3.3 Thiết kế cáckhối
3.3.5 Khối xử lý trung tâm: Board PLC Mitsubishi FX3U – 24MT
PLC board là gì
PLC Boara là một loại bo mạch có chức năng giống nhƣ 1 PLC nguyên khối. Đƣợc dùng làm thiết bị điều khiển lập trình, thực hiện các thuật tốn linh hoạt và điều logic thông qua ngơn ngữ lập trình.
PLC Board đƣợc thiết kế tối ƣu, tiết kiệm đƣợc chi phí đầu tƣ do giá thành của chúng phải chăng, phù hợp với kịn tế ngƣời dùng. Một số hãng Board đƣợc phổ biến hiện nay nhƣ: Siemens, Mitsubishi, Omron,…
38
Cấu tạo của PLC Board:
Nhƣ đã nói ở trên, PLC Board hoàn tồn có chức năng giống nhƣ 1 PLC thông thƣờng, chỉ khác chúng là bo mạch tối ƣu đƣợc chi phí. Nên các cấu tạo chính của chúng vẫn giống nhƣ 1 PLC.
Gồm 3 cấu tạo thành phần chính:
- Nguồn: Đầu vào là điện 220V hoặc 24V
- CPU: Các thơng số cịn tùy thuộc vào từng ứng dụng của Board PLC. Dựa vào khả năng xử lý dữ liệu và bộ nhớ mà sẽ những chƣơng trình khác nhau tƣơng ứng.
- Khối ngoại vi: Bao gồm input/output. Modem phát xung, analog, truyền thơng.
Hình 3.2 Cấu tạo PLC Board Ƣu điểm khi sử dụng PLC Board: Ƣu điểm khi sử dụng PLC Board:
PLC Board dễ dàng sử dụng, khơng mất nhiều thời gian để thích nghi, dễ dàng thay đổi các thiết kế.
Lắp đặt dễ dàng, thời gian lắp đặt ngắn gọn. Ứng dụng đƣợc nhiều trong phạm vi rộng.
39
Dễ bảo trì nhờ khả năng tin hiệu hóa, khả năng lƣu giữ mã lỗi, khả năng truyền thông.
Thích ứng với mơi trƣờng khắc nghiệt, chống ấm, chống ăn mòn, chống tĩnh điện tốt.
Gía thành rẻ phù hợp với nhu cầu ngƣời dùng.
PLC Board FX3U - 24MT
Hình 3.3 Sơ đồ Board FX3U – 24MT
40
Các tính năng:
Bảng 3.1 Các tính năng PLC Board FX3U – 24MT
1 Kiểu PLC FX3U-24MT
2 Ngõ vào/ra 14 vào / 10 ra
3 Ngõ ra Transistor: 24VDC/5A (Khuyến cáo sử dụng 1A) 4 Ngõ vào analog 6 ngõ vào analog, độ chính xác 12bit, A0-AD2: 0-10V, A3-AD5: 0-20mA; Đọc cấu trúc lệnh RD3A.
5 Ngõ ra analog 2 ngõ ra analog, độ chính xác 12bit, ngõ ra vơn: 0- 10V, ngõ ra analog với cấu trúc lệnh WR3A 6 Phát xung 100KHz (khuyến cáo 40KHz)
7 Kích thƣớc
(Dài*Rộng*Cao) 137mmx120mmx43mm nặng 300g
8 Nguồn cấp 24VDC - 1A
8 Ngõ vào 0VDC-NPN
9 Bộ đếm tốc độ cao Bộ đếm 6 kênh mặc định 8k (Đếm 1 chiều hoặc 2 chiều). 10 Giao tiếp HMI Có thế kết nối hầu hết các loại HMI RS232 (1 Cổng)/ RS485 (1 Cổng) 11 Phần mềm lập trình GX Developer - GX-Work 2
12 Cổng lập trình DP9/RS232 tốc độ 38.4kbs 13 Số lƣợng bƣớc lập trình 8000 bƣớc
14 Khả năng bảo vệ Chống ăn mòn - chống ẩm - chống tĩnh điện
Cổng kết nối và cáp lập trình:
41
Thơng số kỹ thuật:
14 ngõ vào NPN, 10 ngõ ra Transistor NPN, 6 đầu vào analog( 3 ngõ vào 0-10V và 3 ngõ vào 0-20mA), 2 đầu ra analog (0-10V)
- X0-X5 là ngõ vào xung tốc độ cao, nhận đƣợc 3 encoder AB, mặc định là 12K, có thể yêu cầu 100K
- Y0-Y3 là ngõ ra xung tốc độ cao có thể lên đến 100K - Có vùng nhớ duy trì khi mất điện.
- Nguồn cấp 24VDC. - Hỗ trợ mã hóa 16-bit - Hỗ trợ 3 loại ngắt.
- RS485 hỗ trợ 4 giao thức truyền thông. - Hỗ trợ lệnh 1N, 2N, 3U - 8000 step - Tính tốn số thực - Kết nối HMI - Tốc độ quét 3000 steps/ 1ms 3.3.6 Bộ nguồn
Đối với khối nguồn do ở đây chúng ta vừa cần dùng nguồn AC và DC nên nguồn AC 220V chúng ta sẽ lấy trực tiếp từ lƣới điện để cấp cho khối xử lý trung tâm.
Riêng về nguồn DC em sử dụng cho khối xử lý màu sắc và các ngoại vi của PLC.
Khối xử lý màu sắc: ta chọn nguồn 5V để cung cấp cho khối xử lý màu sắc. - Arduino Nano: 5V
- TCS 3200: 5.5V - Relay: 5V
42
24V-5A để cung cấp cho khối ngoại vi PLC. - Van điện từ: 24V
- Động cơ băng tải: 24V - Cảm biến tiệm cận: 6-36V
3.4 HMI Delta DOP- B03S211
Hình 3.6 HMI Delta DOP – B03S211
Màn hình Delta là dịng Màn hình HMI cao cấp, giá rẻ và bán chạy nhất hiện nay Nhờ có độ bền cao, giao diện và màu sắc hiển thị đẹp, dễ lập trình, hỗ trợ kết nối với PLC của tất cả các hãng, phần mềm lập trình hồn tồn miễn phí.
3.4.1 Cài đặt
Tuân thủ khởi động nhanh chóng để cài đặt. Nếu khơng, nó có thể gây ra thiệt hại thiết bị
- Khơng cài đặt sản phẩm ở vị trí nằm ngồi đặc điểm kỹ thuật đã nêu cho HMI. Khơng quan sát sự thận trọng này có thể dẫn đến điện giật, hỏa hoạn hoặc nổ.
- Không cài đặt sản phẩm ở một ví trí mà nhiệt độ sẽ vƣợt quá đặc điểm kỹ thuật cho HMI. Không quan sát sự thận trọng này có thể dẫn đến hoạt động bất thƣờng hoặc làm hỏng sản phẩm.
43
3.4.2 Định nghĩa pin của truyền thông nối tiếp DOP-B03S211 Bảng 3.2 Pin của truyền thông nối tiếp DOP – B03S211 Bảng 3.2 Pin của truyền thông nối tiếp DOP – B03S211
3.4.3 Kích thƣớc
Hình 3.7 Kích thƣớc HMI Delta 3.4.4 Thông số kỹ thuật 3.4.4 Thông số kỹ thuật
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật HMI Delta
MẪU DOP-B03S211 DOP-B03E211
Kiểu Hiển thị
Màn hình LCD TFT 4,3" (màu 65536 )
Nghị quyết 480 x 272 pixel
Đèn nền Đèn LED back light (ít hơn 20.000 giờ bán rã ở 25o
C) (Note 1) Kích thước
Hiển thị 95,04 x 53,856mm
Hệ thống vận hành
Hệ điều hành thời gian thực Delta
MCU Bộ điều khiển vi mô RISC 32 bit
COM Port PIN
MODE1 MODE2 MODE3
COM1 COM2 COM1 COM2 COM1 COM2
RS-232 RS-485 RS-485 RS-485 RS-232 RS-422 PIN1 1 D+ TXD+ 2 RXD RXD 3 TXD TXD 4 D+ D+ RXD+ 5 GND GND GND 6 D- TXD- 7 RTS 8 CTS 9 D- D- RXD-
44
NOR Flash ROM
Flash ROM 128 MB
(Hệ điều hành: 30MB / Sao lưu: 16MB / Ứng dụng người dùng: 82MB)
SDRAM 64Mbyte
Bộ nhớ Sao
lưu 32Kbyte
Buzzer Tần số đa giai điệu (2K ~ 4K Hz) / 85dB
USB 1 USB Slave Ver
2.0 1 Máy chủ USB Ver 1.1
Serial COM Cảng
COM1 RS-232 (hỗ trợ kiểm soát luồng phần cứng) / RS-485
COM2 RS-422/RS-485 Giao diện Ethernet N/A 10M/100M Lịch vĩnh viễn Gắn liền Phương pháp làm mát
Lưu thơng khơng khí tự nhiên Phê duyệt an toàn CE / UL (Lưu ý 3) Bằng cấp không thấm nước
IP65 / NEMA4 (Note 3)
Điện áp hoạt động
(Lưu ý 2)
DC +24V (-10% ~ +15%) (vui lịng sử dụng nguồn điện cơ lập)
Độ bền điện áp AC500V trong 1 phút (giữa sạc (thiết bị
đầu cuối DC24V) và thiết bị đầu cuối FG) Sức mạnh
Tiêu thụ (Lưu ý 2) 4.8W 7.2W
Pin dự phòng Pin lithium 3V CR2032 x 1
Thời lượng pin
dự phòng Nó phụ thuộc vào nhiệt độ được sử dụng và điều kiện sử dụng,
o khoảng 3 năm trở lên ở 25 C. Nhiệt độ hoạt động 0 o C ~ 50oC Nhiệt độ bảo quản -20oC ~ +60oC Độ ẩm môi trường xung quanh 10% ~ 90% RH [0 ~ 40oC], 10% ~ 55% RH [41 ~ 50oC], Mức độ ô nhiễm 2
45
Rung động
IEC 61131-2 tuân thủ ≦ 5Hzf<8,3Hz = Liên tục: 3,5mm,
8,3Hz≦f≦150Hz = Liên tục:
1.0g
Sốc IEC 60068-2-27 tuân thủ đỉnh 15g trong 11 ms thời gian, X,
Y, Z hướng cho 6 lần Kích thước (W) x (H) x (D) mm 129 x103 x 39 Bảng điều khiển cutout (W) x (H) mm 118,8 x 92,8
Trọng lượng Khoảng 230g Khoảng 264g
3.5 Arduino Uno R3: Giới thiệu:
Arduino đƣợc khởi động vào năm 2005 nhƣ là một dự án dành cho sinh viên trại Interaction Design Institute Ivrea (Viện thiết kế tƣơng tác Ivrea) tại Ivrea, Italy. Cái tên "Arduino" đến từ một quán bar tại Ivrea, nơi một vài nhà sáng lập của dự án này thƣờng xuyên gặp mặt.
Các thiết bị dựa trên nền tảng Arduino đƣợc lập trình bằng ngôn ngữ riêng. Ngôn ngữ này dựa trên ngôn ngữ Wiring đƣợc viết cho phần cứng nói chung trên một môi trƣờng phát triển tích hợp (IDE) chạy trên các máy tính cá nhân. Và Wiring lại là một biến thể của C/C++. Một số ngƣời gọi nó là Wiring, một số khác thì gọi là C hay C/C++.
Sau khi nền tảng Wiring hoàn thành, các nhà nghiên cứu đã làm việc với nhau để giúp nó nhẹ hơn, rẻ hơn, và khả dụng đối với cộng đồng mã nguồn mở. một trong số các nhà nghiên cứu là David Cuarlielles, đã phổ biến ý tƣởng này.
Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mang đến một phƣơng thức dễ dàng, không tốn kém cho những ngƣời yêu thích, sinh viên và giới chuyên
46
nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tƣơng tác với môi trƣờng thông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành.
Thông tin thiết kế phần cứng đƣợc cung cấp công khai để những ai muốn tự làm một mạch Arduino bằng tay có thể tự mình thực hiện đƣợc (mã nguồn mở). Ngƣời ta ƣớc tính khoảng giữa năm 2011 có trên 300 ngàn mạch Arduino chính thức đã đƣợc sản xuất thƣơng mại, và vào năm 2013 có khoảng 700 ngàn mạch chính thức đã đƣợc đƣa tới tay ngƣời dùng.
Phần cứng Arduino gốc đƣợc sản xuất bởi công ty Italy tên là Smart Projects. Một vài board dẫn xuất từ Arduino cũng đƣợc thiết kế bởi công ty của Mỹ tên là SparkFun Electronics. Nhiều phiên bản của Arduino cũng đã đƣợc sản xuất phù hợp cho nhiều mục đích sử dụng:
47
3.5.1 Uno
"Uno" có nghĩa là một bằng tiếng Ý và đƣợc đặt tên để đánh dấu việc phát hành sắp tới của Arduino 1.0. Uno và phiên bản 1.0 sẽ là phiên bản tài liệu tham khảo của Arduino. Uno là mới nhất trong các loại board Arduino, và các mơ hình tham chiếu cho các nền tảng Arduino.
Arduino Uno là một “hội đồng quản trị” dựa trên ATmega328. Nó có 14 số chân đầu vào / đầu ra, 6 đầu vào analog, 16 MHz cộng hƣởng gốm, kết nối USB, một jack cắm điện, một tiêu đề ICSP, và một nút reset. Nó chứa tất cả mọi thứ cần thiết để hỗ trợ các vi điều khiển; chỉ cần kết nối nó với máy tính bằng cáp USB hoặc cấp điện cho nó để bắt đầu.
Hình 3.9 Arduino Uno
Uno khác với tất cả các phiên bản trƣớc ở chỗ nó khơng sử dụng các FTDI chip điều khiển USB-to-serial. Thay vào đó, nó có tính năng Atmega 16U2 lập trình nhƣ là một cơng cụ chuyển đổi USB-to-serial.
Phiên bản 2 (R2) của Uno sử dụng Atmega8U2 có một điện trở kéo dịng 8U2 HWB xuống đất, làm cho nó dễ dàng hơn để đƣa vào chế độ DFU.
Phiên bản 3 (R3) của Uno có các tính năng mới sau đây:
- Thêm SDA và SCL gần với pin Aref và hai chân mới đƣợc đặt gần với pin RESET, các IOREF cho phép thích ứng với điện áp cung cấp.
- Đặt lại mạch khỏe mạnh hơn. - Atmega 16U2 thay thế 8U2.
48
Cấu trúc, thông số
Bảng 3.4 Một vài thông số của Arduino UNO R3
Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit
Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ đƣợc cấp qua cổng USB)
Tần số hoạt động 16 MHz
Dòng tiêu thụ khoảng 30mA
Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC
Điện áp vào giới hạn 6-20V DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM) Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit) Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader
SRAM 2 KB (ATmega328)
49
a. Vi điều khiển & bộ nhớ
Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8, ATmega168, ATmega328. Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản nhƣ điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,…
Hình 3.10 Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn
32KB bộ nhớ Flash: những đoạn lệnh lập trình sẽ đƣợc lƣu trữ trong bộ nhớ Flash
của vi điều khiển. Thƣờng thì sẽ có khoảng vài KB trong số này sẽ đƣợc dùng cho bootloader nhƣng đừng lo, hiếm khi nào cần quá 20KB bộ nhớ này.
2KB cho SRAM (Static Random Access Memory): giá trị các biến khai báo khi
lập trình sẽ lƣu ở đây. Khai báo càng nhiều biến thì càng cần nhiều bộ nhớ RAM. Tuy vậy, thực sự thì cũng hiếm khi nào bộ nhớ RAM lại trở thành thứ phải bận tâm. Khi mất điện, dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.
1Kb cho EEPROM (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory):
đây giống nhƣ một chiếc ổ cứng mini – nơi có thể đọc và ghi dữ liệu vào mà không phải lo bị mất khi cúp điện giống nhƣ dữ liệu trên SRAM.
50
b. Cấu tạo
Hình 3.11 Arduino đời đầu
Một board Arduino đời đầu gồm một cổng giao tiếp RS-232 (góc phía trên - bên trái) và một chip Atmel ATmega8 (màu đen, nằm góc phải-phía dƣới); 14 chân I/O số nằm ở phía trên và 6 chân analog đầu vào ở phía đáy.
Board Arduino sẽ đƣa ra hầu hết các chân I/O của vi điều khiển để sử dụng cho những mạch ngoài. Diecimila, Duemilanove, và bây giờ là Uno đƣa ra 14 chân I/O kỹ thuật số, 6 trong số đó có thể tạo xung PWM (điều chế độ rộng xung) và 6 chân input analog, có thể đƣợc sử dụng nhƣ là 6 chân I/O số. Những chân này đƣợc thiết kế nằm phía trên mặt board, thông qua các header cái 0.10 -inch (2.5 mm). Các board Arduino Nano, và Arduino-compatible Bare Bones Board và Boarduino có thể cung cấp các chân header đực ở mặt trên của board dùng để cắm vào các breadboard.
Chiều dài tối đa và chiều rộng của Uno PCB là 2,7 và 2,1 inch tƣơng ứng, với kết nối USB và jack điện mở rộng vƣợt ra ngồi khơng gian cũ. Bốn lỗ vít cho phép đƣợc gắn vào một bề mặt khác:
51
c. Vị trí & chức năng các chân
Nếu khơng có sẵn nguồn từ cổng USB, có thể cấp nguồn cho Arduino UNO từ một bộ chuyển đổi AC→DC hoặc pin. Các bộ chuyển đổi có thể đƣợc kết nối bằng một plug-2.1mm trung tâm tích cực vào jack cắm điện.
Trƣờng hợp cấp nguồn quá ngƣỡng trên sẽ làm hỏng Arduino UNO.
3.5.2 Các chân năng lƣợng:
GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO. Khi dùng các
thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải đƣợc nối với nhau.
5V: cấp điện áp 5V đầu ra. Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA. 3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra. Dòng tối đa ở chân này là 50mA.
Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, ta nối cực dƣơng
của nguồn với chân này và cực âm với chân GND.
IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể đƣợc đo ở
chân này. Và dĩ nhiên nó ln là 5V. Mặc dù vậy không đƣợc lấy nguồn 5V từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó khơng phải là cấp nguồn.
RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tƣơng đƣơng với
việc chân RESET đƣợc nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ.
3.5.3 Các chân Input/Output:
52
Arduino Uno có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng tối đa trên mỗi chân là 40mA.
Một số chân digital có các chức năng đặc biệt nhƣ sau:
2 chân Serial : 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive –
RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này. Kết nối bluetooth thƣờng thấy nói nơm na chính là kết nối Serial không dây. Nếu không cần giao tiếp Serial, không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết
Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ
phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tƣơng ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite(). Nói một cách đơn giản, có thể điều chỉnh đƣợc điện áp ra ở chân