a) Lựa chọn khối nguồn
Cảm biến tiệm cận hồng ngoại sử dụng điện áp 24VDC.
Động cơ DC sử dụng điện áp 12VDC đến 24VDC, dòng điện tiêu thụ tối đa 500mA.
Với những thông số kỹ thuật, điện áp sử dụng và dòng điện tiêu thụ đã phân tích trên, nhóm quyết định chọn nguồn cung cấp cho toàn bộ hệ thống là nguồn switching 24VDC – 5A.
60
Thông số kĩ thuật của nguồn switching 24VDC-5A
Bảng 3.8: Thông số kĩ thuật của nguồn switching 24VDC-5A
Đầu vào AC110V/220
Đầu ra DC 24V – 5A
Công suất đầu ra 72W
Tần số 50/60Hz
Nhiệt độ làm việc 0°C ~ 40°C
Nhiệt độ lưu trữ -20°C ~ 60°C
Kích thước 200x100x45 (mm)
Các kí hiệu đầu kết nối
L-N: Đầu vào AC V+: Đầu ra DC dương
V-: Đầu ra DC âm GND: Đầu dây nối đất V/ADJ: Điều chỉnh điện áp đầu ra
(15%)
b) Tính chọn cảm biến
Qua quá trình tìm hiểu cũng như nghiên cứu, nhóm đã lựa chọn cảm biến tiệm cận hồng ngoại E3F-DS30P1 để phân loại chiều cao cho sản phẩm.
Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30P1 (PNP) là loại cảm biến khoảng cách hồng ngoại được dùng để phát hiện vật cản dựa vào các tia hồng ngoại trong khoảng cách 0-30cm. Cảm biến có chất lượng tốt với độ bền và độ ổn định cao, cảm biến sử dụng ánh sáng hồng ngoại để xác định vật cản phía trước cảm biến, cảm biến phát ra tia hồng ngoại với dải tần số chuyên biệt cho khả năng chống nhiễu tốt kể cả ở điều khiện ánh sáng ngoài trời.[13]
61
Hình 3.29: Hình ảnh cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30P1
Thông số kĩ thuật cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30P1
Bảng 3.9: Thông số kĩ thuật cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30P1
Điện áp cung cấp 6-36VDC
Dòng điện max 200mA
Khoảng cách đo 0 - 30cm
Điều chỉnh khoảng cách Điều chỉnh qua biến trở
Kết nối (có 3 dây)
Dây màu nâu: 6 – 36VDC Dây màu xanh dương: GND Dây màu đen: Tín hiệu PNP thường
mở
Chất liệu Nhựa cứng cao cấp
Chiều dài dây 110 cm
Led hiển thị ngõ ra Màu đỏ
62
Hình 3.30: Hình ảnh mô tả cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30P1
c) Tính chọn Rơ le trung gian
Rơ le trung gian làm nhiệm vụ trung gian chuyển tiếp mạch điện cho một thiết bị khác. Sử dụng điều khiển các động cơ băng tải, cấp chai, bơm nước, van điện tử.
Hình 3.31: Relay Omron MY2N-GS
Thông số kĩ thuật của Relay Omron MY2N-GS
Bảng 3.10: Bảng thông số kĩ thuật của Relay Omron MY2N-GS
Loại relay Relay 8 chân
Điện áp 24DVC
Kiểu lắp đặt Bắt vít, chân cắm, chân hàn, có đèn
Tiếp điểm DPDT 5A
63
d) PLC Siemens S7-200 CPU 224 AC/DC/RLY
Lựa chọn PLC S7-200 CPU 224 AC/DC/RLY
S7-200 là thiết bị điều khiển logic lập trình loại nhỏ của hãng Siemens, có cấu trúc theo kiểu module và có các module mở rộng. Các module này được sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau.
S7-200 được thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và tập lệnh có đủ lệnh bit logic, so sánh, bộ đếm, dịch/quay thanh ghi, timer cho phép lập trình điều khiển Logic dễ dàng.
S7-200 tích hợp sẵn cổng Profibus hay sử dụng một module mở rộng, cho phép tham gia vào mạng Profibus như một Slave thông minh. Có cổng truyền thông nối tiếp RS485 vơi đầu nối 9 chân. Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 bauds, theo kiểu tự do là 300 – 38.400 bauds.
64
Thông số kĩ thuật PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RLY
Bảng 3.11: Bảng thông số kĩ thuật PLC S7-200 CPU224 AC/DC/RLY
Nguồn cung cấp 220 VAC
Cấu hình I/O 14DI / 10DO
Kích thước Rộng x Cao x Sâu: 120x80x62 Số đầu vào/ra số cực đại DI/DO/MAX: 94/74/168
Số đầu vào ra số tương tự AI/AO/MAX: 28/7/35 hoặc 0/14/14
Bộ nhớ chương trình 12KB
Bộ nhớ dữ liệu 8KB
Điều khiển PID Có
Thời gian xử lý nhị phân 0,37ms
Bit memory/Counter/Timer 256/256/256 Bộ đếm tốc độ cao 6 x 60 Khz Bộ đếm lên/xuống Có Ngắt phần cứng 4 IP 20 Tập lệnh lập trình trên PLC S7-200 ❖ Bộ định thời (Timer)
Bộ định thời được sử dụng trong các yêu cầu điều khiển cần trì hoãn về thời gian. Đây là phần tử chức năng cơ bản của các bộ PLC và rất thường được sử dụng trong các chương trình điều khiển. Chẳng hạn như một băng tải khi có tín hiệu hoạt động sẽ chạy trong 10s rồi dừng lại, một van khí nén cần có điện trong 5s, nguyên liệu cần trộn trong thời gian 10 phút…Các PLC S7-200 có 256 Timer có địa chỉ từ T0 đến T255, chia làm 3 loại:
+ Timer đóng mạch chậm TON (On-delay Timer).
65 + Timer ngắt mạch chậm TOF (Off-delay Timer).
Khi sử dụng một timer chúng ta cần phải xác định các thông số sau:
➢ Loại timer (TON, TONR hay TOF)
➢ Độ phân giải của Timer. Có 3 độ phân giải là: 1ms, 10ms và 100ms
➢ Số của timer sẽ sử dụng, ví dụ T0, T37…cần tra bảng để biết loại Timer sử dụng tương ứng với các số nào.
➢ Khai báo hằng số thời gian tương ứng với thời gian cần trì hoãn dựa vào độ phân giải của Timer.
➢ Tín hiệu cho phép bắt đầu tính thời gian.
Hình 3.33: Kí hiệu chung của Timer biểu diễn trên LAD
ON – DELAY TIMER (TON)
Các Timer này được sử dụng khi có các yêu cầu trì hoãn một khoảng thời gian. Giá trị hiện hành của TON bị xóa khi ngõ vào IN ở logic “0”.
On-Delay Timer (TON) thực hiện đếm thời gian khi ngõ vào IN ở mức logic “1”. Khi giá trị hiện hành (Txxx) lớn hơn hoặc bằng thời gian đặt trước PT (preset time), thì Timer Bit ở logic “1”. Giá trị hiện hành của TON bị xóa khi ngõ vào IN ở logic “0”. Timer tiếp tục đếm dù đã đạt đến giá trị đặt PT, và dừng lại khi đếm đến giá trị max. 32767.
Để xóa timer, có thể sử dụng lệnh Reset (R). Lệnh Reset sẽ làm cho Timer Bit ở mức logic “0” và giá trị hiện hành của timer (Timer Current) =0.
Có 192 timer TON/TOF trong S7-200 được phân chia theo độ phân giải như ở bảng sau:
66
Bảng 3.12: Bảng độ phân giải của các TON/TOF
Số Timer Độ phân giải Thời gian trì hoãn tối đa
T32, T96 1ms 32,767s
T33…T36, T97…T100 10ms 327,67s
T37…T63,
T101…T255 100ms 3276,7s
Chú ý: Vì TON và TOF sử dụng cùng số Timer, nên không thể đặt cho cả hai có cùng số Timer. Ví dụ đã đặt TON là T37 thì không được đặt TOF là T37.
Hình 3.34: Hình ảnh tập lệnh sử dụng bộ định thời TON
Giải thích: Dùng Timer T33, độ phân giải 10ms, hằng số thời gian 200. Thời gian trì hoãn = 200x10=2s. Tiếp điểm T33 sẽ đóng lại sau 2s.
67 Qua giản đồ trên ta nhận thấy để Timer TON trì hoãn được hết thời gian đặt trước thì trạng thái tín hiệu tại ngõ vào IN cần được duy trì ở mức 1 trong suốt khoảng thời gian này. Nếu sau thời gian đặt trước mà ngõ vào IN vẫn được duy trì ở mức 1 thì giá trị hằng số là thời gian trong Timer sẽ tiếp tục tăng cho tới khi đạt giá trị tối đa là 32767.
RETENTIVE ON-DELAY TIMER (TONR)
Các Timer này được sử dụng khi cần tích lũy một số khoảng thời gian rời rạc. Giá trị hiện hành TONR chỉ có thể bị xóa bằng lệnh Reset (R).
Có 64 timer TONR trong S7-200 được phân chia theo độ phân giải như ở bảng sau:
Bảng 3.13: Bảng độ phân giải của các TONR
Số Timer Độ phân giải Thời gian trì hoãn tối đa
T0, T64 1ms 32,767s
T1…T4, T65…T68 10ms 327,67s
T5…T31, T69…T95 100ms 3276,2s
68 Giải thích: Tín hiệu I0.2 kích hoạt Timer TONR T2 có độ phân giải 10ms (Thời gian = 50 x 10ms = 1s). Sau 0,5s ngõ ra Q0.0 lên mức 1.
Hình 3.37: Hình ảnh giản đồ thời gian bộ định thời TONR
Timer đóng mạch chậm có nhớ TONR (Retentive On-Delay Timer) thực hiện đếm thời gian khi ngõ vào IN ở mức logic “1”. Khi giá trị hiện hành lớn hơn hoặc bằng thời gian đặt trước PT (preset time), thì Timer Bit ở logic “1”. Giá trị hiện hành của TONR được giữ lại khi ngõ vào IN ở logic “0”. TONR được sử dụng để tích lũy thời gian cho nhiều chu kỳ ngõ vào IN ở mức “1”. Timer này vẫn tiếp tục đếm sau khi đã đạt đến giá trị đặt trước và dừng lại ở giá trị max là 32767.
Để xóa giá trị hiện hành của TONR và Timer Bit, ta sử dụng lệnh Reset (R).
OF - DELAY TIMER (TOF)
Sử dụng timer này khi cần trì hoãn thêm một khoảng thời gian rồi mới tắt ngõ ra kể từ khi tín hiệu ngõ vào IN xuống “0”. Timer TOF chỉ thực hiện đếm thời gian khi IN chuyển từ “1” xuống “0”.
Có 192 timer TON/TOF trong S7-200 được phân chia theo độ phân giải như ở bảng sau:
69
Bảng 3.14: Bảng độ phân giải của cácTOF
Số Timer Độ phân giải Thời gian trì hoãn tối đa
T32, T96 1ms 32,767s
T33…T36, T97…T100 10ms 327,67s
T37…T63,
T101…T225 100ms 3276,7s
Hình 3.38: Hình ảnh tập lệnh sử dụng tập lệnh TOF
Giải thích: I0.2 chuyển trạng thái từ mức 1 xuống mức 0 sẽ kích hoạt Timer Off Delay đúng giờ (Thời gian = 10 x 100ms = 1s). Sau 1s kể từ khi tín hiệu tại I0.2 chuyển từ 1 xuống 0 ngõ ra Q0.0 sẽ xuống mức 0.
70
Hình 3.39: Hình ảnh giản đồ thời gian bộ định thời TOF
Khi ngõ vào IN của Off-Delay Timer (TOF) ở logic “1”, thì Timer Bit ngay lập tức được đặt lên mức logic “1” và giá trị hiện hành được xóa về 0. Khi ngõ vào IN xuống “0”, thì timer đếm cho đến khi thời gian trôi qua đạt đến giá trị thời gian đặt trước. Khi đạt đến giá trị đặt trước, Timer Bit được đặt về “0” và giá trị hiện hành dừng đếm. Nếu ngõ vào IN ở “0” trong khoảng thời gian ngắn hơn giá trị đặt trước, thì Timer Bit giữ ở “1”.
Để xóa timer, có thể sử dụng lệnh Reset (R). Lệnh Reset sẽ làm cho Timer Bit ở mức logic “0” và giá trị hiện hành của timer (Timer Current) =0.
❖ Bộ đếm (Counter)
Trong nhiều trường hợp, việc kiểm tra một số lượng xác định phải thông qua tổng các xung. Có thể thực hiện đếm các xung này bằng các bộ đếm. Sử dụng bộ đếm có thể giải quyết được một số vấn đề sau:
➢ Đếm số lượng.
➢ So sánh với một giá trị đặt trước ở các trường hợp bằng nhau, nhỏ hơn, lớn hơn.
➢ Kiểm tra sự khác biệt về số lượng.
Các PLC thường có 3 loại bộ đếm: Bộ đếm lên, bộ đếm xuống, bộ đếm lên-xuống.
Có 256 bộ đếm ở S7-200 có địa chỉ từ C0 đến C255. Chúng cũng có 3 loại bộ đếm là:
➢ Bộ đếm lên CTU (Up Counter).
➢ Bộ đếm xuống CTD (Down Counter).
71 Khi sử dụng một counter chúng ta cần phải xác định các thông số sau:
➢ Loại counter (CTU, CTD hay CTUD)
➢ Số của counter sẽ sử dụng, không được gán cùng một số counter cho nhiều counter.
➢ Khai báo giá trị cần đếm cho counter.
➢ Tín hiệu xung cung cấp cho bộ đếm.
➢ Tín hiệu xóa bộ đếm
Bộ đếm lên CTU (Count Up)
Mỗi khi tín hiệu tại CU từ mức “0” lên “1” thì bộ đếm sẽ tăng giá trị hiện hành của nó lên 1 đơn vị. Khi giá trị hiện hành của bộ đếm (Cxxx) lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước tại ngõ vào PV (Preset Value) thì ngõ ra bit của counter (counter bit) sẽ lên mức “1”. Giá trị đếm lên tối đa là 32.767. Phạm vi của bộ đếm là C0 đến C255.
Bộ đếm sẽ bị xóa về 0 khi ngõ vào Reset (R) lên mức “1”, hoặc khi sử dụng lệnh Reset để xóa bộ đếm.
72
Hình 3.41: Hình ảnh tập lệnh sử dụng bộ đếm CTU
Giải thích: Cứ mỗi xung từ “0” chuyển lên “1” tại ngõ vào I0.0, bộ đếm sẽ tăng 1 đơn vị. Từ xung thứ 5 trở đi ngõ ra Q0.0 sẽ lên “1”. Nếu có xung vào tại ngõ I0.1 thì ngõ ra Q0.0 xuống “0”.
73