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 đã có thể khởi động các yêu cầu hiển thị phức tạp.
+ Có thể nâng cấp mở rộng một cách dễ dàng từ đơn giản đến phức tạp. + Cơ sở dữ liệu Odbe/Sql đã đƣợc tích hợp sẵn.
+ Các giao thức chuẩn mạnh (dde, ole, active, ope) + Ngôn ngữ vạn năng.
+ Cài đặt phần mềm với khả năng lựa chọn ngôn ngữ. + Giao tiếp hầu hết với các loại PLC.
Các cấu hình hệ thống cơ bản: WinCC có thể hỗ trợ các cấu hình từ thấp đến cao, ví dụ nhƣ trong các cấu hình nhƣ sau:
+ Cấu trúc Client/Server có dự phòng.
+ Cấu trúc phân tán với nhiều trạm chủ (sever). Chức năng cơ bản của WinCC là:
+ Thiết kế và lập trình hệ thống tự động hóa, quá trình điều khiển giám sát quy trình sản xuất.
+ Mô phỏng bằng hình ảnh các sự kiện xảy ra trong quá trình hoạt động một cách trực quan giúp hệ thống dễ kiểm tra và sửa chữa.
+ Làm SCADA trên PC cho ứng dụng vừa và nhỏ có đủ chức năng report, alarm, trend và kết nối trực tiếp nhiều loại PLC và cả giao thức OPC.
+ Ngoài ra WINCC còn cung cấp nhiều chức năng khác nhƣ: hiển thị các thông báo hay báo cáo trong quá trình bằng số liệu hay đồ họa, xử lí thông tin đo lƣờng, các bảng ghi báo cáo.
Ngoài những chức năng hệ thống, WinCC đƣa ra những giao diện mở cho các giải pháp của ngƣời dùng, làm cho nó có thể tích hợp trong những vấn đề cần có tự động hóa phức tạp. Những cơ chế này làm cho WinCC là một đối tác dễ hiểu, dễ truyền tải trong môi trƣờng Windows.
WinCC cho phép ngƣời sử dụng có khả năng truy cập vào các hàm giao diện chƣơng trình ứng dụng API (Application Program Interface) của hệ điều hành. Ngoài ra, chúng ta còn có thể kết hợp WinCC và các công cụ phát triển riêng nhƣ: Visual C++ hay Visual Bacis để tạo ra hệ thống có tính đặc thù cao, tinh vi, gắn riêng với cấu hình cụ thể nào đó.
WinCC có thể tạo giao diện ngƣời-máy (HMI) dựa trên cơ sở giao tiếp giữa con ngƣời với các hệ thống máy, thiết bị điều khiển (PLC, CNC…) thông qua các hình ảnh, sơ đồ, hình vẽ, hay các câu chữ mang tính trực quan.Giúp con ngƣời theo dõi và can thiệp vào hệ thống mà không cần phải trực tiếp. Từ máy tính trung tâm, có thể điều khiển sự hoạt động toàn bộ dây chuyền sản xuất đƣợc lập trình trên WINCC 2008. Kết hợp HMI giúp giám sát các dữ liệu vào/ra(I/O) một cách tổng quát và chính xác. Do đó WinCC là phần mềm thiết kế giao diện HMI cần thiết không thể thiếu trong các hệ thống tự động hóa phức tạp và hiện đại. [7]
Hình 3.18: Ví dụ của một giao diện Wincc
3.2.3 Cấu hình kết nối Wincc
Để cấu hình kết nối WinCC với PLC Ta tiến hành theo các bƣớc sau:
B2: Khai báo địa chỉ IP cho PLC và máy tính + Đặt địa chỉ cho PLC: Chọn PLC1
(CPU…..)/Device configuration/FROFINET interface/Khai báo địa chỉ IP cho PLC (Ví dụ: 192.168.0.1)
Hình 3.19: Đặt địa chỉ cho plc
Đặt địa chỉ cho máy tính: Chuột phải vào biểu tƣợng mạng /Local Areaconnection Internet Protocal Version4 (TCP/Ipv4)/chọn User the following IP address/Gõ địa chỉ IP vào ô IP Address (Chúng ta lƣu ý: Địa chỉ IP của PLC và máy tính phải trùng nhau 3 lớp đầu, và lớp cuối cùng phải khác nhau.
B3: Khai báo cửa sổ Wincc advanced
+ Tại cửa sổ TIA Portal chọn Add new device/PC System/PC Station
+ Click PC Station/Click đúp vào IE general/Click đúp vào Wincc RT Advanced
Hình 3.21: Khai báo cửa sổ wincc1
+ Chọn Device & Network/Chọn Connection và nối dây giữa PLC với máy tính/Click vào biểu tƣợng Show address labels để kiểm tra lại địa chỉ IP đã đặt ở bƣớc 1
Hình 3.23: Kết nối plc và wincc
3.3 Giới thiệu về phần mềm lập trình SIMATIC TIA Portal V15
TIA Portal là phần mềm cơ sở tích hợp tất cả các phần mềm lập trình cho các hệ thống tự động hóa và truyền động điện.
Ban Tự động hóa Công nghiệp của Siemens vừa giới thiệu phần mềm tự động hóa đầu tiên trong công nghiệp sử dụng chung một môi trƣờng, một phần mềm duy nhất cho tất cả các tác vụ trong tự động hóa, gọi là Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal). Phần mềm lập trình mới này giúp ngƣời sử dụng phát triển, tích hợp các hệ thống tự động hóa một cách nhanh chóng, do giảm thiểu thời gian trong việc tích hợp, xây dựng ứng dụng từ những phần mềm riêng lẻ.
Đƣợc thiết kế với giao diện thân thiện ngƣời sử dụng, TIA Portal thích hợp cho cả những ngƣời mới lẫn những ngƣời nhiều kinh nghiệm trong lập trình tự động hóa. Là phần mềm cơ sở cho các phần mềm dùng để lập trình, cấu hình, tích hợp các thiết bị trong dải sản phẩm, tích hợp tự động hóa toàn diện (TIA) của Siemens.
Để thiết kế TIA portal, Siemens đã nghiên cứu rất nhiều các phần mềm ứng dụng điển hình trong tự động hóa qua nhiều năm, nhằm mục đích hiểu rõ nhu cầu của khách hàng trên toàn thế giới. Là phần mềm cơ sở để tích hợp các phần mềm lập trình của Siemens lại với nhau, TIA Portal giúp cho các phần mềm này chia sẽ cùng một cơ sở dữ liệu, tạo nên sự thống nhất trong giao diện và tính toàn vẹn cho ứng dụng. Ví dụ, tất cả các thiết bị và mạng truyền thông bây giờ đã có thể đƣợc cấu hình trên cùng một cửa sổ. Hƣớng ứng dụng, các khái niệm về thƣ viện, quản lý dữ liệu, lƣu trữ dự án,
chẩn đoán lỗi, các tính năng online là những đặc điểm rất có ích cho ngƣời sử dụng khi sử dụng chung cơ sở dữ liệu TIA Portal.
Tất cả các bộ đều khiển PLC, màn hình HMI, các bộ truyền động của Siemens đều đƣợc lập trình, cấu hình trên TIA portal. Việc này giúp giảm thời gian, công sức trong việc thiết lập truyền thông giữa các thiết bị này. Ví dụ ngƣời sử dụng có thể sử dụng tính năng “kéo và thả” một biến của trong chƣơng trình điều khiển PLC vào một màn hình của chƣơng trình HMI. Biến này sẽ đƣợc gán vào chƣơng trình HMI và sự kết nối giữa PLC – HMI đã đƣợc tự động thiết lập, không cần bất cứ sự cấu hình nào thêm. Phần mềm mới Simatic Step 7 V11, tích hợp trên TIA Portal, để lập trình cho S7-1500, S7-1200, S7-400, S7-300, S7-200 và hệ thống tự động PC-based Simatic WinCC. Simatic Step 7 V11 đƣợc chia thành các module khác nhau, tùy theo nhu cầu của ngƣời sử dụng. Simatic Step 7 V11 cũng hỗ trợ tính năng chuyển đổi chƣơng trình PLC, HMI đang sử dụng sang chƣơng trình mới trên TIA Portal. Phần mềm mới Simatic WinCC V11, cũng đƣợc tích hợp trên TIA Portal, dùng để cấu hình cho các màn hình TP và MP hiện tại, màn hình mới Comfort, cũng nhƣ để giám sát điều khiển hệ thống trên máy tính (SCADA). Việc thiết lập, cấu hình cho các Sinamics biến tần cũng sẽ đƣợc tích hợp vào TIA Portal trong các phiên bản sau. [8]
- Trình tự các bƣớc thiết kế một chƣơng trình điều khiển.
Hình 3.24: Trình tự xây dựng 1 chƣơng trình
3.4 Giao diện của phần mềm SIMATIC TIA Portal V15
Hình 3.25: Giao diện chính
Để tạo một project mới ta thực hiện theo các bƣớc sau: Từ giao diện chính của phần mềm, chọn Start / Create new project / Create/ configure a device/ add new device. Ta đƣợc giao diện sau và chọn CPU cho chƣơng trình mình cần.
Hình 3.26: Chọn CPU
Sau khi chọn CPU kick đúp hoặc kick chuột trái vào ô add ở góc phải phía dƣới giao diện. Đƣợc giao diện hiển thị cấu trúc CPU nhƣ hình sau
Hình 3.27: Cấu hình CPU
Từ hình trên chọn Program block/ main[OB1]. Lúc này vùng soạn thảo chƣơng trình dƣới dạng Ladder hiện ra.
Các phần tử lập trình thƣờng dùng:
+ Khối OB (Oganization): Khối tổ chức OB kết nối giữa chƣơng trình với hệ điều hành PLC. OB có thể đƣợc gọi theo chu kỳ thời gian hoặc ngắt hay sự cố, hay khi khởi động PLC. Có nhiều khối OB khác nhau và có mức độ ƣu tiên ngắt khác nhau. Khối có mức độ ƣu tiên càng cao thì càng ƣu tiên hơn khối có số ƣu tiên nhỏ hơn. Mỗi khối OB có ƣu tiên khác nhau, chức năng nhiệm vụ cũng khác nhau.
+ Khối FB (Function block): Khối chức năng, là một khối mà nó sử dụng một khối dữ liệu mẫu cho các thông số và dữ liệu tĩnh của nó.
+ Khối FC (Function): Hàm chức năng, là một khối mà thông thƣờng nó thực hiện một sự vận hành đặc trƣng dựa trên một hệ thống các giá trị ngõ vào. Một FC có thể đƣợc gọi lại nhiều lần trong 1 chƣơng trình để đơn giản hóa sự lập trình.
+ Khối DB (Data block): Khối dữ liệu, dùng để lƣu trữ dữ liệu cho các khối mã
Các lệnh logic
Các lệnh Timer Hình 3.30: Chức năng Timer Các lệnh counter Hình 3.31: Chức năng counter Các lệnh toán học Hình 3.32: Lệnh toán học
Hình 3.33: Lệnh toán lƣợng giác Các lệnh so sánh Hình 3.34: Lệnh so sách Các lệnh chuyển đổi Hình 3.35: Lệnh chuyển đổi Các lệnh di chuyển Hình 3.36: Lệnh chuyển dữ liệu
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH PHÂN LOẠI VÀ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM
4.1 Giới thiệu về hệ thống
Tổng quan hệ thống gồm:
- 2 băng tải 1và 2 (băng tải 1 dùng di chuyển sản phẩm qua cảm biến cân nặng và di chuyển tới xylanh để phân loại, băng tải 2 dùng để di chuyển thùng sản phẩm ra ngoài sau khi đã phân loại và đóng vào từng thùng riêng biệt).
- 1 bàn cân Loadcell (1kg).
- 6 xy lanh trong đó: 3 xy lanh dùng đẩy sản phẩm vào hộp, và 3 xy lanh đẩy hộp đã đủ sản phẩm ra băng tải di chuyển
- 4 cảm biến tiềm cận trong đó: 1 cảm biến dùng để phát hiện trên băng chuyền, 3 cảm biến còn lại lần lƣợt là cảm biến phát hiện vật loại 1, loại 2 và 3
4.2 Thiết kế và tính chọn thiết bị
4.2.1 Khối điều khiển
PLC S7 – 1200 1212C DC/DC/DC
PLC S7 – 1200 hiện nay đang đƣợc ứng dụng trong nhiều dây chuyền sản xuất hiện đại, thay thế cho các dòng cũ hơn nhƣ S7 – 200, S7 – 300 … vì có nhiều chức năng cũng nhƣ dễ dàng hơn trong việc sửa chữa, bảo trì.
PLC S7 – 1200 có nhiệm vụ xử lý tín hiệu đầu vào từ các sensors, từ đó xuất tín hiệu điều khiển các cơ cấu chấp hành ở khối động lực.
4.2.2 Modul mở rộng Siemens SM 1223 DC/RLY - 6ES7223-1PH32-0XB0
Modul SM 1223 DC/RLY - 6ES7223-1PH32-0XB0 là loại modul mở rộng thƣờng đƣợc sử dụng trong công nghiệp nhƣ:
- Hệ thống băng tải
- Điều khiển đèn chiếu sáng - Điều khiển bơm cao áp - Máy đóng gói…
Hình 4.2: Modul mở rộng Siemens SM 1223 DC/RLY - 6ES7223-1PH32-0XB0
4.2.3 Nút nhấn LA38
Nút nhấn LA38 đƣợc sử dụng nhiều trong công nghiệp, giá thành vừa phải, phù hợp với giá cả thị trƣờng. Thông số kỹ thuật: ˗ Chất liệu: Nhựa. ˗ Đƣờng kính lỗ gắn: 22mm. ˗ Đƣờng kính nút nhấn: 23mm. ˗ Tiếp điểm: NO (thƣờng hở), NC (thƣờng đóng) ˗ Điện áp: 250VAC
Hình 4.3: Nút ấn stop.
Hình 4.4: Nút ấn start.
4.2.4 Khối cảm biến
Cảm biến hồng ngoại
Cảm biến hồng ngoại hay còn gọi là IR Sensor, là thiết bị điện tử có khả năng đo và phát hiện bức xạ hồng ngoại trong môi trƣờng.
Nguyên lý hoạt động: mắt phát hồng ngoại sẽ phát ra sóng ánh sáng có bƣớc sóng hồng ngoại, ở mắt thu bình thƣờng thì có nội trở rất lớn, khi mắt thu bị tia hồng ngoại chiếu vào thì nội trở của nó giảm xuống, từ đó có thể chế tạo thành cảm biến.
Cảm biến hồng ngoại có thể chỉnh khoảng cách báo mong muốn thông qua biến trở. Thông số kỹ thuật: ˗ Chất liệu: Nhựa. ˗ Chiều dài: 70mm. ˗ Đƣờng kính mắt hồng ngoại: 18mm. ˗ Điện áp: 6 – 36VDC. ˗ Khoảng cách đo: 10 – 30cm.
Hình 4.5: Cảm biến hồng ngoại Cảm biến trọng lượng
Cảm biến trọng lƣợng hay còn gọi là Loadcell là thiết bị cảm ứng dùng để chuyển đổi lực tác động lên nó hoặc trọng lƣợng thành tín hiệu điện.