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 )(xem Hình 2.18 ).
Hình 2. 18 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 -- --
PIN X10 X11 X12 17 DI b.2 -- -- 18 DI b.3 -- -- 19 DI b.4 -- -- 20 DI b.5 -- -- 2.3. Phần mềm lập trình TIA PORTAL V16 2.3.1.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.
2.3.2.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. (Như Hình 2. 19 )
Hình 2. 19 Biểu tượng TIA Portal V16
Sau khi khởi động chương trình TIA Portal( như Hình 2. 20 ):
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 ” (Xem Hình 2. 21 ):
Hình 2. 21 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 (xem Hình 2. 22 ):
Hình 2. 23 Giao diện cấu hình PLC S7-1200
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 (xem
Hình 2.23 ):
Để thiết lập cho kết nối Profinet ta làm như sau: Ở khung General (cấu hình cho CPU ) ta chọn vào PROFINET Interface. (Như Hình 2. 24 )
Hình 2. 24 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”. (Như Hình 2. 25)
Hình 2. 25 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]. (Xem Hình 2. 26 )
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 để chọn nhóm lệnh cần sử dụng hoặc có thể chọn ở phần Intructions.
Hình 2. 26 Giao diện lập trình
Để nạp chương trình cho PLC ta làm như sau:
Click vào biểu tượng dowload trên màn hình. (Như Hình 2. 27 )
Chọn Realtek PCIe GBE Family Controller, sau đó chọn Start search. (Như Hình 2. 28 )
Hình 2. 28 Nạp chương trình cho PLC_2
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. (Như Hình 2. 29 )
Hình 2. 29 Nạp chương trình cho PLC_3
Tiếp theo cửa sổ Load preview xuất hiện, tiếp tục chọn Load để nạp chương trình cho PLC. (Như Hình 2. 30 )
Hình 2. 30 Nạp chương trình cho PLC_4
Đến đây thì chương trình đã được nạp xong, ta nhấp chọn Finish. (Như
Hình 2. 31 )
Hình 2. 31 Nạp chương trình cho PLC_5
Để xem chương trình chạy trên máy tính, ta nhấp vào biểu tượng mắt kính. (Như Hình 2. 32 )
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG LƢU KHO TỰ ĐỘNG
3.1. Quy trình công nghệ của hệ thống
Khi nhấn nút start thì hệ thống bắt đầu hoạt động,khi nhấn nút stop thì hệ thống ngừng hoạt động, khi nhấn nút E-stop thì hệ thống dừng khẩn cấp để đảm bảo an toàn cho hệ thống và con người khi xảy ra sự cố bất ngờ.
Hệ thống có 2 chế độ (chê độ auto và chế độ manual ). Sau khi chọn chế độ từ màn hình WINCC:
* Chế độ manual:
- Chế độ nhập hàng: Cảm biến phát hiện được vật ở vị trí ô nhập hàng. Cho phép chọn ô trên màn hình Wincc. Sau khi chọn ô, tay máy lấy hàng di chuyển đưa vòa vị trí ô được chọn
- Chế độ xuất hàng: Chọn ô để xuất. Nếu có vật thì tay máy đưa vật từ ô được chọn về vị trí ô trả hàng. Nếu không có vật thì thông báo ô trống.
* Chế độ auto:
- Chế độ nhập: Khi đưa hàng vào vị trí ô nhập hàng cảm biến phát hiện có hàng bộ điều khiển tính toán xác định ô trống trên kệ để hàng (không còn ô trống thì đèn báo đầy sáng ) tay máy di chuyển đến vị trí lấy hàng tay máy tiến hành lấy hàng, đưa hàng đến vị trí ô trống và đưa hàng lên kệ tay máy quay về vị trí ban đầu.
- Chế độ xuất: Khi chọn ô hàng cần lấy trên Wincc. Bộ điều khiển tính toán xác định ô hàng trên kệ (nếu không có hàng trên kệ thì hệ thống sẽ không thực hiện ) tay máy di chuyển đến vị trí ô hàng cần lấy và tiến hành lấy hàng tay máy di chuyển đến vị trí ô trả hàng và tiến hành đưa hàng vào ô trả hàng tay máy về lại vị trí ban đầu.
3.2. Thiết kế phần cứng
3.2.1. Sơ đồ khối
Hệ thống chia làm 6 khối (như Hình 3. 1 ): Khối cảm biến: nhận biết sản phẩm Khối HMI: giám sát và chọn chế độ
Khối Driver step: điều khiển động cơ bước Khối nguồn: cấp nguồn cho hệ thống
Khối cơ cấu chấp hành: nhận tín hiệu và xử lý Khối PLC: điều khiển toàn hệ thống
Hình 3. 1 Sơ đồ khối
3.2.2. Lựa chọn thiết bị
Dưới đây là bảng liệt kê các thiết bị phần cứng được sử dụng trong mô hình (Bảng 3.1 ) (xem Hình 3. 2 đến Hình 3. 4 ) :
Bảng 3. 1 Liệt kê các thiết bị
Thiết bị ký hiệu trên mô hình
Kệ hàng 1 Sản phẩm 2 Đèn báo nguồn 3 Đèn báo trạng thái 4 Nút nhấn 5 Nút nhấn khẩn cấp 6 Cảm biến tiệm cận 7 Công tắc hành trình 8 Vitme 9 Động cơ bước 10 Xylanh 11 Cảm biến từ 12 Van điện 13 Aptomat 14 PLC S7-1200 15 Mạch cách ly 16
Rơle trung gian 17
Driver TB6600 18
Nguồn tổ ong 19
Chức năng của từng bộ phận: Kệ hàng: cất giữ sản phẩm.
Cảm biến tiệm cận: Phát hiện sản phẩm. Cảm biến từ: nhận biết hành trình của xylanh. Công tắc hành trình: Giới hạn hành trình Vitme.
Vitme: Tạo thành 2 trục XZ để đưa sản phẩm đến ô cần đặt. Động cơ bước: Di chuyển cơ cấu tay máy.
Xylanh: Lấy hàng và trả hàng.
Van điện: Điều khiển đường khí đến xylanh. Đèn báo nguồn: Báo trạng thái nguồn AC220V.
Đèn báo trạng thái: Báo trạng thoái hoạt động của hệ thống. Nút nhấn khẩn cấp: Dừng khẩn cấp hệ thống khi có sự cố. Nút nhấn nhả: Điều khiển chạy hoặc dừng hệ thống. PLC S71200: Điều khiển hệ thống.
Mạch cách ly: Chuyển đổi tín hiệu từ PLC 24VDC sang tín hiệu 5VDC. Driver TB6600: Cấp xung điều khiển động cơ bước.
Rơle trung gian: điều khiển van điện.
Nguồn tổ ong: chuyển nguồn 220VAC sang 24VDC.
3.2.3. Sơ đồ nối dây
Sơ đồ đi dây bao gồm 9 đầu vào và 9 đầu ra : Đầu vào:
nút nhấn điều: khiển trạng thái hoạt động của hệ thống. cảm biến tiệm cận: nhận biết sản phẩm.
cảm biến từ: nhận biết hành trình xilanh.
công tắc hành trình: giới hạng hành trình vitme. Đầu ra:
Diriver: điều khiển động cơ Step.
Đèn: Giám sát trạng thái hoạt động của hệ thống. Rơle: điều khiển xilanh.
3.3. Thi công mô hình hệ thống
3.3.1. Mô hình tổng thể
Hình 3. 5 Tủ điện
3.3.2. Giới thiệu từng thiếu bị trong mô hình
PLC S7-1200
Hình 3. 6 PLC S7-1200 1214C DC/DC/DC
Nguồn cấp 24 VDC
Số chân ngõ vào DI 14
Số chân ngõ ra DQ 10
AI 2x10 BIT 0-10VDC
Version 4.2
Để biết thêm chi tiết xem ở phần PHỤ LỤC 2 Cảm biến tiệm cận NPN
Mô tả: NPN là cảm biến kích tín hiệu âm, phát hiện các đối tượng bằng kim loại. (Hình 3. 6 mô tả sơ đồ nối dây cảm biến NPN )
Hình 3. 7 Sơ đồ kết nối của cảm biến NPN
Hình 3. 8 Cảm biến tiệm cận NPN LJ12A3-4-Z/BX Bảng 3. 3 Thông số kĩ thuật cảm biến tiệm cận
Ngõ ra NO (thường hở)
Loại cảm biến NPN
Dây màu nâu VCC
Dây màu xanh dương GND
Dây màu đen Tín hiệu
Chiều dài 18 mm
Điện áp hoạt động 6VDC – 36VDC
Dòng điện ngõ ra 300Ma
Khoảng cách phát hiện 0 mm - 4mm Phát hiện các đối tượng Kim loại / sắt
Cảm biến từ
Mô tả: Cảm biến từ thuộc nhóm cảm biến tiệm cận phát hiện vật mang từ tính. (Xem Hình 3. 9 sơ đồ kết nối của cảm biến từ trong hệ thống )
Hình 3. 9 Sơ đồ kết nối cảm biến từ
Hình 3. 10 Cảm biến từ xy lanh SMC D-A93 Bảng 3. 4 Thông số kỹ thuật SMC D-A93
Ngõ ra NO (thường hở)
Kết nối được với PLC, rơle
Hiệu điện thế 24 VDC
Dòng điện 5 đến 40 Ma
Rơle trung gian
Cách đấu rơle trung gian trong mạch điện của luận văn: 2 chân cấp nguồn 24 VDC cho rơle là chân 13 và 14. Chân số 14 nối với ngõ ra của PLC, chân 13 nối với 0 VDC lấy từ nguồn tổ ong. Chân 5 nối với 220 VAC, chân 9 nối với Van điện từ. (Xem
Hình 3. 11)
Hình 3. 12 Rơle Omron MY2N và đế Bảng 3. 5 Thông số kỹ thuật rơle MY2N
Số chân 14
Tải định mức (mức tối đa mà rơle có thể chịu được) 5A - 24 VDC 5A - 220 VAC Nguồn tổ ong
Hình 3. 13 Nguồn tổ ong 24 VDC - 10 A Bảng 3. 6 Thông số nguồn tổ ong 24 VDC - 10 A
Công suất 250W
Đầu vào 110 VAC / 220 VAC
Số đầu ra 24V-10A 3 cặp
Kích thước 110x220x49mm
Driver điều khiển động cơ bước
Bảng 3. 7 Thông số kĩ thuật động cơ bước TB6600
Điện áp cấp cho động cơ 9-24 VDC
Điện áp điều khiển băm xung, đảo chiều, enable 5 VDC Dòng ra trong phạm vi cài đặt 0.5 - 3.5 A
Khối lượng 200 g
Kích thước 96 x 71 x 37mm.
Các bước cài đặt và đấu Driver TB6600 vô động cơ bước và PLC:
Tiến hành cài đặt số xung/vòng và cường độ dòng điện ngõ ra cho Driver (tại vị trí khoanh màu vàng như Hình 3. 15 ) chỉnh:
Hình 3. 15 Vị trí chỉnh Switch của Driver TB6600
S1 ON, S2 ON, S3 OFF : drive sẽ cấp cho động cơ 200 xung/vòng. S4 ON, S5 OFF, S6 ON: dòng điện driver cấp cho động cơ từ 1-1,2 A. Vì Ngõ ra Y của PLC Delta DVP32ES200T nhận tín hiệu âm nên
Chân PUL-: Đấu với Y0 hoặc Y2 của PLC (trong PLC delta DVP32ES200T chân phát xung là Y0, Y2).
Chân DIR- : Đấu với Y1 hoặc Y3 của PLC (trong PLC delta DVP32ES200T chân điều khiển hướng là Y1,Y3).
Chân PUL+ : +5 VDC Chân DIR+ : +5 VDC GND: -24 VDC
VCC: +24 VDC
Chân A+ A- B+ B- của driver động cơ bước nối lần lượt theo thứ tự trên vào 4 dây A+ A- B+ B- của động cơ.
Mạch cách ly
Hình 3. 16 Mạch cách ly
Cách nối chân mạch cách ly (xem Hình 3. 16 ): Đầu vào chân 15:
Chân 1: nối với GND của PLC
Chân 2,4: chân đảo chiều động cơ step Chân 3,5: chân cấp xung cho động cơ step Đầu ra chân 16:
Chân 6: GND của module hạ áp Chân 5: VCC của module hạ áp Chân 2,4: Đảo chiều động cơ
Chân 1,3: Chân cấp xung cho động cơ Động cơ bước
Giới thiệu động cơ bước
Động cơ bước thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của roto và có khả năng cố định roto vào những vị trí cần thiết. Động cơ bước làm việc được là nhờ có bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo một thứ tự và một tần số nhất định. Tổng số góc quay của roto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của roto, phụ thuộc vào thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi. Khi một xung điện áp đặt vào cuộn dây stato (phần ứng) của động cơ bước thì roto (phần cảm) của động cơ sẽ quay đi một góc nhất định, góc ấy là một bước quay của động cơ. Khi các xung điện áp đặt vào các cuộn dây phần ứng thay đổi liên tục thì roto sẽ quay liên tục (nhưng thực chất chuyển động đó vẫn là theo các bước rời rạc).
Một hệ thống có sử dụng động cơ bước có thể được khái quát theo sơ đồ sau (
Hình 3. 18 Sơ đồ khối động cơ bước
D.C.SUPPLY: Có nhiệm vụ cung cấp nguồn một chiều cho hệ thống. Nguồn một chiều này có thể lấy từ pin nếu động cơ có công suất nhỏ. Với các động cơ có công suất lớn có thể dùng nguồn điện được chỉnh lưu từ nguồn xoay chiều.
CONTROL LOGIC: Đây là khối điều khiển logic. Có nhiệm vụ tạo ra tín hiệu điều khiển động cơ. Khối logic này có thể là một nguồn xung, hoặc có thể là một hệ thống mạch điện tử. Nó tạo ra các xung điều khiển. Động cơ bước có thể điều khiển theo cả bước hoặc theo nửa bước.
POWER DRIVER: Có nhiệm vụ cấp nguồn điện đã được điều chỉnh để đưa vào động cơ. Nó lấy điện từ nguồn cung cấp và xung điều khiển từ khối điều khiển để tạo ra dòng điện cấp cho động cơ hoạt động.
STEPPER MOTOR: Động cơ bước. Các thông số của động cơ gồm có: Bước góc, sai số bước góc, mômen kéo, mômen hãm, mômen làm việc. Đối với hệ điều khiển động cơ bước, ta thấy đó là một hệ thống khá đơn giản vì không hề có phần tử