Mô hình sẽ hoạt động theo các bước sau đây:
Khâu đưa nông sản vào hệ thống cân:
Nhấn Start hệ thống ở vị trí ban đầu, băng tải (BT), hoạt động. Nông sản được cấp lên băng tải , chạy đến vị trí đặt loadcell. Khi cảm biến 1 (CB1) phát hiện vật thì sẽ được cân và truyền tín hiệu lên đầu cân điện tử sau đó từ đầu cân truyền về khối điều khiển trung tâm. Sau khi cân xong sản phẩm.
Khâu phân loại nông sản:
Sau khi cân xong , dữ liệu truyền về plc để phân tích. Nông sản tiếp tục di chuyển trên băng tải, nếu trọng lượng cho ra trong giới hạn nông sản nhẹ thì tới vị trí cảm biến của tay gạt sản phẩm nhẹ (CB2) phát hiện nông sản thì tay gạt sản phẩm sản phảm nhẹ (TG1) hoạt động gạt nông sản xuống thùng, gạt xong tay gạt trở về vị trí ban đầu.
Tương tự với sản lượng trung bình và nặng.
Đối với sản phảm loại thì sau khi cân nông sản cho ra kết quả không đạt thì băng chuyền chuyển luôn về thùng nông sản loại.
Phân công I/O.
Tên Kiểu dữ liệu
Địa chỉ
Mô tả
START Bool I0.0 Khởi động hệ thống STOP Bool I0.1 Dừng hệ thống
RESET Bool I0.2 Đưa về trạng thái ban đầu xóa lỗi CB_LOADCE
LL
Bool I0.3 Cảm biến cân
I_CB_TB Bool I0.5 Cảm biến tay gạt sản phẩm trung bình I_CB_NN Bool I0.6 Cảm biến tay gạt sản phẩm nặng I_CB_L Bool I0.7 Cảm biến tay gạt sản phẩm loại Q_BT Bool Q0.7 Băng tải
Q_TG_N Bool Q0.0 Tay gạt sản phẩm nhẹ (chạy tới) Q_TG_N1 Bool Q0.1 Tay gạt sản phẩm nhẹ (chạy về)
Q_TG_TB Bool Q0.2 Tay gạt sản phẩm trung bình (chạy tới) Q_TG_TB1 Bool Q0.3 Tay gạt sản phẩm trung bình (chạy về) Q_TG_NN Bool Q0.4 Tay gạt sản phẩm nặng (chạy tới) Q_TG_NN1 Bool Q0.6 Tay gạt sản phẩm nặng (chạy về) SL_SPN INT MW1 4 Đếm sản phẩm nhẹ SL_SPTB INT MW2 0 Đếm sản phẩm trung bình SL_SPNN INT MW2 2 Đếm sản phẩm nặng SL_SPL INT MW2 4 Đếm sản phẩm loại SET_TL_N REAL MD10 0 Cài đặt trọng lượng nhẹ SET_TL_TB REAL MD10 4
Cài đặt trọng lượng trung bình
SET_TL_NN REAL MD10 8
Cài đặt trọng lượng nặng
SET_TL_L REAL MD11 2
Cài đặt trọng lượng loại
Min_TL_N Real MD26 Max_TLN Real MD30 Max_TL_TB Real MD34 Min_TL_TB Real MD38 Max_TL_NN Real MD42
Min_TL_NN Real MD46
Lưu đồ thuật toán.
Sơ đồ đấu dây
a. Sơ đồ tổng quan bố trí vị trí thiết bị:
Hình Ảnh 30: Bản vẽ trị trí thiết bị trên tấm panel
b. Bản vẽ sơ đồ đấu nối chi tiết:
Hình Ảnh 32: Nguồn điện của hệ thống
Hình Ảnh 34: Sơ đồ đấu input-output của PLC với rơ-le
Hình Ảnh 36: Sơ đồ đấu nối nút nhấn và cảm biến
Khai báo các khối dữ liệu a. Tạo khối DB.
Khối DB trangthai là dùng để lưu giá trị từng trạng thái của các biến.
Tên Kiểu dữ liệu Mô tả
START Bool Khởi động hệ thống STOP Bool Dừng hệ thống
RESET Bool Đưa về trạng thái ban đầu xóa lỗi CB_LOADCELL Bool Cảm biến cân
CB_N Bool Cảm biến tay gạt sản phẩm nhẹ
CB_TB Bool Cảm biến tay gạt sản phẩm trung bình CB_NN Bool Cảm biến tay gạt sản phẩm nặng CB_L Bool Cảm biến tay gạt sản phẩm loại Q_BT Bool Băng tải
Q_TG_N Bool Tay gạt sản phẩm nhẹ Q_TG_N1
Q_TG_TB Bool Tay gạt sản phẩm loại Q_TG_TB1
Q_TG_NN Bool Tay gạt sản phẩm nặng Q_TG_NN1
SL_SPTB INT Đếm sản phẩm trung bình SL_SPNN INT Đếm sản phẩm nặng SL_SPL INT Đếm sản phẩm loại SET_TL_N REAL Cài đặt trọng lượng nhẹ
SET_TL_TB REAL Cài đặt trọng lượng trung bình SET_TL_NN REAL Cài đặt trọng lượng nặng SET_TL_L REAL Cài đặt trọng lượng loại Min_TL_N Real Max_TLN Real Max_TL_TB Real Min_TL_TB Real Max_TL_NN Real Min_TL_NN Real Mô hình thực tế
1. Cấu tạo bằng khung thép chiều dài cơ sở bằng 1,2 mét, chiều cao 20cm, rộng 30cm.
2. Hệ thống sử dụng 5 cảm biến PNP với 5 chức năng khác nhau.
3. Hệ thống Loadcell, băng tải và động cơ (động cơ quay tay gạt sản phẩm theo phân loại đã lập trình).
4. Khối PLC S7-1200 xử lý tín hiệu điều khiển.
5. Các rơ-le có chức năng đóng ngắt quá trình hoạt động của hệ thống( hình 7.2).
6. Aptomat để ngăn ngừa ngắn mạch, hỗ trợ đề phòng sự cố, bảo vệ mạch điện (hình 7.3).
7. Băng tải nhôm để vận hành đưa sản phẩm chạy đến vào trạm cân và đưa đến cần gạt phân loại sản phẩm(hình 7.4).
8. Cảm biến loadcell cân băng tải ( hình 7.5). 9. Đầu hiển thị cân điện tử (hình 7.6).
Hình Ảnh 38: Rơ-le đóng ngắt điện 24V
Hình 38: Rơ-le OMRONH3Y-4 12VDC 24VDC 110VAC 220VAC Model : H3Y-4
Dòng điện: 5A
Sử dụng nguồn: 12VDC, 24VDC, 110VAC, 220VAC Thời gian trì hoãn: 10s, 30s, 60s, 30M,...
Chế độ hoạt động: ON-delay, Star-delta
Kích thước của relay timer ormon H3Y-4: 6.3x2.2x2.7 cm Trọng lượng: 50g
Kiểu hiển thị: Analog
Hình Ảnh 39: Aptomat 220V, 10A
Hình 39: Cầu dao tự động Easy bao gồm các chức năng: - Bảo vệ chống dòng quá tải
- Bảo vệ chống dòng ngắn mạch - Số cực: 2P - Dòng điện định mức: 40A - Dòng cắt ngắn mạch: 4.5kA - Điện áp định mức: 230V Hình Ảnh 40: Băng tải
Hình Ảnh 41: Cảm biến loadcell cân băng tải Hình 41: Cảm biến loadcell:
Là cảm biến có thể chuyển đổi một lực, trọng lượng thành một tín hiệu điện. Giá trị tác dụng tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở, do đó trả về tín hiệu điện áp tỉ lệ. Loadcell điện trở làm việc dựa vào nguyên lý áp lực – trở kháng. Khi một tải trọng, một lực tác động lên cảm biến sẽ làm trở kháng thay đổi. Sự thay đổi trở kháng này dẫn đến dự thay đổi điện áp đầu ra khi điện áp đầu vào được cấp.
Cảm biến loadcell được ứng dụng rộng rãi trong đời sống như: đo khối lượng của vật, phân phối đều trọng lượng sản phẩm trong các dây truyền tự động hóa, đo trọng lượng xe tải…
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Cấu tạo
Loadcell được cấu tạo bởi hai thành phần là: Strain gage và Load. Một loadcell thường bao gồm các strain gage được dán vào bề mặt của thân loadcell. Thân loadcell là một khối kim loại đàn hồi và tùy theo từng loại loadcell và mục đích sử dụng loadcell, thân loadcell được thiết kế nhiều hình dạng khác nhau, chế tạo bằng nhiều vật liệu khác nhau (nhôm hợp kim, thép không gỉ…)
Strain gage là một điện trở đặc biệt, có điện trở thay đổi khi bị nén hay kéo dãn và được nuôi bằng một nguồn ổn định.
Hình Ảnh 42: Đầu hiển thị cân điện tử
Hình 42 : Bộ điều khiển cân chung của dòng BC360L được nhúng với tất cả các loại trình tự điều khiển điểm đặt cơ bản. Tính năng này làm cho thiết bị có thể được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực cân công nghiệp với chi phí hợp lý. Tín hiệu cân thời gian thực có thể được chuyển đổi thành tín hiệu truyền thông công nghiệp tiêu chuẩn, tích hợp hiển thị trường và truyền từ xa, điều khiển định lượng và so sánh điểm đặt cùng lúc, được sử dụng rộng rãi trong luyện kim, công nghiệp hóa chất, vật liệu xây dựng, thức ăn, dệt, phòng thí nghiệm, phân tích lực vật liệu và các ngành công nghiệp khác.
Hình Ảnh 43: Motor giảm tốc
Động cơ DC 775 có hộp giảm tốc chuyên dùng cho sản xuất các sản phẩm DIY, giáo dục, nghiên cứu và học tập hoặc dùng để thay thế cho một số loại máy móc công nghiệp, dân dung sử dụng loại động cơ này hoặc tương dương. Số vòng quay qua hộp giảm tốc sẽ giảm đi và đồng thời momen xoắn sẽ tăng lên. - Điện áp: DC-12V - Làm mát bằng quạt - Tỉ số truyền: 1:158 (30V/p) | 1:117 (55 V/p) - Trụ đầu ra: 8mm - Vỏ được làm bằng vật liệu thép - Cuộn dây đồng chuyên chất - Các bánh răng trong hộp giảm tốc bằng kim loại - Trục ra có thể dụng kèm với các chi tiết máy: bánh răng, buly, bánh xích, các loại khớp nối trục
Hình Ảnh 44: Công tắt hành trình Hình 44 : Công tắt hành trình :
- Tiếp điểm: 0,1A, 125 VAC tới 15A, 250 VAC
• 18 môđen cho mọi ứng dụng: độ nhạy cao, chịu nước, dòng nhỏ, các loại tay đòn khác nhau...Kích thước 49,2x17,5x24,2 (mm)
Màn hình HMI (Human- Machin – Interface) điều khiển hệ thống
Màn hình HMI Weintek là thiết bị giao tiếp giữa con người và máy móc, thiết bị phụ trợ. Việc sử dụng HMI đã cải thiện được nhiều chức năng cồng kềnh của thiết bị cũ, loại bỏ hoàn toàn các phím chức năng, thay vào đó là màn hình cảm ứng công nghệ cao, hiển thị thông số rõ ràng. Được ứng dụng ở hầu hết các công đoạn sản xuất trong các lĩnh vực như: Dầu khí, Điện tử, Sản xuất thép, Dệt may, bao bì, dây chuyền sản xuất nước, sản xuất ô tô, xe máy,…
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều nhà sản xuất màn hình HMI như Misubisi, Omrom, Autonics…..
Phần cứng: CPU ARM RISC 528MHz, 128MB FLASH, 128MB RAM. Giao tiếp cổng COM chuẩn RS232/RS422/RS485 và 1 cổng Ethernet. Màn hình cảm ứng 16,7 triệu màu. Độ phân giải 1024*600 pixel.
Kết nối được với tất cả PLC các hãng nổi tiếng khác. Đặc biệt kết nối với PLC Siemens S7 1200 trực tiếp qua cổng Ethernet.
Màn hình HMI cảm ứng kích thước 10 inch, xuất xứ hãng Weintek – Đài Loan.
MT8071iP – Màn hình HMI Weintek: Thông số kỹ thuật cơ bản:
Màn hình:
LCD hiển thị: 7 inch TFT
Độ phân giải (WxH dots): 800×480 Độ sáng màn hình (cd/m2): 350 Tuổi thọ LCD: >30,000 hrs.
Màn hình LCD: 16.7 triệu màu EasyBuilder Pro Tấm cảm ứng: 4-wire Resistive Type
Cấu hình:
Bộ nhớ Flat ROM (MB): 128 MB RAM (MB): 128 MB
CPU: Cortex A8 CPU 600MHz USB Host: USB 2.0 x 1
USB Client: Micro USB Khe cắm thẻ SD: Không RTC: Tích hợp (built-in)
Truyền thông, in/out:
Ethernet: YES
COM1 RS-232, COM2 RS-485 2W/4W Canbus: Không
Ngõ ra Audio: Không Ngõ vào Video: Không
Điện áp đầu vào: 10.5 – 28 V DC
Đặc điểm:
Vỏ: Nhựa
Kích thước bao ngoài (WxHxD) 200.4 x 146.5 x 34 mm Kích thước khoét lỗ panel: 192 x 138 mm
Nhiệt độ hoạt động: 0° ~ 50°C (32° ~ 122°F) Trọng lượng: 0.52 Kg
HMI: Giao tiếp người – máy PLC: Bộ điều khiển logic lập trình Manual: Tài liệu hướng dẫn
Products: Sản phẩm Support: Hỗ trợ Services: Dịch vụ Software: Phần mềm
Windows Embedded CE: Hệ điều hành nguồn mở, được sử dụng cho các hệ thống nhúng.
CPU: Bộ xử lý trung tâm
RAM: là bộ nhớ tạm lưu trữ thông tin hiện hành để CPU có thể truy xuất và xử lý.
ROM: là bộ nhớ chỉ cho phép đọc
EEPROM: là bộ nhớ cho phép đọc, có thể xóa và cập nhật lại chương trình
IPxx: Là cấp độ bảo vệ chống lại sự xâm nhập của vật thể rắn và lỏng. (Ví dụ IP66 là cấp độ bảo vệ chống bụi xâm nhập và chống nước phun từ mọi phía)
Khái niệm chung
Thiết bị giao diện người – máy được hiểu là một thiết bị điện, điện tử làm nhiệm vụ giao tiếp giữa người điều hành và thiết bị máy móc.
Tùy vào mục đích sử dụng mà thiết bị này có chức năng: chỉ điều khiển, chỉ giám sát hoặc cả điều khiển và giám sát.
Thuật ngữ giao tiếp người - máy được dịch từ cụm từ Human Machine Interface (viết tắt là HMI). Như vậy, cứ thiết bị nào làm nhiệm vụ giao tiếp giữa người và máy móc được hiểu là thiết bị HMI. Người dùng khi sử dụng các thiết bị này thường sử dụng các trang giao diện màn hình để thực hiện các chức năng điều khiển, giám sát. Do đó, chúng ta có thể gọi thiết bị HMI với tên gọi là thiết bị giao diện người – máy.
Hình Ảnh 46: Vai trò, vị trí của HMI trong hệ thống
HMI thường được sử dụng để giao tiếp với PLC, vi điều khiển hoặc một bo mạch chuyên dụng để thực hiện một yêu cầu công nghệ nhất định.
Một số lý do chính mà chúng ta lựa chọn HMI trong một hệ thống: 1. Tiết kiệm được các tín hiệu vào, đầu ra;
2. Hiển thị được thông tin một cách trực quan, dễ hiểu;
3. Lưu trữ thông tin về dữ liệu cài đặt, cảnh báo , sự cố, quản lý người dùng; 4. Hoạt động bền bỉ, tin cậy trong môi trường công nghiệp.
5. Hầu hết thiết bị HMI phải được tích hợp hệ điều hành Windows Embedded CE, bộ nhớ RAM, ROM hoặc EEPROM đề thực hiện các nhiệm vụ sau:
6. Chạy một chương trình nhất định với nhiều giao diện vận hành do người lập trình thiết kế;
7. Thực hiện truyền thông, giao tiếp với PLC, vi điều khiển, bo mạch chuyên dụng, HMI khác, máy tính.
8. Về mặt kết nối vật lý HMI thường có các cổng giao tiếp như: rs232, rs422/485, erthenet, usb. Trong một số trường hợp HMI có thể là máy tính bảng, điện thoại thông minh và kết nối ở đây là mạng không dây wifi chẳng hạn.
9. Thiết bị HMI có thể là:
a. Máy tính bàn kết hợp với chuột, bàn phím; laptop; b. Điện thoại, máy tính bảng;
c. Thiết bị chuyên dụng được sản xuất bởi các hãng như Weintek, Delta, LS, Omron, Mitsubishi, Siemens, Scheider, ABB, Rockwell,..
10.Trong tài liệu này chúng ta chỉ quan tâm và làm việc với thiết bị HMI chuyên dụng được sản xuất bởi các hãng như Weintek, Delta, LS, Omron, Mitsubishi, Siemens, Scheider, ABB, Rockwell,..
Vai trò, ý nghĩa của thiết bị HMI
Một số vai trò chính của thiết bị HMI là:
1. Được sử dụng dưới dạng bảng điều khiển, giám sát 2. Sử dụng dưới dạng thiết bị đầu cuối
2.1 Được sử dụng dưới dạng bảng điều khiển, giám sát
Trước đây, để điều khiển vận hành máy móc người ta sử dụng các bảng điều khiển bao gồm thiết bị điều khiển và hiển thị như hình 40
Hình Ảnh 47: Bảng điều khiển dành cho người vận hành
Thiết bị HMI được sử dụng để thay thế các bảng điều khiển này bằng cách số hóa các chức năng của bảng điều khiển và bổ sung thêm các chức năng hiển thị thông tin dạng văn bản, đồ họa, bàn phím ảo, cảm ứng,v.v…
Hình Ảnh 49: Lợi ích việc sử dụng HMI thay thế cho các bảng điều khiển
Tuy nhiên trong một số trường hợp nhu cầu vận hành quá đơn giản thì không nhất thiết dùng đến HMI vì phát sinh thêm chi phí. Ví dụ như mạch điều khiển động cơ bơm chạy luân phiên chỉ cần nút nhấn, đèn báo, bộ định thì không cần dùng đến PLC và HMI. Hoặc một số nút nhấn có vai trò quan trọng đòi hổi độ tin cậy cao như nút dừng khẩn cấp thì vẫn được giữ lại, không nên dùng nút nhấn trong HMI để thay thế.
2.2 Được sử dụng dưới dạng thiết bị đầu cuối
Thiết bị HMI có thế được sử dụng để giao tiếp với các thiết bị đầu cuối, ví dụ như đầu đọc mã vạch trong hình 43
Hiện nay, mã vạch được sử dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nhằm mục đích quản lý và truy xuất nguồn gốc. Hầu hết các thiết bị HMI đều được tích hợp tính năng giao tiếp với máy đọc mã vạch, điều này cho phép thông tin nhập vào và hiển thị trên HMI sẽ được thực hiện một cách rất linh hoạt, nhanh chóng. Một ứng dụng khác nữa của thiết bị HMI đó là được sử dụng để trao đổi thông tin giữa các thiết bị PLC, PC, Tablet, Mobile thông qua các giao thức mạng truyền thông.
Hình Ảnh 51: Thiết bị HMI đóng vai trò thiết bị đầu cuối trong mạng truyền thông
Phân loại, lựa chọn thiết bị HMI
Có rất nhiều hãng sản xuất thiết bị HMI, nhiệm vụ của chúng ta là phân tích