Tủ điện là một thành phần không thể thiếu trong các dây chuyền sản xuất nói riêng và ngành tự động hóa nói chung. Tủ điện giúp bảo vệ các khí cụ và các thiết bị điện, làm giảm rủi ro khi gặp sự cố và thuận lợi trong việc điều chỉnh mô hình khi muốn nâng cấp hoặc sửa chữa vì phần điện được tập trung lại một chỗ duy nhất. Đồng thời cũng đấu nối thi công tủ điện để điều khiển mô hình và làm gọn, an toàn phần dây. Hình 3.38 cho thấy tủ điện được thiết kế trên bản vẽ. Tủ điện có kích thước 20×40×60 mm. Mặt trước gồm có 3 đèn báo và 3 nút nhấn. Bên trong có một số khí cụ điện như relay, aptomat, PLC,…
Hình 3. 37: Lắp các động cơ thiết bị điện vào mô hình
:
Hình 3. 38: Tủ điện được thiết kế c.Quá trình thi công tủ điện
Hình 3. 39: Cắt máng điện và thanh ray
Hình 3. 40: Tủ điện sau khi đã lắp đặt các khí cụ điện
Sau khi đã lắp đặt xong các thiết bị khí cụ điện vào tủ thì bước tiếp theo là đấu dây trong tủ. (Xem hình 3.41)
Hình 3. 41: Quá trình đấu dây cho tủ
Hình 3. 43: Hình ảnh bên ngoài mặt tủ
Sau khi đã đã thi công xong thì hình 3.42 và 3.43 cho thấy hình ảnh hoàn thiện của tủ bên ngoài và bên trong.
3.2.3.Mô hình hoàn thiện
Sau khi đã hoàn thành thiết kế và chế tạo thì cuối cùng nhóm cũng đã hoàn thiện được mô hình sơ bộ của đề tài tốt nghiệp. (Xem hình 3.44)
CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
4.1. Sơ đồ nối dây
Để có thể đấu nối dây trong mô hình thì cần phải có sơ đồ nối dây để việc thi công một cách nhanh chóng và đúng với nguyên lí của dòng điện, đảm bảo an toàn cho việc thi công, chế tạo. Như trong thiết kế của mô hình để tài thì Hình 4.1 là bản vẽ nối dây của mạch cấp nguồn. Hình 4.2 mô tả bản vẽ nối dây mạch điều khiển và còn lại Hình 4.3 là bản vẽ nối dây mạch động lực. Ba bản vẽ này biễu diễn toàn bộ sơ đồ nối dây của hệ thống.
Hình 4. 1: Sơ đồ mạch cấp nguồn
Mạch điều khiển có chức năng điều khiển các cơ cấu chấp hành trong mô hình bằng các thuật toán được lập trình trong các bộ điều khiển (PLC) hoặc các khí cụ điện. Dưới đây, Hình 4.2 mô tả bản vẽ nối dây mạch điều khiển sử dụng bộ điều khiển (PLC). Mạch động lực là thì trái ngược so với mạch điều khiển chính là nó có chức năng cấp nguồn cho các cơ cấu chấp hành hoạt động dựa vào các tín hiệu điều khiển của của mạch điều khiển truyền tới. Mạch động lực thường sử dụng điện áp khác với mạch động lực (thường lớn hơn), nhưng tùy thuộc vào cơ cấu chấp hành mà chọn nguồn cho phù hợp. Hai mạch này thường cách ly với nhau. Trong Hình 4.3 thể hiện rõ sơ đồ nối dây của mạch động lực trong hệ thống.
Hình 4. 2: Sơ đồ mạch điều khiển
Hình 4. 3: Sơ đồ mạch động lực
4.2. Phân công vào ra
Để có thể thuận lợi cho việc tính toán thuật toán và viết chương trình điều khiển của hệ thống thì lập bảng phân công đầu ra là việc làm đầu tiên để xác định được số đầu vào đầu ra, để có thể dễ dàng lập trình PLC sau này. Bảng 4.1 thể hiện các 14 đầu vào
của hệ thống. Ở đây ghi chi tiết tên, địa chỉ, chú thích, giúp thuận lợi cho việc lắp đặt hệ thống một cách trơn tru và hạn chế thiếu sót trong hệ thống.
Tên Địa chỉ Chú thích
I_Emergy %I0.0 Switch chế độ 1 auto, 0
manu
I_Chay %I0.1 Nút nhấn chạy hệ thống
I_Dung %I0.2 Nút nhấn dừng hệ thống
I_Bang_Tai_Vao %I0.3 Bật/Tắt băng tải chai vào
(Băng tải 1)
I_Bang_Tai_Ra %I0.4 Bật/Tắt băng tải chai ra
(Băng tải 2)
I_Bom %I0.5 Bật/Tắt bơm định lượng
I_Motor_Truc %I0.6 Bật/Tắt động cơ quay trục
I_Motor_Nap %I0.7 Bật/Tắt động cơ đóng nắp
chai
I_Xylinder_Dong_Nap %I1.0 Nâng/hạ xi lanh đóng nắp
chai
I_Xylinder_Day_Chai %I1.1 Đóng/mở xi lanh đẩy chai
I_CB_Nhan_Chai %I1.2 Cảm biến phát hiện chai
vào
I_CB_Nuoc_Thap %I1.3 Cảm biến mức nước thấp
I_CB_Day_Chai %I1.4 Cảm biến phát hiện chai
trước xylanh in
I_CB_Vi_Tri %I1.5 Cảm biến vị trí
Tên Địa chỉ Chú thích
Q_Den_Chay %Q0.0 Đèn báo hệ thống đang
chạy
Q_Den_Dung %Q0.1 Đèn báo hệ thống đang
dừng
Q_Den_Loi %Q0.2 Đèn báo lỗi hệ thống
Q_Bang_Tai_Vao %Q0.3 Đầu ra băng tải chai vào
(Băng tải 1)
Q_Bang_Tai_Ra %Q0.4 Đầu ra băng tải chai ra
(Băng tải 2)
Q_Bom %Q0.5 Đầu ra bơm định lượng
Q_Motor_Truc %Q0.6 Đầu ra động cơ quay trục
Q_Motor_Nap %Q0.7 Đầu ra động cơ đóng nắp
chai
Q_Xylinder_Dong_Nap %Q1.0 Đầu ra xi lanh đóng nắp
chai
Q_Xylinder_Day_Chai %Q1.1 Đầu ra xi lanh in logo
Bảng 4. 2: Bảng phân công đầu ra
Bảng 4.2 ghi rõ 10 đầu ra của hệ thống bao gồm tên, địa chỉ, chú thích. Khi lập được bảng phân công vào ra thì có thể tính toán đủ các đầu ra để thuận tiện cho việc lựa chọn thiết bị liên quan để tiến hành lắp đặt theo đúng kĩ thuật.
4.3. Lưu đồ thuật toán
Để có thể lập trình dễ dàng, mạch lạc và tối ưu hóa thì điều tiên quyết là phải vẽ được lưu đồ thuật toán, khi đó ta mới có thể logic được và có thể code không lo bị thiếu thuật toán và bị sai hoặc lỗi. Vì nếu như thuật toán đúng thì sẽ không có chuyện lập trình bị sai, vì đây là xương sống của chương trình điều khiển. Vì vậy phần này ta cần phải chính xác và trực quan nhất. Trong Hình 4.6 thể hiện lưu đồ thuật toán một cách tổng quát, giúp người đọc có thể hiểu rõ bản chất thuật toán cơ bản của hệ thống. Tại đây,
sau khi bắt đầu thì hệ thống sẽ kiểm tra công tắc chọn chế độ. Nếu chế đúng thì chế độ tự động được chọn và kết thúc. Nếu sai thì chế độ bằng tay được chọn và kết thúc.
Hình 4. 4: Lưu đồ thuật toán tổng quát
Ngoài lưu đồ thuật toán tổng quát thì đi sâu vào nó thì có thể thấy được lưu đồ thuật toán chương trình bằng tay (xem Hình 4.7). Nó thể hiện chế độ bằng tay của hệ thống. Ở chế độ này, khi hoạt động thì hệ thống sẽ kiểm tra các các công tắc điều khiển các cơ cấu chấp hành, nếu đúng thì nó sẽ thực hiện các cơ cấu còn sai thì sẽ kết thúc chương trình. Lần lượt và tuần tự như vậy thì hệ thống sẽ kiểm tra hết các công tắc rồi sau đó kết thúc chương trình.
Khác với lưu đồ thuật toán băng tay thì lưu đồ thuật toán chương trình tự động (Hình 4.8) có phần phức tạp hơn là dừng lại ở việc kiểm tra các đầu vào (công tắc) mà nó được hoạt động theo một chu trình. Khi chế độ tự động được chọn thì bước đầu sẽ kiểm tra tín hiệu nút nhấn Stop, nếu đúng thì thực hiện các công việc khi nhấn nút, nếu sai sẽ chuyển qua kiểm tra tín hiệu nút nhấn EMG, nếu đúng sẽ thực thi công việc khi nhấn nút EMG nếu sai thì sẽ kiểm tra tiếp tín hiệu cảm biến nước cạn, nếu đúng thì thực hiện công việc của cảm biến và nếu sai thì sẽ bật băng tải vào, ra và mâm xoay tiếp tục thì sẽ kiểm tra tín hiệu cảm biến nhận chai. Ở tại thời điểm này nếu đúng thì tiếp tục thực thi công việc là dừng băng tải vào, bật rót dung dịch, bật vặn nắp, nếu sai thì hệ thống sẽ chờ cho đến khi có tín hiệu của cảm biến . Tiếp theo thì hệ thống sẽ kiểm tra tín hiệu của cảm biến vị trí nếu đúng thì tắt mâm xoay, sai thì chờ khi có tín hiệu cảm biến. Tiếp theo thì hệ thống sẽ kiểm tra thời gian đếm của timer, nếu timer rót bằng 10 giây và timer vặn nắp bằng 5 giây thì sẽ tắt rót dung dịch và tắt vặn nắp, nếu sai thì hệ thống sẽ chờ cho đến khi timer đếm đủ thời gian. Tiếp đến sẽ kiểm tra bit rót xong, nếu đúng thì sẽ bật mâm xoay, còn nếu sai thì hệ thống sẽ tiếp tục chờ cho tới khi bit này đúng (ở mức cao). Sau đó sẽ kiểm tra timer đếm đủ 500 mili giây nếu đủ thì sẽ dừng mâm xoay, còn nếu sai thì sẽ chờ cho đến khi timer đếm đủ. Tiếp tục chu trình thì sẽ kiểm tra tín hiệu của cảm biến in logo, nếu đúng thì sẽ đếm lên 1 sản phẩm vào bit đếm sản phẩm, nếu sai thì sẽ chờ cho đến khi nhận được tín hiệu. Sau đó hệ thống sẽ kiểm tra bit đếm sản phẩm, nếu đúng bit đếm sẽ lên 2 thì bật xy lanh in logo còn nếu sai thì sẽ chờ cho đến khi bit đếm sản phẩm lên băng 2. Sau đó thì sẽ kiểm tra timer xy lanh in logo, nếu timer đếm đủ 2 giây thì sẽ tắt xy lanh in logo còn nếu sai sẽ chờ cho đến khi đủ 2 giây
4.4. Giản đồ thời gian
Để thể hiện được chu trình hoạt động của hệ thống một cách chi tiết thì giản đồ thời gian rất quan trọng trong vấn đề này nếu không nói là không thể thiếu. Trong đây nó sẽ minh họa chu trình hoạt động chi tiết nhất theo dạng xung trong 1 đơn vị thời gian nhất định để người xem có thể hiểu rõ nhất cách thức hoạt động trực tiếp. Hình 4.9 sẽ biểu diễn giản đồ thời gian của hệ thống.
Giản đồ thời gian được giải thích một cách đơn giản như sau. Khi không công tắc chế độ ở trạng thái OFF thì sẽ thực hiện chế độ băng tay, còn nếu ở trạng thái ON sẽ thực hiện chế độ tự động.
Ở chế độ bằng tay thì tùy thuộc vào tín hiệu (trạng thái) ON, OFF mà các cơ cấu chấp hành liên quan có thể bật tắt theo mong muốn.
Ở chế độ tự động thì khi ấn nút chạy, hệ thống sẽ bắt đầu hoạt động chế độ. Lúc này đèn chạy sẽ sáng lên, băng tải vào, ra và mâm xoay đều bật còn đèn dừng sẽ tắt đi. Sau đó cảm biến nhận chai (cảm biến 1) có tín hiệu thì sẽ bật động cơ rót dung dịch, xy lanh đóng nắp, tắt động cơ băng tải vào, và bộ đếm sản phẩm lên 1, tiếp đó sau khoảng 500 mili giây sẽ bật động cơ vặn nắp. Sau 10 giây và 5 giây thì xy lanh đóng nắp, động cơ rót dung dịch, động cơ vặn nắp sẽ tắt. Đúng lúc này, mâm xoay sẽ bật cho đến khi cảm biến vị trí, đồng thời bật lại băng tải vào. Tiếp theo khi cảm biến in logo (cảm biến 2) có tín hiệu thì đồng thời bộ đếm chai đẩy sẽ được đếm lên 1. Sau khi bộ đếm đếm đủ lên 2 thì sau 1 giây sẽ bật xy lanh in logo trong 2 giây. Sau 2 giây thì xy lanh sẽ tắt đồng thời bộ đếm chai thành phẩm sẽ đếm lên 1. Lúc này nếu mà trước đó nút nhấn dừng được tác động thì hệ thống sẽ dừng toàn bộ. Nhấn lại nút chạy để chạy lại hệ thống. Nếu muốn dừng khẩn cấp toàn bộ hệ thống thì có thế nhấn nút EMG. Nếu trường hợp cảm biến nước thấp có tín hiệu thì lúc này đèn lỗi và đèn dừng sẽ được bật còn đèn chạy sẽ tắt đi. Đồng thời hệ thống sẽ dừng toàn bộ.
4.5. Chương trình điều khiển
4.5.1.Nguyên lí hoạt động
Hệ thống sẽ hoạt động với nguyên lí như sau:
Hệ thống sẽ hoạt động theo 2 chế độ, đó là chế độ bằng tay và tự động.
Ở chế độ bằng tay thì các khâu làm việc sẽ được điều khiển bằng tay qua các công tắc ON OFF, dùng để bật tắt từng khâu liên quan tùy theo sự điều khiển của người vận hành.
Tiếp đến chế độ tự động thì khi người vận hành nhấn nút START thì hệ thống sẽ hoạt theo 1 chu trình đã được lập trình sẵn. Cụ thể thì băng tải 1 sẽ đưa chai rỗng vào nơi rót dung dịch, mâm xoay sẽ di chuyển tới khi nhận tín hiệu của cảm biến vị trí thì dừng lại, khi cảm biến 1 nhận được tín hiệu thì dung dịch đã được rót vào chai, sau khi rót xong thì thì mâm xoay sẽ di chuyển chai tới khâu cấp và vặn nắp chai rồi sẽ đưa chai ra băng tải 2. Khi chai đã tới băng tải 2 thì nó sẽ có nhiệm vụ đưa chai tới khâu in logo, khi cảm biến 2 đã nhận được là có 2 chai thì xy lanh in logo sẽ thực hiện việc in logo vào thân chai và hoàn thiện xong 1 chu trình.
Trong quá trình vận hành chu trình mà bồn chứa dung dịch của khâu rót dung dịch bị cạn tới mức không thể rót thì lúc đó cảm biến đo mực dung dịch sẽ phát tín hiệu và báo lỗi hệ thống. Lúc này thì hệ thống sẽ dừng vận hành và đèn báo lỗi sẽ sáng lên để báo hiệu cho người vận hành.
Nếu trong quá trình hệ thống gặp lỗi nghiêm trọng hoặc lỗi hỏng hóc trong các khâu làm việc thì người vận hành sẽ dùng nút EMG để dừng khần cấp hệ thống.
Còn khi đang vận hành bình thường thì khi nhấn nút STOP thì hệ thống sẽ hoàn thành xong chu trình rồi sau đó mới dừng lại.
4.5.2.Chương trình điều khiển cho PLC S7-1200
a.Chương trình chính
Đây là chương trình dùng để gọi các chương trình con trong phần chương trình điều khiển để hoạt động đúng với thuật toán. Hình 4.9 mô tả chương trình chính. (Phụ lục 1)
b.Chương trình Startup
Chương trình tạo ra nhằm cài đặt các thông số ban đầu của hệ thống. Hình 4.10 mô tả chương trình Startup. (Phụ lục 2)
c.Chương trình con bằng tay
Chương trình com Manual là chương trình hoạt động chế độ bằng tay của hệ thống của các khâu làm việc. Các khâu này được điều khiển trực tiếp băng cách ON OFF các công tắc riêng của từng khâu. Hình 4.11 mô tả chương trình bằng tay. (Phụ lục 3)
d.Chương trình con tự động
Đây là chương trình điều khiển của chế độ vận hành Auto của hệ thống. Khi hệ thống ở chế độ này thì sẽ hoạt động một cách tự động và điều khiển băng các nút nhấn. Hình 4.11 mô tả chương trình tự động. (Phụ lục 4)
e.Chương trình con đầu ra
Chương trình con này có nhiệm vụ là gom các đầu ra lại với nhau, kết hợp của chương trình con Manual và Auto ra một đầu ra duy nhất. Hình 4.14 mô tả chương trình đầu ra. (Phụ lục 6)
f. Chương trình con mô phỏng
Chương trình này tạo ra nhằm để mô phỏng phần code ở các chương trình con ở trên, để xem nó có hoạt động đúng với yêu cầu thuật toán đề ra của mô hình trước khi bắt đầu thi công mô hình thật và tinh chỉnh lại những chỗ thiết sót của mô hình thật. Hình 4.13 mô tả chương trình mô phỏng. (Phụ lục 5)
Để thực hiện việc giám sát và điều khiển hệ thống trên giao diện Scada thì việc sử dụng phần mềm chuyên dụng trong việc này đó là TIA Portal V17 giao diện giám sát WinCC Runtime Advanced. Hình 4.14 mô tả giao diện giám được thiết kế trên hệ thống. Giao diện giám sát có thể cho phép ta giám sát, theo giỏi và điều khiển mô hình hệ thống của mình từ xa qua máy tính hoặc có thể là màn hình HMI,…
KẾT LUẬN
Sau khoảng thời gian 3 tháng thực hiện đồ án, em đã có điều kiện ôn lại kiến thức chuyên ngành, tham khảo các tài liệu trong và ngoài nước, được làm việc với phần mềm TIA Portal V17 dưới sự hỗ trợ của các thầy cô hướng dẫn để hoàn thành đồ án tốt nghiệp, đồ án cuối cùng của đời sinh viên.
Các dây chuyền sản xuất trong công nghiệp hiện nay còn sử dụng phần sức lao động của con người trong các hệ thống sản xuất hàng hóa đặt thù. Vì vậy nên việc tự động hóa còn gặp một vài hạn chế. Hi vọng những hệ thống sản xuất tự động như đề tài