CX-Programmer là phần mềm Không chỉ dùng để lập trình cho PLC,
CX-Programmer còn là công cụ để các kỹ sư quản lý 1 dự án tự động hóa với PLC làm bộ não hệ thống. Các chức năng chính của CX-Programmer bao gồm : Tạo và quản lý các dự án (project) tự động hóa
Kết nối với PLC qua nhiều đường giao tiếp Cho phép thực hiện các thao tác chỉnh sửa & theo dõi khi đang online (như
force set/ reset, online edit, monitoring (..,
Đặt thông số hoạt động cho PLC Cấu hình đường truyền mạng Hỗ trợ nhiều chương trình, nhiều PLC trong 1 cùng project & nhiều section
3.2.2
Cách sử dụng phầm mềm CX-Programmer Tạo một project mới
Khi chạy chương trình CX-Programmer muốn tạo một project mới ta làm theo các bước:
Hình 3.13 Các thành phần trên cửa sổ project:
Các thao tác trên cửa sổ project:
Thêm tiếp điểm
Hình 3.15 Thêm cuộn dây
Hình 3.16
Thêm function
Mỗi chương trình đều cần có ít nhất 1 lệnh End để đánh dấu điểm kết thúc
của chương trình. Lệnh End và nhiều khối chức năng khác (function) có thể nhập vào dùng công cụ Instruction .
Hình 3.17
Thêm hàng vào Rung
Hình 3.18
Chèn thêm một Rung
Hình 3.20
Các thao tác Copy và Paste
Ta có thể áp dụng thao tác Copy và Paste như với 1 chương trình Windows
thông thường khác. Đồng thời có thể áp dụng Undo và Redo với các thao tác vừa làm .
Xóa Rung
Hình 3.22 Cấu hình CX-Simulator
Chọn loại CPU trong CX-Simulator phải trùng với loại CPU trong CX-
Programmer
Chạy mô phỏng
Việc chạy mô phỏng với CX-Simulator để nhằm kiểm tra phát hiện các lỗi
do sai cú pháp, thiếu/ thừa các phần tử,… trong chương trình và tiến hành xử lý khắc phục các lỗi này trước khi tiến hành nạp vào PLC .
Hình 3.24 Biên dịch chương trình
Bấm vào nút Work online để kết nối với PLC sau khi đã kết nối cáp giữa máy tính với PLC. Sau khi kết nối được thiết lập, CX-Programer sẽ ở chế độ làm việc online.
Bấm lại nút Work online sẽ chuyển sang chế độ offline để có thể sửa chương trình.
Kết quả biên dịch được hiển thị trong tab compile của cửa sổ Ouput .
Kiểm tra lỗi
Khi đang online có thể kiểm tra và xóa các lỗi trong PLC bằng cách nhấn đúp
vào Error Log
Nạp chương trình
Việc nạp chương trình vào PLC cũng sẽ xóa nội dung hiện đang có trong
PLC. Vì thế cần thận trọng trong việc này .
Chương 4 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI VÀ ỨNG DỤNG 4.1 Mục tiêu của đề tài.
Đề tài Thiết kế mạch điều khiển ổn nhiệt và hiển thị nhiệt trong mô hình máy ấp trứng.
Để ấp trứng thành công thì điều kiện đầu tiên là ta cần cung cấp nhiệt ổn định ở 37oC trong suốt thời gian ấp (khoảng 20-22 ngày), độ ẩm, đảm bảo thông thoáng cho trứng, và một số điều kiện phụ khác thì trứng mới đảm bảo được nở thành công.
Chế tạo máy ấp trứng gồm các phần:
Vỏ máy: Đỡ toàn bộ máy, các khay trứng, giữ nhiệt. Phần cấp nhiệt: Dùng bóng điện tỏa nhiệt.
Phần điều khiển và hiển thị nhiệt độ: Dùng cảm biến nhiệt LM35 và chíp Atmega 16 để đo nhiệt độ và hiển thị trên LCD 16x2.
Dùng PLC CP1L để điều khiển cấp nhiệt và ổn định nhiệt ở 37oC, điều khiển động cơ để đảo trứng được nhận nhiệt đều hơn.
Quạt thông gió để đảm bảo cho máy thoáng khí và khay nước để tạo ẩm cho buồng máy.
Cơ chế hoạt động của máy:
Khi máy hoạt động, đèn tỏa nhiệt sẽ bật lên cung cấp nhiệt cho máy, khi đó cảm biến nhiệt LM35 sẽ nhận nhiệt độ và truyền liên tục về chíp Atmega16 để xử lý và hiển thị ra LCD, khi nhiệt độ hơn mức mà ta quy định, vi điều khiển này lập tức đưa ra một tín hiệu truyền tới PLC, khi đó PLC lập tức ngắt điện không cho đèn sáng cung cấp nhiệt. Khi mà nhiệt độ trong buồng máy hạ xuống thấp hơn 37oC thì vi điều khiển sẽ truyền tín hiệu tới PLC và PLC thực hiện lệnh cấp điện trở lại cho bóng đèn để tăng nhiệt của buồng máy lên. Do buồng máy được cách nhiệt với môi trường bằng các lớp xốp cách nhiệt nên nhiệt độ bên trong thay đổi khá thấp và giữ ổn định xấp xỉ ở 37oC.
Ngoài ra PLC cũng có chức năng định thì và điều khiển cho động cơ đảo trứng. Để trứng được hấp thu nhiệt đều hơn, cứ sau 90 phút thì động cơ sẽ tự động
90 phút thì động cơ sẽ tự động quay qua phải rồi dừng lại cũng nghiêng một góc 45o so với phương thẳng đứng. Quá trình sẽ xảy ra trong suốt thời gian ấp.
4.2 Phần cứng và các mạch giao tiếp
4.2.1 Mạch ổn áp tạo nguồn 5V:
Dùng IC ổn áp KA7805A:
-Dòng cực đại có thể duy trì 1A. -Dòng đỉnh 2.2A.
-Công suất tiêu tán cực đại nếu không dùng tản nhiệt: 2W. -Công suất tiêu tán nếu dùng tản nhiệt đủ lớn: 15W.
Bảng 4.1 Đặc tính điện của KA7805A:
Mạch ổn áp tạo nguồn DC 5V:
Được thiết kế khá đơn giản và tạo nguồn ổn định nhưng cho dòng ra thấp. 0oC < TJ < +125 oC, Io =1A, Vi= 10V, Ci=0.33μF, Co=0.1μF,
Hình 4.1 sơ đồ nguyên lý mạch ổn áp
Hình 4.2 Mạch nguồn thực hiện
4.2.2 Mạch cảm biến nhiệt LM35:
Hình 4.3 cảm biến LM35
-LM35 độ chính xác và độ ổn định cao. Đáp ứng được hầu hết các ứng dụng đo lường thông dụng (phục vụ cho cuộc sống). Ví dụ như đo nhiệt độ phòng, đo nhiệt độ các khu bảo quản lương thực phẩm.
-Giá thành rẻ .
- Ngoài ra, LM35 được sử dụng khá phổ biến nhờ một số ưu việt khác của nó như: điện áp nuôi tương đương mức điện áp TTL (5 V), trở kháng lối ra thấp (dễ ghép nối với lối vào tầng khuếch đại hay lối vào ADC), điện áp lối ra tuyến tính với nhiệt độ lối vào.
Đặc tính LM35:
Tín hiệu ra tăng tuyến tính với hệ số 10mV/oC
Độ chính xác 0.5 ºC ở nhiệt độ phòng, và 0.8 ºC ở thang đo từ 0ºC đến 100 ºC Phạm vi đo LM35, LM35A -55 ºC đến 150 ºC. LM35C, LM35CA -40ºC đến +110ºC. LM35D 0ºC đến +100ºC. Điện thế hoạt động từ 4V đến 30V. Sự tự sinh nhiệt rất thấp.
Điện trở đầu ra thấp 0.1Ωvới tải 1mA
Hình 4.5 Mạch khuếch không đảo tín hiệu ra dùng Op-Ampl LA 324 (sử dụng một Op-Ampl chân 1,2,3)
Op-Ampl LA 324:
Hình 4.6 Sơ đồ chân op-ampl LA 324
Ưu điểm:
Ngõ ra chỉ khuếch đại sự sai lệch giữa hai tín hiệu ngõ vào nên Op-Amps có độ miễn nhiễu rất cao vì khi tín hiệu nhiễu đến hai ngõ vào cùng lúc sẽ không thể xuất hiện ở ngõ ra. Cũng vì lý do này Op-Amps có khả năng khuếch đại tín hiệu có tần số rất thấp, xem như tín hiệu một chiều.
Hệ số khuếch đại của Op-Amps rất lớn do đó cho phép Op-Amps khuếch đại cả những tín hiệu với biên độ chỉ vài chục mico Volt.
Độ ổn định nhiệt rất cao
Tổng trở ngõ vào của Op-Amps rất lớn, cho phép mạch khuếch đại những nguồn tín hiệu có công suất bé.
Cấp nguồn cho Op-Ampl vào chân số 4 nối với 9V hoặc 12V, chân số 11 nối với GND.
Hệ số khuếch đại:
Kv= 1+(R2+r2)/(R1+r1)
Với r2 và r1 là giá trị của biến trở nối tiếp với R2 và với R1 Điện thế ngõ ra Vo=Kv*Vi
Trong phần cứng mạch này ta chọn R2 = 2KΩ, R1 = 1KΩ, Độ khuếch đại Kv=3.
Hình 4.7 Sơ đồ chuyển đổi nhiệt độ thành điện thế
Xác định nhiệt độ t: Với V=10*t (mV) V’=3*V => t=V’/30 (ºC)
4.2.3 Mạch hiển thị LCD :
Sơ đồ nguyên lý :
Hình 4.9 Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị LCD
Khi IC Atmega16 nhận được tín hiệu từ khối cảm biến nhiệt thì được biến đổi ADC và được xử lý để hiển thị nhiệt ở LCD, PORTC0 của vi điều khiển được truyền tới PLC, khi nhiệt độ nhỏ hơn hoặc bằng 37 oC thì PORTC0 ở mức thấp, khi nhiệt độ lớn hơn thì nó sẽ ở mức cao. Khi đó PLC sẽ nhân tín hiệu và xử lý để điều khiển các bộ phận khác của máy.
Chuyển đổi ADC:
Hình 4.10 Chuyển đổi ADC
Dùng ADC trong Atmega 16 là 10 bit Ta có: ADCx = (V_INT*1024)/ AREF
Trong phần cứng thiết kế, ta dùng AREF = 5V = 5000mV; => n = V’ * 1024 / 5000
=> nhiệt độ: t = 125*n / 768 (ºC)
Trong mạch thiết kế, ta giới hạn giá trị của nhiệt độ trong khoảng từ 0ºC đến 99ºC vì máy ấp làm việc ở nhiệt độ không cao.
Lưu đồ xử lý của vi điều khiển:
Giao tiếp giữa vi điều khiển với LCD:
Loại LCD mà chúng ta sử dụng là loại LMD16L, 2 dòng mỗi dòng 16 kí tự
và có 16 chân .
Hình 4.11 LCD 16x2
Trong đó 2 chân 1 và chân 2 được cấp nguồn cho LCD hoạt động, chân thứ 3 (chân VSS) được nối vào đầu ra của biến trở dùng để điều chỉnh độ tương phản (phải điều chỉnh VSS hợp lý thì LCD mới hiển thị được) 2 chân 15,16 đây là 2 chân cấp nguồn dung để bật đèn của LCD từ chân 4 đến 14 là các chân điều khiển được nối với vi điều khiển, các chân 4, 5, 6 được dùng để điều khiển hoạt động của LCD.
Bảng 4.2 mô tả chân LCD
Chân chọn thanh ghi RS (Register Select): có hai thanh ghi trong LCD, chân RS được dùng để chọn thanh ghi, nếu RS = 1 thì thanh ghi dữ liệu được chọn cho phép người dùng gửi dữ liệu cần hiển thị lên LCD, nếu RS = 0 thì thanh ghi địa chỉ được chọn.
Chân đọc/ ghi (R/W): Đầu vào đọc/ ghi cho phép người dùng ghi thông tin lên LCD khi R/W =0 hoặc đọc thông tin từ nó khi R/W = 1.
Chân cho phép E ( Enable): Chân cho phép được sử dụng bởi LCD để chốt dữ liệu của nó. Khi dữ liệu được cấp đến chân dữ liệu thì một xung mức cao xuống mức thấp phải được áp đến chân này để LCD chốt dữ liệu trên các chân dữ liệu. Xung này phải rộng tối thiểu là 450ns.
Các chân còn lại D0 - D7 là 8 chân dữ liệu 8 bit. Được dùng để gửi thông tin lên LCD hoặc đọc nội dung của các thanh ghi trong LCD. Để hiển thị các chữ cái và các con số, ta gửi các mã ASCII của các chữ cái A đến Z, a đến z và các con số từ 0 – 9 đến các chân này khi RS = 1. Ta có thể giao tiếp Data 8 bit hoặc 4 bit.
Trong mạch thiết kế ta truyền Data dưới dạng 4 bit. Việc truyền dưới dạng 4 bit hoặc 8 bit phải được thiết lập cả phần cứng và phần mềm.
Ta cũng sử dụng RS = 0 để kiểm tra bit cờ bận để xem LCD có sẵn sàng nhận thông tin. Cờ bận là bit D7 và có thể được đọc khi R/W = 1 và RS=0 như sau:
Nếu R/W = 1 , RS = 0 khi D7 = 1 (cờ bận 1) thì LCD bận bởi các công việc bên trong và sẽ không nhận bất kỳ thông tin mới nào. Khi D = 0 thì LCD sẵn sàng nhận thông tin mới. Lưu ý ta nên kiểm tra cờ bận trước khi ghi bất kỳ dữ liệu nào lên LCD.
Cách giao tiếp của vi điều khiển và LCD:
Mạch thực hiện giao tiếp giữa vi điều khiển với LCD:
4.2.4 Mạch cảm biến vị trí (cảm biến hồng ngoại):
Cơ chế hoạt động:
Hình 4.13 Phản xạ tia hồng ngoại tại các bề mặt
Khi led phát hồng ngoại chiếu xuống mà không có vật gì cản lại hoặc bề mặt màu đen (hoặc bề mặt có màu sậm, tối) thì tia hồng ngoại sẽ không phản hồi trở lại hoặc phản hồi rất ít, khi đó led thu hồng ngoại sẽ nhận được tia hồng ngoại rất ít.
Khi bề mặt màu trắng hoặc gương nhẵn thì tia hồng ngoại phản xạ lại rất lớn khi đó led thu sẽ nhận được tín hiệu lớn.
Hình 4.14 Mạch thu phát hồng ngoại
Khi led thu không nhận được tia hồng ngoại từ led phát thì tại kênh B của transistor sẽ không có tín hiệu kích transistor sẽ không dẫn, signal out sẽ là ở mức cao, khi led thu nhận được tia hồng ngoại thì thì transistor sẽ được kích và dẫn,
signal out sẽ ở mức thấp. Dựa theo các mức này ta sẽ biết được vị trí của vật để dễ dàng lập trình và điều khiển.
Nguồn sử dụng trong mạch này là DC 5V.
Trong mạch thực tế led thu và led phát hồng ngoại sẽ không thể lý tưởng vì thế tín hiệu ra sẽ cho ở mức 0V hoặc thấp hơn 5V.
Hình 4.15 Mạch thực hiện thu phát hồng ngoại
4.2.5 Mạch điều khiển đổi chiều động cơ DC:
Hình 4.16 Mạch cầu H điều khiển đổi chiều động cơ Nguyên lý hoạt động:
Khi hai công tắc K1 đồng thời bật lên (trong khi hai công tắc K2 hở) thì dòng điện chạy qua động cơ theo chiều từ chân 1 tới chân 2 rồi xuống GND làm
bật lên thì dòng điện sẽ chạy qua động cơ từ chân 2 tới chân 1 rồi xuống GND làm động cơ hoạt sẽ hoạt động theo chiều ngược lại so với chiều ban đầu.
Thực tế ta chỉ cần đổi các công tắc K1, K2 thành các rơle đôi, chỉ cần một cuộn kích là hai công tắc K1 hoặc K2 sẽ tự bật hay ngắt để điều khiển đổi chiều động cơ.
Nguồn sử dụng để điều khiển động cơ là 24VDC
Rơ-le sử dụng loại 24V: Các chân 3 và 10 của rơ-le nối với 2 cực của nguồn 24V, khi hai chân của cuộn kích chưa cấp điện thì chân 5 và 8 của rơ-le nối với động cơ chưa thông mạch, động cơ ngừng. Khi cuộn kích của rơ-le được cấp điện thì chân 3 và 5 được nối lại, và chân 10 và 8 được nối lại, mạch điện lúc này được thông, động cơ sẽ hoạt động.
Động cơ sử dụng DC 24V.
Hình 4.17 sơ đồ nguyên lý mạch relay
4.2.6 Giao tiếp giữa các thiết bị với PLC:
Ta có các tín hiệu được đưa đến PLC để điều khiển là:
- Tín hiệu từ vi điều khiển PORTC0: Khi nhiệt độ mà LM35 đo được nhỏ hơn 38 oC thì PORTC0 là mức 0 của vi điều khiển, ứng với 0V, khi nhiệt độ lớn hơn hoặc bằng 38 oC thì PORTC0 là mức 1, ứng với 5V.
- Tín hiệu từ cảm biến vị trí: ta có hai cảm biến vị trí bên phải và bên trái Vì PLC CP1L chỉ phân biệt được mức 0 và 1 ứng với điện thế 0V và 24V. Nhưng các tín hiệu đưa vào PLC cao nhất chỉ ở mức 5V vì thế ta cần mạch chuyển đổi điện thế 5V thành 24V.
Mạch đổi điện thế:
Khi ngõ vào ở mức thấp thì transistor không dẫn , cuộn dây của rơ-le không được thông mạch, nên công tắc không được bật lên vì thế ngõ ra vẫn ở 0V. Khi có tín hiệu vào thì transistor dẫn, cuộn dây lúc này sẽ được thông mạch nên hút công tắc lại nối ngõ ra với nguồn 24V.
Cách kết nối với PLC: -Kết nối ngõ vào:
PLC có 8 ngõ vào: Ứng với 00 đến 07
Trong thiết kế ta có 5 ngõ vào: Muốn ngõ vào ở mức cao thì ngõ vào phải có điện thế 24V.
Hai biến ngõ vào start và stop ta nối với nguồn 24V bằng công tắc tiếp điểm thường mở.
Tên ngõ vào Địa chỉ
Start 0.00 Stop 0.01 Cảm biến nhiệt 0.02 Cảm biến trái 0.03 Cảm biến phải 0.04 Hình 4.20 Kết nối ngõ vào PLC -Kết nối ngõ ra: PLC có 6 ngõ ra: Ứng với 00 đến 05 Trong thiết kế có 3 ngõ ra.
Tên ngõ ra Địa chỉ
Đèn 100.01
Động cơ trái 100.02 Động cơ phải 100.03
Ngõ ra của PLC dạng rơ-le:
Cổng COM sẽ được nối với một điện thế V (nhỏ hơn 250 VAC:2A, hoặc 24VDC: 2A) khi ngõ ra OUT chưa được bật lên thì tiếp điểm K chưa đóng,
OUT=0V. Khi OUT được được bật lên, khi đó tiếp điểm K nối thông mạch, lúc này