- Hệ thống đọc và xử lý bacode sản phẩm - Camera chếch sản phẩm - Hệ thống đo kích thƣớc sản phẩm - Phần mềm điều khiển WCS - Hệ thống đèn báo trạng thái - Sensor báo đầy
- Hệ thống cân trọng lƣợng
2.2.4 Đánh giá hệ thống phân loại bưu cục
2.2.4.1 Ưu điểm
- Hệ thống kết hợp nhiều phƣơng pháp phân loại khác nhau, sử dụng nhiều loại băng tải giúp việc phân chia bao quát đƣợc hầu hết các sản phẩm với độ chính xác cao
- Tốc độ vận hành rất nhanh mang lại hiệu quả trong việc phân chia sản phẩm - Thiết kế tích hợp đầu vào linh hoạt, cân trọng lƣợng chính xác
- Thay đổi và nâng cấp một cách dễ dàng theo modul
2.2.4.2 Nhược điểm
- Hệ thống vận hành nhanh dẫn tới khả năng hƣ vỡ các mặt hàng dễ hỏng hóc. - Chi phí ban đầu cao và cần nhân công có trình độ cao hơn mới vận hành và kiểm soát đƣợc hệ thống một cách trơn tru.
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.1 Tổng quan về bộ điều khiển lập trình PLC
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller là thiết bị điều khiển lập trình đƣợc cho phép thực hiện linh hoạt các thực toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. PLC hoạt động thay thế nhƣ một rơ le trong thực tế, dựa vào sự thay đổi tín hiệu đầu vào để phát hiện và làm thay đổi tín hiệu đầu ra.
PCL có nguyên lý hoạt động khá đơn giản, khi hệ thống đƣợc kích hoạt, một bộ điều khiển PLC sẽ liên tục lặp lại chƣơng trình đã cài đặt trƣớc đó, và đợi nhận tín hiệu đầu vào và xuất ra các tín hiệu ngõ ra điều khiển các cơ cấu chấp hành.
Một số đặc điểm nổi trội của PLC: Chƣơng trình đơn giản, tích hợp tốt với nhiều thiết bị điện tử khác, có độ bền trong các công xƣởng …
Hình 3.1: sơ đồ khối vận hành của PLC
3.1.1 Lịch sử phát triển của PLC
Trƣớc khi có PLC thì việc điều khiển các cơ cấu máy móc thực hiện theo logic thì chỉ có thể sử dụng các Role trung gian, Timer, Counter…và cùng với đó, hệ thống càng phức tạp, càng nhiều quy trình thì có càng nhiều khí cụ điện nhƣ trên đƣợc dùng. Việc đó gây ra nhiều vấn đề trong quá trình lắp đặt, sử dụng và bảo trì, vì thế PLC đƣợc phát minh và là bƣớc tiến lớn trong hoạt động sản xuất thời bấy giờ.
Năm 1968, Bộ điều khiển lập trình đầu tiên (Programmable Logic Controller) hay còn có tên gọi là Modicon đã đƣợc Dick Morley và những kỹ sƣ của Công ty General Motor – Hoa Kỳ sáng chế.
- Cấu trúc dạng Module mở rộng, dễ bảo trì và sửa chữa. - Đảm bảo độ tin cậy trong môi trƣờng sản xuất.
Hình 3.2: Bộ PLC đầu tiên của Mỹ
Tuy nhiên vì là bộ vi điều khiển với thế hệ đầu tiên cùng với những hạn chế về công nghệ những năm 70, bộ điều khiển lập trình còn khá đơn điệu và đặc biệt cồng kềnh, do đó khiến ngƣời vận hành và các kỹ sƣ gặp khó khăn trong việc vận chuyển, lắp đặt, vận hành và lập trình trên bộ điều khiển lập trình. Vì vậy các nhà thiết kế - chế tạo từng bƣớc một cải tiến hệ thống trở gọn nhẹ, dễ vận hành cũng nhƣ ƣu việt hơn về nhiều mặt.
Dần theo dòng thời gian và sự phát triển ở những phiên bản đầu tiên, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay hay đƣợc gọi là PCH (Programmable Controller Handle) đƣợc ra mắt đầu tiên vào năm 1969 với mục đích nhằm đơn giản hóa việc lập trình. Sự phát triển này này đã tạo ra sự thuận lợi và phát triển thật sự cho kỹ thuật lập trình điều khiển thời bấy giờ.
Trong giai đoạn những phiên bản đầu tiên ra đời, các hệ thống điều khiển lập trình chỉ nhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển của một hệ thống ở những thời kỳ đầu. Qua quá trình vận hành, các nhà thiết kế và sáng chế đã ghi nhận và rút ra đƣợc những ƣu điểm, những thiếu sót và từng bƣớc tạo ra đƣợc một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, và đó là tiêu chuẩn: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang.
Đầu năm 1970, sự vƣơn lên của công nghệ cũng nhƣ sự phát triển của hệ thống phần cứng kéo theo sự đổi mới và phát triển của PLC với nhiều các chức năng mở rộng:
- Số lƣợng Input và Output nhiều hơn và có khả năng điều khiển các đầu vào, đầu ra từ xa bằng kỹ thuật truyền thông.
- Bộ lƣu trữ dữ liệu không còn hạn chế và đƣợc nhiều hơn.
- Nhiều loại Module chuyên dùng hơn với từng yêu cầu kĩ thuật khác nhau. Cùng với sự phát triển của phần cứng, sự phát triển của công nghệ phần mềm cũng đƣợc đẩy lên một bậc mới, bộ lập trình điều khiển PLC không chỉ thực hiện các lệnh Logic đơn giản mà còn có thêm các lệnh đếm sự kiện xảy ra, xử lý toán học, xử lý xung, thời gian thực…và dần trở thành một thiết bị rất quan trọng trong công nghiệp sản xuất thời nay.
Hình 3.4: Bộ Module PLC năm 1970
Ngày nay, khi mà khoa học công nghệ của loài ngƣời đã phát triển, vi mạch điện tử và công nghệ thông tin phát triển vƣợt bậc, PLC không chỉ đƣợc thiết ngày càng nhỏ gọn từ những cỗ máy cồng kềnh và khó vận hành, cùng với đó chức năng cũng đƣợc bổ sung khá nhiều. So sánh với những PLC đời đầu đƣợc sáng chế và phát minh những năm 1970, PLC thời nay đã có thêm các chức năng nâng cao hơn nhƣ truyền
khiển và giám sát thông qua Webserver, cùng nhiều chức năng khác. Cấu hình đƣợc nâng cao và phát triển nhƣ có mở rộng nhiều module hơn, tốc độ xử lý tăng lên phù hợp với những yêu cầu lập trình khác nhau.
Hình 3.5: Các loại PLC phổ biến hiện nay
3.1.2 Tổng quan về PLC S7 – 1200
Hình 3.6: PLC S7 – 1200 và modul
Những điểm nổi bật của PLC S7-1200
Thiết kế dạng module
+ Sử dụng cổng truyền thông Profinet (Ethernet) giúp kết nối dễ dàng và thông dụng.
+ Thiết kế sẵn các đầu vào ra, thuật tiện và tiết kiệm chi phí khi ít đầu vào ra. +Thuận tiện trong việc mua thiết bị.
+ S7 – 1200 có các họ CPU 1211C, 1212C, 1214C. Tùy vào từng loại CPU khác nhau cho ra nhu cầu khác nhau.
+ Cấp nguồn thông dụng DC/DC/DC hay DC/DC/Rly. + Có khe cắm thẻ nhớ.
+ khả năng phân tích lỗi lỗi online/offline.
+ Đồng hồ chạy theo thời gian thực cho các ứng dụng. Board tín hiệu của S7-1200
+ Board tín hiệu với số lƣợng tín hiệu ít, làm giảm chi phí cho các nhu cầu không đòi hỏi quá nhiều tin hiệu.
Cổng tín hiệu đầu ra analog 12 bit (0-10VDC, 0-20mA)
Hình 3.7: Board tín hiệu của PLC Modules mở rộng tín hiệu vào/ra
Các module mở rộng tín hiệu gắn trực tiếp vào CPU. Module tín hiệu vào/ra số và analog, giúp thuật tiện trong việc sử dụng PLC S7 1200 thuận tiện và linh hoạt hơn.
Module Analog: SM
Tín hiệu module cung cấp đầu vào và đầu ra Analog, cho CPU 1212C tối đa của 2 SM có thể sử dụng, cho CPU 1214C tối đa là 8
Hình3.9: Module analog
Module truyền thông: Giao tiếp với RS 232/RS 485
Hình 3.10: Module truyền thông Thẻ nhớ
Hình 3.11: Thẻ nhớ Module nguồn
module nguồn PM 1207 có các thông số: Input: 110/220V AC 50/60Hz, 1.2A/0.7A Output: 24V DC / 2.5A
Hình 3.12: Module nguồn
3.1.2.1 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động
Cấu trúc
Thành phần chính gồm một bộ nhớ RAM, một bộ vi xử lý để ghép nối với PLC và các module I/O.
PLC kết nối vs các thiết bị lập trình thƣờng qua các cổng nhƣ RS232, RS422, RS458….
2 - Cổng kết nối. 3 - Khe cắm thẻ nhớ. 4 - Nơi gắn dây nối.
Hình 3.13: Cấu trúc PLC S7 – 1200 Cấu trúc phần mềm của PLC S7 – 1200
PLC S7 – 1200 gồm 4 bộ phận: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, INPUT/OUTPUT:
Hình 3.14: Cấu trúc phần mềm PLC Nguyên lý hoạt động của PLC
PLC chạy chƣơng trình bên trong theo trình tự đã đặt trƣớc, và nhận biết các tin hiệu vào để điều khiển xuất các tín hiệu đầu ra cho các thiết bị chấp hành đƣợc kết nối.
Hệ thống truyền tín hiệu bus gồm các đƣờng tín hiệu song song: + Address bus: Truyền địa chỉ tới các module
+ Data bus: bus để truyền dữ liệu
Hệ thống Bus có nhiệm vụ trao đổi thông tin CPU, bộ nhớ và I/O. CPU quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cấp yếu tố về định thời. [4] [7]
3.1.2.2 Phân loại
Việc phân loại S7-1200 dựa vào loại CPU mà nó trang bị: Các loại PLC thông dụng: CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C, CPU 1215C.
S7-200 đƣợc phân ra làm 3 loại chính: * Loại AC/DC/RLY
Nguồn nuôi: 120 – 240VAC.
Ngõ vào: Kích hoạt mức 1 ở cấp điện áp +24VDC (từ 15VDC – 30VDC). Ngõ ra: Relay.
Ƣu điểm của loại này là dùng ngõ ra Relay. Do đó có thể sử dụng ngõ ra ở nhiều cấp điện áp khác nhau (có thể sử dụng ngõ ra 0V, 24V, 220V…)
Tuy nhiên, nhƣợc điểm của nó là do ngõ ra Relay nên thời gian đáp ứng không nhanh cho ứng dụng biến điệu độ rộng xung, hoặc Output tốc độ cao.
* Loại DC/DC/RLY
Nguồn nuôi: 24VDC.
Ngõ vào: Kích hoạt mức 1 ở cấp điện áp +24VDC (từ 15VDC – 30VDC). Ngõ ra: Relay.
Ƣu điểm của loại này là dùng ngõ ra Relay. Do đó có thể sử dụng ngõ ra ở Nhiều cấp điện áp khác nhau (có thể sử dụng ngõ ra 0V, 24V, 220V…)
Nhƣợc điểm của nó là do ngõ ra Relay nên thời gian đáp ứng không nhanh cho ứng dụng biến điệu độ rộng xung, hoặc Output tốc độ cao…Hơn nữa nó lại cần nguồn nuôi 24VDC.
* Loại DC/DC/DC
Nguồn nuôi: 24VDC.
Ngõ vào: Kích hoạt mức 1 ở cấp điện áp 24VDC. Ngõ ra: Tranzitor.
Ƣu điểm của loại này là dùng ngõ ra transistor. Do đó có thể sử dụng ngõ ra này để biến điệu độ rộng xung, Output tốc độ cao…
Nhƣợc điểm của loại này là do ngõ ra transistor nên chỉ có thể sử dụng một cấp điện áp duy nhất là 24VDC.
Bảng 3.1: Đặc điểm cơ bản của PLC
Đặc trƣng CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C
Kích thƣớt(mm) 90 x 100 x 75 110 x 100 x 75 Bộ nhớ ngƣời dùng 25 Kbytes 50 Kbytes Bộ nhớ làm việc 1 Mbytes 2 Mbytes Bộ nhớ tải 2 Kbytes 2 Kbytes Bộ nhớ sự kiện Phân vùng I/O 6 inputs / 4 8 inputs / 6 outputs
14 inputs / 10
Digital I/O outputs 2 inputs
outputs
Analog I 2 inputs
2 inputs Tốc độ xử lý ảnh 1024 bytes (inputs) and 1024 bytes
(outputs)
Modul mở rộng None 2 8
Mạch tín hiệu 1
Modul giao tiếp 3 (left-side expansion)
Bộ đếm tốc độ cao 3 4 6 Trạng thái đơn 3 – 100 kHz 3 – 100 kHz 3 – 100 kHz Trạng thái đôi 3 – 80 kHz 1 – 30 kHz 3 – 30 kHz 3 – 80 kHz 3 – 80 kHz 1 – 20 kHz 3 – 20 kHz Mạch ngõ ra 2 Thẻ nhớ Thẻ nhớ Simatic (tuỳ chọn)
Thời gian lƣu trữ khi 240h
mất điện
PROFINET 1 cổng giao tiếp Ethernet
Tốc độ thực thi phép 18us
toán số thực
3.1.3 Module mở rộng của PLC S7 – 1200
Bảng 3.2: Module mở rộng của PLC S7 – 1200
Module Input Output Cả Input / Output
Module tín hiệu (SM – Signal Module) Kiểu Digital 8 x DC In 8 x DC out 8 x Rly out 8 x DC In / 8 x DC out 8 x DC In / 8 x Rly out 16 x DC In 16 x DC out 16 x Rly out 16 x DC In / 16 x DC out 16 x DC In / 16 x Rly out Kiểu Analog 4 x AI 8 x AI 2 x AI 4 x AI 4 x AI / 2 x AO Bảng tín hiệu (SB – Signal Board) Kiểu Digital None None 2 x DC In / 2 x Dc out Kiểu Analog None 1 x AI None
Module truyền thông (CM)
• RS485: PTP (Point to Point Comunication Module). • RS232: PTP (Point to Point Comunication Module).
3.1.4 Ngôn ngữ lập trình cho PLC S7 – 1200
Ở PLC S7 – 1200, Siemens đã phát triển ngôn ngữ lập trình và ƣu tiên 3 ngôn ngữ là: FBD, SCL nhƣng đƣợc ƣu tiên và ƣu chuộng nhiều hơn là LAD.
FBD (Function Block Diagram): là ngôn ngữ lập trình dựa theo đại số Bool. SCL (Structure Language Control): là ngôn ngữ lập trình dựa theo dạng text và là ngôn ngữ dựa trên nền Pascal.
LAD (Ladder): là một ngôn ngữ lập trình dựa theo sơ đồ mạch điện, cực kì đơn giản, dễ hiểu và dễ chỉnh sửa.
Hình 3.15: Ngôn ngữ lập trình LAD
LAD là ngôn ngữ phổ biến đƣợc các kỹ sƣ sử dụng, mà ở đó các phần tử của một sơ đồ mạch điện gồm các cuộn dây, các tiếp điểm thƣờng đóng hay thƣờng mở, đƣợc nối với nhau tạo thành bậc thang.
Trong một network, có thể chèn vào các nhánh để tạo ra các mạch logic song song. Các nhánh song song đƣợc mở ra theo hƣớng xuống hay đƣợc kết nối trực tiếp đến thanh dẫn tín hiệu. Mỗi nhanh sẽ đƣợc nối lên trục chính để kết thúc.
Những chú ý khi sử dụng ngôn ngữ LAD trong lập trình:
• Mỗi network đƣợc viết bằng LAD phải kết thúc bằng lệnh hộp hay cuộn dây. Không đƣợc kết thúc network với cả nhƣ lệnh so sánh (Compare) hay lệnh phát hiện ngƣỡng, sẽ tạo ra lỗi.
• Không thể tạo ra một nhánh mà có thể đƣa lại kết quả là một dòng tín hiệu theo chiều ngƣợc lại.
• Không thể tạo ra một nhánh mà có thể gây nên ngắn mạch. [6][7]
3.1.5 Phương pháp lập trình PLC S7 – 1200
Ƣu điểm của lập trình bằng PLC là linh động, không liên quan đến hệ thống đấu dây phần cứng. Từ đó, khi muốn thay đổi hay nâng cấp hệ thống, ta chỉ việc thay đổi chƣơng trình chứ không cần phải thay đổi hệ thống đấu dây. Phƣơng pháp điều khiển lập trình gồm các bƣớc:
Hình 3.16: Phƣơng pháp lập trình PLC
3.2 Tổng quan về hệ thống giám sát Wincc
3.2.1 Chức năng của Wincc
Phần mềm là phần mềm chuyên dụng để thiết kế hệ SCADA và hệ thống HMI trong tự động hóa công nghiệp của hãng SIEMENS hiện đang đƣợc dùng phổ biến trên Thế giới và Việt Nam. WinCC là công cụ thay thế cho phần mềm ProTool sẽ không còn phát hành (bản cuối cùng là ProTool 6.0 SP3). WinCC dã đƣợc áp dụng vào rất nhiều các dây chuyền sản xuất nhƣ sản xuất xi măng, giấy, thép, dầu khí……[5]
WinCC tƣơng thích với những hệ điều hành hiện nay nhƣ: Microsoft Window XP, Microsoft Window Vista Business (32 bit), Ultimate (32 bit). Cả hai hệ điều hành trên đều có khả năng đa nhiệm vụ cao, đảm bảo phản ứng nhanh với việc xử lí ngắt và độ an toàn chống mất dữ liệu bên trong ở mức độ cao.
WinCC kết hợp các bí quyết của hãng Siemes -công ty hàng đầu trong lĩnh vực tự động hóa và Microsoft -công ty hàng đầu trong phát triển phần mềm cho máy tính.
WinCC có thể tích hợp với những ứng dụng có quy mô nhƣ: việc tích hợp với những hệ thống cao cấp MES (Manufacturing Excution System -hệ thống quản lý việc thực hiện sản xuất) và ERP (Enterprise Resource Planning). WinCC có thể đƣợc ứng dụng trong các nhà máy toàn cầu nhờ vào sự phát triển của Siemens có mặt khắp nơi trên thế giới. [6]
3.2.2 Các đặc điểm chính của Wincc
+ Sử dụng công nghệ phần mềm tiên tiến: nhờ sự cộng tác của Siemens và Microsoft ngƣời dùng có thể yên tâm với sự phát triển của công nghệ phần mềm
+ Hệ thống khách chủ với các chức năng SCADA ngay từ hệ thống WinCC cơ sở