Trong mô hình hệ thống trong đề tài này 1 PLC S7-1200 được sử dụng làm xử lí trung tâm (Master). Sơ đồ kết nối truyền thông giữa 3 PLC được thể hiện như trong hình.
Xử lí, truyền và nhận tín hiệu từ PLC Master đến PLC Slave 1, PLC Slave 2:
Hình 4.5 Truyền nhận tín hiệu giữa PLC Master và PLC Slave 1, PLC Slave 2 Trong đó, PLC Master có vai trò điều khiển và giám giát, điều khiển quá trình hoạt động của 2 PLC Slave giúp người vận hành dễ dàng quan sát, điều khiển…Ở đây PLC Master được truyền thông theo chuẩn truyền thông profinet.
Ngoài ra PLC Master này được kết nối với máy tính giám sát thông qua giao diện WinCC theo chuẩn truyền thông công nghiệp profinet.
4.4.1. Sơ đồ thuật toán của PLC Slave 1
Ta sẽ tìm hiểu lưu đồ thuật toán của PLC Slave 1 theo từng khâu nhỏ để cho dễ hiểu và có cái nhìn chi tiết hơn được thể hiện ở các mục bên dưới.
Hình 4.6 Lưu đồ thuật toán cho PLC Slave 1
Khi có tín hiệu start, băng chuyền 1(=1) bắt đầu chạy, Hệ thống kiểm tra tín hiệu cảm biến (CB1,CB2,CB3) sẽ phát hiện từng khâu nếu đúng thì thực hiện các khâu chiết rót, đóng nắp và đóng thùng cứ thế lặp lại nếu sai thì tín hiệu liện tục trả về các khâu không được thực hiện.
Hình 4.7 Lưu đồ thuật toán khâu chiết rót cho PLC Slave 1 Trong đó: CB1: Cảm biến khâu chiếc rót.
BC1: Băng chuyền hệ thống 1. VAN NC: Van nước.
Khi có tín hiệu băng chuyền 1(=1) bắt đầu chạy, cảm biến 1(=1) sẽ phát hiện làm cho băng chuyền1(=0) dừng van nước(=1) bắt đầu chiết rót trong khoản thời gian 2,5s tùy thiết lập. Sau khoảng thời gian 2,5s van nước(=0) sẽ tự động đóng và băng chuyền 1(=1) tiếp tục chạy. Nếu cảm biến 1(=0) không được phát hiện thì băng chuyền 1(=1) cứ chạy và không có quá trình rót nước.
Trong đó: BC1: Băng chuyền hệ thống 1. CB2: Cảm biến khâu rót nước.
XL ĐÓNG NẮP: Cơ cấu khâu dóng nắp.
Khi có tín hiệu băng chuyền 1(=1) bắt đầu chạy, cảm biến 2(=1) sẽ phát hiện làm cho băng chuyền 1(=0) dừng xylanh đóng nắp(=1) thực hiện dập nắp trong khoản thời gian 5s tùy thiết lập. Sau khoảng thời gian 5s xylanh dập nắp(=0) sẽ ngừng dập và băng chuyền 1(=1) tiếp tục chạy. Nếu cảm biến 2(=0) không được phát hiện thì băng chuyền 1(=1) cứ chạy và không có quá trình đóng nắp.
4.4.1.4. Lưu đồ thuật toán chương trình con cho khâu đẩy chai trong PLC Slave 1
Khi có tín hiệu băng chuyền 1(=1) bắt đầu chạy, cảm biến 3(=1) sẽ phát hiện làm cho băng chuyền 1(=0) dừng xylanh đẩy chai (=1) thực hiện đẩy chai nhờ bộ đếm couter(=1) nếu bằng 2, thực hiện quá trình đẩy trong khoản thời gian 5s tùy thiết lập. Sau khoảng thời gian 5s xylanh đẩy chai(=0) sẽ ngừng đẩy và băng chuyền 1(=1) tiếp tục chạy. Nếu cảm biến 3(=0) không được phát hiện thì băng chuyền 1(=1) cứ chạy và không có quá trình đẩy chai.
Hình 4.9 Lưu đồ thuật toán khâu đẩy chai cho PLC Slave 1 Trong đó: CB3: Cảm biến khâu đẩy chai.
BC : Băng chuyền hệ thống 1. COUTER: Bộ đếm.
Tương tự PLC Slave 1, ta sẽ tìm hiểu lưu đồ thuật toán của PLC Slave 2 theo từng khâu nhỏ để cho dễ hiểu và có cái nhìn chi tiết hơn được thể hiện ở các mục bên dưới.
4.4.2.1. Lưu đồ thuật toán tổng quát cho PLC Slave 2
Hình 4.10 Lưu đồ thuật toán cho PLC Slave 2
Khi có tín hiệu băng chuyền 2(=1) bắt đầu chạy, cảm biến(=1) sẽ phát hiện từng khâu nếu đúng thì thực hiện tuần tự các khâu đóng thùng và cắt keo cứ thế lặp lại nếu sai thì tín hiệu liện tục trả về các khâu không được thực hiện.
4.4.2.2. Lưu đồ thuật toán chương trình con cho khâu thả chai vào thùng trong PLC Slave 2
rút bệ,xy lanh thả sẽ reset về trạng thái ban đầu . Thực hiện xong cảm biến 1(=0) làm cho băng chuyền 1(=1) chạy. Nếu cẩm biến 1(=0) thì không có quá trình thả chai vào thùng.
Hình 4.11 Lưu đồ thuật toán khâu thả chai vào thùng cho PLC Slave 2 Trong đó: CB1: Cảm Biến khâu đóng thùng
BC1: Băng chuyền hệ thống 2. XL KEP: Cơ cấu kẹp chai.
XL RÚT BỆ: Cơ cấu rút bệ đỡ chai. XL THẢ: Cơ cấu thả chai.
4.4.2.3. Lưu đồ thuật toán chương trình con cho khâu đẩy nắp thùng trong PLC Slave 2
Khi có tín hiệu băng chuyền 1(=0) tạm dừng chạy, cảm biến 3(=0) sẽ làm cho băng chuyền 1(=0) dừng xylanh đẩy nắp(=1) thực hiện đẩy làm gập nắp thùng. Thực hiện xong quá trình đẩy băng chuyền 1(=1) chạy. Nếu cẩm biến 1(=1) thì không có quá trình
Hình 4.12 Lưu đồ thuật toán khâu đóng nắp thùng cho PLC Slave 2 Trong đó: CB1: Cảm biến khâu đóng thùng,đẩy nắp thùng.
BC1: Băng chuyền hệ thống 2.
XL ĐẨY NẤP: Cơ cấu đẩy nắp thùng.
4.4.2.4. Lưu đồ thuật toán chương trình con cho khâu cắt keo trong PLC Slave 2
Hình 4.13 Lưu đồ thuật toán khâu cắt băng keo cho PLC Slave 2. Trong đó: CB2: Cảm biến khâu cắt keo.
BC1: Băng chuyền hệ thống 2. XL CẮT KEO: Cơ cấu cắt keo.
Khi có tín hiệu cảm biến 5(=0) sẽ làm cho xylanh cắt băng keo(=1) \, sau 1s cho xylanh cắt băng keo(=0) và kết thúc quá trình.
4.5. Chương trình chính cho từng PLC
Trong phần này chương trình chính cho từng PLC trong mô hình hệ thống sẽ được trình bày ở từng mục dưới. Toàn bộ chương trình chi tiết cho 3 PLC trình bày ở phần phụ lục.
Sau khi viết và chỉnh sửa cuối cùng cũng xong chương trình điều khiển chính cho PLC Master.
4.5.2. Chương trình chính cho PLC Slave 1
Sau khi viết và chỉnh sửa cuối cùng cũng xong chương trình điều khiển chính cho PLC Slave 1.
4.5.3. Chương trình chính cho PLC Slave2
Sau khi viết và chỉnh sửa cuối cùng cũng xong chương trình điều khiển chính cho PLC Slave 2.
Chương 5: THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT TRÊN WINCC
5.1 Các bước kết nối giữa WinCC với PLC
Để kết nối WinCC với PLC ta thực hiện 6 bước sau:
Bước 1: Mở file đã viết chương trình trong Tia Portal V15 lên rồi chọn Add new device (1) chọn PC systems (2) chọn WinCC RT Advance (3) bấm OK (4).
Bước 2: Ta tiến hành vào Communications modules (1) chọn PROFINET/Ethernet (2) chọn IE general.
Bước 4: Ta vào Devices & networks (1) Cửa sổ sẽ xuất hiện như hình bên dưới.
Bước 6: Ta vào Connections (1) (2) chọn S7 connection (3).
Vậy là ta đã hoàn thành quá trình kết nối WinCC với PLC.
Quá trình kết nối WinCC với PLC vô cùng đơn giản, ta chỉ cần làm theo các bước cơ bản là có thể kết nối được với nhau. Ở bên ngoài các PLC và WinCC kết nối với nhau bằng dây cáp mạng nhờ bộ chuyển đổi Switch để chung đầu nối lại với nhau để dễ dàng trao đổi dữ liệu giữa các PLC và WinCC lại với nhau.
5.2. Thiết kế giao diện WinCC cho hệ thống
5.2.1. Các bước thiết kế giao diện
Để tiến hành thiết kế giao diện ta thực hiện 5 bước sau:
Bước 1: Mở file đã viết chương trình trong Tia Portal V15 lên rồi chọn PC-System_1 [SIMATIC PC station] (1).
Bước 2: Cửa sổ xuất hiện, chọn HMI_RT_1[WinCC RT Advanced].
Bước 4: Cửa sổ xuất hiện, chọn Add new screens (1).
Bước 5: Chọn (1), (2) hoặc nhiều cái khác để thiết lập giao diện hệ thống cho phù hợp với mô hình.
Khi ở giao diện này ta thoải mái tạo giao diện giám sát theo ý muốn phù hợp với mô hình hệ thống.
Với WinCC, phần mềm đã có sẵn các công cụ chèn chữ viết, hình ảnh cũng như có sẵn các thiết bị như động cơ, băng chuyền, chai, thùng,…giúp ta dễ dàng trong việc tạo giao diện giám sát.
Hình 5.1 Giao diện của mô hình hệ thống
Sau khi thiết kế hoàn chỉnh mô hình của hệ thống ta tiến hành gắn tag cho các thiết bị trên WinCC giống với mô hình là ta có thể điều khiển và cho chạy giống như mô hình thật.
Tag là một dạng đối tượng được dùng để tham chiếu tới một vùng nhớ nào đó trên PLC, thông qua tag ta có thể truy cập vùng nhớ để đọc hoặc ghi giá trị của chúng.
Tất cả các kết nối truyền thông và tag được quản lý bởi Tag Management trong WinCC.
Tag Management gồm hai loại tag là tag nội (Internal Tag) và tag ngoại (External Tag):
Tag nội là các tag không liên kết tới vùng nhớ tới PLC, ta có thể xem nó giống như là một biến trong WinCC mà ta có thể dùng nó cho các mục đích lập trình, cấu hình của mình. Ta có thể đọc và ghi giá trị của các tag này mà không cần bất kỳ kết nối online nào tới PLC.
Tag ngoại là các tag liên kết đến một địa chỉ vùng nhớ nào đó trên PLC, ta cần phải có một kết nối online đến PLC mà tag đó liên kết tới.
Ví dụ để gắn các tag cho các thiết bị trên WinCC liên kết với PLC thì ta làm như các bước sau tương tự với các thiết bị khác có trong WinCC:
Tiếp theo ta vào Visibility (5) Gắn giá trị tag vào vị trí (6).
Vậy là hoàn thành gắn tag để liên kết giữa WinCC và PLC.
5.2.2. Kết quả giao diện hệ thống hoàn chỉnh
Sau khi tạo xong giao diện giám sát ta chạy WinCC Runtime để mở ra cửa sổ có thể nhấn trực tiếp trong bảng điểu khiển để điểu khiển quá trình hệ thống. Giao diện điều khiển khi mở lên có dạng như hình 5.2 bên dưới.
Hình 5.2 Kết quả giao diện hoàn chỉnh hệ thống
Trong đó bảng simulation và thông số điều khiển là để hiển thị số lượng thùng, số lượng chai và lượng nước. Các bảng điều khiển, control panel và một số các con tất trên hình 5.2 là để điều khiển quá trình hoạt động của hệ thống ở chế độ bằng tay hay tự động. Gồm một số thiết bị như động cơ, chai, thùng, bể chứa, cảm biến, băng keo… để mô phỏng trực quan lại toàn bộ quá trình.
KẾT LUẬN
1. Kết quả đạt được
Đã khảo sát các hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng và đưa ra các phương án khảo sát thiết kế trong mô hình.
Trong đề tài này nhóm chúng em đã thiết kế được mô hình chiết rót, đóng nắp và đóng thùng đạt được kết quả như sau:
Thiết kế thành công mô hình chiết rót, đóng nắp và đóng thùng bằng phương pháp điều khiển phân tán bằng 3 PLC trong đó 2 PLC điều khiển 2 dây chuyền, 1 PLC trung tâm điều khiển và giám sát thông qua kết nối Ethernet.
Đã lập trình cho 2 PLC khu vực và 1 PLC trung tâm thực hiện đúng các chức năng của hệ thống trong quy trình công nghệ đã đề ra.
Trong mô hình đề tài đã thực hiện được kết nối 3 PLC theo chuẩn công nghiệp profinet. Việc kết nối giữa các PLC trong mô hình hoạt động tốt.
Thiết kế thành công giám sát hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng bằng kỹ thuật điều khiển phân tán sử dụng các PLC S7-1200 và WinCC để giúp người giám sát theo dõi được số lượng thùng, chai.
Phát hiện và cảnh báo khi không có sản phẩm ( chai, thùng) trên hệ thống để người vận hành có thể nhận biết và điều khiển hệ thống cho phù hợp nhằm tiết kiệm năng lượng và trách những sự cố đáng tiết xảy ra.
Hệ thống đã đáp ứng được tính an toàn khi vận hành bằng những tính năng sau: + Nhấn nút Angary ngắt tất cả đầu ra của hệ thống khi có trường hợp khẩn cấp hay lỗi chương trình.
+ Chế độ Manual điều khiển bằng 2 tay nên có thể giảm thiểu tối đa tai nạn lao động khi vận hành và sữa chữa hệ thống.
2. Hướng phát triển
Thêm các phần điều khiển PID để điều khiển động cơ băng chuyền phù hợp với tải trọng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]https://uniduc.com/vi/blog/day-chuyen-chiet-rot-dong-chai-cac-loai-va-ung-dung
(Ngày truy cập: 15/5/2022)
[2]https://sandivietnam.com/gioi-thieu-day-chuyen-chiet-rot-dong-nap-chai-tu-dong
(Ngày truy cập: 15/5/2022)
[3https://tadatha.com/sp/day-chuyen-chiet-rot-va-dong-nap-chai-tu-dong/ (Ngày truy cập: 15/5/2022)
[4]https://hstcorp.vn/he-thong-dong-chai (Ngày 17/5/2022)
[5]https://cncvina.com.vn/product/day-chuyen-tu-dong-chiet-rot-dan-nhan-dong-goi/
(Ngày truy cập: 18/5/2022)
[6]Nguyến Minh Quý (2021). Nghiên cứu, xây dựng mô hình chiết rót và đóng nắp chai sử dụng PLC S7-1200, Luận văn tốt nghiệp, Trường Đại học Hải Phòng. (Ngày truy cập: 14/5/2022)
[7]Đề tài: Hệ thống giám sát quá trình chiết rót và đóng nắp chai tự động (slideshare.net) (Ngày truy cập: 16/5/2022) [8]https://tudonghoaatvn.com/huong-dan-cai-dat-tia-v15- 1/#:~:text=Sau%20khi%20t%E1%BA%A3i%20v%E1%BB%81%20ta%20c%C3%B3 %20c%C3%A1c%20file,Nh%E1%BA%A5n%20chu%E1%BB%99t%20ph%E1%BA %A3i%20%E2%87%92%20ch%E1%BB%8Dn%20Run%20as%20adminitrator (Ngày truy cập: 10/5/2022) [9] https://ngocautomation.com/huong-dan-cai-tia-v15-full-crack/(Ngày 25/5/2022) [10] https://www.facebook.com/groups/344409355928208/search/?q=scada (Ngày truy cập: 20/5/2022)
[11]https://baoanjsc.com.vn/du-an/truyen-thong-ethernet-la-gi-ung-dung-cua-truyen- thong-ethernet_2_69_41689_vn.aspx (Ngày truy cập: 21/5/2022)
[12]https://plctech.com.vn/tai-lieu-plc-siemens-s7-1200-tieng-
viet/?fbclid=IwAR0dsJNrvhDDmWQxehtDhWZwlDueiYLhtfYbvdpRyMQ5ix1kwiD QzWh2XJw (Ngày truy cập: 21/5/2022)
[13]https://drive.google.com/drive/folders/1LC-s-O030Cd-
PHỤ LỤC 1. Chương trình cho PLC Slave 1
1.1. Chương trình nhỏ trong chương trình chính của PLC Slave 1 a) Chế độ Auto
2. Chương trình cho PLC Slave 2
2.1. Chương trình nhỏ trong chương trình chính của PLC Slave 2
2.3. Chương trình con khâu đẩy nắp