Human – Machine – Interface (HMI) - Thiết bị phần- 123docz.net

Chương 4 : QUY TRÌNH THIẾT KẾ

4.1. Thiết bị phần cứng

4.1.2. Human – Machine – Interface (HMI)

4.1.2.1. HMI là gì.

HMI là từ viết tắt của Human – Machine – Interface, nghĩa là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành và máy móc thiết bị. Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà con người “giao tiếp” với một máy móc qua 1 màn hình giao diện đều được gọi là HMI. Màn hình HMI hiện nay đã quá quen thuộc với con người. Đặc biệt trong ngành cơng nghiệp. Nó đóng vai trị vơ cùng quan trọng trong phần giao tiếp giữa người và máy.

4.1.2.2. Chức năng và ứng dụng của HMI.

❖ Trong công nghiệp:

- Đơn giản hóa các phần tử vật lý như: nút bấm, công tắc, thanh gạt, biến trở,vv… khi chúng ta xây dựng một dây chuyền, hệ thống máy móc phức tạp.

- Để hiển thị tất cả các quá trình vận hành trên một màn hình giao diện đồ họa. - Để truyền tải , cập nhật thông tin đầy đủ, tức thời đến kỹ thuật viên vận hành

Hình 4.4: Màn HMI thực tế. ❖ Trong thực tế: ❖ Trong thực tế:

- HMI được ứng dụng trong các loại máy giặt, máy sấy thông qua các nút bấm và đèn LED hiển thị mà chúng ta có thể dễ dàng cài đặt và điều chỉnh để sử dụng máy. - Giúp điều chỉnh thời gian và nhiệt độ trong các lị viba, lị vi sóng.

- HMI màn hình cảm ứng trong các loại Smartphone, tivi, máy tính bảng, ipad, đồng hồ cảm ứng thơng minh, vv…

Hình 4.5: Kết cấu cơ bản một HMI.

HMI sẽ được phân loại theo giai đoạn phát triển của chúng, vì vậy sẽ có 2 loại đó là: HMI truyền thống và HMI hiện đại.

❖ Hmi dạng truyền thống:

Các dạng HMI kiểu truyền thống sẽ bao gồm các thiết bị nhập thông tin như: nút nhấn, công tắc, thiết bị ngoại vi để điều khiển và vận hành,…Các thiết bị dùng để xuất thông tin như: chuông báo, đèn báo, các loại máy tự ghi trên giấy,vv…

Vì cách thức sử dụng và vận hành theo truyền thơng, do đó sẽ có một số nhược điểm kèm theo, đó là:

Hình 4.6: HMI truyền thống.

- Các thông tin nhập vào và xuất ra không được đầy đủ và chính xác.

- Đa phần hệ thống HMI sẽ khơng có khả năng lưu trữ hoặc bộ nhớ lưu trữ rất kém. Do đó, khơng thể sử dụng được trong thời gian dài.

- Hoạt động của chúng khơng đảm bảo sự ổn định, vì thế độ tin cậy khơng cao. ❖ Hmi dạng hiện đại:

Khác với loại HMI truyền thống. Ngày nay với sự kết hợp mạnh mẽ của công nghệ vi mạch điện tử và cơng nghệ tin học; tích hợp bộ vi xử lý mạnh; đồ họa thân thiện với người dùng hơn.

Hình 4.7: HMI hiện đại.

Việc ứng dụng các loại máy móc trong cơng nghiệp là lựa chọn ưu tiên. Chính vì thế, màn hình HMI ngày càng được phát triển và tối ưu tốt hơn cho từng loại máy móc và thiết bị.

HMI sẽ có 2 loại: HMI trên nền PC như WINDOWS, hay SCADA, Citect,…HMI trên nền nhúng gồm HMI chuyên dụng, hệ điều hành là Windows CE 6.0.

Ngồi ra, cịn có một số loại khác dùng cho điện thoại và các thiết bị cảm biến khác. Vì thế khi sử dụng màn hình HMI hiện đại sẽ có nhưng ưu điểm như sau:

- Hỗ trợ người vận hành máy có thêm nhiều thơng tin về q trình và u cầu về hiển thị, điều khiển nội bộ thơng qua màn hình cảm ứng.

- HMI là dạng màn hình tinh thể lỏng, do đó nó mỏng hơn so với dạng màn hình CRT, chiếm ít khơng gian hơn. Vì thế có thể sử dụng HMI trong những không gian nhỏ.

- Hiển thị được tất cả các thông tin, dữ liệu, các sự cố trong quá trình hoạt động và vận hành máy móc. Chính vì thế người vận hành máy có thể cập nhật thơng tin kịp thời, tránh các thao tác nhầm lẫn khơng đáng có.

- HMI có thể thống đơn giản, dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa.

- Có khả năng kết nối mạnh, có thể kết nối được nhiều thiết bị và giao thức. - Có thể lưu trữ được nhiều dữ liệu, có thể sử dụng lâu dài.

4.1.2.4. Màn hình hmi sử dụng cho hệ thống.

❖ Hệ thống sử dụng màn HMI Weintek tk6056i.

Hình 4.8: Màn HMI weintek tk6056i.

• Điện áp hoạt động: 24V DC • Kích thước màng hình 5.6inch • Kết nối plc: RS232, RS485 • Phần mềm lập trình: EasyBuilder 8000 4.1.3. Cáp kết nối. 4.1.3.1. Cáp lập trình PLC.

Hình 4.9: Cáp USB to com HL340.

4.1.3.2. Cáp lập trình hmi.

Hệ thống sử dụng cáp USB-MT6000/ 8000 để nạp trương trình cho HMI.

Hình 4.10: Cáp USB-MT6000/ 8000.

4.1.3.3. Cáp kết nói PLC với HMI.

Hình 4.11: Cáp RS232 to RS232

4.1.4. Nút nhấn, Cơng tắc.

• Sử dụng nút nhấn nhả LA38 phi22 và cơng tắc 2 chế độ.

Hình 4.12: Nút nhấn.

• Điện áp: 220v

• Số tiếp điểm: 1NO, 1NC

27 Hình 4.13: Đèn báo. • Điện áp hoạt động: 220v • Dịng tiêu thụ: <20mA • Kích thước: phi22 - Đèn đỏ: báo nguồn.

- Đèn vàng: hoạt động ở chế độ thời gian thực. - Đèn xanh: hoạt động ở chế độ theo độ ẩm đất.

4.1.6. Nguồn xung.

Hình 4.14: Nguồn xung.

Hệ thống sử dụng 2 nguồn độc lập:

• 12v cấp cho động cơ và van điện từ.

4.1.7. Solenoid valve (Van điện từ).

4.1.7.1. Van điện từ là gì.

Van điện từ có tên tiếng anh là solenoid valve. Đúng như tên gọi của nó, van sử dụng từ trường để đóng mở, kiểm sốt lưu chất trong hệ thống đường ống. Van sử dụng nguồn điện xoay chiều hoặc một chiều.

Van điện từ có cơ chế đóng mở nhanh, hoạt động ổn định, tốn ít năng lượng và có thiết kế nhỏ gọn. Trong các hệ thống cơng nghiệp, chúng đóng vai trị mở, trộn phân chia dòng lưu chất trong đường ống. Van được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực, từ môi trường chất lỏng như nước, dầu, hóa chất đến các mơi trường dạng khí, hơi.

Van có thiết kế phổ biến nhất là dạng hai cổng: một vào và một ra. Ngồi ra chúng cũng có thiết kế dạng ba cổng: một vào và hai cổng ra. Dạng ba cổng thường sử dụng trong các hệ thống phân chia dòng lưu chất. Các hệ thống hiện đại có thể sử dụng rất nhiều van điện từ để ghép lại với nhau, nhằm tối ưu hóa hoạt động của hệ thống.

Hình 4.15: Cấu tạo van điện từ.

4.1.7.2. cấu tạo van điện từ.

- Valve Body(Thân van): Thường được chế tạo từ vật liệu đồng, gang sử dụng cho các hệ thống nước, hơi, khí nén hoặc có thể là nhựa, inox khi sử dụng trong các mơi trường như hơi nóng có nhiệt độ cao, hóa chất có độ ăn mịn.

- Seal(Đệm van, màng van): Được làm từ các loại vật liệu như cao su EPDM, Teflon(PTFE), Buna, Viton. Với nhiệm vụ làm kín, ngăn khơng cho nước rò rỉ qua.

- Plunger(Piston): Là bộ phận trực tiếp giúp van đóng hoặc mở, được làm từ vật liệu inox.

- Spring(Lò xo van): Lị xo được chế tạo từ inox, có độ đàn hồi tốt, giúp đẩy trục van lên xuống để đóng mở van. Lị xo của van điện từ thường được thiết kế khoảng 8- 10 bar.

- Coid( Cuộn điện của van): Là bộ phận chính giúp tạo ra từ trường cho van. Coid điện của van được quấn từ dây đồng sử dụng nguồn điện thông dụng như 12v, 24v, 110v hoặc 220v.

4.1.7.3. Nguyên lý hoạt động.

Van sử dụng hiện tượng cảm ứng điện từ để hoạt động. Khi dòng điện đi qua cuộn dây thì nó sẽ sinh ra một dịng từ trường. Dịng từ trường này sẽ hút pit tơng lên trên. Pit tơng rời khỏi vị trí ban đầu sẽ giúp cho dịng lưu chất đi qua hoặc chặn hồn tồn dịng lưu chất.

Do sử dụng hiện tượng cảm ứng điện từ nên van đóng mở rất nhanh, gần như tức thì. Vì vậy chúng được sử dụng nhiều trong các hệ thống cấp lưu lượng chính xác. Việc đóng ngắt tức thời giúp kiểm sốt lưu lượng gần như một cách tuyệt đối. Dùng thêm các cảm biến để điều khiển van một cách tối ưu.

Ngoài sử dụng hiện tượng cảm ứng điện từ, van còn sử dụng hiện tượng chênh lệch áp suất. Đây là nguyên lý sử dụng trong các dòng van điện từ gián tiếp và bán trực tiếp.

Hình 4.16: Van điện từ 12V DC.

• Điện áp hoạt động 12V DC.

• Dịng điện: 150mA.

• Áp suất: 0-450mmhg.

• Loại van thường đống kích thước 6mm.

4.1.8. Bơm Nước

Hình 4.17: Bơm nước 12V mini.

• Điện áp hoạt động: 12V DC

• Dịng khơng tải: 0.23 A

• Lưu lượng: 2-3 (lít/phút)

• Áp suất đầu ra: 1- 2.5 kg

4.1.9.1. Cảm biến độ ẩm đất là gì.

Cảm biến độ ẩm là một thiết bị điện tử đo độ ẩm trong mơi trường của nó và chuyển đổi các phát hiện của nó thành tín hiệu điện tương ứng.

4.1.9.2. Phân loại.

Cảm biến độ ẩm có thể được chia thành hai nhóm, vì mỗi loại sử dụng một phương pháp khác nhau để tính tốn độ ẩm: Cảm biến độ ẩm tương đối (RH) và cảm biến độ ẩm tuyệt đối (AH).

- Hai cảm biến RH phổ biến nhất là cảm biến độ ẩm điện dung và điện trở. - Cảm biến AH phổ biến là cảm biến độ ẩm nhiệt.

Phân loại theo ứng dụng phổ biến nhất: - Cảm biến độ ẩm đất.

- Cảm biến độ ẩm khơng khí.

4.1.9.3. Nguyên lý hoạc động.

Độ ẩm tương đối được tính bằng cách so sánh chỉ số độ ẩm sống ở nhiệt độ nhất định với độ ẩm tối đa cho khơng khí ở cùng nhiệt độ. Do đó, cảm biến RH phải đo nhiệt độ để xác định độ ẩm tương đối. Ngược lại, độ ẩm tuyệt đối được đo mà không cần tham khảo nhiệt độ.

Hình 4.18: Sơ đồ đấu nối cảm biến độ ẩm.

Cảm biến độ ẩm điện dung: sử dụng hai điện cực để theo dõi điện dung (nghĩa là

loại khác tăng hoặc giảm với tốc độ tỷ lệ thuận với sự thay đổi độ ẩm trong môi trường cảm biến. Sự khác biệt về điện tích (điện áp) được tạo ra bởi sự tăng độ ẩm sau đó được khuếch đại và gửi đến máy tính nhúng để xử lý.

Hình 4.19: Cảm biến độ ẩm đất điện dung.

Cảm biến độ ẩm điện trở: hoạt động trên một nguyên tắc khác nhau. Các cảm biến

này sử dụng một chiếc lược polymer nhỏ làm tăng và giảm kích thước khi độ ẩm thay đổi, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng lưu trữ điện tích của hệ thống.

Cảm biến độ ẩm nhiệt: được sử dụng để đo độ ẩm tuyệt đối. Không giống như

cảm biến RH, cảm biến độ ẩm nhiệt sử dụng hai đầu dị, một để đo nitơ khơ và một để đo khơng khí của mơi trường xung quanh. Khi độ ẩm được thu thập trên đầu dò tiếp xúc, sự khác biệt về độ dẫn nhiệt được cảm biến cảm nhận và AH được tính tốn.

4.1.9.4. Cảm biến độ ẩm đất của hệ thống. ❖ Hệ thống sử dụng cảm biến độ ẩm đất LM393. Hình 4.21: Cảm biến độ ẩm đất. • Điện áp hoạt động: 3.3-5V. • Ic so sánh : LM393. • VCC: 3.3V-5V. • GND: 0V.

• DO: Đầu ra tín hiệu số (0 và 1).

• AO: Đầu ra Analog (Tín hiệu tương tự).

4.2. Phần mềm lập trình cho hệ thống.

4.2.1. Phần mềm GX-Works2.

Phần mềm GX-Works 2 là phần mềm nâng cấp và thay thế cho phần mềm GX Developer, lập trình cho các dịng PLC FX, Q, L, A, S, CNC.

4.2.1.2. Giới thiệu phần mềm GX-Works2.

Cửa sổ chính phần mềm GX-Works2

❖ Thanh tiêu đề: Thanh tiêu đề thể hiện tên của dự án đang sử dụng.

Thanh tiêu đề.

❖ Thanh menu: Thanh menu được sử dụng khá thường xuyên khi làm việc với GX Works2. Click vào thanh menu để chọn những chức năng khác nhau từ thanh menu.

❖ Thanh công cụ: Thanh công cụ gồm những biểu tượng rất trực quan và dễ sử dụng cho những chức năng thông dụng. Nó khiến các thao tác nhanh hơn.

35 Thanh công cụ.

❖ Tab: Khi làm việc với nhiều cửa sổ đang mở, nó thể hiện theo dạng trình duyệt tab . Click vào tab sẽ kích hoạt cửa sổ làm việc tương ứng.

❖ Xem nội dung hiển thị: Xem nội dung hiển thị thể hiện nội dung của trình hiển thị hiện tại.

❖ Vùng quản lý project: Xem vùng đang chọn vùng thể hiện nội dung của vùng hiện tại.

❖ Khu vực soạn thảo chương trình: Màn hình chỉnh sửa thể hiện nhiều loại màn hình như màn hình tạo chương trình và màn hình tạo comment để chỉnh sửa biểu đồ lader, chú thích, và tham số.

❖ Cửa sổ output: Cửa sổ đầu ra thể hiện sự biên dịch và kiể mtra kết quả (như lỗi và cảnh báo).

❖ Thanh trạng thái: Thanh trạng thái thể hiện thông tin trạng thái của GX Works2.

Thanh trạng thái.

4.2.1.3. Cách tạo một dự án mới.

Click vào “Project Type”-> Danh mục “Project Type” hiện lên. Chọn “Simple Project”.

Click the “PLC Series” list button -> Danh mục “PLC Series” hiện lên. Select “QCPU (Q mode)”.

Click vào nút “PLC Type”-> Danh sách “PLC Type” hiện ra. Chọn “Q06UDH”..-> click OK.

4.2.2. Phần mềm EasyBuilder 8000.

4.2.2.1. Tạo new project.

B1: Vào project manager -> Easybuilder8000 để tạo creat new project.

39 B3: chọn kiểu model mt6056i(320*234) -> oke. B4: hiển thị cửa sổ system parameter settings -> new.

B5: Vào modbus rtu chọn kiểu pcl để kết nối, các thơng số cịn lại giữ mặc định sao đó nhấn oke để kết thúc.

4.2.2.2. Cài driver.

B1: kết nói cáp với plc.

B3: vào device manager, nhấn chuột phải vào weintek HMI.

Chương 5: THI CÔNG

5.1. Sơ Đồ Khối Và Đi Dây Của Hệ Thống.

5.1.1. Sơ đồ khối.

BỒN CHỨA PHÂN

VAN3 VAN4 VAN5 VAN6

BƠM NƯỚC VAN2

VAN1

Hình 5.1: Sơ đồ khối.

▪ Van 1: Là van thường đóng, có chức năng đóng, mở cấp nước từ bơm nước lên bồn chứa phân bón.

▪ Van 2: Là van thường đóng, có chức năng đưa phân bón từ bồn chứa lên hòa cùng nguồn nước của hệ thống cấp cho cây trồng (hút phân bón dựa vào sự trên lệch áp suất giữa bồn chứa phân bón và nguồn nước cấp nên không cần sử dụng bơm hút).

▪ Van 3, 4, 5, 6: Là van thường đóng, có chức năng đóng mở dựa trên tín hiệu điều khiển cấp nước cho cây trồng.

5.1.2. Sơ đồ đi dây.

24+ 24- com X0 X1 X2 X3 X4 X5 X7 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17 X6 PLC FX3U com Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 Y16 Y17 com gndad0ad1ad2ad3ad4gndda0da1 start stop time Độ ẩm ĐC V1 V2 V3 V4 V5 V6 24V 12V Nguồn time Độ ẩm 220V VCC GND A0 5V HMI WEINVIEW RS232 RS232 24+ 24- 24V Cảm biến độ ẩm đất

Hình 5.2: Sơ đồ đi dây. ▪ Start: Nút nhấn khởi động. ▪ Start: Nút nhấn khởi động.

▪ Stop: Nút nhấn dừng. ▪ Nguồn: Đèn báo nguồn.

▪ Time: Đèn báo hoạt động theo chế độ thời gian thực tế. ▪ Độ ẩm: Đèn báo hoạt động theo chế độ, độ ẩm dất.

▪ V1, V2, V3, V4, V5, V6: Các van điện từ 12V loại thường đống. ▪ ĐC: Bơm nước.

▪ Công tắc 2 chế độ: