HMI có vai trò vô cùng quan trọng trong phần kết nối ngƣời vận hành và các thiết bị máy móc. Có chức năng cảm ứng để ngƣời vận hành có thể chạm tay vào để điều khiển các thao tác trên đó nhƣ 1 điện thoại Smartphone hiện đại mà chúng ta hay dùng hàng ngày. Ngoài ra màn hình còn dùng để hiển thị các trạng thái cũng nhƣ các tín hiệu hoạt động của máy và thiết bị tùy thuộc vào nhu cầu ngƣời dùng.
Hình 3.8 Màn hình HMI Weintek8070ie Đặc điểm chung:
MT8070iE có cổng Ethernet kết nối PLC S7-1200, modbus TCP/IP… 7″ 800×480 TFT LCD
COM2 RS-485 2W hỗ trợ MPI 187.5K kết nối PLC S7-300 Hệ thống làm mát không quạt
USB Host
Thông số kỹ thuật: Hiển thị
Kích thƣớc hiển thị: 7 inch TFT Độ phân giải (WxH dots): 800×480 Độ sáng (cd/m2): 350
Tuổi thọ LCD: >30,000 hr. Màu sắc: 65.536 màu
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 23 Cấu hình:
Bộ nhớ(MB): 128 RAM (MB): 64
32 bits RISC CPU 800MHz USB Host: USB 2.0 x 1 Khe cắm thẻ SD: Không RTC: Built-in
Truyền thông, in/out: Ethernet
COM1 (RS-232), COM2 (RS422/485) Canbus: Không
Ngõ ra Audio: Không Ngõ vào Video: Không
Nguồn: 24 ± 20%VDC Đặc điểm: Vỏ: Nhựa Kích thƣớc bao ngoài (WxHxD) 200.4 x 146.5 x 34 mm Kích thƣớc khoét lỗ: 192 x 138 mm Nhiệt độ hoạt động: 0° ~ 50°C (32° ~ 122°F) Khối lƣợng: 0.52 Kg Chứng chỉ: CE: CE marked 3.1.7.Động cơ Servo MG995[8] Hình 3.9Động cơ servo MG995 Thông số kỹ thuật: Điện áp hoạt động 3.5 ~ 8.4V Dòng điện cung cấp <1000mA
Xung yêu cầu: xung vuông điện áp đỉnh từ 3 ~ 5V Nhiệt độ hoạt động: từ 0 đến 60°C
Kiểu bánh răng: bánh đồng Lực kéo:
+ 13 kg/cm: tại 4.8V + 15 kg/cm: tại 6V
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 24 Tốc độ quay:
+ 0.17 sec/60o: tại 4.8V chế độ không tải + 0.13 sec/60o: tại 6V chế độ không tải Kích thƣớc: 40 x 20 x 47mm
Khối lƣợng: 48g
3.1.8.Mạch khuếch đại LoadCell JY S60
Hình 3.10 Mạch khuếch đại JY S60
Vì tín hiệu ra của cảm biến loadcell rất nhỏ (chỉ vài mV) nên ta không thể kết nối trực tiếp với S7-1200. Để PLC S7-1200 có thể đọc tín hiệu analogs từ loadcell thì ta cần 1 bộ khuếch đại tín hiệu cho loadcell. Bộ khuếch đại này sẽ có đầu ra tƣơng thích với đầu vào của Analogs Input (AI) của PLC S7-1200 là từ 0-5V và 0-10V hoặc từ 4-20mA.
Đầu nối vỏ và dây có thiết kế chống thấm nƣớc, niêm phong tốt, phù hợp với môi trƣờng khắc nghiệt. Trông đẹp, bền, hiệu suất chống nhiễu.
Thông số kỹ thuật:
Điện áp làm việc: 12VDC-24VDC. Độ nhạy cảm biến: 2.0mV/V Điện áp kích thích đầu ra: 5V (E+). Tín hiệu đầu ra: 0-10V.
Phạm vi nhiệt độ hoạt động: -20 – 80 độ.
Độ ẩm hoạt động: 10%RH-90%RH (không ngƣng tụ). Độ chính xác: tốt hơn 0.2%f.s.
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 25 Phƣơng pháp hiệu chỉnh: Điều chỉnh điện áp đầu tiên khi hệ thống đƣợc truyền xuống, điện áp quy định bằng 0, chiết áp để điều chỉnh điểm Zero. Đƣợc đo bằng một thiết bị đầu cuối, đầu ra điện áp vạn răng V0, để chỉ báo gần bằng không. Hệ thống đƣợc dở tải, đầu ra đo bằng không, tải một giá trị trọng lƣợng nhất định, điện áp đầu ra đo đƣợc dự kiến sẽ phóng đại. Nếu không khớp sẽ tiếp tục điều chỉnh.
3.1.9.Mạch băm xung cách ly TLP 251[2]
Mạch băm xung cách ly TLP251 tích hợp 1 diode phát sáng và một bộ tách sóng quang. Có 8 cổng kết nối trực tiếp mang những tác dụng khác nhau. Mạch TLP251 phù hợp để kết nối cả động cơ Servo và PLC. Có khả năng băm xung, truyền dữ liệu trực tiếp từ PLC đến động cơ cần điều khiển và cho ra những kết quả chính xác nhất.
Hình 3.12 Mạch băm xung cách ly TLP251 và sơ đồ đấu dây
Thông số kỹ thuật:
Dòng điện cần thiết để khởi động: IF=5mA. Dòng điện cấp: 11mA.
Nguồn cấp: 10-35V. Dòng ra ổn định: 0.4A. Thời gian đảo mạch: 1µs.
Điện áp an toàn cách điện: 2500Vrms. Chứng chỉ: UL1577, File No. E67349. Trọng lƣợng: 0.54kg.
3.1.10. Nút nhấn
CR Series nút nhấn chuyển mạch sử dụng trong các mạch điều khiển công nghiệp của AC 50HZ hoặc 60HZ, dải điện áp hoạt động 380V, DC điện áp hoạt động 220V
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 26 và điện áp thấp hơn để điều khiển cho khởi động điện từ contactor, relay và mạch điện khác.
Các nút nhấn có đèn báo có thể sử dụng đƣợc trong các lĩnh vực, nơi đƣợc chỉ thị bởi tín hiệu ánh sáng.
Hình 3.13Nút nhấn
Thông số kỹ thuật nút nhất CR-251-1(CRF-F25M1) Nút nhấn mặt nhôm.
Lỗ khoét: Phi 22.
Số tiếp điểm: 2NO + 2NC (2a2b). Dòng điện tiếp điểm: 5A.
Điện áp hoạt động: AC/DC 230/380V. Điện trở tiếp xúc: ≤50mΩ. Tuổi thọ đóng ngắt điện: 1x105. Tuổi thọ đóng ngắt cơ khí:1x105. Nhiệt độ làm việc: -5oC ÷-50oC. Độ ẩm làm việc: 45% ÷ 90%. 3.2.1.Sơ đồ khối hệ thống
Hệ thống sử dụng mạng truyền thông Ethernet giữa laptop, HMI và PLC S7-1200. Mạch khuếch đại tín hiệu loadcell JY-S60 có chức năng đọc dữ liệu từ loadcell và khuếch đại rồi truyền về PLC, S7-1200 có chức năng điều khiển các động cơ và quá trình phân
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 27 loại. HMI dùng để giám sát hiển thị, chuyển dữ liệu loadcell từ JY-S60 đến S7-1200 và điều khiển chung toàn hệ thống.
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 28
3.2.2.Lưu đồ thuật toán
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 29
3.2.3.Giản đồ thời gian
Trên mô hình này, sản phẩm sẽ đƣợc chia theo các loại với khối lƣợng khác nhau, tùy vào 2 giá trị nhập vào từ ban đầu.
Hình 3.16Giản đồ thời gian
3.2.4.Bảng phân công đầu vào đầu ra
Địa chỉ PLC Mô tả Địa chỉ PLC Mô tả
I0.0 Nút Start Q0.0 Động cơ băng chuyền
I0.1 Nút Stop QW1002 (Q0.1) Động cơ Servo1
I0.2 Cảm biến tiệm cận 1 QW1004 (Q0.2) Động cơ Servo2
I0.3 Cảm biến tiệm cận 2 QW1004 (Q0.3) Động cơ Servo3
I0.4 Cảm biến tiệm cận 3
IW64 LoadCell
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 30
3.2.5.Thiết kế mô hình
Để thực hiện mô hình em đã thiết kế mô hình trên autoCAD để cắt mica lắp ráp.
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 31 Hình 3.18Hình ảnh thực tế sau khi lắp ráp
Tính toán tốc độ băng chuyền:
Bề mặt trên băng chuyền có chiều dài: 60cm.
Động cơ nhóm dùng là động cơ giảm tốc JBG – 520 12V có tốc độ 66 vòng/phút và bán kính của trục băng chuyền là 2.5cm.
Tốc độ của băng chuyền là:
= 17,27 vòng/phút
Vậy để 1 vật đi từ đầu băng chuyền tới cuối băng chuyền thì ta cần 60/17,27 = 3,5 giây.
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 32
3.2.6.Sơ đồ đấu dây hệ thống
Hình 3.19Sơ đồ đi dây
3.2.7.Phương pháp điều khiển động cơ Servo
Một động cơ servo đƣợc điều khiển bằng cách gửi một loạt các xung qua đƣờng tín hiệu. Tần số của tín hiệu điều khiển phải là 50Hz hoặc một chu kỳ xung là 20ms. Độ rộng của xung xác định vị trí góc của servo và các loại servo này thƣờng có thể xoay 180 độ (chúng có giới hạn vật lý khi di chuyển).
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 33 Nói chung các xung có tại 1ms tƣơng ứng với vị trí 0 độ, 1,5ms đến 90 độ và 2ms đến 180 độ. Mặc dù thời gian tối thiểu và tối đa của các xung đôi khi có thể thay đổi theo các loại khác nhau và chúng có thể là 0,5ms cho 0 độ và 2,5ms cho vị trí 180 độ.
3.2.8.Giao thức Ethernet
3.2.8.1. Giới thiệu
Hình 3.21Mạng Ethernet
Ethernet là một dạng công nghệ mạng, sử dụng kết nối các mạng lại với nhau trong mạng cục bộ. Đây là nơi để các thiết bị điện tử kết nối, gửi và truyền dữ liệu với nhau thông qua một giao thức. Nói cách khác, Ethernet là nới giúp PLC, laptop, HMI,...có thể kết nối trong một không gian vật lý chính. Trong Ethernet sẽ có khung, để chia luồng dữ liệu thành các gói gồm địa chỉ nguồn và đích, có chức năng phát hiện lỗi trong dữ liệu đƣợc truyền và yêu cầu truyền lại. Chính vì thế, Ethernet có tốc độ, độ bảo mật, độ tin cậy cao nên đƣợc sử dụng phổ biến trong cuộc sống ngày nay nhƣ văn phòng, trƣờng học, công ty,...
Hình 3.22Cổng kết nối Ethernet
Cổng Ethernet là nơi để cắm cáp Ethernet vào để truyền dữ liệu. Cổng Ethernet có hình dạng là một lỗ nhỏ, rộng hơn sơ với nơi cắm sạc điện thoại, thƣờng nằm bên hông hay phía sau các thiết bị điện tử. Nó có chức năng kết nối phần cứng mạng có dây trong
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 34 hệ thống mạng nhƣ LAN, WAN hoặc MAN. Cổng Ethernet đƣợc trang bị đầy đủ trên các thiết bị điện tử hiện đại ngày nay nhƣ tivi, máy tính, máy chơi game, thiết bị mạng,....
3.2.8.2. Truyền dữ liệu qua Ethernet
Cách thức truyền dữ liệu qua Ethernet có hai cách là lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu, trong chuyên ngành còn gọi là Layer 1 và Layer 2. Khi hoạt động, Ethernet xác định hai đơn vị truyền là gói và khung (Packet và Framework), thông qua mô hình giao thức mạng OSI. Mỗi Framework phải nằm trong một gói chứa một vài byte thông tin, giúp thiết lập kết nối và đánh dấu vị trí. Trong Framework sẽ chứa các nội dung dữ liệu đƣợc truyền, địa chỉ truy cập vật lý, thông tin sửa lỗi và gắn thẻ Vlan.
3.2.8.3. Tính năng
Dữ liệu khi đƣợc truyền qua Ethernet mang đến ngƣời dùng tốc độ cao, mƣợt mà.
Ethernet có tính bảo mật và độ tin cậy cao, nên ta có thể yên tâm sử dụng. Nếu có ngƣời xâm nhập vào hệ thống mạng thì tất cả các thiết bị trong mạng dừng xử lý ngay lập tức và đợi cho đến khi ngƣời dùng cố gắng truyền lại.
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 35
Chƣơng 4: THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
4.1.1.Cấu hình
Sử dụng phần mềm EBPro để lập trình cho HMI Weintek MT8071iP.
Hình 4.1 Màn hình làm việc của phần mềm EBPro
Hình 4.2Cấu hình PLC trên HMI
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 36
4.1.2.Thiết kế giao diện
4.1.2.1. Lấy tag từ PLC
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 37 Hình 4.3 Cách lấy tag từ PLC
4.1.2.2. Tạo nút nhấn
Sử dụng vùng nhớ:
Vùng nhớ S7-1200 Loại nút nhấn Mô tả
I0.0 Momentary Start
I0.1 Momentary Stop
M0.1 Momentary Reset count
M0.3 Momentary Stop DC, Đƣa tất cả Servo
về vị trí quy định sẵn Bảng 4.1 Tín hiệu vào
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 38 Hình 4.4Tạo nút nhấn trên HMI
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 39
4.1.2.3. Đèn báo động cơ
Vùng nhớ trên S7-1200 Shape Mô tả
Q0.0 Use picture libary Động cơ băng truyền
MW-150 Use picture libary Động cơ Servo 1
MW-10 Use picture libary Động cơ Servo 2
MW40 Use picture libary Động cơ Servo 3
Bảng 4.2 Tín hiệu ra
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 40 Hình 4.7 Hình ảnh giao diện
4.1.2.4. Đèn báo cảm biến hồng ngoại
Sử dụng vùng nhớ:
Vùng nhớ S7-1200 Shape Mô tả
I0.2 Use picture libary Trạng thái cảm biến hồng ngoại 1 I0.3 Use picture libary Trạng thái cảm biến hồng ngoại 2 I0.4 Use picture libary Trạng thái cảm biến hồng ngoại 3
Bảng 4.3 Cảm biến
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 41 Hình 4.9 Giao diện hiển thị
4.1.2.5. Hiển thị giá trị khối lượng
Đọc giá trị analog từ PLC S7-1200
Vùng nhớ S7-1200 Loại Mô tả
Data_block_1.TRỌNG LƢỢNG ĐO ĐƢỢC
Thanh ghi chỉ đọc Giá trị khối lƣợng đọc đƣợc từ loadcell
Bảng 4.4 Giá trị offset để hiển thị ra màn hình HMI
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 42
4.1.2.6. Hiển thị khoảng khối lượng phân loại
Sử dụng vùng nhớ:
Vùng nhớ S7-1200 Loại Mô tả
Data_block_1.GIÁ TRỊ CẦN ĐO 1
Thanh ghi đọc - ghi Khoảng khối lƣợng phân loại 1
Data_block_1.GIÁ TRỊ CẦN ĐO 2
Thanh ghi đọc – ghi Khoảng khối lƣợng phân loại 2
Bảng 4.5 Giá trị offset để hiển thị và nhập giá trị Ở vùng nhớ này ta phải vừa đọc vừa ghi.
Hình 4.11 Tương tác với vùng nhớ thanh ghi đọc – ghi Làm tƣơng tự với các vùng nhớ cùng kiểu.
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 43
4.1.2.7. Tạo Function Key
Mục đích: Tạo ra một nút nhấn trên HMI giúp ta di chuyển qua lại giữa các màn hình khác nhau.
Hình 4.12Nút nhấn Function
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 44
4.1.3.Giao diện hoàn thiện
Hình 4.14 Giao diện sau khi hoàn thành
4.2.1.Khởi động chương trình
Nhấn START để kích biến M0.0 (RUN) từ 0 lên 1 và tạo duy trì. Khi muốn dừng chƣơng trình bấm nút STOP
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 45 Hình 4.15Khơi động và dừng chương trình
4.2.2.Điều khiển động cơ Servo
4.2.2.1. Xuất xung PWM
Tạo 3 khối DB “CTRL_PWM_DB” cho phép xuất xung PWM để điều khiển các động cơ Servo từ các đầu ra lần lƣợt là Q.01, Q.02 và Q0.3.
Hình 4.16Cho phép xuất xung PWM
Ngoài ra, ở phần Hardware ta phải cấu hình thêm. Cho phép xuất xung trên phần cứng PLC S7-1200, chọn đơn vị xung là milimicro giây, chu kỳ xung là 20000 milimicro giây. Tƣơng ứng với nó là từ 0-180 độ sẽ tƣơng ứng từ 0-20000 milimicro giây. Nhƣng góc quay sẽ không chính xác và em sẽ bắt đầu từ 250-20000 milimicro giây. Và chọn ngõ ra theo thứ tự các chân còn trống trên PLC S7-1200
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại 46 Hình 4.17Cho phép xuất xung
Hình 4.18 Chọn chu kỳ xung và đầu ra PLC
4.2.2.2. Code điều khiển
Em sử dụng 2 hàm là NORM-X và SCALE-X đề chuyển tín hiệu đƣợc truyền từ PLC qua mạch TLP251 tới động cơ. Gán 1 biến MW mang giá trị INT để nhập góc cần điều khiển, hàm NORM-X sẽ quét nó từ MIN-MAX tƣơng ứng với từ 0-180 và cho ra một giá trị đƣợc gán vào biến MD mang giá trị REAL. Từ giá trị MD vừa đƣợc gán ở hàm NORM-X ta sẽ đƣa vào hàm SCALE-X và quét từ 250-1250 và xuất ra các giá trị INT