Các LED trạng thái dành cho I/O của module tín hiệu. (1)
Bộ phận kết nối đường dẫn. (2)
Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra. (3)
d.Các module truyền thơng
Hình 2. 4: Module truyền thơng
Họ PLC S7-1200 cung cấp các module truyền thơng (CM) dành cho các tính năng bổ sung vào hệ thống. Có 2 module truyền thơng: RS232 và RS485.
CPU hổ trợ tối đa 3 module truyền thơng
Mỗi CM kết nối phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một CM khác). Hình 2.4 thể hiện module tín hiệu sau khi lắp vào PLC.
Các LED trạng thái dành cho module truyền thống. (1)
Bộ phận kết nối truyền thông. (2)
2.3.1.Một số thao tác cơ bản làm quen với phần mềm
Phần mềm SIMATIC TIA Portal STEP7 Advance chạy hệ điều hành Windows, phần mềm làm nhiệm vụ trung gian giữa người lập trình và PLC.
Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay laptop thì phải kết nối chuẩn TCP/IP. Để máy tính và SIMATIC S7-1200 có thể giao tiếp được với nhau, quan trọng nhất là địa chỉ IP của các thiết bị phải phù hợp và đồng bộ với nhau. Sau đây là cách tạo một project trên TIA Portal.
Bước 1: Từ màn hình desktop nhấn đúp vào biểu tượng TIA Portal V17 (Xem
Hình 2.5)
Hình 2. 5: Thao tác chọn vào phần mềm
Bước 2: Click chuột vào Create new project để tạo dự án (Xem Hình 2.6)
Bước 3: Nhập tên dự án vào project name sau đó nhấn Create new project ( Xem
Hình 2.7)
Hình 2. 7: Thao tác đặt tên chọn đường dẫn và tạo new project
Bước 4: Chọn Configure a device (Xem Hình 2.8)
Hình 2. 8: Thao tác chọn vào Configure a device
Bước 5: Chọn Add new device (Xem Hình 2.9)
Bước 6: Chọn loại CPU PLC sau đó chọn Add (Xem Hình 2.10)
Hình 2. 10: Thao tác Chọn loại CPU PLC
Bước 7: Setup mật khẩu cho PLC rồi chọn Finnish. Bước này tùy thuộc vào loại
Versions của PLC nên có thể có hoặc khơng (Xem Hình 2.11)
Bước 8: Project mới hiện ra (Xem Hình 2.12)
Hình 2. 12: Cửa sổ làm việc của phần mềm
2.3.2.Giao diện giám sát WinCC Runtime Advanced
WinCC Runtime Advanced là một trong những chương trình ứng dụng cho mạng HMI, Scada trong lĩnh vực dân dụng cũng như công nghiệp.
Là phần mềm của hãng Siemens và được tích hợp trong TIA Portal, WinCC Runtime Advanced (Windows Control Center) dùng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong q trình sản xuất và vận hành. Nói rõ hơn, WinCC là chương trình dùng để thiết kế các giao diện Người và Máy - HMI (Human Machine Interface) trong hệ Scada (Supervisory Control And Data Acquisition), giám sát và điều khiển quá trình sản xuất, với chức năng chính là thu thập số liệu. Với WinCC, người dùng có thể trao đổi dữ liệu với PLC của nhiều hãng khác nhau như: Allen braddly, Siemens ,Omron, Mitsubishi,.. thông qua cổng COM với chuẩn RS232 vủa PC và chuẩn RS485 của PLC. Với WinCC Runtime Advanced, ta có thể tận dụng nhiều chức năng khác nhau cho để giải quyết công việc thuận lợi hơn, từ thiết kế cho hệ thống có quy mơ vừa và nhỏ đến quy mô lớn, hệ thống thực hiện sản xuất - MES (Manufacturing Excution Sytem). WinCC Runtime Advanced có thể mơ phỏng bằng hình ảnh các sự kiện xảy ra trong quá trình điềuk hiển dưới dạng chuổi sự kiện. Cung cấp rất nhiều hàm chức năng với rất nhiều mục đích như hiển thị, thơng báo, ghi báo cáo, xử lý thông tin đo lường , các tham số công thức,.. là những chức năng mà WinCC đều làm được. Để đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày càng phát triển và là một trong những chương trình thiết kế giao diện Người và Máy - HMI được tin dùng nhất hiện nay.
2.3.3.Chức năng của WinCC Runtime Advanced
a.Hiển thị quá trình
Quá trình vận hành, điều khiển và giám sát mơ hình hệ thống được hiển thị trên thiết bị HMI(WinCC), màn hình Laptop,… . Được cập nhật một cách chính xác trên màn hình trên các thiết bị này. Điều này được thực hiện dựa trên việc giao tiếp bởi các chuẩn giao tiếp phổ thơng và các sự chuyển tiếp q trình.
b.Điều khiển vận hành quá trình
Người vận hành, điều khiển, giám sát,… có thể điều khiển q trình bởi giao diện giám sát được thiết lập sẵn trên WinCC. Ví dụ, họ có thể cài đặt các giá trị ban đầu cho việc điều khiển hay khởi động một động cơ.
c.Hiển thị các cảnh báo
Các quá trình nghiêm trọng, bị lỗi hệ thống tự động khởi phát báo động, ví dụ, khi giá trị đặt được vượt quá giá trị cho phép.
d.Lưu trữ các giá trị cảnh báo quá trình
Hệ thống HMI có chức năng ghi lại các cảnh báo và giá trị q trình. Tính năng này cho phép bạn lưu trữ các dãy quá trình và lấy ra các dữ liệu của sản xuất từ trước.
e.Ghi chép và cảnh báo các giá trị của quá trình
Hệ thống HMI có thể đưa ra các báo cáo giá trị của quá trình làm việc và các cảnh báo về vận hành. Chức năng này cho phép bạn in ra các dữ liệu sản xuất ở cuối của ca làm việc.
f.Quản lý thơng số máy móc và q trình
Hệ thống HMI có chức năng lưu giữ các thơng số của các q trình và máy móc dưới dạng cơng thức. Ví dụ, bạn có thể Dowload những thơng số trên một đường dẫn từ thiết bị HMI tới PLC để thay đổi toàn kiểu sản xuất của sản phẩm.
2.3.4.Các bước cấu hình và kết nối WinCC Runtime Advanced với PLC
a.Thiết lập cấu hình
Sau khi đã hồn thành các bước tạo New project thì ta tiếp tục làm theo các bước sau để thiết lập giao diện giám sát WinCC Runtime Advanced.
Hình 2. 13: Thao tác chọn vào Configure a device
Bước 2: Chọn Add new device (Xem Hình 2.14)
Bước 3: Chọn WinCC Runtime Advanced sau đó chọn Add (Xem Hình 2.15 và
2.16)
Hình 2. 15: Thao tác chọn WinCC Runtime Advanced
Hình 2. 16: WinCC Runtime Advanced sau khi đã tạo b.Kết nối với PLC b.Kết nối với PLC
Để kết nối với PLC thì ta phải thêm Module truyền thơng vào WinCC Runtime Advanced, ta chọn chuẩn truyền thông PROFINET/Ethernet và chọn chuẩn giao tiếp IE general.
Bước 1: Thêm Module truyền thơng cho WinCC Runtime Advanced (Xem Hình
2.17)
Hình 2. 17: WinCC Runtime Advanced sau khi đã được thêm Module truyền
Bước 2: Tạo kết nối giữa PLC và WinCC Runtime Advanced, ta vào Network
view chọn vào phần Network rồi kéo thả chuột vào đúng vị trí cổng giao tiếp của 2 thiết bị, kế tiếp ta chọn phần Connections và làm tương tự như phần Network (Xem Hình 2.18 và 2.19)
CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG
3.1. Thiết kế phần cứng
3.1.1.Thiết kế phần cơ khí
a.Thiết kế băng tải
Băng tải là một cơ chế hoặc một máy có thể vận chuyển một tải đơn (thùng carton, hộp, túi,…) hoặc trong mơ hình là các hộp sản phẩm có màu sắc khác nhau từ một điểm A đến điểm B.
Trong mơ hình gồm có 2 băng tải là 1 băng tải đề đưa chai vào nơi khâu đầu tiên là chiết rót và băng tải thứ 2 có nhiệm vụ đưa chai tới khâu cuối cùng là in logo để thành phẩm chai. Hình 3.1 là băng tải được thiết kế trên Solid Works và Hình 3.2 là băng tải được chế tạo thực tế.
Hình 3. 1: Băng tải thiết kế trên Solid Works
Hình 3. 2: Băng tải chế tạo thực tế b.Thiết kế mâm xoay b.Thiết kế mâm xoay
Mâm xoay có chức năng di chuyển chai theo quỹ đạo tròn đi qua các khâu cấp nắp chiết rót, đóng vặn nắp và đưa chai ra băng tải 2. Hình 3.3 là mâm xoay được thiết kế trên Solid Works và Hình 3.4 là băng tải được chế tạo thực tế.
Hình 3. 3: Mâm xoay thiết kế trên Solid Works
Hình 3. 4: Mâm xoay chế tạo thực tế
c.Thiết kế máng cấp nắp
Máng cấp nắp trong mơ hình có chức cấp nắp vào miệng chai sau khi đã được rót dung dịch. Khi chai đã nhận nắp thì nắp tiếp theo sẽ chuẩn bị cho chai kế tiếp. Hình 3.5 là băng tải được thiết kế trên Solid Works và Hình 3.6 là băng tải được chế tạo thực tế.
Hình 3. 5: Máng cấp nắp thiết kế trên Solid Work
Hình 3. 6: Máng cấp nắp chế tạo thực tế d.Thiết kế khâu vặn nắp chai d.Thiết kế khâu vặn nắp chai
Khâu vặn nắp chai có chức năng đúng với như tên gọi đó là dùng để vặn cố định lại nắp chai khi chai được đưa tới. Khâu đóng nắp sử dụng 1 động cơ DC và 1 xy lanh
vng. Hình 3.7 là băng tải được thiết kế trên Solid Works và Hình 3.8 là băng tải được chế tạo thực tế.
Hình 3. 7: Khâu vặn nắp thiết kế trên Solid Work
Hình 3. 8: Khâu vặn nắp chế tạo thực tế e.Thiết kế các chi tiết khác e.Thiết kế các chi tiết khác
Các chi tiết này giúp cải thiện và gia cố phần cứng. Góp phần làm cho phần cơ khí của mơ hình chắc chắn hơn. Dưới đây Hình 3.9 biểu diễn một số chi tiết đã thiết kế được sử dụng trong mơ hình.
Hình 3. 9: Một số chi tiết thiết kế trên Solid Work
Sơ đồ khối thể hiện chức năng của từng khối làm việc của hệ thống. Nó thể hiện mối liên kết của các khối đối với nhau và sự giao tiếp với nhau giữa các khối, làm trực quan cho người xem hay người vận hành.
Sơ đồ khối là một trong những yêu cầu tiên quyết trong việc xây dựng các dự án vì nó thể hiện rõ sự tương quan của nó trong các khối. Tránh sai xót trong lúc lên ý tưởng, thiết kế và chế tạo hệ thống. Hình 3.10 thể hiện sơ đồ khối của hệ thống.
Hình 3. 10: Sơ đồ khối
3.1.3.Các cơ cấu chấp hành và thiết bị sử dụng trong hệ thống
a.Động cơ
Động cơ có chức năng biến đổi điện năng thành cơ năng theo dạng chuyển động xoay, dùng để thực hiện các chuyển động xoay cho các khâu như di chuyển băng tải, mâm xoay hay có thê làm bơm hút nước,.. Như vậy, dựa vào giới hạn của mơ hình và mức điện áp là 12VDC nến có thể chọn động cơ giảm tốc DC 12V (xem hình 3.11) có các thơng số định mức như sau:
+ Thông số kĩ thuật:
Dịng điện khơng tải: 0.06A
Điện áp định mức: 12VDC
Khơng có tải tốc độ quay 80 vịng/phút, tải 10 kg (trên mỗi centimet)
Đường kính trục: 6mm, trục kiểu khuyết D ( 0.65mm ở cạnh pin)
Sử dụng vít M3 để gá đặt
b.Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK
Cảm biến hồng ngoại dùng ánh sáng hồng ngoại để xác định khoảng cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu nhờ sử dụng mắt thu và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng lẽ. Có thể điểu chỉnh khoảng cách nhận tín hiệu của cảm biến mong muốn thơng qua biến trở để điều chỉnh độ nhạy, ngõ ra cảm biến ở dạng cực thu hở, vì vậy phải cần thêm 1 trở treo lên nguồn ở chân tín hiệu khi sử dụng. Hình 3.12 thể hiện sơ đồ chân và Hình 3.13 thể hiện cảm biến hồng ngoại ngồi thực tế.
+ Thơng số kĩ thuật:
Điện áp nguồn: 5 - 30VDC
Khoảng cách phát hiện: 3~80cm
Dịng kích ngõ ra: 300mA
Chất liệu sản phẩm: nhựa
Có LED hiển thị ngõ ra màu đỏ
Kích thước: 1.8cm (D) X 7.0cm (L)
Hình 3. 13: Cảm biến hồng ngoại c.Nút nhấn c.Nút nhấn
Nút ấn (xem Hình 3.14) là 1 loại khí cụ điện điều khiển bằng tay, dùng để điều khiển các khí cụ điện đóng cắt bằng điện từ, như là điện xoay chiều điện 1 chiều, các thiết bị báo hiệu và cũng để chuyển đổi các mạch điện điều khiển, động lực, tín hiệu liên động cũng như bảo vệ...
Nút ấn thông thường dùng để khởi động, dừng và đảo chiều quay các động cơ điện bằng cách đóng cắt cuộn dây nam châm điện của cơng tắc tơ, khởi động từ. Cấu tạo và nguyên lý làm việc.
Nút ấn gồm các hệ thống lò xo, các tiếp điểm thường mở và thường đóng và vỏ bảo vệ, khi ta tác động vào nút ấn, các tiếp điểm sẽ đảo ngược trạng thái và khi không còn tác động, các tiếp điểm trở về với trạng thái ban đầu.
Hình 3. 14: Nút nhấn
+ Thơng số kĩ thuật:
Tiếp điểm 1NO-1NC
Nhấn nhả và nhấn giữ
d.Aptomat
MCB là thiết bị dùng để đóng cắt và bảo vệ mạch điều khiển, động lực khỏi sự cố, đảm bảo an toàn cho người vận hành. MCB đơn là loại chỉ có 1 cực tiếp điểm dùng để bảo vệ dây pha của mạch điện. Hình 3.15 thể hiện Aptomat.
Hình 3. 15: Aptomat
Hình 3. 16 Cấu tạo của Aptomat
+ Cấu tạo chung của Aptomat như Hình 3.16:
Tiếp điểm: CB thường được chế tạo có hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và hồ quang), hoặc ba cấp tiếp điểm ( chính, phụ, hồ quang ). Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, sau cùng là tiếp điểm chính. Khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chính mở trước,
sau đến tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm hồ quang. Như vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm điểm hồ quang, do đó bảo vệ được tiếp điểm chính để dẫn điện. Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy lan vào làm hư hại tiếp điểm chính.
Hộp dập hồ quang: Để CB dập được hồ quang trong tất cả các chế độ làm việc của lưới điện, người ta thường dùng hai kiểu thiết bị dập hồ quang là: Kiểu nửa kín và kiểu hở. Kiểu nửa kín được đặt trong vỏ kín của CB và có lỗ thốt khí. Kiểu này có dịng điện giới hạn cắt không quá 50KA. Kiểu hở được dùng khi giới hạn dòng điện cắt lớn hơn 50KA hoặc điện áp lớn 1000V (cao áp). Trong buồng dập hồ quang thông dụng, người ta dùng những tấm thép xếp thành lưới ngăn, để phân chia hồ quang thành nhiều đoạn ngắn thuận lợi cho việc dập tắt hồ quang.
Cơ cấu truyền động cắt MCB: Truyền động cắt thường có hai cách: Bằng tay và bằng cơ điện (điện từ, động cơ điện). Điều kiển bằng tay được thực hiện với các CB có dịng điện định mức khơng lớn hơn 600A. Điều khiển bằng điện từ (nam châm điện) được ứng dụng ở các CB có dịng điện lớn hơn (đến 1000A). Để tăng lực điều khiển bằng tay người ta dùng một tay dài phụ theo ngun lý địn bẩy. Ngồi ra cịn có cách điều khiển bằng động cơ điện hoặc bằng khí nén
Móc bảo vệ: CB tự động cắt nhờ các phần tử bảo vệ – gọi là móc bảo vệ, sẽ tác động khi mạch điện có sự cố q dịng điện (q tải hay ngắn mạch) và sụt áp. Móc bảo vệ quá dòng điện (còn gọi là bảo vệ dòng điện cực đại) để bảo vệ thiết bị điện khong bị quá tải và ngắn mạch, đường thời gian – dịng điện của móc bảo vệ phải nằm dưới đường đặc tính của đối tượng cần bảo vệ. Người ta thường dùng hệ thống điện tử và rơle nhiệt làm móc bảo vệ, đặt bên trong CB.
+ Nguyên lí hoạt động của Aptomat:
Ở trạng thái bình thường sau khi đóng điện, Aptomat được giữ ở trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc 2 khớp với móc 3 cùng một cụm tiếp điểm động. Bật Aptomat ở trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện 5 và phần ứng 4 không hút. Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, lực hút điện từ ở nam châm điện 5 sẽ hút phần ứng 4 xuống làm bật nhả móc 3, móc 5 được thả tự do, lị xo 1 được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm của Aptomat được mở ra, mạch điện bị ngắt.
Để tính chọn aptomat tổng hay cho từ khu vực ta áp dụng công thức:
𝐼𝑡𝑡=𝑃/(𝑈. 𝑐𝑜𝑠 𝜑 )