Kết nối tín hiệu ra cho PLC: S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC có mạch điện đầu ra tương đối hoàn thiện, có thể kết nối trực tiếp tới các tải công suất nhỏ. Để mạch điện đầu ra hoạt động được, ta cần phải cấp nguồn cho nó. Nguồn này là một nguồn 24VDC bất kì bên ngoài phải bảo đảm giá trị dòng điện định mức (tùy vào lượng tải) và dãy điện áp trong khoảng 20.4VDC tới 28.8VDC. Cực nguồn dương (24VDC) nối tới chân 3L+ và GND(24VDC) nối tới 3M. Theo tài liệu của hãng thì ở trạng thái tác động của một ngõ ra, tại dòng điện định mức 0.5 A thì đầu ra sẽ có mức điện áp cao 20VDC, nó cho phép kết nối trực tiếp với các cảm biến. Xem chi tiết Bảng 2.12
Hình 2-17 Sơ đồ kết nối của S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC Bảng 2.12 Sơ đồ kết nối chân của CPU 1214C DC/DC/DC
Pin X10 X11 X12 1 L+/24VDC 2M 3L+ 2 M/24VDC AI 0 3M 3 FUNCTIONAL EARTH AI1 DQ a.0
4 L+/24VDC SENSOR OUT -- DQ a.1 5 M/24VDC SENSOR OUT -- DQ a.2 6 1M -- DQ a.3 7 DI a.0 -- DQ a.4 8 DI a.1 -- DQ a.5 9 DI a.2 -- DQ a.6 10 DI a.3 -- DQ a.7 11 DI a.4 -- DQ b.0 12 DI a.5 -- DQ b.1 13 DI a.6 -- --- 14 DI a.7 -- -- 15 DI b.0 -- -- 16 DI b.1 -- -- 17 DI b.2 -- --- 18 DI b.3 -- -- 2.5 Phần mềm lập trình TIA PORTAL V16 2.5.1 Giới thiệu
- Phần mềm cơ sở tích hợp tất cả phần mềm lập trình điều khiển cho các hệ thống tự động hóa và truyền động điện, với tên gọi Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal). Đây là phần mềm lập trình điều khiển trực quan, hiệu quả và xác thực giúp người sử dụng thiết kế toàn bộ chương trình tự động hóa một cách tối ưu chỉ trong một giao diện phần mềm duy nhất.
- Không chỉ lập trình cho S7-1200, có thể sử dụng TIA Portal V16 để lập trình cho PLC S7-300/400 bình thường.
2.5.2 Cách lập trình trong TIA Portal V16
Khởi động chương trình TIA Portal từ máy tính như sau:
- Double click vào biểu tượng TIA Portal V16 từ màn hình Desktop của máy tính (Xem hình 2-18).
Hình 2-18 Biểu tượng TIA Portal V16
- Sau khi khởi động chương trình TIA Portal ta được giao diện như hình 2-19.
- Nhấp chọn “Create new Project” để tạo một dự án mới, đặt tên dự án ở khung “project name”, chọn nguồn lưu và sau đó nhấp “Create” : sau khi chọn ta được giao diện như hình 2-20.
Hình 2-20 Tạo Project mới
- Sau khi tạo project sẽ xuất hiện giao diện với các lựa chọn về thiết bị lập trình : Devices & Networks: Chọn thiết bị lập trình, xem và thay đổi thiết bị lập
trình (bao gồm: PLC, HMI, PC system).
PLC Programming: Lập trình cho PLC, xem và cập nhật chương trình mới. Visualization: Cấu hình cho giao diện HMI.
Online & Diagnostics: kết nối trực tuyến PLC và chuẩn đoán lỗi.
- Nhấp chọn Devices & Networks nhấp “Add new device” để chọn thiết bị để lập trình như sau: ta được giao diện như hình 2-21.
Hình 2-21 Add CPU
- Sau khi click vào CPU cần kết nối sẽ xuất hiện giao diện với nhiều cửa sổ nhỏ để thiết lập kết nối và chọn các cấu hình phù hợp với chương trình chuẩn bị tạo : ta được giao diện như hình 2-22.
Hình 2-22 Giao diện cấu hình PLC S7-1200
- Để thiết lập cho kết nối Profinet ta làm như sau:
lập ta được giao diện như hình 2-23.
Hình 2-23 Thiết lập địa chỉ IP cho PLC
Địa chỉ mặc định là
IP address: 192.168.0.1 Subnet mask: 255.255.255.0
Trong phần “Ethernet addresses” IP protocol Set IP address in project.
Thông tin chi tiết về địa chỉ I/O của PLC được xem trong phần “Overview of Addresses”. Xem hình 2-24.
Hình 2-24 Các địa chỉ I/O của CPU đang sử dụng
Để viết chương trình cho PLC ta làm như sau:
Trên “Project tree” - PLC_1 [CPU 1214C DC/DC/DC] - Program blocks Main [OB1].
Trên thanh công cụ bên mép phải có hỗ trợ thêm một số lệnh cơ bản hoặc ta có thể chọn các lệnh tắt trên Favorites Empty box rồi dùng kéo nhả chuột hoặc nhấn phím tắt để chọn nhóm lệnh cần sử dụng (Xem hình 2-25).
Để nạp chương trình cho PLC ta làm như sau: Click vào biểu tượng dowload trên màn hình (Xem hình 2-26).
Hình 2-26 Nạp chương trình cho PLC_1
- Chọn Realtek PCIe GBE Family Controller, sau đó chọn Start search (Xem hình 2-27).
Hình 2-27 Nạp chương trình cho PLC_1 (1)
- Search xong thì máy tính sẽ tìm được PLC như hình bên dưới, ta chọn Load để máy tính nạp chương trình xuống cho PLC (Xem hình 2-28).
Hình 2-28 Nạp chương trình cho PLC_1 (2)
- Tiếp theo cửa sổ Load preview xuất hiện, tiếp tục chọn Load để nạp chương trình cho PLC (Xem hình 2-29).
Hình 2-29 Nạp chương trình cho PLC_1 (3)
- Đến đây thì chương trình đã được nạp xong, ta nhấp chọn Finish (Xem hình 2-30).
- Để xem chương trình chạy trên máy tính, ta nhấp vào biểu tượng mắt kính. Khi biểu tượng mắt kính hiện màu xanh ( hiện rõ) thì ta đã có thể chạy online trên máy tính. Biểu tượng này không hiện hoặc không sang thì t chưa chạy được trên máy tính. Biểu tượng này rất cần khi chạy chương trình.
Hình 2-31 Xem chương trình chạy trên máy tính
Trên đây là các bước và thao tác cần để sử sụng phần mềm TIA Portal, có thể có những quy định khác nhau, hoặc cách khởi động khác nhau. Có thể chọn các cách phù hợp để hoạt động.
CHƯƠNG 3: TÍNH CHỌN THIẾT KẾ
3.1 Sơ đồ hệ thống
Dựa trên các mục tiêu ban đầu, các thiết bị, các thông tin liên quan đến đề tài đã được đề cập tại chương 1 và chương 2 đề tài này, chương này sẽ đi vào thiết kế khung cơ khí, hệ thống điện của mô hình, thiết kế sơ đồ khối, lưu đồ giải thuật, từ đó đưa ra nguyên lý hoạt động của các khâu và tính toán trong các khâu của hệ thống, đảm bảo các khâu thiết kế đáp ứng được các tiêu chí sau:
Mô hình thiết kế không quá phức tạp, phù hợp với qui mô đồ án sinh viên, đảm bảo khi đưa vào vận hành phải hoạt động theo yêu cầu.
Các sơ đồ thiết kế đảm bảo tính thẩm mỹ, đầy đủ các quá trình yêu cầu: Đơn giản, tin cậy, đầy đủ các khối vào ra
Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển
Các khâu trong hệ thống đạt được sự ổn định và tính chính xác cao. Thiết kế sơ đồ khối:
Hình 3-1 Sơ đồ khối hệ thống
Chi tiết các khối:
Khối nguồn 24VDC: cung cấp điện đến các thiết bị trong các khối hệ thống như khối tín hiệu đầu vào, khối PLC, khối cơ cấu chấp hành.
Khối PLC: sử dụng PLC Siemens S7 – 1200 có hiệu năng cao, có nhiệm vụ nhận các tín hiệu đầu vào để xử lý và điều khiển các đầu ra.
Khối tín hiệu đầu vào: bao gồm các nút nhấn, cảm biến, switch dùng để phát tín hiệu bật, tắt đưa hệ thống về trạng thái ban đầu hay chuyển đổi trạng thái hoạt động hệ thống và đưa về khối PLC để xử lý.
Khối cơ cấu chấp hành: bao gồm các động cơ 24VDC, van khí, relay trung gian, đèn báo. Khối này có tác dụng vận hành và báo hiệu hệ thống hoạt động.
Máy tính: dùng để giao tiếp với PLC thực hiện truyền thông điều khiển PLC.
3.2 Thiết kế khung cơ khí :
Toàn bộ phần thiết kế khung cơ khí và trình tự đi dây điều khiển của mô hình máy pha cà phê tự động này được thiết kế trên phần mềm autocad, bảo đảm khung mô hình phần cứng cũng như phần đấu dây được thi công với kích thước và hình dạng giống như trên bản vẽ.
3.2.1 Thiết kế khung cơ khí:
Dựa vào tiêu chí ban đầu khi thiết kế, ở đây tiến hành đi vào thiết kế mô hình sao cho không quá phức tạp, phù hợp với qui mô đồ án sinh viên, đảm bảo khi đưa vào vận hành phải hoạt động theo yêu cầu công nghệ được. Với qui mô đồ án, kích thước mô hình thiết kế không quá lớn, chiều dài và rộng tương đối phù hợp với không gian hẹp. Ở đây, em sẽ đưa ra kích thước tổng thể của mô hình mà em đã chọn với kích thước như sau:
Kích thước mô hình (Dài × cao × ngang): 780 × 200 × 140 (𝑚𝑚)
Vật liệu làm khung có thể chọn các vật liệu chính như sắt, thép, nhôm, nhựa, mica,… Nhưng dù chọn loại vật liệu nào thì tiêu chí là phải đảm bảo được độ chắc chắn, cứng cáp để có thể di chuyển ở khoảng cách xa mà không làm biến dạng mô hình so với thiết kế ban đầu, ưu tiên những loại vật liệu dễ thi công bằng việc lắp ghép. Để đáp ứng được tiêu chí này, vật liệu phù hợp được chọn là nhôm, cụ thể là nhôm định hình với độ chắc chắc rất cao, có thể dễ dàng di chuyển mô hình mà không lo bị biến dạng, việc thi công mô hình cũng không quá phức tạp, sử dụng những dụng cụ cơ bản trong dân dụng để thiết kế lắp ráp, độ chính xác cũng khá cao, độ ổn định 95%. Có thể đạt độ chính xát 99% khi được gia công lắp đặt tại xưởng chuyên dụng. Xem phụ lục 1.
Hình 3-2 Hình chiếu khung cơ khí
3.2.2 Cách đi dây cho mô hình
- Mô hình khung sườn khi thiết kế có tính đến phương án đi dây, và việc không sử dụng tủ điện cho hệ thống cũng là một khuyết điểm, nhưng bù lại hệ thống đi dây đơn giản, mô hình nhỏ gọn hơn. Bố trí tích hợp phía dưới mô hình nhằm dễ tháo lắp và sửa chữa.
- Dây điện sẽ được đan thành bó, cách điện an toàn, có kí hiệu địa chỉ dây và đường dây tránh nhầm lẫn. Dây được đi theo mạn sườn, đảm bảo được tính thẩm mỹ.
3.3 Mô hình tổng thể
Dưới đây là bảng liệt kê các thiết bị phần cứng được sử dụng trong mô hình:
Bảng 3.1 Liệt kê các thiết bị
Thiết bị Số lượng
Động cơ DC 3
Băng tải 1
Rơle 2
Khung sườn và ly nhựa
Phiểu liệu 3 Xilanh 2 chiều 4 Van khí 5/2 4 Nguồn 1 PLC S7-1200 1 Tomino 1 Switch 1 Nút nhấn có đèn 6 Chức năng của các bộ phận:
- Băng tải đóng vai trò nền tảng cho việc di chuyển ly từ đầu cho đến cuối quá trình - Cảm biến xác định vị trí của sản phẩm trên băng tải
- Động cơ DC dùng để bơm nước và khuấy liệu
- Các role trung gian quyết định đầu ra cho các thiết bị
- Khung sườn giúp cố định và tạo hình dạng cố định cho mô hình.Ly nhựa dùng đựng CF
- PLC lập trình điều khiển hệ thống
- Phiểu dùng để chứa liệu, có thể thay đổi tùy vào lượng liệu - Nguồn tổ ong cấp nguồn cho hệ thống
- Xilanh 2 chiều dùng để xả liệu từ phiểu xuống ly - Van khí 5/2 dùng điều khiển xilanh
- Tomino dùng chia nguồn cho các thiết bị - Switch dùng cho việc chọn chế độ
- Nút nhấn có đèn dùng cho thao tác chọn: loại cf, start,stop
Hình 3-3 Mô hình tổng thể 1
3.4 Giới thiệu từng thiết bị trong mô hình
3.4.1 Khối PLC
Sử dụng PLC 1214C DC/DC/DC
Chức năng:
- Nhận tín hiệu từ các thành phần:
Cảm biến tiệm cận nhận biết sản phẩm. Tín hiệu từ HMI.
Tín hiệu từ nút nhấn.
- Xử lý và xuất tín hiệu điều khiển vào và đưa kết quả điều khiển tới các khối vận hành trong mô hình. Thông số kỹ thuật - DI: 14x24VDC - DQ: 10x24VDC 0.5A - AI: 2x10 BIT 0-10VDC - Version 3.0 3.4.2 Khối nguồn
- 24VDC đẩu ra cấp nguồn cho PLC
- Điện Áp Đầu Vào: AC 220V ( Chân L và N ) - Điện Áp Đầu Ra: DC 24V
- Công Suất: 120W
- Điện áp ra điều chỉnh : +/-10%
- Phạm vi điện áp đầu vào: 85 ~ 132VAC / 180 ~ 264VAC - Dòng vào: 2.6a / 115V 1.3a / 230V
- Rò rỉ: <1mA / 240VAC - Bảo vệ quá tải
- Bảo vệ quá áp - Bảo vệ nhiệt độ cao
- Khả năng chống sốc: 10 ~ 500Hz, 2G 10min. / 1 chu kỳ - Nhiệt độ hoạt động và độ ẩm: -10 ℃ ~ + 60 ℃
- Nhiệt độ bảo quản, nhiệt độ: -20 ℃ ~ + 85 ℃ - Kích thước: 199 * 98 * 38mm
- Trọng lượng: 0.52Kg
- Tiêu chuẩn an toàn đáp ứng các yêu cầu của UL1012
3.4.3 Khối cảm biến
Cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C4
- Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 dùng ánh sáng hồng ngoại để xác định khoảng cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt. Cảm biến có thể chỉnh khoảng cách báo mong muốn thông qua biến trở, ngõ ra cảm biến ở dạng cực thu hở nên cần thêm 1 trở treo lên nguồn ở chân output khi sử dụng.
- Nguồn điện cung cấp: 6 ~ 36VDC. - Khoảng cách phát hiện: 5 ~ 30cm.
- Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở. - Dòng kích ngõ ra: 300mA.
- Ngõ ra dạng PNP cực thu hở giúp tùy biến được điện áp ngõ ra, trở treo lên áp bao nhiêu sẽ tạo thành điện áp ngõ ra bấy nhiêu.
- Chất liệu sản phẩm: nhựa. - Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ.
- Kích thước: 1.8cm (D) x 7.0cm (L). - Sơ đồ dây:
Nâu: VCC. Đen: Ra tín hiệu. Xanh dương: GND
3.4.4 Khối băng tải và sản phẩm
Băng tải được kéo bằng động cơ DC 24V, trên băng tải có gắn cảm biến hồng ngoại để nhận biết sản phẩm, sản phẩm là ly nhựa hoặc thủy tinh (Xem hình 3-8).
Hình 3-8 Băng tải
3.4.5 Động cơ DC
Hình 3-9 Động cơ DC bơm nước
Thông số:
- Thương hiệu Sribo
- Chất liệu nhựa
- Điện áp DC 12v-24v
- Lưu Lượng nước 1.6L / min
- Nhiệt Độ hoạt động phạm vi 5 ~ 45 °C - Ổ phương pháp điện 3.4.6 Van khí 5/2 Hình 3-10 Van khí nén Airtac 5/2 Van khí nén Airtac 5/2 - Điện áp: DC 24V - Kích thước cửa khí: 1/4″
- Chất liệu thân van: nhôm
- Tiêu chuẩn coil điện: IP67
- Loại: 1 coil điện
3.4.7 Xilanh nén vuông
Hình 3-11 Xilanh khí nén SDA
Cấu tạo của xy lanh khí nén SDA:
- Bao gồm: lỗ cấp khí vào, lỗ thoát khí ra, nòng, ty, gioăng, phốt, vỏ xy lanh, piston, đầu tác động
- Được làm bằng chất liệu tốt nên có thể chống được oxi hóa, chịu được các lực va đập nhẹ và các môi trường có nhiệt độ cao.
- Là loại xy lanh 2 tác động, có đệm giảm chấn ở 2 đầu -Chức năng của xy lanh hơi SDA: có nhiệm vụ chuyển hóa năng lượng khí nén thành động năng. Nhờ vậy tạo ra sự chuyển động của piston tạo ra động năng thúc đẩy các thiết bị trong hệ thống hoạt động.
Thông số kỹ thuật của xy lanh hơi SDA: - Đường kính piston: 25,32,40 - Hành trình: 10,15 (mm)