2.4.5. Đánh giá hoạt động của hệ thống
Để đ nh gi mức độ làm việc ổn định, chính xác của hệ thống, em đã sử dụng phƣơng ph p lấy số liệu thống kê của bộ sản phẩm ăng tải đếm, phân loại sản phẩm thông qua cho chạy thử. Do PLC là thiết bị dùng trong công nghiệp với mức độ làm việc ổn định rất cao. Đ nh gi mức độ ổn định, độ chính xác hệ thống chủ yếu tập chung vào kiểm chứng sự đồng bộ của các thiết bị: PLC, Sensor, động cơ, c c relay…
Với phƣơng ph p kiểm chứng:
+ Cho ăng tải chạy liên tục trong vòng 12 tiếng, gắn sản phẩm dạng mơ hình để bộ sản phẩm làm việc để kiểm tra phần cứng.
+ Kiểm tra ngẫu nhiên, 1h/lần cho một số lƣợng sản phẩm cụ, thể kiểm chứng độ chính xác khả năng đếm, phân loại theo 3 màu: đỏ, xanh lá, trắng và giám sát hệ thống trực tiếp qua WinCC SP 7.2. Mỗi lần nhƣ vậy ghi lại số liệu theo bảng. Tổng hợp số liệu, để đ nh gi độ chính xác của hệ thống.
Bảng 2. 5. Thống kê kết quả đếm của hệ thống sau 12 lần kiểm tra
Số lần
Số sản phẩm đƣa vào băng tải
Đỏ Số sản phẩm
băng tải đếm, phân loại đƣợc Đỏ Xanh Xanh Trắng Trắng Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 Lần 6
Lần 7 Lần 8 Lần 9 Lần 10 Lần 11 Lần 12
Kết luận về sự ổn định của hệ thống dựa vào ảng thống k .
Qua chƣơng 2 cho thấy việc nghiên cứu ứng dụng PLC S7-200 vào dây chyền phân loại sản phẩm trong công nghiệp là phù hợp và rất cần thiết. Nó vừa đ p ứng đƣợc nhu cầu thị của trƣờng vừa giúp sinh viên áp dụng đƣợc lý thuyết vào thực tế từ việc nghiên cứu, chế tạo nên mơ hình sản phẩm.
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1. Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu 3.1. Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu
3.1.1. Hệ thống phần cứng
Mơ hình điều khiển và giám sát hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc bằng Wincc đã đạt đƣợc các mục ti u đã đề ra:
Phân loại sản phẩm theo 3 màu sắc khác nhau (sản phẩm màu xanh lá, đỏ, trắng).
Gi m s t và điều khiển hệ thống bằng phần mềm WinCC.
Mơ hình ăng tải đƣợc làm bằng nhựa và mica trong có kích thƣớc 50 x 6cm gồm: dây ăng tải, gi đỡ, động cơ kéo ăng tải là động cơ 1 chiều giảm tốc 24V, máng dẫn sản phẩm và thùng chƣa sản phẩm đƣợc làm bằng nhựa và alu đƣợc đặt lên tấm gỗ với kích thƣớc 90cm x 35cm. Toàn bộ phần cứng đƣợc thiết kế trên phần mềm Autocad. Kết quả cho các bản vẽ thiết kế và phần cứng của hệ thống ăng tải.
Phần cứng đƣợc cấu thành từ ốn hệ thống chính: Hệ thống ăng tải, hệ thống phần cứng điều khiển, module cảm iến màu và động cơ dẫn hƣớng.
Hệ thống ăng tải
Hình 3. 2. Hệ thống phân loai sản phẩm theo màu dùng WinCC giám sát
Nguyên lý hoạt động của hệ thống
+ Sản phẩm bao gồm 3 màu sắc khác nhau: đỏ, xanh lá, trắng
+ Nhấn Start hệ thống hoạt động ăng tải chạy đƣa sản phẩm đi qua module cảm biến phát hiện màu sắc. Sản phẩm có màu đỏ hoặc xanh lá thì động cơ gạt ở vị trí thùng hàng sẽ hoạt động dẫn hƣớng cho sản phẩm đi vào thùng chứa hàng màu đó, sản phẩm màu trắng đi thẳng tới thùng hàng chứa màu trắng cuối ăng tải. Chu trình lặp lại liên tục.
Thông số của hệ thống.
Bảng 3. 1. Thông số thực của hệ thống được thiết kế
Mô tả Thông số hệ thống
Khả năng làm việc 24/24 h
Phân loại số màu sắc 3 màu (đỏ, xanh lá, trắng)
Hiệu suất phân loại 250sp/1h
Hệ thống đƣợc điều khiển và giám sát bằng WinCC.
Hệ thống điều khiển
Phần cứng hệ thống điều khiển gồm hai thiết bị chính: PLC S7-200 CPU 224XP AC/DC/RLY và arduino nano Atmega328 (họ 8 bit)
- PLC S7-200 CPU 224XP AC/DC/RLY
Hình 3. 3. PLC S7-200 CPU 224XP
Trên mặt bộ điều khiển đƣa ra c c chân của PLC, thuận tiện cho việc kết nối của với thiết bị bên ngoài. Bộ điều khiển cũng đƣa ra đầu ra của các nguồn điện: 220VAC, 24VDC, 12VDC, 5VDC.
Hình 3. 4. Hình ảnh hồn thiện phần cứng của bộ điều khiển
- Arduino Nano Atmega328 có chức năng xử lý tín hiệu từ cảm biến màu và điều khiển góc quay cho động cơ RC Servo 360.
Module cảm iến màu TCS3200
Hình 3. 6. Hình ảnh module cảm biến màu TCS3200 kết nối với Arduino
Cảm biến màu đƣợc đặt ở đầu ăng tải phía trên sản phẩm đi qua, ph t hiện 3 màu đỏ, xanh lục, trắng rồi gửi tín hiệu tƣơng tự về Arduino Nano Atmega328.
Động cơ dẫn hƣớng.
Động cơ RC Servo quay 360 (RC SERVO 360): Dùng để dẫn hƣớng cho sản phẩm đi vào thùng chứa màu cụ thể: khi cảm biến phát hiện sản phẩm màu đỏ, động cơ RC Servo 360(1) sẽ quay 1 góc 1450
để dẫn hƣớng cho sản phẩm đi vào thùng hàng màu đỏ. Cảm biến phát hiện sản phẩm màu xanh lá, động cơ RC Servo 360(2) sẽ quay 1 góc 1450
để dẫn hƣớng cho sản phẩm đi vào thùng hàng màu xanh lá. Màu trắng thì khơng t c động.
3.1.2. Phần mềm
Phần mềm của hệ thống đƣợc lập trình cho PLC S7-200 dƣới dạng ngơn ng LAD, và đƣợc thực hiện trên phần mềm Step7 Microwin 4.0 SP9.
Tập lệnh phục vụ cho việc lập trình sẽ phụ thuộc vào u cầu cơng nghệ, với yêu cầu công nghệ đƣợc đặt ra là điều khiển giám sát hệ thống phân loại sản phẩm theo 3 màu: đỏ, xanh lá, trắng, sản phẩm màu nào thì đƣợc phân loại vào thùng chứa sản phẩm màu đó.
Phần lập trình sẽ trải qua nh ng ƣớc sau:
Bƣớc 1: Thiết lập địa chỉ ngõ vào ra:
Bảng 3. 2. Thiết lập địa chỉ ngõ vào ra cho PLC và WinCC
Ngõ vào
Tên biến Chức năng
I0.0 Khởi động ăng tải (PLC) I0.1 Dừng ăng tải (PLC) I0.2 Cảm iến 1 (PLC) I0.3 Cảm iến 2 (PLC) I0.4 Cảm iến 3 (PLC)
I0.5 Reset hiển thị counter (PLC) M0.0 Khởi động ăng tải (Wincc) M0.1 Dừng ăng tải (Wincc) M0.2 Cảm iến 1 (Wincc) M0.3 Cảm iến 2 (Wincc) M0.4 Cảm iến 3 (Wincc)
M0.5 Reset hiển thị counter (Wincc)
Ngõ ra
Q0.0 Động cơ ăng tải
Q0.1 Động cơ gạt sản phẩm màu đỏ Q0.2 Động cơ gạt sản phẩm màu xanh lá Q0.3 Động cơ gạt sản phẩm màu trắng
Hình 3. 8. Sơ đồ kết nối hệ thống
Bƣớc 3: Lập trình tr n phần mềm Step7 Microwin 4.0 với ngôn ng
LAD (xem phần phụ lục trang 68).
Phần cảm biến màu đƣợc xử lý bằng Arduino Nano ATmega328. Code chƣơng trình (Xem phần phụ lục trang 74).
Giám sát hệ thống trên phần mềm Wincc 7.2, hệ thống phân loại sản phẩm theo màu đƣợc xây dựng ở trên Wincc kết nối với PLC S7-200 thông qua phần mềm PC Access 1.0 vì PLC S7-200 khơng kết nối trực tiếp đƣợc với WinCC. Chƣơng trình và kết nối đạt yêu cầu đề ra bao gồm giám sát và điều khiển mơ hình trên giao diện WinCC, giao diện đơn giản dễ nhìn.
Hình 3. 10. Graphics Designer mơ hình phân loại sản phẩm theo màu
3.2. Đánh giá hiệu quả
Hệ thống phần cứng và phần mềm sau khi hoàn chỉnh đƣợc tiến hành cho chạy thử, kiểm nghiệm. Quá trình chạy thử và kiểm nghiệm mơ hình đã cho kết quả rất tốt. Mơ hình hệ thống bộ đếm sản phẩm đã đ p ứng đƣợc yêu cầu thực tiễn, đ p ứng đ ng đƣợc u cầu cơng nghệ đặt ra, và có thể giám sát điều khiển hệ thống thơng qua máy tính qua phần mềm WinCC 7.2 và PC Access 1.0.
Sau khi hoàn thiện bộ sản phẩm em đã tiến hành cho sản phẩm chạy thử trong vòng 12h. Hệ thống sau chạy thử vẫn ổn định, các chế độ phân loại theo màu chính xác và chạy ổn định.
Kết quả đ nh gi độ chính xác của hệ thống mơ hình ăng tải đã đƣợc thống kê trong bảng sau:
Bảng 3. 3. Kết quả thống kê đếm, phân loại của hệ thống
Số lần
Số sản phẩm đƣa vào băng tải
Đỏ Số sản phẩm
băng tải đếm, phân loại đƣợc Đỏ Xanh Xanh Trắng Trắng Lần 1 15 5 15 5 5 5 5 5 Lần 2 30 10 30 10 10 10 10 10 Lần 3 60 20 60 20 20 20 20 20
Lần 4 80 30 80 30 30 30 20 20 Lần 5 100 40 100 40 40 40 20 20 Lần 6 120 40 120 40 40 40 40 40 Lần 7 115 40 115 40 40 40 35 35 Lần 8 150 50 150 50 50 50 50 50 Lần 9 30 10 30 10 10 10 10 10 Lần 10 60 20 60 20 20 20 20 20 Lần 11 180 60 180 60 60 60
60 60 Lần 12 200 100 200 100 70 70 30 30
Kết luận độ ổn định của mơ hình: Từ kết quả thống kê cho thấy mơ hình sản phẩm chạy ổn định và chính xác 100%.
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN I. Kết luận
- Mơ hình hệ thống sử dụng PLC S7-200 để thiết kế bộ đếm, phân loại sản phẩm theo màu đƣợc hoàn thiện đảm bảo tƣởng an đầu đặt ra.
- Mơ hình bộ đếm, phân loại sản phẩm theo màu đã đƣợc chạy thử và đảm bảo hoạt động trong c c điều kiện khác nhau.
- Mơ hình hệ thống đã đƣợc đ nh gi độ chính xác về các sản phẩm đếm, phân loại tr n ăng tải, cho kết quả chính xác 100%.
- Mơ hình hệ thống đảm bảo thực hiện đƣợc ở Việt Nam với các yêu cầu công nghệ nhƣ hệ thống ngoài thực tế.
- Đạt yêu cầu của một hệ thống scada bao gồm :
+ Gi m s t đƣợc trạng thái các cảm biến, cơ cấu chấp hành thông qua giao diện đồ họa WinCC.
+ Điều khiển đƣợc phần cứng từ giao diện WinCC trên máy tính.
+ Cảnh báo trạng thái hệ thống để biết đƣợc hệ thống làm việc nhƣ thế nào, nếu có sự cố xảy ra thì cho ta biết đƣợc vị trí lỗi.
- Mơ hình gi m s t và điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu bằng WinCC đạt đƣợc kết quả nhƣ y u cầu đề ra.
II. Hƣớng phát triển
- Ứng dụng mô hình vào thực tế để phân loại nh ng sản phẩm có tính chất màu sắc.
- Phân loại đƣợc nhiều hơn 3 màu đối với nh ng hệ thống cần phân loại phức tạp.
- Giao diện WinCC cần thêm các chức năng: quản lý d liệu, quản lý đăng nhập ngƣời dùng, giám sát quá trình sản phẩm di chuyển và trang bị thêm hệ thống cảnh báo khi có lỗi xảy ra.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy (2009), Lập Trình Với PLC S7-200 với
Wincc, Nxb Hồng Đức.
[2] Phạm Quang Huy, Nguyễn Trọng Hiếu (2015), Vi điều khiển và ứng dụng
Arduino dành cho người tự học, Nxb Bách khoa Hà Nội.
[3]. Nguyễn Viết Nguyên (2009), Giáo trình linh kiện điện tử và ứng dụng,
Nxb Giáo Dục.
[4]. Trần Thế San, Nguyễn Ngọc Phƣơng (2008), PLC lập trình ứng dụng trong công nghiệp, Nxb Khoa học và kỹ thuật
PHỤ LỤC 1: CHƢƠNG TRÌNH PLC S7-200 TRÊN PHẦN MỀM STEP7 MICROWIN 4.0
PHỤ LỤC 2: CODE CẢM BIẾN MÀU TCS 3200 #include <Servo.h> Servo topServo; Servo bottomServo; const int s0 = 6; const int s1 = 3; const int s2 = 4; const int s3 = 5; const int out = 2; const int CB = A0;
// LED pins connected to Arduino int redLed = 7; int greenLed = 8; int whiteLed = 9; // Variables int red = 0; int green = 0; int blue = 0; void setup() { Serial.begin(9600);
topServo.attach(10); // phan loai mau xanh la bottomServo.attach(11); // phan loai mau do pinMode(s0, OUTPUT);
pinMode(s1, OUTPUT); pinMode(s2, OUTPUT); pinMode(s3, OUTPUT);
pinMode(out, INPUT); pinMode(CB, INPUT); pinMode(redLed, OUTPUT); pinMode(greenLed, OUTPUT); pinMode(whiteLed, OUTPUT); digitalWrite(s0, HIGH); digitalWrite(s1, HIGH); topServo.write(0); bottomServo.write(0); digitalWrite(redLed, LOW); digitalWrite(greenLed, LOW); digitalWrite(whiteLed, LOW); } void loop() { color(); Serial.print("R Intensity:"); Serial.print(red, DEC); Serial.print(" G Intensity: "); Serial.print(green, DEC); Serial.print(" B Intensity : "); Serial.print(blue, DEC); //Serial.println();
if (red < blue && red < green && red < 20) {
Serial.println(" - (Red Color)"); bottomServo.write(145); topServo.write(0); digitalWrite(redLed, HIGH); digitalWrite(greenLed, LOW); digitalWrite(whiteLed, LOW); } while ((digitalRead(CB))); }
else if (green < red && green < blue) {
do {
Serial.println(" - (Green Color)"); topServo.write(145); bottomServo.write(0); digitalWrite(redLed, LOW); digitalWrite(greenLed, HIGH); digitalWrite(whiteLed, LOW); } while ((digitalRead(CB))); } else { do{ topServo.write(0); bottomServo.write(0);
digitalWrite(redLed, LOW); digitalWrite(greenLed, LOW); digitalWrite(whiteLed, HIGH); } while ((digitalRead(CB))); } delay(300); } void color() { digitalWrite(s2, LOW); digitalWrite(s3, LOW); //count OUT, pRed, RED
red = pulseIn(out, digitalRead(out) == HIGH ? LOW : HIGH); digitalWrite(s3, HIGH);
//count OUT, pBLUE, BLUE
blue = pulseIn(out, digitalRead(out) == HIGH ? LOW : HIGH); digitalWrite(s2, HIGH);
//count OUT, pGreen, GREEN
green = pulseIn(out, digitalRead(out) == HIGH ? LOW : HIGH); }
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
I. Đặt vấn đề .................................................................................................. 1
II. Mục tiêu của đề tài ................................................................................... 2
III. Ý nghĩa của đề tài .................................................................................... 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................ 4
1.1. Hệ thống ăng tải đếm, phân loại sản phẩm .......................................... 4
1.2. Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC S7-200 .................................... 7
1.2.1. Chức năng PLC ............................................................................... 7
1.2.2. Nguyên lý hoạt động của PLC ........................................................ 7
1.2.3. Thiết bị I/O .................................................................................... 10
1.2.4. Chu kỳ quét .................................................................................... 11
1.2.5. Cấu hình phần cứng ...................................................................... 12
1.2.6. Các vùng nhớ. ............................................................................... 15
1.2.7. Kết nối với máy tính ...................................................................... 18
1.3. Giới thiệu phần mền giao diện ngƣời máy wincc (Siemens) ............... 20
1.3.1. Cấu hình Wincc ............................................................................. 22
1.3.2. Chức năng của Win CC Explower ................................................ 22
1.3.3. Graphics designer ......................................................................... 26
1.3.4. Tag longing (hiển thị giá trị của quá trình) .................................. 28
1.3.5. Cấu trúc alarm longging ............................................................... 31
1.4. Phần mềm PC Access kết nối PLC và Wincc ...................................... 33
1.5. Một số nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài .............................................. 37
CHƢƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................. 39
2.2. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................. 39
2.3. Nội dung nghiên cứu ............................................................................ 39
2.4. Phƣơng ph p nghi n cứu – Quá trình nghiên cứu ............................... 39
2.4.1. Nghiên cứu thực tiễn ..................................................................... 40
2.4.2. Thiết kế phần cứng ........................................................................ 40
2.4.3. Quy trình, phương pháp thế kế hệ điều khiển ............................... 48
2.4.4. Phương pháp nghiên cứu hệ thống giám sát ................................ 48
2.4.5. Đánh giá hoạt động của hệ thống ................................................. 51
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ....................................................... 54
3.1. Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu ............................................... 54
3.1.1. Hệ thống phần cứng ...................................................................... 54 3.1.2. Phần mềm ...................................................................................... 59 3.2. Đ nh gi hiệu quả................................................................................. 63 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ...................................................... 66 I. Kết luận .................................................................................................... 66 II. Hƣớng phát triển ..................................................................................... 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 67
PHỤ LỤC 1: .................................................................................................... 68
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1. Cấu tạo chung của ăng tải .............................................................. 4
Hình 1. 2. Thời gian quét của PLC S7 - 200 ................................................... 11
Hình 1. 3. Cấu hình phần cứng của PLC S7-200 ............................................ 12
Hình 1. 4. Cấu hình phần cứng thực tế của PLC S7-200 ................................ 13
Hình 1. 5. Cổng truyền thơng RS-485 ............................................................. 14
Hình 1. 6. Cáp RS232/PPI Multi-Master ........................................................ 18
Hình 1. 7. Sơ đồ nối cáp RS232/PPI Multi-Master với máy tính và PLC S7- 200 ................................................................................................................... 19
Hình 1. 8. Cáp USB/PPI Multi-Master ........................................................... 19
Hình 1. 9. Các loại Project .............................................................................. 22
Hình 1. 10. Start phần mềm PC Access 1.0 .................................................... 34
Hình 1. 11. Thêm PLC trong phần mềm PC Access 1.0 ................................ 34
Hình 1. 12. Đặt tên cho PLC trong phần mềm PC Access 1.0 ....................... 35
Hình 1. 13. Add item PLC trong PC Access 1.0 ............................................. 35
Hình 1. 14. Add thêm driver mới kết nối với S7-200 ..................................... 36
Hình 1. 15. Chọn loại OPC kết nối Wincc với S7-200 thông qua PC Access 37 Hình 2. 1. Hình ảnh solid state relay (HFS 33) ............................................... 41
Hình 2. 2. Hình ảnh động cơ RC Servo 360 ................................................... 43
Hình 2. 3. Hình ảnh Adapter DC 24V ............................................................. 43
Hình 2. 4. Hình ảnh Rơ le trung gian Omron MY4N ..................................... 44
Hình 2. 5. Sơ đồ nguyên lý cảm biến màu TCS3200 ...................................... 44
Hình 2. 6. Hình ảnh Arduino Nano ATmega328 ............................................ 46
Hình 2. 7. Hình ảnh module cảm biến hồng ngoại ......................................... 47
Hình 2. 8. Hình ảnh các Item dựa vào mạch LAD thiết kế ở Step 7 .............. 49