3.2.2.1 PLC S7-1200
BẢNG 3. 1 Thông số kỹ thuật PLC S7-12001214C DC/DC/DC
3.2.2.2 Driver điều khiển động cơ bước
Chức năng: dùng để điều khiển 2 động cơ step
• Có tích hợp đo quá dòng quá áp. • Cân nặng: 200G.
• Kích thước: 96 * 71 * 37mm Cài đặt và ghép nối:
• 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.
• Cài đặt vi bước cho driver [3] 3.2.2.3 Động cơ step
Chức năng: dùng để di chuyển cần xịt nước.
HÌNH 3. 4 Động cơ bước
Cách tìm dây A+ A- và B+ B-: không cấp nguồn cho động cơ, lấy 1 dây bất kì chập lần lượt với các dây còn lại rồi quay thử trục động cơ. Nếu trục động cơ bị ghì lại thì 2 dây đó sẽ chung pha. Động cơ bước 2 pha đơn cực có 6 dây: gồm 4 dây pha A+ A- B+ B- và 2 dây còn lại là 2 dây COM. Chỉ sử dụng 4 dây pha còn 2 dây còn lại không sử dụng. [6]
Thông số
3.2.2.4 Cảm biến hồng ngoại
Chức năng: Chỉ đơn giản là một thiết bị điện tử có khả năng thu, nhận biết được
tín hiệu của tia hồng ngoại.
HÌNH 3. 5 Cảm biến hông ngoại Thông số:
• Model: E18-D80NK
• Dạng đóng ngắt: Thường mở (NO - Normally Open)
• Số dây tín hiệu: 3 dây (2 dây cấp nguồn DC và 1 dây tín hiệu). • Nguồn điện cung cấp: 5VDC.
• Khoảng cách phát hiện: 3 ~ 80cm.
• Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở. • Dòng kích ngõ ra: 300mA.
• Chân tín hiệu ngõ ra: dạng Transistor NPN đã được kéo nội trở 10k lên VCC, khi có vật cản sẽ xuất ra mức thấp (Low-GND), khi không có vật cản sẽ ở mức cao (High-VCC).
• Chất liệu sản phẩm: nhựa. • Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ. • Kích thước: 18 x 45mm[2]
3.2.2.5 Rơle
Chức năng: dùng để đóng ngắt động cơ.
HÌNH 3. 6 Hình ảnh role Thông số
• Dòng Rơ le tối ưu có LED chỉ thị • Dòng điện định mức: 5A
• Điện áp cấp cho cuộn dây: 220v AC • Tiếp điểm: 2 Cặp tiếp điểm
3.2.2.6 Nút nhấn la38/203-209b tự nhả
Chức năng: dùng để nhấn điều khiển động cơ.
HÌNH 3. 7 Hình ảnh nút nhấn Thông số
• Điện áp tải max: 660V • Dòng tải max :10A
• Kích thước : 82x 33x 29mm • Kích thước lỗ lắp đặt : 22mm • Khối lượng : 60g
Công dụng: út nhấn được thiết kế và sản xuất theo tiêu chuẩn cao , có kiểu dáng đẹp, kết cấu chất lượng, chắc chắn, dễ dàng lắp đặt và thay thế. Là loại nút nhấn duy trì
trạng thái và đảo trạng thái sau mỗi lần bị tác động, loại nút này rất tiện lợi trong đóng mở các thiết bị mà không cần phải qua các hệ thống mạch tự giữ, giúp tiết kiệm dây dẫn trong các mạch điều khiển, đóng cắt nhanh các thiết bị, tiết kiệm diện tích mặt tủ điện vì chỉ cần một nút nhấn hai công dụng.
3.2.2.7 Đèn báo trạng thái
Chức năng: Dùng để báo trạng thái của hệ thống xem hệ thống có vận hành hay không.
HÌNH 3. 8 Hình ảnh nút nhấn Thông số
• Điện Áp Ngõ vào: 230V hoặc 24V • Đường Kính: Phi 22
• Màu sắc: Đỏ , Vàng, xanh, Đen
3.2.2.8 Bèn báo
Chức năng: Đèn xoay cảnh báo hệ thống đang hoạt động và đang có xe ở phía trong. Khi đèn không sáng tức là không có xe phía trong.
Hình 3. 10 Nguồn tổ ong. Thông số kĩ thuật:
• Công suất: 250W.
• Điện áp đầu vào: 110~220VAC. • Điện áp đầu ra: 24VDC.
• Đầu ra: 3 cặp.
• Kích thước: 110x220x49mm.
3.2.2.10 Mạch hạ áp
HÌNH 3. 11 Mạch hạ áp Thông số kỹ thuật
• Điện áp đầu vào: Từ 3V đến 30V.
• Điện áp đầu ra: Điều chỉnh được trong khoảng 1.5V đến 30V. • Dòng đáp ứng tối đa là 3A. Hiệu suất: 92% Công suất: 15W • Kích thước: 45 (dài) * 20 (rộng) * 14 (cao) mm
3.2.3 Sơ đồ đấu nối
- Sơ đồ đấu nối động cơ step
HÌNH 3. 13 Hình ảnh sơ đồ đấu nối động cơ - Sơ đồ đấu nối nút nhấn
3.3 Thi công mô hình hệ thống
3.3.1 Thiết kế phần mềm
• Bố trị linh kiện trong tủ điện
HÌNH 3. 15 Sơ đồ bố trí tủ điện 1. Nguồn tổ ong
2. PLC
3. Micostep Driver 4. Rơ le điều khiển
• bố trí nút nhấn tủ điện HÌNH 3. 16 Sơ đồ bố trí tủ điện 1. Stop 2. Đèn báo run 3. Start 4. Xoay phải 5. Di chuyển lên 6. Di chuyển xuống 7. Xoay trái 8. Động cơ sấy 9. Động cơ nước 1 10. Động cơ nước 2 11. Động cơ xà bông 12. Auto/manual
• Bố trí thiết bị
HÌNH 3. 17 Sơ đồ bố trí linh kiện 1. Động bơm nước xịt thân xe
2. Vòi xịt gầm 3. Động cơ xịt gầm 4. Động cơ xịt xà bông
3.3.2 Thi công phần cứng
- Phần khung của mô hình. Khung được làm bằng nhôm để dễ dàng cố định được các động cơ và các cảm biến. Khung được thi công bằng hình hộp chữ nhật và các vitme để di chuyển động cơ step để di chuyển vòi xịt. Các cảm biến và động cơ được gắn vào 2 bên của khung mô hình .
- Thi công phần tủ điện: vỏ tủ điện có kích thước 30x40x20. Bên ngoài tủ điện được bố trí các nút nhấn để dễ dàng điều khiển hệ thống. Phần bên trong tủ điện được lắp ráp các thiết bị để điều hành hệ thống.
3.3.3 Mô hình sau khi hoàn thiện BẢNG 3. 3 Bảng thiết bị BẢNG 3. 3 Bảng thiết bị Số kí hiệu Thiết bị sử dụng 1 Núi chọn chế độ Auto/manual 2 Nút nhấn stop 3 Đèn báo hiệu 4 Nút nhấn Start
5 Nút điều khiển lên xuống xoay trái xoay phải
6 Nút điều khiển động cơ
7 Động cơ bơm 8 Tủ điện 9 Cảm biến hồng ngoại 10 Quạt sấy 11 Động cơ Step 12 Mạch hạ áp 5V 13 PLC 1214 DC/DC/DC 14 Nguồn tổ ong 15 Driver 16 Role 17 Vitme 18 Vòi xịt
- Công dụng linh kiện
+ Núi chọn chế độ Auto/manual: chọn chế độ + Nút nhấn stop: để dừng hệ thống
+ Đèn báo hiệu: báo hệ thống hoạt động hay không hoạt động + Nút nhấn Start: khởi động hệ thống
+ Nút điều khiển lên xuống xoay trái xoay phải: điều khiển động cơ step. + Nút điều khiển động cơ bơm: bật tắt động cơ.
+ Tủ điện: chứa các thiết bị.
+ Cảm biến hồng ngoại: phát hiện vật.
+ Động cơ bơm: bơm nước và bơm xà phòng + Quạt sấy: sấy khô xe.
+ Động cơ Step: trượt trên vitme và điều khiển xoay trái xoay phải. + Mạch hạ áp 5V: hạ áp cho động cơ sấy.
+ PLC 1214 DC/DC/DC: điều khiển hệ thống + Nguồn tổ ong: chuyển nguồn 220V qua 120V.
+ Driver: cấp xung điều khiển cho động cơ bước. + Role: điều khiển động cơ.
+ Vitme: tạo trục . + Vòi xịt: xịt nước.
HÌNH 3. 20 Hình ảnh bên ngoài tủ điện
- Tủ điện có kích thước: 30x40x20. Bên ngoài gồm 10 nút nhấn để điều khiển động cơ và bật tắt hệ thống. 1 nút chọn chế độ và 1 đèn báo hệ thống hoạt động.
HÌNH 3. 21 Hình ảnh mô hình
- Mô hình hoàn thành gồm có 3 động cơ trong đó có 2 động cơ bơm nước và 1 bộng cơ xà bông có nhiệm vụ bơm nước hoặc xà bông để xịt xe. Hai động cơ step có nhiệm vụ di chuyển các vòi xịt ở thân xe. Hai cảm biến có nhiệm vụ phát hiện xe và truyền về cho PLC.
HÌNH 3. 22 Hình ảnh bên trong tủ điện
- Gồm PLC có nhiệm vụ nhận truyền dữ liệu để vận hành hệ thống hoạt động. Các role làm nhiệm vụ điều khiển đóng ngắt các động cơ. Hai khối drive điều khiển 2 động cơ step.
CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG RỬA XE TỰ ĐỘNG
4.1 Bảng phân công đầu vào đầu ra
BẢNG 4. 1 Bảng phân công đầu vào
I0.0 Nút nhấn Start
I0.1 Nút nhấn Stop
I0.2 Cảm biến 2
I0.3 Cảm biến 1
I0.4 Công tắc hành trình dưới hạn I0.5 Nút nhấn xoay qua trái I0.6 Nút nhấn di chuyển nghịch I0.7 Nút nhấn xoay qua trái I1.0 Nút nhấn di chuyển thuận
I1.1 Chọn chế độ Auto/ Manual
I1.2 Nút nhấn động cơ xịt gầm I1.3 Nút nhấn động cơ xịt nước I1.4 Nút nhấn động cơ xà bông
I1.5 Nút nhấn động cơ sấy
BẢNG 4. 2 Bảng phân công đầu ra
Q0.0 PUL_driver 1
Q0.1 DIR_driver 1
Q0.2 PUL_driver 2
Q0.3 DIR_driver 2
Q0.5 Bơm nước xịt gầm
Q0.6 Bơm xả bọt
Q0.7 Đèn báo Run
Q1.1 Động cơ sấy
4.2 Giản đồ thời gian
4.2.1 Chế độ xịt gầm
HÌNH 4. 1 Giản đồ thời gian
Khi cảm biến 1 phát hiện xe thì động cơ xịt gầm sẽ hoạt động cho đến khi nào xa đi qua cảm biến.
Khi nhấn nút start: cảm biến 2 phát hiện xe thì hệ thống sẽ hoạt động cơ bơm nước sẽ bơm nước lên hai động cơ step sẽ quay xung quanh xe cho khi hết 1 quá trình. Sau đó là hệ thống xịt xà bông sẽ hoạt động khi step bằng 2.
4.3 Lưu đồ thuật toán
4.3.1 Lưu đồ chọn chế độ
HÌNH 4. 3 Sơ đồ chọn chế độ Chú thích:
Đ: đúng S: sai
Khi mới bắt đầu vào mình phải chọn chế độ Auto hay chế độ Manual. Nếu chọn chế độ Auto thì người lái xe chỉ cần nhấn nút start để chạy chương trình Auto. Chế độ manual thì người lái xe sẽ chọn động cơ mình muốn và di chuyển 2 động cơ step để di chuyển cần gạt.
Khi mình nhấn nút stop ở chế độ auto thì hệ thống sẽ dừng lại các động cơ sẽ dừng hoạt động và đèn báo sẽ tắt. Còn ở chế độ manual ấn nút stop thì hệ động cơ cũng sẽ hoạt động sau khi nhả nút stop.
4.3.2 Lưu đồ Auto
HÌNH 4. 4 Sơ đồ chế độ Auto Chú thích: CB1= cảm biến 1
Mức 1 ở trạng hoạt động
Khi cảm biến 1 phát hiện ra xe vào thì hệ thống xịt gầm xe sẽ hoạt động cho đến khi nào xe chạy qua. Khi xe chạy đến cảm biến 2 người lái xe sẽ nhấn nút start thì hệ thống sẽ hoạt động. Step 1 sẽ chạy vòng đầu tiên là xịt nước. Khi step bằng 2 là xịt xà bông. Step bằng 3 là xịt lại nước. Sau đó 2 động cơ step sẽ trở về vị trí ban đầu. Khi step về vị trí ban đầu thì hệ thống sấy sẽ hoạt động 10 giây.
4.3.3 Lưu đồ khối manual
Lưu đồ thuật toán chương trình con manual.
HÌNH 4. 6 sơ đồ điều khiển động cơ step Chú thích: CB1= cảm biến 1
CB2= Cảm biến 2
Mức 1 nút nhấn được nhấn lần 1
Ở chế độ manual: Mình có thể chọn các các động cơ mình muốn để rửa xe. Có thể chọn nhiều động cơ cùng 1 lúc. Nhấn 1 lần sẽ hoạt động, nhấn lần 2 động cơ sẽ dừng hoạt động.
4.4 Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát trên WinCC
- Đầu tiên mình chọn vào biểu tượng của Tia portal V16 để mở ứng dụng.
HÌNH 4. 7 Hình TIA portal V16
- Sau khi mở ứng dụng mình chọn vào mở file hoặc tạo một file mới bằng cách chọn Create new project để tạo file mới.
HÌNH 4. 8 Chọn file
- Sau khi mở file mình chọn vào project view để mở file cần muốn mở
- Chọn vào add new device để mở chọn HMI và PLC. Mình có thể chọn các loại PLC phù hợp theo khản năng hiểu biết của mình.
HÌNH 4. 10 Mở chọn HMI - Trong phần HMI chọn vào HMI để chọn HMI phù hợp.
- Để vẽ HMI mình chọn vào phần PC-system và chọn HMI_RT_1 và chọn screens. Nếu mình muốn vẽ cái mới mình chọn vào add new screen nếu có cái mình vẽ trước mình chọn vào Screen_1.
HÌNH 4. 12 Mở để vẽ HMI - Bên dưới là dao diện hoàn thiện HMI của nhóm em
KẾT LUẬN
❖ Kết luận về các nội dung nghiên cứu đã thực hiện: Sau quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài, nhóm đã thiết kế và thi công “Thiết kế và thi công mô hình hệ thống rửa xe tự động dùng PLC S7-1200, điều khiển và giám sát trên Win CC”. Đã đạt được những mục tiêu lúc đầu đề ra:
- Sử dụng phần mềm TIA Portal V16 để lập trình điều khiển hệ thống cũng như giám sát trên giao diện màn hình HMI.
- Biết được các loại động cơ bước, nguyên lý hoạt động của động cơ bước, cách sử dụng động cơ bước, cách đấu dây cũng như cách điều khiển động cơ bước.
- Có thêm kiến thức về PLC cũng như về phần mềm Tia Portal
- Có thể tự mình thiết kế được các kết cấu cơ khí nhỏ mang độ chính xác tương đối trong mô hình, làm nền tảng cho các hệ thống sau này.
- Thiết kế và thi công tủ điện và kỹ thuật cao phù hợp với các tiêu chuẩn tủ điện thực tế.
- Phát triển được kỹ năng tư duy sáng tạo, cùng với khả năng học hỏi và giải quyết vấn đề. Tận dụng sức mạnh của công nghệ thông tin trong việc tìm kiếm tài liệu nghiên cứu.
- Sau những cố gắng thì nhóm đã hoàn thiện mô hình và đạt được những mục tiêu đề ra.
❖ Hướng phát triển:
- Mô hình có thể cải tiến theo nhiều hướng như: rửa xe theo dây chuyền, hoặc phát triển sử dụng cánh tay robot để rửa xe, xử lý ảnh sau kiểm tra xem độ sạch. Có thể xây thêm hệ thống xử lý nước thải xanh cho hệ thống rửa xe.
- Xây dựng hệ thống hoàn chỉnh gồm bãi đỗ xe, hệ thống rửa xe tự động, khu vực vệ sinh nội thất xe ô tô sau khi rửa.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tham khảo sách: Trần Văn Hiếu (2019), Tự Động Hóa PLC S7 – 1200 Với TIA
Portal, nhà xuất bản khoa học - kỹ thuật.
Tài liệu tham khảo từ nguồn internet:
[1] by Khách Hàng (2018). Hệ thống rửa xe ô tô tự động, https://btb-events.com/he-thong-rua-xe-o-to-tu-dong/
http://www.mayruaxe.vn/he-thong-rua-xe-tu-dong-ct919d-p1488.html
[2] Cảm biến hồng ngoại là gì chức năng và nguyên lý,
https://www.christianlouboutinoutlets.org/cam-bien-hong-ngoai-la-gi-chuc-nang-va- nguyen-ly-hoat-dong/
[3] HAAS (2020). Động cơ bước, https://haasvn.com/dong-co-buoc-la-gi/ [4] Nguyễn Hữu Phước (Tháng Bảy, 2018). Giới thiệu tổng quan về PLC, https://dientuviet.com/gioi-thieu-tong-quan-ve-plc/
[5] BY DAMIN (25, 2019). Tổng quan về thiết bị, https://cachdung.com/blog/tong-quan-ve-thiet-bi.html
[6] Động cơ bước : https://minhmotor.com/dong-co-buoc.html
PHỤ LỤC
Chương trình điều khiển - Control [FB2]
Network 4: