Hình 3.19Sơ đồ đi dây
3.2.7.Phương pháp điều khiển động cơ Servo
Một động cơ servo đƣợc điều khiển bằng cách gửi một loạt các xung qua đƣờng tín hiệu. Tần số của tín hiệu điều khiển phải là 50Hz hoặc một chu kỳ xung là 20ms. Độ rộng của xung xác định vị trí góc của servo và các loại servo này thƣờng có thể xoay 180 độ (chúng có giới hạn vật lý khi di chuyển).
Nói chung các xung có tại 1ms tƣơng ứng với vị trí 0 độ, 1,5ms đến 90 độ và 2ms đến 180 độ. Mặc dù thời gian tối thiểu và tối đa của các xung đôi khi có thể thay đổi theo các loại khác nhau và chúng có thể là 0,5ms cho 0 độ và 2,5ms cho vị trí 180 độ.
3.2.8.Giao thức Ethernet
3.2.8.1. Giới thiệu
Hình 3.21Mạng Ethernet
Ethernet là một dạng công nghệ mạng, sử dụng kết nối các mạng lại với nhau trong mạng cục bộ. Đây là nơi để các thiết bị điện tử kết nối, gửi và truyền dữ liệu với nhau thông qua một giao thức. Nói cách khác, Ethernet là nới giúp PLC, laptop, HMI,...có thể kết nối trong một không gian vật lý chính. Trong Ethernet sẽ có khung, để chia luồng dữ liệu thành các gói gồm địa chỉ nguồn và đích, có chức năng phát hiện lỗi trong dữ liệu đƣợc truyền và yêu cầu truyền lại. Chính vì thế, Ethernet có tốc độ, độ bảo mật, độ tin cậy cao nên đƣợc sử dụng phổ biến trong cuộc sống ngày nay nhƣ văn phòng, trƣờng học, công ty,...
Hình 3.22Cổng kết nối Ethernet
Cổng Ethernet là nơi để cắm cáp Ethernet vào để truyền dữ liệu. Cổng Ethernet có hình dạng là một lỗ nhỏ, rộng hơn sơ với nơi cắm sạc điện thoại, thƣờng nằm bên hông hay phía sau các thiết bị điện tử. Nó có chức năng kết nối phần cứng mạng có dây trong
hệ thống mạng nhƣ LAN, WAN hoặc MAN. Cổng Ethernet đƣợc trang bị đầy đủ trên các thiết bị điện tử hiện đại ngày nay nhƣ tivi, máy tính, máy chơi game, thiết bị mạng,....
3.2.8.2. Truyền dữ liệu qua Ethernet
Cách thức truyền dữ liệu qua Ethernet có hai cách là lớp vật lý và lớp liên kết dữ liệu, trong chuyên ngành còn gọi là Layer 1 và Layer 2. Khi hoạt động, Ethernet xác định hai đơn vị truyền là gói và khung (Packet và Framework), thông qua mô hình giao thức mạng OSI. Mỗi Framework phải nằm trong một gói chứa một vài byte thông tin, giúp thiết lập kết nối và đánh dấu vị trí. Trong Framework sẽ chứa các nội dung dữ liệu đƣợc truyền, địa chỉ truy cập vật lý, thông tin sửa lỗi và gắn thẻ Vlan.
3.2.8.3. Tính năng
Dữ liệu khi đƣợc truyền qua Ethernet mang đến ngƣời dùng tốc độ cao, mƣợt mà.
Ethernet có tính bảo mật và độ tin cậy cao, nên ta có thể yên tâm sử dụng. Nếu có ngƣời xâm nhập vào hệ thống mạng thì tất cả các thiết bị trong mạng dừng xử lý ngay lập tức và đợi cho đến khi ngƣời dùng cố gắng truyền lại.
Chƣơng 4: THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
4.1.1.Cấu hình
Sử dụng phần mềm EBPro để lập trình cho HMI Weintek MT8071iP.
Hình 4.1 Màn hình làm việc của phần mềm EBPro
Hình 4.2Cấu hình PLC trên HMI
4.1.2.Thiết kế giao diện
4.1.2.1. Lấy tag từ PLC
Hình 4.3 Cách lấy tag từ PLC
4.1.2.2. Tạo nút nhấn
Sử dụng vùng nhớ:
Vùng nhớ S7-1200 Loại nút nhấn Mô tả
I0.0 Momentary Start
I0.1 Momentary Stop
M0.1 Momentary Reset count
M0.3 Momentary Stop DC, Đƣa tất cả Servo
về vị trí quy định sẵn Bảng 4.1 Tín hiệu vào
Hình 4.4Tạo nút nhấn trên HMI
4.1.2.3. Đèn báo động cơ
Vùng nhớ trên S7-1200 Shape Mô tả
Q0.0 Use picture libary Động cơ băng truyền
MW-150 Use picture libary Động cơ Servo 1
MW-10 Use picture libary Động cơ Servo 2
MW40 Use picture libary Động cơ Servo 3
Bảng 4.2 Tín hiệu ra
Hình 4.7 Hình ảnh giao diện
4.1.2.4. Đèn báo cảm biến hồng ngoại
Sử dụng vùng nhớ:
Vùng nhớ S7-1200 Shape Mô tả
I0.2 Use picture libary Trạng thái cảm biến hồng ngoại 1 I0.3 Use picture libary Trạng thái cảm biến hồng ngoại 2 I0.4 Use picture libary Trạng thái cảm biến hồng ngoại 3
Bảng 4.3 Cảm biến
Hình 4.9 Giao diện hiển thị
4.1.2.5. Hiển thị giá trị khối lượng
Đọc giá trị analog từ PLC S7-1200
Vùng nhớ S7-1200 Loại Mô tả
Data_block_1.TRỌNG LƢỢNG ĐO ĐƢỢC
Thanh ghi chỉ đọc Giá trị khối lƣợng đọc đƣợc từ loadcell
Bảng 4.4 Giá trị offset để hiển thị ra màn hình HMI
4.1.2.6. Hiển thị khoảng khối lượng phân loại
Sử dụng vùng nhớ:
Vùng nhớ S7-1200 Loại Mô tả
Data_block_1.GIÁ TRỊ CẦN ĐO 1
Thanh ghi đọc - ghi Khoảng khối lƣợng phân loại 1
Data_block_1.GIÁ TRỊ CẦN ĐO 2
Thanh ghi đọc – ghi Khoảng khối lƣợng phân loại 2
Bảng 4.5 Giá trị offset để hiển thị và nhập giá trị Ở vùng nhớ này ta phải vừa đọc vừa ghi.
Hình 4.11 Tương tác với vùng nhớ thanh ghi đọc – ghi Làm tƣơng tự với các vùng nhớ cùng kiểu.
4.1.2.7. Tạo Function Key
Mục đích: Tạo ra một nút nhấn trên HMI giúp ta di chuyển qua lại giữa các màn hình khác nhau.
Hình 4.12Nút nhấn Function
4.1.3.Giao diện hoàn thiện
Hình 4.14 Giao diện sau khi hoàn thành
4.2.1.Khởi động chương trình
Nhấn START để kích biến M0.0 (RUN) từ 0 lên 1 và tạo duy trì. Khi muốn dừng chƣơng trình bấm nút STOP
Hình 4.15Khơi động và dừng chương trình
4.2.2.Điều khiển động cơ Servo
4.2.2.1. Xuất xung PWM
Tạo 3 khối DB “CTRL_PWM_DB” cho phép xuất xung PWM để điều khiển các động cơ Servo từ các đầu ra lần lƣợt là Q.01, Q.02 và Q0.3.
Hình 4.16Cho phép xuất xung PWM
Ngoài ra, ở phần Hardware ta phải cấu hình thêm. Cho phép xuất xung trên phần cứng PLC S7-1200, chọn đơn vị xung là milimicro giây, chu kỳ xung là 20000 milimicro giây. Tƣơng ứng với nó là từ 0-180 độ sẽ tƣơng ứng từ 0-20000 milimicro giây. Nhƣng góc quay sẽ không chính xác và em sẽ bắt đầu từ 250-20000 milimicro giây. Và chọn ngõ ra theo thứ tự các chân còn trống trên PLC S7-1200
Hình 4.17Cho phép xuất xung
Hình 4.18 Chọn chu kỳ xung và đầu ra PLC
4.2.2.2. Code điều khiển
Em sử dụng 2 hàm là NORM-X và SCALE-X đề chuyển tín hiệu đƣợc truyền từ PLC qua mạch TLP251 tới động cơ. Gán 1 biến MW mang giá trị INT để nhập góc cần điều khiển, hàm NORM-X sẽ quét nó từ MIN-MAX tƣơng ứng với từ 0-180 và cho ra một giá trị đƣợc gán vào biến MD mang giá trị REAL. Từ giá trị MD vừa đƣợc gán ở hàm NORM-X ta sẽ đƣa vào hàm SCALE-X và quét từ 250-1250 và xuất ra các giá trị INT đến QW1002, QW1004 và QW1006 tƣơng ứng Q0.1, Q0,2 và Q0.3.
Hình 4.19Ứng dụng hàm NORM_X và SCALE_X xử lí góc quay của Servos
4.2.3.Xử lí tín hiệu analog
Tín hiệu vào đƣợc quy định sẵn địa chỉ là 64 tƣơng ứng với chân AI0, vậy ta sẽ dùng vùng nhớ IW64 để đọc tín hiệu analog và đƣa vào 2 hàm là NORM-X và SCALE-X. Sau khi 2 hàm đó thực hiện tính toán xong tín hiệu đầu ra sẽ là trọng lƣợng thực tế. Nhƣng vì cấu tạo của cân nên khối lƣợng thực tế sẽ khác 0 và cần hiệu chỉnh trên mạch khuếch đại JY-S60. Sau khi hiệu chỉnh nhƣng giá trị vẫn chƣa về 0 nên em dùng thêm 1 lệnh SUB để trừ đi giá trị còn dƣ để lấy đƣợc trọng lƣợng thực tế chính xác.
Hình 4.20Xử lí tín hiệu analog
Trọng lƣợng thực tế sẽ đƣợc lƣu vào trong khối Data Block và xuất ra màn hình HMI. Trong phần Properties của khối DB, ta sẽ bỏ chọn Optimzed block access để hoàn thành việc truyền thông giữa HMI và PLC S7-1200.
Hình 4.21Bỏ chọn optomized block access
4.2.4.Hoạt động của mô hình
Khi nút START đƣợc bấm, và cảm biến thứ 1 có tín hiệu (tức có vật trên bàn cân). Khối lƣợng của vật sẽ đƣợc lƣu vào một biến nhớ để so sánh và em tạo một TIMER trong thời gian 3s để cân hoạt động, gọi là chờ cân. Hai giá trị phân loại đƣợc nhập vào từ đầu sẽ lần lƣợt đƣợc so sánh và chia thành ba loại sản phẩm. Loại thứ nhất sẽ bé hơn giá trị nhập lần 1 thì trƣờng hợp 1 (TH1-M1.0) hoạt động. Loại thứ 2 sẽ lớn hơn giá trị nhập lần 1 và lớn hơn hoặc bằng giá trị nhập lần 2, trƣờng hợp 2 hoạt động (TH2-M1.1). Cuối cùng là giá trị của vật lớn hơn giá trị nhập lần 2 và trƣờng hợp 3 hoạt động (TH3-M1.2).
Đồng thời khởi động quá trình 1, Servo1 đẩy vật từ cân vào băng truyền và về vị trí ban đầu.
Khi TH1 hoạt động và có cảm biến 2 phát hiện vật thì quá trình 2 hoạt động.
Nếu TH2 hoạt động và có cảm biến phát hiện vật thì quá trình 3 sẽ hoạt động.
Hình 4.24TH2 hoạt động
Và cuối cùng là TH3, khi này 2 động cơ Servo phân loại trên băng chuyền sẽ không hoạt động và vật phẩm đƣợc vận chuyển tới hết băng chuyền.
Hình 4.25TH3 hoạt động
Sau mỗi quá trình thì số lƣợng vật phẩm đƣợc phân loại sẽ đƣợc cộng thêm bơi hàm INC. Và để Reset số lƣợng đã đƣợc phân loại thì e tạo một nút nhấn trên bộ nhớ PLC và đƣa tất cả các giá trị đó về 0 bằng lệnh MOVE.
Hình 4.26 Reset bộ đếm
Giả sự trong quá trình hoạt động xảy ra sự cố bất ngờ thì em cũng tạo một nút nhấn trên bộ nhớ PLC để đƣa tất cả các động cơ Servo về vị trí an toàn và dừng động cơ băng chuyền.
Chƣơng 5: THI CÔNG MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM SỬ DỤNG S7- 1200
Hình 5.1Lắp ráp băng chuyền
Hình 5.2 Xử lí mạch JY-S60 và TLP251
Hình 5.4 Mô hình sau khi hoàn thành
Trong quá trình thực hiện phần cơ khí và đi dây em đã gặp rất nhiều khó khăn, đã làm sai và sửa lại cho chính xác và hoàn thiện ở nhiều khâu, lí do có thể là do em làm một mình. Vì thế không có nhiều hình ảnh về phần đi dây.
KẾT LUẬN
1. Kết quả đạt đƣợc
Phân loại sản phẩm là một mô hình khá phổ biến trong cuộc sống của chúng ta ngày nay, và việc đó góp phần giảm bớt sức ngƣời cũng nhƣ tiết kiệm thời gian. Tuy có nhiều mô hình phân loại sản phẩm, nhƣng phân loại sản phâm theo trọng lƣợng đòi hỏi phải xử lí đƣợc tín hiệu từ loadcell. Và trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đồ án tốt nghiệp, với những kiến thức đã học cũng nhƣ thực hành thực tế tại trƣờng. Em đã hoàn thành mục tiêu đề tài đề ra là phân loại sản phẩm theo trọng lƣợng ứng dụng PLC S7-1200. Ngoài ra, em đã truyền thông đƣợc dữ liệu giữa PLC S7-1200 – Laptop – HMI Weintek MT8070ie.
Em xin cảm ơn thầy ThS. Võ Khánh Thoại đã nhiệt tình hƣớng dẫn để em thực hiện đề tài.
Qua đề tài này em đã tích lũy đƣợc nhiều kiến thức về PLC S7-1200, HMI Weintek, truyền thông Ethernet, xử lí tín hiệu Analogs và điều khiển động cơ Servo. Cũng nhƣ kinh nghiệm trong quá trình lắp ráp cơ khí và đấu nối dây trên các thiết bị.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy ThS.Võ Khánh Thoại cũng nhƣ các thầy cô trong bộ môn đã dạy em các kiến thức để có thể hoàn thành đề tài này.
2. hƣớng phát triển
Qua quá trình tìm hiểu và nghiên cứu. Em đã thấy nhiều mô hình phân loại khác nhau. Tuy nhiên, để đề tài đƣợc phát triển, đa dạng và phong phú hơn. Em cần phải đƣa đƣợc hệ thống lên hệ thống giám sát SCADA và đƣa lên Website để có thể điều khiển từ xa. Thay vì đƣa từng vật phẩm lên, hoặc để gạt phẩm rơi xuống thì em có thể tạo ra cánh tay robot nhiều bƣớc để tự động hóa hoàn toàn hệ thống. Và cuối cùng là tạo ra một hệ thống có thể tích hợp phân loại một lúc đƣợc nhiều loại sản phẩm hơn trong tƣơng lai.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Trung tâm công nghệ ADVANCE CAD (2022). Bộ điều khiển PLC S7-1200, https://advancecad.edu.vn/bo-dieu-khien-plc-s7-1200/
[2] Toshiba (2022). INVERTER FOR AIR CONDITIONOR INDUCTION HEATING,
https://pdf1.alldatasheet.vn/datasheet-pdf/view/32420/TOSHIBA/TLP251.html [3] MESIDAS (2022). HMI là gì? Phân loại, cấu tạo, ứng dụng và 30 hãng sản xuất HMI, https://mesidas.com/hmi-la-gi/
[4] Nhật Tri Automation (2022). Giáo trình PLC cơ bản, Ebook.
[5] DIENTUTUONGLAI.COM (2022). CẢM BIẾN TRỌNG LƢỢNG LOADCELL LÀ GÌ, https://dientutuonglai.com/cam-bien-trong-luong-la-gi.html
[6] CAKA.VN (2022). Động cơ giảm tốc Encoder DC Servo JGB37-520 333RPM, https://caka.vn/dong-co-giam-toc-encoder-dc-servo-jgb37-520-333rpm
[7] DIENTUTUONGLAI.COM (2022). Động Cơ Servo MG90S, https://dientutuonglai.com/dong-co-servo-mg90s.html
[8] dientu360.com (2022). ĐỘNG CƠ SERVO FUTAMA MG995, https://dientu360.com/dong-co-servo-futaba-mg995