S7-200 chỉ cho phép lồng chƣơng trình con 8 lần, còn với S7-1200 thì khả năng lồng chƣơng trình con lên đến 16 lần.
Hình 2.15. Cấu trúc chương trình con trên S7-200 và S7-1200
Cấu trúc chƣơng trình con trên S7-200 không cho phép lập trình với biến nhớ tạm thời, do đó chu trình quét của PLC sẽ kéo dài hơn do PLC phải quét hết các biến trên vùng nhớ mà PLC quản lý. Còn với S7-1200, cấu trúc
chƣơng trình con cho phép lập trình với biến nhớ tạm thời, khi tiến hành chu trình quét, PLC chỉ quét các giá trị điểm đầu và giá trị điểm cuối, không phải quét qua các giá trị biến nhớ trung gian tạm thời, chính điều này giúp giảm bớt thời gian quét của PLC giúp PLC xử lý công việc nhanh và mƣợt hơn.
Hình 2.16. Cấu trúc chương trình con FC
Khi so sánh về cấu trúc dữ liệu, S7-1200 có cấu trúc dữ liệu kiểu mới, giúp ngƣời sử dụng có thể tiết kiệm dữ liệu hoặc mở rộng vùng dữ liệu một cách dễ dàng. Kiểu Short giúp tiết kiệm dữ liệu và kiểu Unsigned giúp mở rộng dữ liệu.
d. Khối hiển thị
Phần hiển thị đƣợc thể hiện trên màn hình máy tính qua giao diện MHI – thiết kế bằng phần mềm SIMATIC WinCC Explorer V7.4 trên máy tính.
HMI (Human Machine Interface) là giao diện giữa ngƣời và máy là một hệ thống dùng để ngƣời dùng giao tiếp thông tin qua lại với hệ thống điều khiển thông qua bất kỳ mọi hình thức. HMI cho phép ngƣời dùng theo dõi, ra lệnh điều khiển toàn bộ hệ thống và có giao diện đồ họa giúp cho ngƣời dùng có cái nhìn trực quan về tình trạng của hệ thống.
* Phần mềm SIMATIC WinCC Explorer V7.4
SIMATIC WinCC Explorer là phần mềm của hãng Siemens dùng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất. Rõ hơn, WinCC là chƣơng trình dùng để thiết kế các giao diện Ngƣời và Máy – HMI trong hệ thống Scada (Supervisory Control And Data Acquisition), chức năng chính là thu thập số liệu, giám sát và điều khiển quá trình sản xuất. Với WinCC, có thể trao đổi dữ liệu với PLC của nhiều hãng khác nhau nhƣ: Siemens, Mitsubishi, Allen braddly, Omron,.. thông qua cổng truyền thông của PLC.
Với WinCC, có thể tận dụng nhiều giải pháp khác nhau để giải quyết công việc, từ thiết kế cho hệ thống có quy mô nhỏ đến quy mô lớn. WinCC có thể mô phỏng bằng hình ảnh các sự kiện xảy ra trong quá trình điều khiển dƣới dạng chuỗi sự kiện. Để đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày càng phát triển, WinCC cung cấp nhiều hàm chức năng cho mục đích hiển thị, thông báo, ghi báo cáo, xử lý thông tin đo lƣờng, các tham số công thức…và là một trong những chƣơng trình thiết kế giao diện Ngƣời và Máy – HMI đƣợc tin dùng nhất hiện nay.
Khi sử dụng WinCC để thiết kế giao diện Ngƣời và Máy – HMI. WinCC sử dụng các chức năng phổ biến sau:
Hình 2.18. Giao diện phần mềm WinCC Explorer
+ Computer: Quản lý tất cả các WorkStation và Server nằm trong Project.
+ Tag Managerment: là khu vực quản lý tất cả các kênh, các quan hệ Logic, các Tag Process, Tag Internal và Tag Groups.
+ Graphics Designer: Thực hiện dễ dàng các chức năng mô phỏng và hoạt động qua các đối tƣợng đồ họa của chƣơng trình WinCC, Windows, I/O... và các thuộc tính hoạt động (Dynamic).
+ Alarm Logging: Thực hiện việc hiển thị các thông báo hay các cảnh báo khi hệ thống vận hành. Nhận các thông tin từ các quá trình, hiển thị, hồi đáp và lƣu trữ chúng. Alarm Logging còn giúp ta phát hiện ra nguyên nhân của lỗi.
+ Tag Logging: Thu thập, lƣu trữ và xuất ra dƣới nhiều dạng khác nhau từ các quá trình đang thực thi.
+ Report Designer: Tạo ra các thông báo, kết quả và các thông báo này đƣợc lƣu dƣới dạng nhật ký sự kiện.
+ Global Scrips: Cho phép tạo ra một dự án động đặc biệt theo yêu cầu. Trình soạn thảo này cho phép tạo ra các hàm giống nhƣ trong
ngôn ngữ C và các hành động mà có thể sử dụng trong suốt dự án hoặc qua nhiều dự án phụ thuộc trong cùng loại đó.
+ User Achivers: Cho phép ngƣời sử dụng lƣu trữ dữ liệu từ chƣơng trình ứng dụng và có khả năng trao đổi với các thiết bị khác. Trong WinCC, các công thức và ứng dụng có thể soạn thảo, lƣu trữ và sử dụng trong hệ thống.
Trong WinCC có một phần quan trọng đó là Tag và Tag Group. Tag là một thành phần trung gian cho việc truy cập các biến quá trình. WinCC Tag đƣợc gán bởi các mối quan hệ logic, các mối liên hệ đƣợc định rõ bởi kênh phân phối các giá trị quá trình tới các Tag sử dụng tại các điểm nối. Sau khi chạy WinCC tất cả các Tag đều đƣợc tải vào và tƣơng ứng với cấu trúc Run- time đƣợc dựng lên.
Tag Group dùng để tổ chức các Tag thành các cấu trúc. Tất cả các Tag đều có thể đƣợc tổ chức trong các nhóm Tag để tăng sự rõ ràng của dự án. Dữ liệu quản lý có sự khác nhau giữa 2 loại Tag:
+ Internal Tag (Tag trong): là các khối nhớ trong WinCC đƣợc phân chia theo chức năng nhƣ một PLC. Chúng đƣợc tính toán và chỉnh sửa trong WinCC và không có địa chỉ trên lớp PLC
+ External Tag (Tag ngoài): Gán các địa chỉ và kết nối trong các lớp PLC
* Cấu trúc phần chức năng thiết kế giao diện HMI trên WinCC (Graphics Designer):
Trong cửa sổ soạn thảo Graphics Designer bao gồm các công cụ để hỗ trợ việc tạo ra các ứng dụng đồ họa:
- Các thanh công cụ: Menu Bar, Standard Toolbar, Font lettes, Zoom Palettes, Colour Palettes, Alignment Palettes đều là các thanh công cụ hỗ trợ khá quen thuộc.
Hình 2.19. Cửa sổ soạn thảo Graphics Designer
- Bảng đối tƣợng, chức năng dùng để thiết kế giao diện:
+ Standard Object: là các đối tƣợng chuẩn gồm các hình đa giác, hình chữ nhật, elip, đƣờng cong,… để ngƣời sử dụng dễ dàng thiết kế theo ý tƣởng của mình.
+ Smart Object: là các đối tƣợng thông minh gồm có các đối tƣợng đồ họa, các công cụ hiển thị, các đối tƣợng ba chiều…
+ Window Object: là các đối tƣợng hỗ trợ đồ họa gồm có các Button, Check Box, Option Group, Slider.
e. Khối trung gian
Thiết bị trung gian, em sử dụng module L298 và 2 rơle trung gian để điều khiển hai động cơ DC.
* Module L298
- Thông số kỹ thuật:
+ Điện áp điều khiển:+5 Vđến +12V + Dòng điện tối đa: 2A
+ Điện áp của tín hiệu điều khiển: +5 V ~ +7 V
+ Điện năng tiêu thụtốiđa: 20W(nhiệt độT =75 ° C) + Nhiệt độ hoạt động: -25℃~130℃
- Chức năng các chân của L298:
+ 4 chân INPUT: IN1, IN2, IN3, IN4 đƣợc nối lần lƣợt với các chân 5,7,10,12 của L298. Đây là các chân nhận tín hiệu điều khiển.
+ 4 chân OUTPUT: OUT1, OUT2, OUT3, OUT4 (tƣơng ứng với các chân INPUT) đƣợc nối với các chân 2, 3, 13, 14 của L298. Các chân này sẽ đƣợc nối với động cơ.
+ Hai chân ENA và ENB dùng để điều khiển mạch cầu H trong L298. Nếu ở mức logic “1” (nối với nguồn 5V) cho phép mạch cầu H hoạt động, nếu ở mức logic “0” thì mạch cầu H không hoạt động.
- Kết nối điều khiển chiều quay động cơ:
+ Khi ENA = 0: Động cơ không quay với mọi đầu vào
+ Khi ENA = 1: INT1 = 1; INT2 = 0: Động cơ quay thuận
INT1 = 0; INT2 = 1: Động cơ quay nghịch
INT1 = INT2: Động cơ dừng ngay tức thì
+ ENB cũng tƣơng tự với INT3, INT4
* Rơle trung gian - Cấu tạo:
Hình 2.22. Rơle trung gian
Hình 2.23. Đế của rơle trung gian
- Thông số kỹ thuật:
+ Điện áp cuộn dây: 24 VDC + Dòng điện: 3A
+ Loại có 14 chân cắm
i. Động cơ DC - Cấu tạo:
Hình 2.24. Cấu tạo động cơ DC
- Thông số kỹ thuật:
+ Động cơ chạy ổn định ở 3V + Tốc độ: 20 vòng/phút
+ Dòng tiêu thụ: 0.3 - 0.4A
2.3.4. Phƣơng pháp thực hiện nội dung 3: Thi công mô hình hệ thống bãi đỗ xe đỗ xe
a. Phƣơng pháp thi công phần cơ khí mô hình
Hệ thống cơ khí thi công dựa theo bản vẽ thiết kế bằng cách sử dụng các công cụ chuyên dụng. Vật liệu đƣợc sử dụng chủ yếu làm mô hình là gỗ.
- Các loại vật liệu, máy móc và thiết bị sử dụng làm mô hình: + Gỗ: Dùng để làm mô hình
+ Sơn: Dùng để sơn màu lên mô hình + Silicon chịu nhiệt: Dùng để dán gỗ + Máy cƣa gỗ cầm tay: Dùng để cắt gỗ
+ Thƣớc cuộn: Dùng để đo kích thƣớc đúng với trong bản vẽ thiết kế + Bút đánh dấu: Dùng để đánh dấu vị trí
+ Búa: Dùng để đóng đinh gắn các thành, vách của mô hình
Hình 2.25. Máy cưa gỗ cầm tay, thước cuộn, bút và búa
b. Phƣơng pháp thi công phần điện * Thi công phần cứng hệ thống
- Phần cứng đƣợc thi công dựa theo sơ đồ nguyên lý:
Hình 2.26. Sơ đồ nguyên lý hệ thống
Sử dụng PLC S7-1200 làm bộ điều khiển trung tâm. Đầu vào PLC là các cảm biến và công tắc hành trình. Đầu ra PLC điều khiển đảo chiều hai động cơ DC bằng hai cách: dùng module L298 và dùng 2 rơ le trung gian.
Thi công, thiết kế phần cứng bằng cách sử dụng các dụng cụ, máy móc chuyên dụng. Các thiết bị điều điều khiển, cơ cấu chấp hành, thiết bị trung
gian và thiết bị phản hồi đƣợc đấu nối, lắp ghép với nhau bằng vật dẫn điện, cách điện theo đúng sơ đồ nguyên lý.
- Các vật liệu, vật tƣ, máy móc đƣợc sử dụng bao gồm: + Dây điện: Dùng để dẫn điện, dẫn tín hiệu + Mica trong suốt: Dùng làm varie
+ Thanh gá Din rail: Dùng để gá PLC
+ Cầu đấu điện: Dùng để kết nối các đầu dây điện với nhau + Đầu cắm điện đực cái: Dùng để dẫn điện giữa các thiết bị điện + Băng dính đen: Dùng để quấn các mối nối dây điện
+ Giấy màu: để kí hiệu đƣờng, khu, phân chỗ để xe
+ Dây thít, ốc, vít, súng bắn keo nến: Dùng để cố định các dây điện, các thiết bị điện
+ Máy hàn thiếc: Dùng để hàn các mối nối, tiếp điểm + Máy khoan: Dùng để khoan lỗ trên mô hình
+ Thiếc, nhựa thông: Dùng để hàn các mối nối
Hình 2.27. Máy hàn thiếc, máy khoan
+ Các dụng cụ khác nhƣ: Dao, kéo, kìm, tuốc nơ vít... đƣợc dùng để cắt, vặn các chi tiết, ốc, vít...
* Thi công phần mềm hệ thống
Phần mềm hệ thống điều khiển đƣợc lập trình dựa theo lƣu đồ thuật toán đƣợc xây dựng với mục đích đáp ứng đƣợc yêu cầu công nghệ đặt ra.
Yêu cầu công nghệ
Hệ thống bắt đầu làm việc khi ấn nút Start, có đủ nguồn sáng chiếu liên tục vào 8 cảm biến ở lối vào, lối ra và tại 4 vị trí để xe. Tại cửa vào, khi có ô tô đến gần cửa, 2 cảm biến ở ngoài cổng vào phát hiện đƣợc, nếu gara còn chỗ thì varie sẽ tự động mở ra cho xe đi vào và tự động đóng lại khi xe đi vào trong gara, cùng lúc đó sẽ có counter đếm số xe đi vào. Ở cửa ra cũng tƣơng tự nhƣ cửa vào. Khi xe vào chỗ sẽ có cảm biến ở tại vị trí đó phản hồi báo vị trí đó đã có xe. Trong gara hết chỗ để xe, varie sẽ không mở cho xe vào nữa và có cảnh báo. Số xe trong gara, vị trí còn trống, cảnh báo hết chỗ đƣợc hiển thị trên màn hình giám sát.
Lưu đồ thuật toán
- Các ngõ vào/ra của hệ thống *Ngõ vào
Start: I0.0
Stop: I0.1
Cảm biến 1 khu A: I1.2
Cảm biến 2 khu B: I1.1
Cảm biến 3 khu C: I1.0
Cảm biến 4 khu D: I0.7
Cảm biến 5 cửa vào: I0.2
Cảm biến 6 cửa vào: I0.3
Cảm biến 7 cửa ra: I1.3
Cảm biến 8 cửa ra: I1.4
Công tắc hành trình mở cửa vào: I0.5 Công tắc hành trình đóng cửa vào: I1.5 Công tắc hành trình mở cửa ra: I0.4 Công tắc hành trình đóng cửa ra: I0.6
*Ngõ ra
Động cơ 1 mở cửa vào: Q1.0
Động cơ 1 đóng cửa vào: Q1.1
Động cơ 2 mở cửa ra: Q0.6
Động cơ 2 đóng cửa ra: Q0.7
- Lƣu đồ
+ Chƣơng trình chính:
+ Chƣơng trình con cửa vào:
+ Chƣơng trình con cửa ra:
+ Chƣơng trình con khởi động, dừng:
Hình 2.31. Lưu đồ thuật toán khởi động, dừng
Công cụ, phương tiện dùng cho việc lập trình phần mềm:
Sử dụng phần mềm lập trình TIA Portal V13 để lập trình phần mềm điều khiển
Sử dụng phần mềm WinCC Explorer V7.4 để lập trình giao diện giám sát HMI
Sử dụng máy tính có cài đặt phần mềm TIA Portal V13 và WinCC Explorer V7.4
2.3.5. Phƣơng pháp thực hiện nội dung 4: Hoàn thiện, chạy thử và đánh giá sự ổn định của hệ thống sự ổn định của hệ thống
Kiểm tra lại phần cứng các chỗ đấu nối, hệ thống cấp nguồn cho chính xác, an toàn.
Kiểm tra lại phần mềm điều khiểu các chƣơng trình lập trình, chƣơng trình giám sát.
Lập bảng đánh giá kết quả, rồi chạy thử mô hình với nhiều trƣờng hợp. Cho xe mô hình đi vào ra cửa nhiều lần, để kiểm tra sự ổn định của các
cảm biến, động cơ và hoạt động của mô hình với màn hình giám sát có sự nhất quán làm việc đúng với yêu cầu công nghệ.
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẠT ĐƢỢC
3.1. Kết quả thiết kế, thi công và chế tạo phần cứng mô hình bãi đỗ xe
* Thiết kế mô hình bãi đỗ xe:
Đây là bản vẽ 3D em đã thiết kế trên phần mềm SolidWords theo ý tƣởng của mình:
Hình 3.1. Thiết kế 3D mô hình bãi đỗ xe trên SolidWords
Mô hình theo ý tƣởng của em khá đơn giản, là một hình chữ nhật có kích thƣớc chiều dài là 80cm, chiều rộng là 40cm, chiều cao là 13cm, độ rộng cửa ra vào là 10cm. Mô hình gồm có một cổng vào và một cổng ra, khoảng rộng ở giữa là chỗ để xe.
Ngoài ra, em thiết kế thêm hộp hình chữ nhật có kích thƣớc chiều dài là 40cm, chiều rộng là 35cm, chiều cao là 15cm. Hình hộp này để làm đế đỡ mô hình, để linh kiện và thuận lợi cho việc thi công phần cứng.
* Các tiến trình thi công phần cứng:
Bước 1: Khoan các lỗ trên mô hình hợp lý để đi dây và gắn các thiết bị khối cảm biến, khối trung gian, động cơ bằng súng bắn keo vào mô hình, sau đó gắn các cầu đấu dây ở sau mô hình và dán layout các đầu vào/ra của PLC.
Hình 3.3. Lắp các thiết bị khối cảm biến và khối trung gian, động cơ trên mô hình
Bước 2: Gắn bộ điều khiển trung tâm PLC ở sau mô hình bằng thanh gá. Dùng dây dẫn điện và các thiết bị chuyên dụng đi dây các đầu vào/ra của PLC và các thiết bị khối cảm biến, khối trung gian và động cơ vào đúng vị trí đã đƣợc layout trên cầu đấu dây.
Bước 3: Dùng súng bắn keo gắn các bộ nguồn vào hộp đế và đi dây khối nguồn đúng với vị trí loại điện áp đã đƣợc layout trên cầu đấu dây.
Hình 3.5. Lắp và đi dây khối nguồn
Bước 4: Lắp hộp đế với mô hình. Dùng gỗ, mica và dụng cụ máy cắt, keo