
Hình 4.36 Khởi ộng chương trình S7-PLCSIM
+ Chọn PN / IE (1) tại mục 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 tất, chọn thiết bị (4) và nhấn Load (5).
Hình 4.37 Kết nối chương trình với PLCSIM
Trên S7-PLCSIM cần ể chương trình mô phỏng ở chế ộ Run.
Hình 4.38 Chương trình PLCSIM trên TIA Portal
+ Mở phần mềm Factory và chọn New ể tạo chương trình mới hoặc chọn Scenes ể chọn những chương trình ã có sẵn.
Hình 4.39 Các hệ thống mô phỏng có sẵn (Scenes)
+ Chọn các mô un phù hợp với yêu cầu của hệ thống. Sau ó chọn F4 trên bàn phím ể tùy chọn Driver kết nối với Factory IO. Chọn Siemens S7PLCSIM như hình dưới.
Hình 4.40 Chọn Driver kết nối với Factoy IO
+ Mở bảng cấu hình trình iều khiển bằng các nhấn vào Configuration. Tại ây, hãy chọn úng loại PLC cần mô phỏng. Có thể tùy chỉnh số lượng chân vào ra ở mục I/O Points. Có tích vào Auto connect nếu muốn tự ộng kết nối khi mở phần mềm.
Hình 4.41 Tùy chọn thông số cấu hình PLC
Nhấn Esc ể trở về cửa sổ iều khiển. Bây giờ, bấm vào CONNECT ể kết nối với PLCSIM. Kết nối thành công ược biểu thị bằng biểu tượng màu lục bên cạnh trình iều khiển như hình dưới.
Hình 4.42 Kết nối tín hiệu vào ra
+ Tại ây, hãy kéo các tín hiệu vào ra của các modun vào úng các chân PLC theo yêu cầu bài toán ặt ra.
Hình 4.43 Kết nối tín hiệu vào ra
+ Chuyển sang chế ộ Run và tận hưởng
Hình 4.44 Run chương trình
4.3.6Phần mềm Tia Portal
4.3.6.1 SIMATIC STEP 7
Ngôn ngữ lập trình
- Simatic Step 7 trên Tia Portal hỗ trợ 3 loại ngôn ngữ lập trình là: LAD, FBD và SCL.
+ Ladder Diagram (viết tắt là LAD): ây là ngôn ngữ phổ biến nhất hiện nay, ặc biệt ở Mỹ. Nó dựa trên sự trình bày ồ họa của Relay Ladder Logic. Đa số các PLC hiện nay dù tuân thủ hay không tuân thủ theo tiêu chuẩn IEC61131-3 ều sẽ có hỗ trợ ngôn ngữ ladder này.
Hình 4.45 Ngôn ngữ LAD
+ Function Block Diagram (viết tắt là FBD): diễn tả kết nối của các chức năng, khối chức năng và chương trình dưới dạng một tập hợp các khối ồ
họa ược kết nối với nhau. Nó trông giống như trong sơ ồ mạch iện tử mà chúng ta thường thấy.
Hình 4.46 Ngôn ngữ FBD
+ Structured Text (Siemens viết tắt ngôn ngữ này là SCL): ây là một ngôn ngữ cấp cao rất mạnh mẽ dùng cho PLC, có nguồn gốc từ Pascal và “C”. Nó có thể ược sử dụng ể ịnh nghĩa các khối chức năng phức tạp, có thể ược sử dụng lồng ghép trong các ngôn ngữ khác. Vì là ngôn ngữ cấp cao nên SCL rất trực quan và dễ hiểu.
Hình 4.47 Ngôn ngữ SCL
Chương trình iều khiển chủ yếu ược viết trên LAD do khá phổ biến và dễ hiểu. Ngoài ra, vì một số bài toán khá phức tạp, nếu viết theo LAD sẽ rất dài dòng và thủ công, mất thời gian, không tối ưu. Nên những bài toán ó ược viết trên ngôn ngữ SCL giúp bài toán ược giải quyết nhanh gọn và hiệu quả.
Ví dụ với 1 chương trình con dưới dây, chỉ cần nhập tọa ộ của các trục. Với ngôn ngữ SCL chương trình tự tính toán tọa ộ của các ô hàng. Còn nếu sử dụng ngôn ngữ LAD sẽ phải tự tính toán và nhập bằng tay tọa ộ các ô hàng, rất mất thời gian và không hiệu quả.
Hình 4.48 Ứng dụng ngôn ngữ SCL vào chương trình
Cấu trúc lập trình
Hình 4.49 Cấu trúc chương trình
✓ Organization blocks (OB): là giao diện giữa hoạt ộng hệ thống và chương trình người dùng. Chúng ược gọi ra bởi hệ thống hoạt ộng và iều khiển theo quá trình.
Hình 4.50 Các khối chương trình OB, FB, FC, DB
✓ Funtions (FC): là các khối mã không cần bộ nhớ. Dữ liệu của các biến tạm thời bị mất sau khi FC ược xử lý. Các khối dữ liệu toàn cầu có thể ược sử dụng ể lưu trữ dữ liệu FC.
✓ Function block (FB): ối với mỗi lần gọi, FB cần một khu vực nhớ. Khi một FB ược gọi, một Data Block (DB) ược gán với instance DB. Dữ liệu trong Instance DB sau ó truy cập vào các biến của FB. Các khu vực bộ nhớ khác nhau ã ược gán cho một FB nếu nó ược gọi ra nhiều lần.
✓ Data block (DB): DB thường ể 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 ọc ược dữ liệu lưu trữ, hoặc có thể tự mình ghi dữ liệu vào DB, và instance DB ược gán cho một FB nhất ịnh.
Việc sử dụng tối ưu các khối chương trình trên sẽ giúp cho chương trình iều khiển ngắn ngọn, tối ưu và giúp tăng tốc chương trình nhanh hơn, giúp giảm thời gian trên mỗi vòng lặp.
Thiết lập thông số PTO – Băng xung iều khiển ộng cơ Step
Hình 4.51 Thiết lập chế ộng băng xung Trong
ó:
+ Pulse generator: Chọn bộ phát xung
+ Signal type: Chọn phương pháp băng xung
+ Pulse output: Chọn chân ầu ra băng xung
+ Direction output: Chọn chân ầu ra băng xung hướng
Hình 4.52 Thiết lập thông số vít me
Trong ó:
+ Pulses per motor revolution: Số xung trên vòng quay
+ Load movement per motor revolution: Khoảng cách của 1 bước ren
Hình 4.53 Thiết lập cảm biến hành trình 2 ầu trục
Trong ó:
+ Enable HWlimit switcher: Cho phép giới hạn phần cứng + Enable SWlimit switcher: Cho phép giới hạn phần mềm
Hình 4.54 Thiết lập tốc ộ Max
Hình 4.55 Thiết lập Homing Trong
ó:
+ Input homing switch: Chọn ầu vào cảm biến home + Approach velocity: tốc ộ về home lần 1
+ Homing velocity: tốc ộ về home lần 2
4.3.6.2 WinCC
Giao diện SCADA của hệ thống ược thiết kế trên phần mềm WinCC. Đây là một chương trình ược tích hợp trong phần mềm TIA PORTAL. Với việc ược tích hợp này, nên việc sử dụng phần mềm trở lên rất ơn giản và tiện dụng. Công việc chỉ là kéo các khối ối tượng ra và gán các Bit theo yêu cầu của ề tài.
Hình 4.56 Giao diện phần mềm WinCC
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ
5.1Kết quả ạt ược
Sau quá trình nghiên cứu và hoàn thành ề tài, nhóm ã thiết kế và mô phỏng “Mô hình lưu kho tự ộng ứng dụng PLC S7-1200”; ã ạt ược những mục tiêu lúc ầu ề 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 ể có thể sẵn sàng gia công chế tạo.
➢ Sử dụng phần mềm AutoCAD Electrical vẽ thiết kế i dây cho mạch iện iều khiển một cách hợp lí nhất.
➢ Sử dụng phần mềm TIA Portal ể lập trình iều khiển hệ thống cũng như mô phỏng iều khiển giám sát Scada trên giao diện màn hình.
➢ Hiểu ược cấu tạo, các ngõ vào ra, nguyên lý hoạt ộng cũng như các module, các thiết bị phần cứng liên quan ến PLC S7-1200.
➢ Biết ược các loại ộng cơ bước, nguyên lý hoạt ộng của ộng cơ bước, cách sử dụng ộng cơ bước, cách ấu dây cũng như cách iều khiển ộng cơ bước.
➢ Biết sử dụng Driver TB6600 iều khiển ộng cơ bước, ặc biệt là cấu tạo, nguyên lý hoạt ộng, thiết lập các thông số, cách ấu dây giữa Driver với PLC và ộng cơ bước.
➢ Mô phỏng hệ thống sát nhất với thực tế thông qua phần mềm Factory IO. Mô hình mô phỏng 3D hoạt ộng ổn ịnh và chính xác, úng yêu cầu công nghệ ã ề ra. Đây là nguồn tài liệu cho sinh viên nghiên cứu, cho các kỹ sư iện tham khảo ể thiết kế hệ thống lưu kho tiết kiệm chi phí.
5.2Đánh giá
- Mô hình mô phỏng sau khi hoàn tất ã hoạt ộng úng thiết kế. Toàn bộ hệ thống hoạt ộng ổn ịnh sau nhiều lần chỉnh sửa, bổ sung các vấn ề về mạch iện chương trình iều khiển và mô phỏng 3D.
- Toàn bộ quá trình từ khâu lên bản vẽ, tính toán cho ến khi hoàn thiện mô hình mô phỏng 3D sát với thực tế nhất nhóm ã mất khoảng 1,5 tháng và kinh phí chế tạo dự kiến dưới 4 triệu ồng cho toàn bộ trang thiết bị. Nhìn chung nhóm chúng em hoàn toàn hài lòng với mô hình mô phỏng tạo ra. - Trong suốt quá trình thực hiện ề tài mỗi thành viên trong nhóm ã tích lũy
thêm cho mình những kiến thức mới như:
+ Biết sử dụng một cách thuần thục phần mềm thiết kế AutoCAD, Solidworks, phần mềm lập trình và thiết kế giao diện TIA Portal, phần mềm mô phỏng Factory IO…
+ Rèn luyện thêm các kĩ năng thiết kế và xuất bản vẽ ể có thể sẵn sàng gia công chế tạo.
+ Hiểu sâu hơn, kĩ hơn về các thành phần của một hệ thống cơ iện tử cơ bản. Ngoài ra cả nhóm ã rèn luyện thêm ược kĩ năng làm việc nhóm với nhau. Đây là một kĩ năng vô cùng quan trọng cho chúng em trong thời gian sắp tới.
5.3Hạn chế và phương pháp giải quyết
✓ Hạn chế: Do iều kiện thực tế không cho phép nhóm chưa xây dựng dược
mô hình thực tế mà chỉ dừng lại ở việc mô phỏng các cơ cấu cơ khí, các mạch iện iều khiển, chương trình iều khiển và mô phỏng 3D toàn hệ thống. Việc dừng lại ở mô phỏng toàn bộ hệ thống nên còn nhiều thiếu sót so với thực tế, không thể hiện ược ề tài một cách khách quan, chân thực nhất. ✓ Phương pháp giải quyết: Xây dựng mô hình thực với các kết cấu cơ khí,
mạch iện iều khiển, chương trình iều khiển từ ó thấy ược những vấn ề thực tế cần giải áp ể hoàn thiện ề tài.
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
DANH MỤC SÁCH THAM KHẢO
[1] Tạ Duy Liêm, "Cơ sở máy CNC", NXB Bách Khoa Hà Nội, 2016.
[2] TS. Nguyễn Như Hiền - TS. Nguyễn Mạnh Tùng, "Điều khiển logic và PLC", Hà Nội, NXB Khoa học tự nhiên và công nghệ, 2007.
[3] Khoa Cơ Khí, "Bộ môn cơ iện tử - Lý thuyết iều khiển", Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội.
[4] Trịnh Chất - Lê Văn Uyển, "Tính toán thiết kế hệ dẫn ộng cơ khí tập 1", Hà Nội: NXB Giáo dục, 2006.
[5] Nguyễn Hữu Lộc, "Cơ sở thiết kế máy", Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh.
DANH MỤC WEBSITE THAM KHẢO