2.3.1 Giới thiệu
HMI là viết tắt của Human-Machine-Interface, có nghĩa là thiết bị giao tiếp giữa ngƣời thi hành, thiết kế và máy móc.
Biểu thị dữ liệu cho ngƣời vận hành và cho phép nhập lệnh điều khiển qua nhiều dạng: hình ảnh, sơ đồ, cửa sổ, menu, màn hình cảm ứng …
HMI có thể là màn hình GOT(Graphic Operation Terminal) của Mitsubishi, màn hình NT của Omron, hoặc một PC chạy phần mềm SoftGOT của Mitsubishi…
Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà con ngƣời “giao diện” với một máy móc thì đó là một HMI, hệ thống số điều khiển trên máy giặt, bảng hƣớng dẫn lựa chọn phần mềm hoạt động từ xa trên TV đều là HMI.
2.3.2 Thành phần HMI truyền thông
Thiết bị nhập thông tin: công tắc chuyển mạch, nút bấm… Thiết bị xuất thơng tin: đèn báo, cịi, đồng hồ đo…
Nhƣợc điểm của HMI truyền thống Thông tin không đầy đủ. Thơng tin khơng chính xác.
Khả năng lƣu trữ thông tin hạn chế. Độ tin cậy và ổn định thấp.
Đối với hệ thống rộng và phức tạp: độ phức tạp rất cao và rất khó mở rộng. Các ƣu điểm của HMI hiện đại :
Tính đầy đủ kịp thời và chính xác của thơng tin.
Tính mềm dẻo, dễ thay đổi bổ xung thông tin cần thiết.
Tính đơn giản của hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa.
Tính “Mở”: có khả năng kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị và nhiều loại giao thức.
32
Phần cứng: Màn hình. Các phím bấm.
Chíps: CPU, ROM,RAM, EPROM/Flash, …
Phần Firmware: Các đối tƣợng. Các hàm và lệnh. Phần mềm phát triển:
Các công cụ xây dựng HMI.
Các cơng cụ kết nối, nạp chƣơng trình và gỡ rối. Các cơng cụ mô phỏng.
Truyền thông:
Các cổng truyền thông. Các giao thức truyền thông.
Độ lớn màn hình: quyết định thơng tin cần hiển thị cùng lúc của HMI.
Dung lƣợng bộ nhớ chƣơng trình, bộ nhớ dữ liệu, Flash dữ liệu: quyết định số lƣợng tối đa biến số và dung lƣợng lƣu trữ thông tin.
Số lƣợng các phím và các phím cảm ứng trên màn hình: khả năng thao tác vận hành.
Chuẩn truyền thông, các giao thức hỗ trợ.
Số lƣợng các đối tƣợng, hàm lệnh mà HMI hỗ trợ. Các cổng mở rộng: Printer, USB, PC100...
Lựa chọn phần cứng
Lựa chọn kích cở màn hình: trên cơ sở số lƣợng thơng số/thơng tin cảm biến hiển thị đồng thời nhu cầu về đồ thị, đồ họa(lƣu trình cơng nghệ...).
33
Lựa chọn các cổng mở rộng nếu có nhu cầu in ấn, đọc mã vạch, kết nối các thiết bị ngoại vi khác.
Lựa chọn dung lƣợng bộ nhớ: theo số lƣợng thông số cần thu thập số liệu, lƣu trữ dữ liệu, số lƣợng trang màn hình cần hiển thị.
Xây dựng giao diện
Cấu hình phần cứng: chọn phần cứng, chuẩn giao thức... Xây dựng các màn hình.
Gán các biến số (tag) cho các đối tƣợng. Sử dụng các đối tƣợng đặc biệt.
Viết các chƣơng trình. Mơ phỏng chƣơng trình. Nạp thiết bị xuống HMI.
34
NGUỒN
KHỐI CẢM
BIẾN KHỐI XỬ LÝ MÀU SẮC
KHỐI BĂNG CHUYỀN
HỆ THỐNG KHÍ NÉN KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM
3 CHƢƠNG 3
PHƢƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 3.1 Giới thiệu mơ hình
Mơ hình phân loại sẽ thực hiện nhận biết màu sắc của sản phẩm (đỏ, vàng, xanh) ở đầu vào sau đó truyền tín hiệu màu đã qua xử lý đến khối xử lý màu sắc để thực hiện tác vụ phân loại màu. Khối xử lý trung tâm sẻ thực hiện nhiệm vụ điều khiển các khối khác để phân loại sản phẩm. Trong suốt quá trình phân loại thì sự tác động của các xi lanh 2 ty.
3.2 Chức năng từng phần
Xử lý màu sắc: xử lý tín hiệu nhận đƣợc từ cảm biến màu sắc và tạo ra tín hiệu đƣa về PLC để thực hiện nhiệm vụ phân loại.
Phân loại sản phẩm: nhận các tín hiệu từ khối xử lý màu sắc và cảm biến để hệ thống khí nén xilanh thực hiện phân loại sản phẩm theo các u cầu mà mơ hình đã đƣa ra trƣớc đó.
35
Khối xử lý màu sắc: có chức năng xử lý tín hiệu từ cảm biến màu sắc và gửi
tín hiệu về khối xử lý trung tâm.
Khối cảm biến: bao gồm cảm biến màu sắc và cảm biến tiệm cận nhật biết vật. Có chức năng nhận biết màu sắc và nhận biết vật chạy trên băng tải. Khối xử lý trung tâm: có chức năng nhận tín hiệu, xử lý thơng tin và điều
khiển các khối chức năng khác.
Khối băng chuyền: có chức năng đƣa sản phẩm chạy trên băng tải đến các khối xử lý khác.
Hệ thống khí nén: có chức năng đẩy sản phẩm đã đƣợc phân loại ra khỏi băng
tải đến nơi đã định sẵn.
Nguồn: có chức năng cung cấp nguồn cho hệ thống.
3.3 Thiết kế các khối 3.3.1 Khối cảm biến 3.3.1 Khối cảm biến
Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 NPN 6-36VDC, điện áp làm việc: DC 6- 36VDC. Khoảng cách phát hiện: 10-30cm có thể điều chỉnh.
Cảm biến vật cản hồng ngoại có khả năng nhận biết vật cản ở môi trƣờng với một cặp LED thu phát hồng ngoại để truyền và nhận dữ liệu hồng ngoại. Tia hồng ngoại phát ra với tần số nhất định, khi có vật cản trên đƣờng truyền của LED phát nó sẽ phản xạ vào LED thu hồng ngoại, khi đó LED báo vật cản trên module sẽ sáng, khi khơng có vật cản, LED sẽ tắt. Hiện nay trên thị trƣờng có khá nhiều cảm biến vật cản hồng ngoại nhƣ E3F - DS30C4, E18 - D50NK, TCRT5000 FC - 123, E18 – D80NK…và theo yêu cầu của đề tài nên em chọn cảm biến E3F – DS30C4 để phục vụ cho đề tài.
3.3.2 Khối xử lý màu sắc
Hiện nay trên thị trƣờng có rất nhiều loại cảm biến màu sắc khác nhau nhƣ TSC230 V1, TSC230 V2, TCS3200,... Em chọn cảm biến màu TCS3200 để sử dụng cho mơ hình.
36
TCS3200, sau đó điều khiển khối cơng suất làm ngõ vào cho PLC.
Có rất nhiều thiết bị, module, IC công suất khác nhau để điều khiển, thực hiện điều khiển các thiết bị công suất nhƣ arduino, Arm, Rasbperry…
Từ những yêu cầu trên thì quyết định chọn Arduino Nano vừa đáp ứng đủ các ngõ I/O để điều khiển vừa tiết kiệm chi phí nhƣng vẫn đáp ứng đủ hiệu năng.
Do module đã tích hợp sẳn chip nạp và nguồn chúng ta chỉ cần cắm cáp USB hay cấp nguồn Pin vào là có thể hoạt động bình thƣờng.
3.3.3 Khối băng chuyền
Khối bằng chuyền sẽ thực hiện việc chuyển sản phẩm cần phân loại đến vị trí của cảm biến và vị trí thực hiện phân loại trên hệ thống. Do giới hạn của hệ thống chỉ là mơ hình nhỏ nên em sử dụng động cơ DC với điện áp 24V để phù hợp hơn cho mơ hình. Động cơ dùng để kéo băng chuyền vận hành.
3.3.4 Hệ thống khí nén
Hệ thống điều khiển khí nén sẽ thực hiện nhiệm vụ đƣa sản phẩm ra khỏi băng tải đến vị trí phân loại. Hệ thống sẽ gồm 2 phần chính là xi lanh và van điện từ. Xi lanh khí nén là dạng cơ cấu vận hành có chức năng biến đổi năng lƣợng tích lũy trong khí nén thành động năng cung cấp cho các chuyển động. Xi lanh khí nén hay cịn đƣợc gọi là pen khí nén là các thiết bị cơ học tạo ra lực, thƣờng kết hợp với chuyển động, và đƣợc cung cấp bởi khí nén (lấy từ máy nén khí thơng thƣờng). Xi lanh khí nén truyền một lực bằng cách chuyển năng lƣợng tiềm năng của khí nén vào động năng. Điều này đạt đƣợc bởi khí nén có khả năng nở rộng, khơng có đầu vào năng lƣợng bên ngồi, mà chính nó xảy ra do áp lực đƣợc thiết lập bởi khí nén đang ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển.
Sự giãn nở khơng khí này làm cho piston di chuyển theo hƣớng mong muốn. Một khi đƣợc kích hoạt, khơng khí nén vào trong ống ở một đầu của piston và do đó, truyền tải lực trên piston. Do đó, piston sẽ di dời (di chuyển) bằng khí nén.
Để xi lanh hoạt động đƣợc thì ta cần có van điện từ để điều khiển hành trình của pittong.
37
Van điện từ còn đƣợc gọi với cái tên solenoid valve. Đây là một thiết bị cơ điện, dùng để kiểm sốt dịng chảy chất khí hoặc lỏng dựa vào nguyên lí chặn đóng mở do lực tác động của cuộn dây điện từ. Đối với van điện từ thì tùy vào loại xi lanh mà chúng ta có cách chọn cho phù hợp.
Đối với van điện từ thì tùy vào loại xi lanh mà chúng ta có cách chọn cho phù hợp, van có các loại nhƣ sau: 2/2, 3/2, 4/2, 5/2, 5/3,... Và em chọn van 4/2 hai đầu cuộn dây để thực hiện điều khiển. Để điều khiển đƣợc hành trình của pittong xi lanh thì ta sẽ điều khiển các cuộn dây của van điện từ thông qua PLC. Việc đẩy xi lanh hay thu xi lanh về sẽ tùy thuộc vào việc chúng ta kích cuộn dây nào của van và việc chúng ta kết nối đƣờng đi của dịng khí nén trên van với xi lanh.
3.3.5 Khối xử lý trung tâm: Board PLC Mitsubishi FX3U – 24MT PLC board là gì 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 ngôn 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 hồn 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 thông.
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 thơng.
Thích ứng với mơi trƣờng khắc nghiệt, chống ấm, chống ăn mịn, 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 vôn: 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
- Không cài đặt sản phẩm ở vị trí nằm ngồi đặc điểm kỹ thuật đã nêu cho HMI. Không 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