WinCC là một trong những chương trình ứng dụng cho mạng HMI, Scada trong lĩnh vực dân dụng cũng như công nghiệp.
WinCC (Windows Control Center) là phần mềm của hãng Siemens dùng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất. Nói rõ hơn, WinCC là chương trình dùng để thiết kế các giao diện Người và Máy – HMI (Human Machine Interface) trong hệ thống Scada (Supervisory Control And Data Acquisition), với chức năng chính là thu thập số liệu, giám sát và điều khiển quá trình sản xuất. Với WinCC, người dùng có thể trao đổi dữ liệu với PLC của nhiều hãng khác nhau như: Siemens, Mitsubishi, Allen braddly, Omron,.. thông qua cổng COM với chuẩn RS232 của PC và chuẩn RS485 của PLC.
Với WinCC, ta có thể tận dụng nhiều giải pháp khác nhau cho để giải quyết công việc, từ thiết kế cho hệ thống có quy mô nhỏ đến quy mô lớn, hệ thống thực hiện sản xuất – MES (Manufacturing Excution System). WinCC có thể mô phỏng bằng hình ảnh các sự kiện xảy ra trong quá trình điều khiển dưới dạng chuỗi sự kiện. Để đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày càng phát triển, WinCC cung cấp nhiều hàm chức năng:
Hiển thị quá trình: Quá trình được hiển thị trên thiết bị HMI(Wincc). Màn hình trên thiết bị HMI được cập nhật một cách năng động. Điều này được dựa trên các sự chuyển tiếp quá trình.
Điều khiển vận hành của quá trình: Người vận hành có thể điều khiển quá trình bởi GUI. Ví dụ, người vận hành có thể đặt trước các giá trị tham khảo cho điều khiển hay khởi động một động cơ.
Hiển thị các cảnh báo: Các quá trình nghiêm trọng tự động khởi phát báo động, ví dụ, khi giá trị đặt được vượt quá.
Lưu trữ các giá trị và cảnh báo quá trình: Hệ thống HMI có thể ghi lại các cảnh báo và giá trị quá trình. Tính năng này cho phép bạn lưu giữ các dãy quá trình và lấy ra các dữ liệu của sản xuất từ trước.
Ghi chép các cảnh báo và các giá trị quá trình: Hệ thống HMI có thể đưa ra các báo cáo giá trị quá trình và các cảnh báo. Tính năng này cho phép bạn in ra các dữ liệu sản xuất ở cuối của ca làm việc.
Quản lý thông số máy móc và quá trình: Hệ thống HMI có thể lưu giữ các thông số của các quá trình và máy móc dưới dạng công thức. Ví dụ, bạn có thể download những thông số trên một đường dẫn từ thiết bị HMI tới PLC để thay đổi toàn kiểu sản xuất của sản phẩm. Màn hình cảm ứng HMI 7” TP700 Comfort SIEMENS là màn hình cảm ứng HMI được hãng SIEMENS sản xuất và phát triển mang thương hiệu SIMATIC thuộc dòng Comfort. Màn hình này cung cấp khả năng tương tác giữa người dùng với hệ thống SCADA một cách trực quan và hiệu quả.
Hình 2-20: HMI 7” TP700 Comfort SIEMENS
HMI TP700 Comfort có các tính năng nổi bật như:
Giao diện thiết kế được bằng phần mềm hỗ trợ (Tia Portal, Win CC,…).
Màn hình rộng độ phân giải cao, vùng hiển thị rộng hơn 40% so với màn hình hiển thị thông thường.
Có thể điều chỉnh độ sáng cùng với khả năng hiển thị 16 triệu màu với góc nhìn rộng lên tới 170 độ cho phép khả năng đọc tối ưu.
Giao diện người dùng sáng tạo và cải thiện khả năng sử dụng nhờ vào các điều khiển và đồ họa mới.
Chức năng cảm ứng, vận hành trực quan.
Nhiều cổng giao tiếp, có thể kết nối với nhiều PLC khác nhau.
Lưu trữ qua thẻ và USB, bảo mật dữ liệu tối đa nếu bị mất nguồn.
Bảng 2-4: Thông số kỹ thuật của HMI TP700 Comfort SIEMENS
Mã sản phẩm 6AV2124-0GC01-0AX0 Kích thước tổng thể DxRxC = 214x158x63mm
Khối lượng 1,819kg
Điện áp hoạt động 19,2 – 18,8V DC (khuyến nghị 24V DC)
Kích thước màn hình 7 inch
Độ phân giải 800x480 pixel
Loại tấm nền TFT cảm ứng điện trở 16 triệu màu
Hệ điều hành Windows CE6.0
Phần mềm cấu hình WinCC Comfort V13 trở lên
Chuẩn giao tiếp PROFINET, PROFIBUS
Dung lượng bộ nhớ 12MB Cổng kết nối 2 cổng Internet 2 cổng USB 2.0 1 cổng USB mini B Thẻ nhớ Có, 2 cổng đọc trực tiếp thẻ SIEMENS 2.4 Cơ cấu chấp hành 2.4.1 Băng tải
Băng tải ( hay còn gọi là băng truyền ) là thiết bị vận chuyển liên tục, có khoảng cách vận chuyển lớn. Được sử dụng rộng rãi ở các công trường xây dựng, xí nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng và vật liệu chế tạo…Bao gồm băng tải PVC, băng tải cao su, băng tải xích inox, băng tải xích nhựa, băng tải con lăn tự do, băng tải con lăn có truyền động, băng tải đứng, băng tải nghiêng, băng tải từ, Gầu tải, Vít tải . Các loại băng tải này được sử dụng để vận chuyển vật liệu rời, vụn như cát sỏi, đá, xi măng, sản phẩm trong các ngành công nghiệp chè, cà phê, hóa chất, giày da, thực phẩm …và hàng đơn chiếc như hàng bao, hàng hộp, hòm, bưu kiện …
Trong hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc, băng tải có nhiệm vụ cung cấp sản phẩm để phân loại. Do yêu cầu là sản phẩm ở dạng rời rạc nên ta chọn phương án dùng băng tải đai là phù hợp với yêu cầu đặt ra.
Ưu điểm khi dùng băng tải đai trong hệ thống:
Sản phẩm, thùng được dẫn trực tiếp trên băng tải.
Tải trọng của băng tải không cần lớn.
Thiết kế dễ dàng, dễ thi công.
Vật liệu dễ tìm, giá thành rẻ.
Nguyên lý hoạt động: Băng tải quay kéo con lăn chủ động thông qua bộ truyền đai, khi đó Puli căng đai cũng được kéo quay theo cùng tốc độ với Puli truyền động thông qua chuyển động của đai vải. Hành trình của đai vai sẽ kéo theo sản phẩm để tiến hành phân loại theo mục tiêu đặt ra.
Hình 2-21: Băng tải
2.4.2 Xi lanh khí nén
Xy lanh khí nén là cơ cấu vận hành, có chức năng biến đổi dòng năng lượng được tích lũy trong khí nén thánh động năng cung cấp cho chuyển động. Xy lanh khí nén hoạt động nhờ vào áp suất cao bên trong xy lanh tác động vào
pitston của xy lanh. Khi đó piston sẽ dịch chuyển đi theo quỹ đạo được định hướng xác định.
Cơ cấu dẫn động kiểu tác động kép khi hoạt động sẽ có khả năng cho phép ứng dụng lực đẩy khí nén trong cả hai hướng của hành trình di chuyển. Cơ cấu dẫn động này có thanh đẩy ở hai đầu với các thanh đẩy nhô lên ở cả hai đầu. Xi lanh này được sử dụng ở những cơ cấu có yêu cầu lực đẩy tao ra có độ lớn bằng nhau ở cả hai hướng di chuyển của thanh đẩy piston. Khi khoảng trống để nạp không khí nén vào bằng nhau đối với cả hai hành trình duỗi và thụt vào thì tốc độ di chuyển của piston sẽ bằng nhau ở cả hai hành trình.Nếu hai khoảng trống này không bằng nhau thì thường hành trình thụt lùi tạo lực đẩy tạo ra nhỏ hơn so với hành trình duỗi ra.
Ưu điểm :
Tuổi thọ cao
Chịu quá tải tốt
Ít tiêu hao ma sát khi chuyển động
Êm ái, cơ cấu chấp hành nhẹ nhàng
Thiết kế đảo chiều dễ dàng Nhược điểm :
Giá thành cao
Mức độ an toàn không cao khi vận hành
Hình 2-22: Xi lanh khí nén hai chiều
2.4.3 Robot lắp ráp Tay máy lắp ráp Tay máy lắp ráp
Hình 2-23: Robot tọa độ trụ
Ưu điểm:
Có khả năng chuyển động ngang và sâu vào trong các máy sản xuất.
Cấu trúc theo chiều dọc của máy để lại nhiều khoảng trống cho sàn.
Kết cấu vững chắc, có khả năng mang tải lớn.
Nhược điểm: giới hạn tiến về phía trái và phía phải do kết cấu cơ khí và giới hạn các kích cỡ của cơ cấu tác động theo chiều ngang.
Tay máy xếp sản phẩm
Robot hoạt động trong hệ toạ độ này bao gồm ba chuyển động định vị X, Y, Z theo các trục toạ độ vuông góc.
Hình 2-24: Robot tọa độ vuông góc
Ứng dụng chính của robot loại này là các thao tác vận chuyển vật liệu, sản phẩm, đúc, dập, chất dỡ hàng hoá, lắp ráp các chi tiết máy, v.v...
Ưu điểm:
Không gian làm việc lớn, có thể dài đến 20m.
Loại gắn trên trần sẽ dành đƣợc diện tích sàn lớn cho các công việc khác.
Hệ thống điều khiển đơn giản. Nhược điểm:
Việc thêm vào các loại cần trục hay các loại thiết bị vận chuyển vật liệu khác trong không gian làm việc của robot không được thích hợp lắm.
Việc duy trì vị trí của các cơ cấu dẫn động và các thiết bị điều khiển điện đối với loại robot trên đều gặp nhiều trở ngại.
2.5 Hệ thống cảm biến
2.5.1 Cảm biến màu sắc
Cảm biến màu hoạt động dựa trên nguyên tắc hấp thụ và phản xạ ánh sáng. Chuyển đổi cường độ ánh sáng thành tần số hoặc giá trị điện áp. Sau đó tần số, giá trị điện áp này được đưa qua một bộ chuyển đổi. Chính tần số hoặc giá trị điện áp này sẽ quyết định màu sắc đã cảm nhận được.
Hình 2-25: Cảm biến màu sắc
Bảng 2-5: Thông số kỹ thuật cảm biến màu
Kích thước (W x H x D) 30,4 mm x 80 mm x 53 mm Khoảng cách cảm nhận 60 mm 1) Cảm biến khoảng cách ± 9 mm Thiết kế Hình hộp chữ nhật Nguồn sáng LED, RGB 2) Độ dài sóng 640 nm, 525 nm, 470nm Kích thước điểm sáng 13 mm x 13 mm
Cung cấp hiệu điện thế 10 V DC ... 30 V DC
Chuyển đổi đầu ra NPN
Đầu ra chuyển đổi (điện áp)
NPN: CAO = khoảng. V S / THẤP 2 V
Ánh sáng phát ra Đỏ, xanh dương và xanh lá
Xếp hạng bảo vệ IP67
Cảm biến màu sắc Panasonic LX 101 được sử dụng để nhận biết màu sắc bằng cách đo phản xạ 3 màu sắc cơ bản từ vật thể là đỏ, xanh lá và xanh dương từ đó xuất ra tần số xung tương ứng với 3 màu này qua các chân tín hiệu, đo 3 tần số xung này và qua 1 vài bước chuyển đổi nhất định là bạn sẽ có đươc thông tin của màu sắc của vật thể cần đo.
2.5.2 Cảm biến tiệm cận
Cảm biến tiệm cận (còn được gọi là “Công tắc tiệm cận” hoặc đơn giản là “PROX” tên tiếng anh là Proximity Sensors) phản ứng khi có vật ở gần cảm biến. Trong hầu hết các trường hợp, khoảng cách này chỉ là vài mm. Cảm biến tiệm cận thường phát hiện vị trí cuối của chi tiết máy và tín hiệu đầu ra của cảm biến khởi động một chức năng khác của máy. Đặc biệt cảm biến này hoạt động tốt ngay cả trong những môi trường khắc nghiệt.
Cảm biến tiệm cận chuyển đổi tín hiệu về sự chuyển động hoặc xuất hiện của vật thể thành tín hiệu điện. Có 3 hệ thống phát hiện để thực hiện công việc chuyển đổi này: hệ thống sử dụng dòng điện xoáy được phát ra trong vật thể kim loại nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ, hệ thống sử dụng sự thay đổi điện dung khi đến gần vật thể cần phát hiện, hệ thống sử dụng nam châm và hệ thống chuyển mạch cộng từ.
Bảng 2-6: Thông số cảm biến tiệm cận
Đầu ra NO
Khoảng cách điều chỉnh 5-30cm
Điện áp làm việc 10-30V DC
Dạng tín hiệu ra NPN Thường mở
Môi trường làm việc -40 - 70°C
Dây nâu VDD,VCC
Dây xanh GND
Dây đen Data
2.5.3 Cảm biến quang phản xạ gương
Cảm Biến Khoảng Cách E3F-R2N1 bao gồm cảm biến vật cản hồng ngoại đi kèm với gương phản xạ, sự phát hiện này cho phát hiện vật cản lên tối đa 2m. Sản phẩm sử dụng bước sóng 660nm nên không bị nhiễm bởi tia hồng ngoại trong môi trường tự nhiên. Cảm biến được sử dụng cho các ứng dụng cần cảm biến vật cản ở khoảng cách xa, cửa tự động,…
Bảng 2-7: Thông số kỹ thuật cảm biến phản xạ gương
Điện áp hoạt động 6-36V
Dòng tiêu thụ tối đa 300mA
Độ trễ 1.5ms
Tín hiệu đầu ra
Mức cao (VCC) khi cảm biến nhìn thấy gương. Mức thấp khi có vật che gương hoặc không thấy
gương
Nâu VCC 5-36DVC
Đen Tín hiệu ra
Hình 2-27: Cảm biến quang phản xạ gương
2.5.4 Van điện từ khí nén
Để xi lanh hoạt động được thì ta cần có van điện từ để điều khiển hành trình của piston.Van điện từ còn được gọi với cái tên solenoid valve.
Đối với van điện từ thì tùy vào loại xi lanh mà chúng ta có cách chọn cho phù hợp riêng với xi lanh mà nhóm chọn thì có các loại van 4/2, 5/2 hoặc 5/3 với một hoặc hai đầu cuộn dây. Và nhóm chọn van 5/2 hai đầu cuộn dây để thực hiện điều khiển.
Van 5/2 được thiết kế và hoạt động bằng cách cấp nguồn điện 220V hoặc 24V. Khi có nguồn điện sẽ sinh ra lực từ trường. Lực này sẽ hút trục vận chuyển động dọc trục và khiến cho các cửa van được mở ra để cho khí nén thông cửa. Hoạt động này giúp cho van có thể thực hiện nhiệm vụ cấp hoặc đóng dòng khí nén cho thiết bị cần hoạt động.
Hình 2-28: Van điện từ khí nén Bảng 2-8: Thông số kĩ thuật van điện từ
Kích thước cổng 1/4''.(ren 13).
kích thước cổng xả 1/8" (ren 9.6).
Áp suất hoạt động 0.15 - 0.8 MPa.
Loại Van hơi 5 cửa 2 vị trí. (1 đầu coil điện)
Hãng sản xuất AIRTAC (Đài Loan)
Nhiệt độ hoạt động -20~70oC.
Khi van nằm ở trạng thái bình thường hay còn gọi là ở trạng thái van đóng thì cửa số 1 sẽ được thiết kế thông với cửa số 2. Trong khi đó thì cửa số 4 sẽ được thông với cửa số 5. Nhưng khi van được cấp khí nén khiến cho van nằm trong tình trạng được mơ hoàn toàn thì sẽ có sự thay đổi bắt đầu từ cửa số 1 và số 4. Ở đây sẽ xảy ra hiện tượng đảo chiều và khiến cho cửa số 1 thông với cửa số 4. Trong khi đó thì cửa số 2 thông với cửa số 3. Riêng cửa số 5 sẽ bị chặn lại.
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔNG NGHIỆP MPS
3.1 Sơ đồ khối hệ thống
Hình 3-2: Khối điều khiển
Hình 3-4: Khối lắp ráp
Hình 3-6: Khối tương tác và hiển thị
3.2 Thiết kế hệ thống cơ khí trên FactoryIO
Hình 3-7: Chu trình hoạt động toàn hệ thống
Trạm Phân Loại Trạm Lắp Ráp Trạm xếp Pallet
3.2.1 Trạm phân loại
Trạm phân biệt màu sắc phôi: Các phôi được cung cấp ngẫu nhiên vào đầu hệ thống băng tải.
Hình 3-8: Phôi cấp cho chu trình phân loại
Hình 3-9: Trạm phân loại
Phôi di chuyển qua cảm biến phân biệt màu sắc phía giữa băng tải để từ đó đưa tín hiệu của cảm biến về khối điều khiển.
Hình 3-10: Cảm biến màu sắc
Tín hiệu điều khiển tới khâu tác động, cánh tay gạt gạt phôi đế vào băng tải tương ứng.
Khi phôi đế chạm cảm biến tiệm cận phía trước băng tải, từ đó tín hiệu điều khiển băng tải vận chuyển phôi đế đến trạm MPS kế tiếp.
Hình 3-12: Cảm biến tiệm cận
Hình 3-14: Máng trượt phôi NG
3.2.2 Trạm lắp ráp
Trạm lắp ráp: Các phôi đế sau khi được phân loại và hệ thống cấp nắp phôi tương ứng được vận chuyển đến cữ chặn phía cuối băng tải.
Hình 3-16: Trạm lắp ráp
Khi phôi nắp và phôi đế sản phẩm đi qua cảm biến tiệm cận phía trước cơ cấu kẹp. Lúc này xi lanh kẹp phôi thu về, phôi đế và nắp được kẹp chặt.
Sau đó xi lanh khí nén trên cánh tay robot đi xuống hút nắp phôi đi lên đồng