Vùng nhớ Miêu tả Ép buộc Lưu giữ
I
Ngõ vào ảnh tiến trình
Được sao chép từ các ngõ vào vật lý
tại điểm bắt đầu chu trình qt. Khơng Khơng I_:P
Ngõ vào vật lý
Việc đọc ngay lập tức của các điểm
ngõ vào trên CPU, SB và SM. Có Khơng
Q
Ngõ vào ảnh tiến trình
Được sao chép từ các ngõ vào vật lý
tại điểm bắt đầu chu trình qt. Khơng Không Q_:P
Ngõ vào vật lý
Việc đọc ngay lập tức của các điểm
ngõ vào trên CPU, SB và SM. Có Khơng
M
Bộ nhớ bit Bộ nhớ dữ liệu và điều khiển. Không Có
L
Bộ nhớ tạm thời
Dữ liệu tạm thời cho một khối, một
bộ phận của khối đó Khơng Khơng
DB
Khối dữ liệu
Bộ nhớ dữ liệu và còn là bộ nhớ
thông số dành cho các FB Khơng Có
Mỗi vùng nhớ khác nhau có một địa chỉ đơn nhất. Chương trình người dùng sử dụng các địa chỉ này để truy xuất thơng tin trong vị trí bộ nhớ. Hình dưới đây thể hiện cách thức truy xuất một bit (còn được gọi là ghi địa chỉ “byte.bit”). Trong ví dụ này,
vùng bộ nhớ và địa chỉ byte (I = ngõ vào và 3 = byte 3) được theo sau bởi một dấu chấm (“.”) để ngăn cách địa chỉ bit (bit 4).
Hình 2.25 Cách thức truy xuất 1bit trong PLC S7-1200 A là bộ định danh vùng nhớ A là bộ định danh vùng nhớ
B la địa chỉ byte: byte 3 C là dấu ngăn cách
D là vị trí bit của byte (bit 4 trong số 8 bit) E là các byte của vùng nhớ
F là các bit của byte được chọn
Ta có thể truy xuất dữ liệu trong hầu hết các vùng bộ nhớ (I, Q, M, DB và L) gồm các kiểu Byte, Word, hay Double Word bằng cách sử dụng định dạng “byte address”. Để truy xuất một dữ liệu Byte, Word, hay Double Word trong bộ nhớ, ta phải xác định địa chỉ theo cách giống như xác định địa chỉ cho một bit. Điều này bao gồm một bộ định danh vùng, ký hiệu kích thước dữ liệu, và địa chỉ byte bắt đầu của giá trị Byte, Word, hay Double Word. Các ký hiệu kích thước là B (Byte), W (Word) và D (Double Word), ví dụ IB0, MW20 hay QD8. Các tham chiếu như là I0.3 và Q1.7 sẽ truy xuất ảnh tiến trình. Để truy xuất ngõ vào hay ngõ ra vật lý, ta cộng thêm tham chiếu với ký tự “: P” (như là I0.3:P, Q1.7:P hay “Stop:P”).
Giới thiệu về phần lập trình cho S7-1200
Để thực hiện viết code cho PLC S7 – 1200 ta cần có phần mềm chuyên dụng là TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal).
Phần mềm lập trình mới này giúp người sử dụng phát triển, tích hợp các hệ thống tự động hóa một cách nhanh chóng, do giảm thiểu thời gian trong việc tích hợp, xây dựng ứng dụng từ những phần mềm riêng rẽ. Được thiết kế với giao diện thân thiện người sử dụng, TIA Portal thích hợp cho cả những người mới lẫn những người nhiều kinh nghiệm trong lập trình tự động hóa. Là phần mềm cơ sở cho các phần mềm dùng để lập trình, cấu hình, tích hợp các thiết bị trong dải sản phẩm. Tích hợp tự động hóa tồn diện (TIA) của Siemens. Ví dụ như phầm mềm mới Simatic Step 7 để lập trình
các bộ điều khiển Simatic, Simatic WinCC để cấu hình các màn hình HMI và chạy Scada trên máy tính.
Để thiết kế TIA portal, Siemens đã nghiên cứu rất nhiều các phần mềm ứng dụng điển hình trong tự động hóa qua nhiều năm, nhằm mục đích hiểu rõ nhu cầu của khách hàng trên toàn thế giới. Là phần mềm cơ sở để tích hợp các phần mềm lập trình của Siemens lại với nhau, TIA Portal giúp cho các phần mềm này chia sẻ cùng một cơ sở dữ liệu, tạo nên sự thống nhất trong giao diện và tính tồn vẹn cho ứng dụng. Ví dụ, tất cả các thiết bị và mạng truyền thông bây giờ đã có thể được cấu hình trên cùng một cửa sổ. Hướng ứng dụng, các khái niệm về thư viện, quản lý dữ liệu, lưu trữ dự án, chẩn đốn lỗi, các tính năng online là những đặc điểm rất có ích cho người sử dụng khi sử dụng chung cơ sở dữ liệu TIA Portal. Tất cả các bộ đều khiển PLC, màn hình HMI, các bộ truyền động của Siemens đều được lập trình, cấu hình trên TIA portal. Việc này giúp giảm thời gian, công sức trong việc thiết lập truyền thông giữa các thiết bị này.
Ở đây nhóm sử dụng TIA Portal V15.1 để thực hiện lập trình và thiết kế giao diện giám sát cho PLC S7 – 1200. [13] và [14]
Hình 2.26 Hình ảnh biểu tượng TIA Portal V15.1 trên màn hình Desktop
2.2.2. Băng tải
Băng tải là thiết bị chuyên dụng được dùng trong công nghiệp được cấu tạo từ hệ thống máy hoặc cơ có khả năng di chuyển một vật nặng hay một khối lượng lớn nguyên vật liệu từ điểm này tới điểm khác cách đó một khoảng cách vật lý nhất định.
Hình 2.27 Hình ảnh một số loại băng tải
Trong sản xuất, băng tải có ý nghĩa đặc biệt quan trọng, nhất là trong công nghiệp. Các ngành công nghiệp nặng và công nghiệp nhẹ, nhờ sự xuất hiện của băng tải con lăn đã giảm tải được rất nhiều khâu trong quá trình sản xuất nhất là đối với các nhà máy xí nghiệp có lượng nguyên liệu cần vận chuyển nhiều và thường xuyên.
Trong xây dựng, thiết bị này chủ yếu được dùng để chuyên chở vật liệu xây dựng từ trên xuống dưới hay từ dưới lên trên ở một độ cao nhất định, đặc biệt trên mọi địa hình. Băng tải cơng nghiệp giúp giảm tải sức lao động tối đa giúp các chủ thầu tiết kiệm được tiền thuê nhân công.
Trong ngành công nghiệp nhẹ như cơng nghiệp chế biến, sản xuất máy móc điện tử, may mặc, da giày… băng tải có vị trí đặc biệt quan trọng giống như một mắt xích khơng thể tháo rời trong hệ thống. Nhờ có hệ thống này, năng suất lao động của cơng nhân được nhân lên đáng kể và cùng nhờ đó tỉ lệ sản phẩm làm ra cũng được tăng lên mang lại lợi nhuận lớn cho các chủ doanh nghiệp. Có thể nói băng tải cơng nghiệp là một trong những phát minh quan trọng nhất của con người với khả năng và tác dụng to lớn băng tải đã và đang từng ngày từng giờ trở thành một thiết bị không thể nào thiếu trong sản xuất và đời sống hàng ngày.
Với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật thì hệ thống băng tải được sử dụng hầu hết trong các dây chuyền sản xuất, các cơng trình thi cơng lớn và nhỏ. Được ứng dụng trong tất cả các ngành nghề từ công nghiệp như ô tơ, điện tử, chế tạo,… cho đến sản xuất hóa chất, thực phẩm, dược phẩm, bao bì, in ấn,…. Hệ thống băng tải – băng chuyền có thể được lắp đặt bất cứ nơi nào, mọi địa hình, khơng những mang lại hiệu quả kinh tế cao nó cịn giảm thiếu tai nạn trong lao động bảo đảm tính an tồn lao động cao.
Cấu tạo băng tải
Băng tải gồm các cơ cấu như sau: + Khung băng tải
+ Rulo chủ động + Rulo bị động + Cơ cấu dẫn hướng + Con lăn đỡ dây + Cơ cấu tăng đơ + Dây băng tải + Động cơ giảm tốc...
Nguyên lý hoạt động
Khi rulo chủ động quay làm cho dây băng tải chuyển động nhờ lực ma sát giữa rulo và dây băng băng tải. Để tạo ra lực ma sát giữa rulo và dây băng tải khi dây băng tải gầu bị trùng thì ta điều chỉnh rulo bị động để dây băng tải căng ra tạo lực ma sát giữa dây băng tải và rulô chủ động lực ma sát giữa dây băng tải và rulo sẽ làm cho băng tải chuyển động tịnh tiến. Khi các vật liệu rơi xuống trên bề mặt dây băng tải, nó sẽ được di chuyển nhờ vào chuyển động của băng tải. Để tránh băng tải bị võng, người ta dùng các Con lăn đặt ở phía dưới bề mặt băng tải, điều này cũng làm giảm đi lực ma sát trên đường đi của băng tải. Băng tải cao su được bao bọc bởi chất liệu cao su chất lượng cao, bên trong làm bằng chất liệu Polyester, một loại sợi tổng hợp và sợi Poliamit, có đặc tính rất bền, chịu được nước, chịu được thời tiết ẩm, Dây băng tải đòi hỏi phải bền, chắc, chịu mài mòn và ma sát cao. Một yếu tố rất quan trọng là hệ số giãn dây băng tải phải rất thấp, vận chuyển được nhiều, có thể chuyển được vật liệu ở khoảng cách vừa và xa với tốc độ cao.
Các loại băng tải được sử dụng trong sản xuất và đặc điểm
- Băng tải cao su: Chịu nhiệt, sức tải lớn.
- Băng tải xích: Khá tốt trong ứng dụng tải dạng chai, sản phẩm cần độ vững chắc. - Băng tải con lăn: Gồm băng tải con lăn nhựa, băng tải con lăn nhựa PVC, băng
tải con lăn thép mạ kẽm, băng tải con lăn truyền động bằng motor.
- Băng tải đứng: Vận chuyển hàng hóa theo phương hướng lên thẳng đứng. - Băng tải PVC: Tải nhẹ và thông dụng với kinh tế
- Băng tải linh hoạt: Di chuyển được
- Băng tải góc cong: Chuyển hướng sản phẩm 30 đến 180 độ.
Mỗi loại băng tải có mỗi hình dạng, chức năng và ứng dụng khác nhau, cho nên hãy cân nhắc lựa chọn cho mình loại băng tải phù hợp nhất với mục đích sử dụng. Để băng tải có thể phát huy được hết chức năng của nó phục vụ tốt cho việc vận chuyển hàng hóa thì phải lựa chọn loại băng tải có chức năng phù hợp. Đồng thời, tiết kiệm được rất nhiều chi phí và tăng năng suất cho cơng việc.
Trong những trường hợp nhất định thì sẽ sử dụng mỗi loại băng tải khác nhau cho nên cần tìm hiểu kĩ để có thể sử dụng đúng mục đích và đem lại hiệu quả cao. [15] và [16]
2.2.3. Cảm biến
Khái niệm cảm biến
Các hệ thống điều khiển tự động trong cơng nghiệp có vơ số các đại lượng vật lý cần đo như: nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, trọng lượng… Các đại lượng vật lý này khơng có tính chất điện. Trong khi đó, các bộ điều khiển và các cơ cấu chỉ thị lại làm
việc với tín hiệu điện. Vì thế phải có thiết bị để chuyển đổi các đại lượng vật lý khơng có tính chất điện thành đại lượng điện tương ứng mang đầy đủ tính chất của đại lượng vật lý cần đo. Thiết bị chuyển đổi đó là “cảm biến”.
Cảm biến (sensor) là một thiết bị dùng để cảm nhận và biến đổi các đại lượng vật lý thành các đại lượng điện. Từ đó ta có thể xác định được đại lượng cần đo.
Đại lượng cần đo (m) Đại lượng điện (s)
𝑠 = 𝑓(𝑚) (2.1)
Hàm (2.1) có thể là hàm tuyến tính, hàm logarit, hàm mũ hay hàm cơng suất. Các đại lượng vật lý: vị trí, vận tốc, gia tốc, lực, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, ánh sáng…
Các đại lượng điện: điện trở, điện dung, điện cảm, điện áp, dòng điện… Phân loại và ứng dụng
- Theo nguyên lý chế tạo: các cảm biến được phân làm hai loại:
+ Cảm biến tích cực: là các cảm biến hoạt động như một máy phát, đáp ứng ngõ ra là điện tích, điện áp hay dịng. Cảm biến tích cực cần được cung cấp năng lượng từ bên ngồi (tín hiệu kích thích) trong q trình hoạt động.
Ví dụ: Hệ thống radar hay sonar xác định khoảng cách đến đối tượng cần đo bằng
cách chủ động phát ra sóng radio (radar) hay sóng âm (sonar) đến đối tượng cần đo và phản xạ trở về cảm biến.
Hình 2.29 Cảm biến siêu âm SRF-04
+ Cảm biến thụ động: là các cảm biến hoạt động như một trở kháng trong đó đáp ứng ngõ ra là điện trở, độ tự cảm hoặc điện dung. Cảm biến thụ động không cần cung cấp năng lượng trong q trình hoạt động.
Ví dụ: Cặp nhiệt điện (thermocouples): biến đổi đại lượng nhiệt độ thành tín hiệu điện
Hình 2.30 Cặp nhiệt điện
- Theo nguyên lý chuyển đổi giữa đáp ứng và kích thích: Hiện tượng vật lý, hóa học, sinh học,…
- Theo dạng kích thích: Âm thanh, điện, từ, quang, cơ, nhiệt, bức xạ,…
- Theo tính năng của cảm biến: Độ nhạy, độ chính xác, độ phân giải, độ tuyến tính, dải tần số, độ ổn định, tuổi thọ,…
- Theo phạm vi sử dụng: Công nghiệp, nông nghiệp, nghiên cứu khoa học, dân dụng, giao thông, vũ trụ,…
- Theo thơng số của mơ hình mạch thay thế: Cảm biến tích cực có đầu ra là nguồn áp hoặc nguồn dòng. Cảm biến thụ động được đặc trưng bằng các thơng số R, L, C, .... Tuyến tính hoặc phi tuyến.
Tùy vào ứng dụng cụ thể, có rất nhiều loại cảm biến được sử dụng như: Cảm biến quang, cảm biến nhiệt độ, cảm biến tiệm cận, cảm biến áp suất, cảm biến lưu lượng, cảm biến vị trí – dịch chuyển – vận tốc, cảm biến gia tốc, v.v… [17]
2.2.4. Cơ cấu xy lanh-khí nén
Nguồn cung cấp khí nén
Khí nén được tạo ra từ máy nén khí. Một động cơ điện lai máy nén, nén khí vào bình chứa.
Một máy nén khí điển hình bao gồm 12 bộ phận như sau:
1. Bình chứa 7. Van an toàn
2. Van xả 8. Đồng hồ đo
3. Van tay 9. Rơ-le điều khiển
4. Bộ lọc 10. Động cơ điện
5. Bộ điều chỉnh áp suất và đồng hồ đo 11. Máy nén khí
6. Ống góp 12. Phin lọc
Hình 2.32 Các thành phần cấu tạo của máy nén khí điển hình Van khí nén Van khí nén
Ngày nay, khí nén và hệ thống khí nén đã và đang mang lại sự thay đổi mạnh mẽ của ngành sản xuất công nghiệp, thủ công nghiệp không chỉ của nước ta và nhiều nước trên thế giới.
Trong hệ thống ấy, chúng ta không thể bỏ qua van khí nén thiết bị cơ cấu, có sức ảnh hưởng lớn. Ngày nay, để đáp ứng nhu cầu ngày càng đa dạng của khách, các hãng kỹ thuật cung cấp nhiều loại van: van điều khiển bằng cơ, van điện từ, van điều khiển bằng khí. Van có nhiều kiểu dáng cũng như kích thước khác nhau nhưng tất cả đều thực hiện một chức năng đó là đóng mở cửa van cung cấp khí nén để phục vụ yêu cầu vận hành của các thiết bị: xy lanh, bộ lọc, điều áp hay bình dầu…
Chức năng của van khí nén
- Điều khiển hướng - Điều khiển dòng chảy
- Van khí có điều chỉnh bằng vít hoặc núm vặn
- Van khí cho chảy tự do theo 1 hướng nhất định và hạn chế việc chảy ngược lại.
Phân loại
Van khí nén điện từ hay cịn gọi là van đảo chiều khí nén được chia thành các loại như sau: van khí nén 5/2, van khí nén 3/2, van khí nén 5/3, van khí nén 4/2… dựa trên số cửa và số vị trí truyền động ở thân van.
- Van khí nén 2/2:
+ Hay còn gọi là van phân phối hai cổng. Van được lắp và dùng cho những hệ thống khí nén đơn giản.
+ Van khí nén 2/2 có cấu tạo: 1 thân và 1 coil điện. Thân của van 2/2 sẽ được thiết kế có 2 vị trí và 2 cửa khí: 1 cửa khí vào và 1 cửa khí ra.
+ Nguyên lý hoạt động: Ban đầu, cửa van sẽ ở trạng thái bị chặn đóng và dịng khí nén khơng đi qua van. Khi có điện năng cấp vào van, từ trường được sinh ra sẽ tạo lực để tác động lên van, khí nén đi vào cửa 1 và thốt ra ở cửa 2. Khi ngắt điện, mọi hoạt động của van sẽ trở về trạng thái ban đầu một cách nhanh chóng.
- Van khí nén 3/2
+ Van điện từ khí nén 3/2 hay cịn gọi là solenoid vale 3/2.
+ Cấu tạo của van 3/2 tương đối giống 2/2 khi có thân van và coil điện. Thân van sẽ có 2 vị trí truyền động và 3 cửa: cửa cấp khí nén vào, cửa khí nén làm việc, cửa xả khí nén.
+ Khi ở trạng thái bình thường, cửa khí 1 bị chặn đóng, cửa khí số 2 và số 3 thơng