Như ã phân tích ở chương 3 thì nhóm ã bàn bạc, tham khảo từ các mô hình lưu kho thực tế, xin ý kiến từ thầy giáo hướng dẫn và quyết ịnh lựa chọn các thành phần cho hệ thống lưu kho tự ộng như sau:
+ Hệ thống iều khiển: bộ iều khiển trung tâm PLC S7-1200.
+ Phần mềm iều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA): WinCC của hãng Siemens.
+ Các cơ cấu chấp hành: DC Step 17PM - K142U cho 3 trục X, Y, Z của cánh tay Robot.
+ Các Module: Driver TB-6600 iều khiển ộng cơ bước.
+ Cảm biến: cảm biến quang - phản xạ gương, công tắc hành trình. + Cơ cấu dẫn ộng: Vitme ai ốc thường.
+ Nguồn cấp iện cho hệ thống: Nguồn tổ ong 24V - 10A. 4.2.3.1 Bộ iều khiển trung tâm PLC S7-1200
Giới thiệu
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng ể thay thế dần cho S7- 200. So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:
- S7-1200 là một dòng của bộ iều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự ộng hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200.
- S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp ược tích hợp sẵn, các ầu vào/ra (DI/DO).
- Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình iều khiển:
+ Tất cả các CPU ều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC. + Tính năng “know-how protection” ể bảo vệ các block ặc biệt của mình. - S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP. Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thong mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232.
- Phần mềm dùng ể lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic. Step7 Basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL. Phần mềm này ược tích hợp trong TIA Portal 11 của Siemens.
- Vậy ể làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này ã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện.
Thông số kĩ thuật
Chức năng CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C
Kích thước vật lý 90x100x75 90x100x75 110x100x75 Bộ nhớ người dùng: ✓ Bộ nhớ làm việc 25 kB 25 kB 50 kB ✓ Bộ nhớ nạp 1 MB 1 MB 2 MB
✓ Bộ nhớ giữ lại 2 kB 2 kB 2 kB I/O tích hợp cục bộ: ✓ Kiểu số 6 ngõ vào/ 4 ra 8 ngõ vào/ 6 ra 14 ngõ vào/ 10 ra ✓ Kiểu tương tự 2 ngõ ra 2 ngõ ra 2 ngõ ra Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (O) 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (O) 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (O) Bộ nhớ bit (M) 4096 byte 4096 byte 8192 byte Độ mở rộng các
Module tín hiệu Không 2 8
Bảng tín hiệu 1 1 1 Module truyền thông 3(mở rộng về bên trái) 3 (mở rộng về bên trái) 3 (mở rộng về bên trái) Bộ ếm tốc ộ cao Đơn pha 3 tại 100 kHz 3 tại 100 kHz 3 tại 100 kHz 1 tại 30 kHz 3 tại 30 kHz
Vuông pha 3 tại 80 kHz 3 tại 80 kHz 3 tại 80 kHz
1 tại 20 kHz 3 tại 20 kHz Các ngõ ra xung 2 2 2 Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn) SIMATIC (tùy chọn) SIMATIC (tùy chọn) Thời gian lưu giữ
ồng hồ thời gian thực Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày (tại 40oC) Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày (tại 40oC) Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày (tại 40oC) PROFINET 1 cổng Ethernet 1 cổng Ethernet 1 cổng Ethernet Tốc ộ thực thi tính toán thực 18 µs/lệnh 18 µs/lệnh 18 µs/lệnh
Tốc ộ thực thi
Boolean 0.1 µs/lệnh 0.1 µs/lệnh 0.1 µs/lệnh Module truyền thông
(CM) RS485, RS232 RS485, RS232 RS485, RS232 Bảng 4.1 Thông số kĩ thuật PLC S7-1200 Hình 4.11 PLC S7-1200 1, Nguồn cấp PS 2, Thẻ nhớ MMC
3, Kết nối với các module mở rộng 4, Đèn Led hiển thị I/O trên board 5, Kết nối Profinet
=> Với yêu cầu iều khiển sử dụng nhiều ngõ vào ra số chúng ta sử dụng PLC S7-1200 CPU 1214C ể có thể áp ứng yêu cầu của ề tài.
Điều khiển ộng cơ bước bằng phương pháp băm xung:
✓ PTO/PWM: Đây ều là những bộ tạo xung, nhưng khác nhau như sau:
- Chế ộ PWM (Pulse Width Modulation):sẽ có tỷ lệ Ton/Tchu kỳ biến thiên. Phương pháp này thường dùng ể iều khiển ộng cơ một chiều, bộ gia nhiệt hay iều khiển biến tần.
- Chế ộ PTO (Pulse train output): tạo ra chuỗi xung vuông với tỷ lệ Ton/Tchu kỳ là không ổi. Phương pháp này thường ược dùng ể phát xung iều khiển cho Driver của ộng cơ Servo hay ộng cơ Step. PTO bổ sung thêm nhiều tính năng hơn so với PWM như:
+ Tốc ộ max (mặc ịnh là 100KHz) + Tốc ộ min (mặc ịnh là 5kHz) + Thời gian tăng tốc (mặc ịnh 1s) + Thời gian giảm tốc (mặc ịnh 1s) ✓ Một
số lệnh phát xung cơ bản:
MC_Power: cho phép và vô hiệu một trục iều khiển chuyển ộng.
MC_Home: thành lập mối quan hệ giữa chương trình iều khiển trục và hệ thống ịnh vị cơ học trục.
MC_MoveRelative: khởi ộng một chuyển ộng ịnh vị có liên quan ến vị trí khởi ầu.
MC_MoveAbsolute: khởi ộng chuyển ộng ến một vị trí tuyệt ối. Chức năng kết thúc khi vị trí ích
MC_Reset: ặt lại tất cả các lỗi iều khiển chuyển ộng. Tất cả các lỗi iều khiển chuyển ộng có thể biết ược ều ã ược biết. ược ạt ến.
.
MC_Halt: hủy bỏ tất cả việc xử lý chuyển ộng và làm chuyển ộng theo trục dừng lại. Vị trí dừng không ược ịnh rõ.
Trong ó:
+ Enable: Cho phép chạy lệnh + Axis: Chọn trục iều khiển + Error: Báo lỗi
+ Done: Báo chạy xong lệnh
+ Execute: Bắt ầu lệnh với 1 bit tích cực + Position: Giá trị vị trí cần iều khiển + Mode: Chế ộ iều khiển
+ Velocity: Giá trị tốc ộ + Distance: Khoảng cách
4.2.3.2 Động cơ bước DC Step 17PM-K142
Hình 4.12 DC Step 17PM-K142 Thông số kĩ thuật + Điện áp làm việc: 12 – 24VDC + Bước góc: 1.8° + Kích thước: 42x42x41.5 mm + Đường kính trục: 5 mm
Phương pháp iều chế xung iều khiển ộng cơ bước
Để iều khiển ộng cơ bước dẫn ộng vitme ến một vị trí xác ịnh ta cần cài ặt chế ộ làm việc cho driver và tính toán số xung cấp cho ộng cơ bước với các thông số:
+ Vitme T8 bước 4mm + Động cơ có góc bước 1.8o + Driver cài ặt chế ộ vi bước 1/16
Ta có số xung cần cấp cho ộng cơ ể di chuyển các trục X, Y, Z 1mm:
𝑎 = 1 . 360 . 16 = 1 . 360 . 16 = 800 (4.18)
𝑃𝐵 𝜃𝑠 4 1.8
Trong ó: + 𝑃𝐵: Bước ren
+ 𝜃𝑠: Góc bước ộng cơ dẫn ộng
4.2.3.3 Module TB-6600 Driver iều khiển ộng cơ bước
Hình 4.13 Driver TB-6600
Thông số kĩ thuật
+ Nguồn ầu vào là 9V - 40V. + Dòng cấp tối a là 4A.
+ Ngõ vào có cách ly quang, tốc ộ cao. + Có tích hợp o quá dòng quá áp. + Khối lượng: 200G.
Cài ặt và ghép nối[9]
+ DC+: Nối với nguồn iện từ 9 - 40VDC. + DC- : Điện áp (-) âm của nguồn.
+ A+ và A-: Nối vào cặp cuộn dây của ộng cơ bước. + B+ và B- : Nối với cặp cuộn dây còn lại của ộng cơ. + PUL+: Tín hiệu cấp xung iều khiển tốc ộ (+5V).
+ PUL-: Tín hiệu cấp xung iều khiển tốc ộ (-) (24VDC R=2.2kΩ). + DIR+: Tín hiệu cấp xung ảo chiều (+5V).
+ DIR-: Tín hiệu cấp xung ảo chiều âm (24VDC R=2.2kΩ ).
+ ENA+ và ENA-: khi cấp tín hiệu cho cặp này ộng cơ sẽ không có lực momen giữ và quay nữa.
+ Có thể ấu tín hiệu dương (+) chung hoặc tín hiệu âm (-) chung - ENA- : nối tiếp iện trở 2.2kΩ nếu sử dụng 24VDC.
Hình 4.14 Sơ ồ nối dây giữa PLC S7-1200 và Driver TB-6600
Sơ ồ ấu nối giữa Driver TB-6600 và DC Step [9]
Để iều khiển chính xác góc quay của ộng cơ bước cần có bộ iều khiển tương ứng với loại ộng cơ về số cuộn dây, công suất, tốc ộ. Đối với ộng cơ và driver ang sử dụng, sơ ồ ấu dây biểu diễn như hình dưới ây.
Loại PLC sử dụng là loại ngõ ra transistor sink (xung âm), vì vậy các chân iều khiển trên Stepper driver sẽ là EN-, DIR- ( iều khiển chiều quay) và PUL- ( iều khiển vị trí). Các chân EN+, DIR+ và PUL+ ấu chung với nguồn 5V.
Đối các loại PLC ngõ ra xung dương thì ấu ngược lại:
+ 2 cặp cuộn dây của ộng cơ ược ấu vào các chân A+ A- và B+ B-. + Chân GND và VCC là 2 chân cấp nguồn nuôi cho driver.
Hình 4.15 Sơ ồ nối dây giữa Driver TB-6600 và DC Step
Setup dòng cho ộng cơ bước [9]
I(A) SW4 SW5 SW6 4.0 1 1 1 3.5 0 1 1 3.0 1 0 1 2.5 0 0 1 2.0 1 1 0 1.5 0 1 0 1.0 1 0 0 0.5 0 0 0
Bảng 4.2 Setup dòng cho ộng cơ bước
Cài ặt vi bước cho Driver [9]
Micro Pulse/rev SW1 SW2 SW3 OFF 0 0 0 0 1 200 0 0 1 1/2A 400 0 1 0 1/2B 400 0 1 1 1/4 800 1 0 0 1/8 1600 1 0 1 1/16 3200 1 1 0 OFF 0 1 1 1
Bảng 4.3 Cài ặt vi bước cho Driver
Kết luận: Như vậy với chế ộ vi bước 1/16 ể ộng cơ quay ược một vòng ta cần cấp 3200 xung và với vitme bước 4 mm ta có thể dễ dàng thấy ược 3200 xung ai ốc vitme sẽ di chuyển 4mm. Từ ó ta có thể tính toán thông số xung cần cấp ể di chuyển quãng ường tương ứng trên thực tế.
4.2.3.4 Vitme ai ốc thường
Hình 4.16 Vitme T8 ai ốc
Thông số kĩ thuật
+ Chiều dài: 500mm + Bước ren: 4mm
+ Chất liệu trục vitme: thép không rỉ + Chất liệu ai ốc: ồng
4.2.3.5 Cảm biến quang - phản xạ gương
Hình 4.17 Cảm biến quang - phản xạ gương
Thông số kĩ thuật
+ Model: E3F-R2C1.
+ Điện áp làm việc: 6-36 VDC. + Khoảng cách o: 10- 300 cm. + Thời gian áp ứng: 2 ms.
+ Dòng iện ngõ ra: 80- 300 mA. + Đường kính cảm biến: 18 mm.
+ Bảo vệ chức năng: phân cực bảo vệ, bảo vệ ngắn mạch. + Chế ộ ầu ra: NPN.
+ Chất liệu: ABS.
+ Chiều dài ường dây: 1,2 m. + Cấp ộ bảo vệ: IP65.
4.2.3.6 Công tắc hành trình
Hình 4.18 Công tắc hành trình
Thông số kĩ thuật
+ Model: V-156-1A5 BY OMI Omron. + Dòng tiếp iểm: 15A tại 250VAC. + Tiếp iểm: SPDT (1NO-1NC). + Kiểu tác ộng: Chốt lăn òn bẩy.
+ Tần số hoạt ộng: + Cơ: 600 lần/Max + Điện: 60 lần/Max. + Chống va ập: + Độ bền: 1000m/s2 + Sự cố: 3000m/s2. + Kiểu ấu nối: Thiết bị ầu cuối hàn.
+ Nhiệt ộ môi trường: -25-80°C. + Cấp bảo vệ: IEC IP40. +
Xuất xứ: Indonesia.
4.2.3.7 Nguồn DC 24V-10A
Hình 4.19 Nguồn DC 24V-10A
Chức năng
+ Chỉnh lưu từ lưới iện xoay chiều thành iện 1 chiều cung cấp cho các thiết bị iện tử.
+ Dùng trong các mạch ổn áp, cung cấp dòng áp ủ tránh trường hợp sụt áp, dòng ảnh hưởng tới mạch.
+ Hiệu quả cao, giá thành thấp, ộ tin cậy cao.
Thông số kĩ thuật
+ Điện áp ngõ vào: 110/ 220VAC + Điện áp ngõ ra: DC24V
+ Dòng ngõ ra: 10A
+ Nhiệt ộ làm việc: 0 - 80oC + Kích thước: 198 x 98 x 42 mm