Cảm biến quang E3F-DS30C4
36
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Thông số: Nguồn cấp 5-24VDC Khoảng cách phát hiện 5 mm Tần số đáp ứng cao 1kHz Ngõ ra dạng NPN Đèn Led hiển thị Kích thước 18 x 20 mm Bảng 2.15: Thông số cảm biến quang chữ U
2.9 Tính chọn Aptomat
Aptomat là thiết bị đóng cắt trong mạch điện có chức năng bảo vệ q tải và ngắn mạch
Hình 2.16: Aptomat Tính chọn Aptomat Thơng số: Model BS 11010TV Điện áp làm việc 220V Dòng điện định mức 10A Khả năng chịu dòng max 1.5kA
37
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Bảng 2.16: Thơng số Aptomat
Kết luận chương II:
-Tìm hiểu về thông số của bộ điều khiển S7 1200.Chọn được CPU và module phù hợp sử dụng cho bài tốn.
-Tìm hiểu về động cơ servo và bộ điều khiển. Tính chọn công suất động cơ phù hợp, đưa ra sơ đồ đấu nối, đi dây kết nối mạch động lực servo với driver, đi dây driver với PLC, cài đặt parameter driver với yêu cầu đặt ra.
-Tìm hiểu về màn hình giám sát và điều khiển HMI Weintek.Đưa ra thơng số của màn hình HMI.
-Tìm hiểu và tính chọn được những thiết bị khác như: Vitme, Xylanh, Cảm biến, Băng tải…
43
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
CHƯƠNG III: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
3.1 Giới thiệu phần mềm TIA Portal
TIA Portal viết tắt của Totally Integrated Automation Portal là một phần mềm tổng hợp của nhiều phần mềm điều hành quản lý tự động hóa, vận hành điện của hệ thống. Có thể hiểu, TIA Portal là phần mềm tự động hóa đầu tiên, có sử dụng chung mơi trường nền tảng để thực hiện các tác vụ, điều khiển hệ thống.
TIA Portal được phát triển vào năm 1996 bởi các kỹ sư của Siemens, nó cho phép người dùng phát triển và viết các phần mềm quản lý riêng lẻ một cách nhanh chóng, trên 1 nền tảng thống nhất. Giải pháp giảm thiểu thời gian tích hợp các ứng dụng riêng biệt để thống nhất tạo hệ thống.
TIA Portal - Tích hợp tự động tồn diện là phần mềm cơ sở cho tất cả các phần mềm khác phát triển: Lập trình, tích hợp cấu hình thiết bị trong dải sản phẩm. Đặc điểm TIA Portal cho phép các phần mềm chia sẻ cùng 1 cơ sở dữ liệu, tạo nên tính thống nhất, tồn vẹn cho hệ thống ứng dụng quản lý, vận hành.
- TIA Portal tạo môi trường dễ dàng để lập trình thực hiện các thao tác.
- Thiết kế giao diện kéo nhã thông tin dễ dàng, với ngôn ngữ hỗ trợ đa dạng.
- Quản lý phân quyền User, Code, Project tổng quát.
- Thực hiện go online và Diagnostic cho tất cả các thiết bị trong project để xác định bệnh, lỗi hệ thống.
- Tích hợp mơ phỏng hệ thống.
- Dễ dàng thiết lập cấu hình và liên kết giữa các thiết bị Siemens.
44
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Tích hợp tất cả các phần mềm trong 1 nền tảng, chia sẻ cơ sở dữ liệu chung dễ dàng quản lý, thống nhất cấu hình. Giải pháp vận hành thiết bị nhanh chóng, hiệu quả, tìm kiếm khắc phục sự cố trong thời gian ngắn.
Tất cả các yếu tố: bộ lập trình PLC, màn hình HMI được lập trình và cấu hình trên TIA Portal, cho phép các chuyên viên tiết kiệm thời gian thao tác, thiết lập truyền thông giữa các thiết bị. Chỉ với 1 biến số của bộ lập trình PLC được thả vào màn hình HMI, kết nối được thiết lập mà không cần bất ký thao tác lập trình nào.
Hạn chế:
Do tích hợp nhiều phần mềm, cơ sở dữ liệu hệ thống lớn nên dung lượng bộ nhớ khổng lồ. Yêu cầu kỹ thuật cao của người lập trình, quản lý, tốn nhiều thời gian để làm quen sử dụng.
3.1.2 Kết nối PLC với PC qua giao thức TCP/IP
-Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay Laptop cần một kết nối TCP/IP
-Để PC và SIMATIC S7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quan trọng là các địa chỉ IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau
3.1.3 Khởi động và nạp chương trình trên TIA PORTAL cho S7 1200 Bước 1: Bước 1:
Hình 3.1: Biểu tượng phần mềm lập trình
Bước 2:
Click mở file “TIA Portal V15” trên Desktop của máy tính:
45
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
- Path: Chọn đường dẫn để lưu chương trình - Click vào “Create”:
Hình 3.2: Configure a device
Bước 3:
- Click vào “Configure a device”:
- Click vào “Add new device”:
- Chọn Click PLC/Simatic S7-1200/CPU/”CPU 1212C DC/DC/DC”/6ES7 212-1AE40- 0XB0
46
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Hình 3.3: Chọn CPU 1212 DC/DC/DC
Bước 4: Mở giao diện phần mềm Tia Portal
47
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Hình 3.5: Khai báo module SM1223
Bước 5: Lập trình ở chương trình chính OB
48
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Bước 6: Download và connect với PLC thật.
Hình 3.7: Download to device
3.1.4 Các câu lệnh sử dụng trong bài tốn
Kí hiệu Khai báo Kiểu dữ liệu Mô tả
IN BOOL Tiếp điểm thường mở
IN BOOL Tiếp điểm thường đóng
OUT BOOL Lệnh set được tác động thì địa chỉ ngõ ra được đặt lên 1.
OUT BOOL Lệnh reset được tác động thì địa chỉ ngõ ra được tác động về 0
IN BOOL Nhận biết xung cạnh lên tín hiệu đầu vào
49
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
IN BOOL Nhận biết xung cạnh xuống tín hiệu đầu vào
Bảng 3.1: Tập lệnh cơ bản trong S7 1200
Timer TON trong S7 1200 Giản đồ thời gian timer TON
Tham số Khai báo Kiểu dữ liệu Vùng nhớ Mô tả
IN In Bool I, Q, M, D Cho phép bộ định thị hoạt
động PT In Time I, Q,M, D hoặc hằng số Giá trị đặt
trước cho bộ định thì Q Out Bool Q, M, L, D Ngõ ra của bộ
định thì ET Out Time Q, M, L, D Giá trị hiện
hành của bộ định thì
Bảng 3.2: Thơng số Timer TON trong S7 1200
50
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Tham số Khai báo Kiểu dữ liệu Vùng nhớ Mô tả
CD In Bool I, Q, M, D Cho phép đếm lên R In Int I, Q,M, D Reset bộ đếm PV IN Bool Q, M, L, D
hoặc hằng số
Giá trị đặt của bộ đếm Từ 0 đến 32767 Q Out Bool Q, M, L, D Trạng thái ngõ ra CV Out Int I, Q, M, D, L Giá trị hiện hành của bộ
đếm từ 0 đến 32767 Bảng 3.3: Thông số bộ đếm counter trong S7 1200
Các khối điều khiển Servo trong chương trình:
Hình 3.8: Khối MC_Power
Tham số Khai báo Kiểu dữ liệu Mô tả
Axis In TO_Axis Đối tượng trục axis TO
Enable In Bool FALSE: Trục Axis sẽ chuyển sang trạng thái Stop
TRUE: Trục Axis được phép hoạt động StopMode In Int 0 = Emergency stop: Dừng khẩn cấp
1 = Immediate stop: ngõ ra sẽ dừng phát xung ngay lập tức
2 = Emergency stop with jerk control: =0 sẽ hãm step/servo
Status Out Bool FALSE: Axis bị ngắt TRUE: Axis hoạt động
Busy Out Bool FALSE: MC_Power khơng được kích hoạt TRUE: MC_Power được kích hoạt Error Out Bool FALSE: Khơng có lỗi
TRUE: Có lỗi khi gọi lệnh MC_Power hoặc đối tượng TO
Error Out Word Mã lỗi trả về cho tham số Error
51
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Hình 3.9: Khối MC_Reset
Tham số Khai báo Kiểu dữ liệu Mô tả
Axis In TO_Axis Đối tượng trục axis TO Execute In Bool Xác nhận lỗi xảy ra
Restart In Bool TRUE = tải lại cấu hình trục Axis từ vùng nhớ Load memory đến Work memory
FALSE = lỗi đã xác nhận Done Out Bool TRUE: Lỗi đã xác nhận Busy Out Bool TRUE: Nhiệm vụ đã thực thi Error Out Bool TRUE: có lỗi xảy ra Error ID Out Word Mã lỗi trả về cho tham số Error
Bảng 3.5: Tham số khối MC_Reset
Hình 3.10: Khối MC_Home
Tham số Khai báo Kiểu dữ liệu Mô tả
Axis In TO_Axis Đối tượng trục axis TO Execute In Bool Xác nhận lệnh
Position In Real Mode: 0, 2, 3: Vị trí chính xác của Axis là sau khi thực hiện xong trạng thái tìm kiếm vị trí
gốc
Mode 1: Giá trị chính xác với vị trí hiện tại của Axis
Mode In Int Mode 0 = Direct homing absolute Mode 1 = Direct homing relative
52
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Mode 3 = Active homing Done Out Bool TRUE: Homing được thực thi Error Out Bool TRUE: có lỗi xảy ra Error ID Out Word Mã lỗi trả về cho tham số Error
Bảng 3.6: Tham số khối MC_Home
Hình 3.11: Khối MC_MoveAbsolute
Tham số Khai báo Kiểu dữ liệu Mô tả
Axis In TO_Axis Đối tượng trục axis TO Execute In Bool Xác nhận lệnh hoạt động Position In Real Vị trí đến được cài đặt Velocity In Real Vận tốc của trục Axis
Done Out Bool TRUE: Đã tìm được vị trí chính xác
Error Out Bool TRUE: có lỗi xảy ra Error ID Out Word Mã lỗi trả về cho tham số
Error
Bảng 3.7: Tham số khối MC_ MoveAbsolute
53
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Tham số Khai báo Kiểu dữ liệu Mô tả
Axis In TO_Axis Đối tượng trục axis TO JogFoward In Bool Truyền động Axis theo chiều thuận Jogbackward In Bool Truyền động Axis theo chiều ngược
Velocity In Real Vận tốc đặt cho Axis truyền động InVelocity Out Bool TRUE: Vận tốc đặt tại tham số Velocity
đã đặt
Busy Out Bool Nhiệm vụ được thực thi
Command Out Bool TRUE: Quá trình thực thi bị ngắt bởi một nhiệm vụ khác
Error Out Bool TRUE: Lỗi xảy ra ErrorID Out Word Mã lỗi trả về ErrorInfo Out Word Thông tin mã lỗi trả về
Bảng 3.8: Tham số khối MC_MoveJog
3.1.5 Các khối chương trình
OB, FB, FC, Datablock
OB (Organization Block):
Là khối hàm tổ chức của PLC, được hệ điều hành gọi theo chu kì và là giao diện giữa chương trình và hệ điều hành.
Các khối hàm OB là khối hàm tổ chức trong PLC S7 1200, gồm một số các khối chính - Program Cycle OB: Khối vịng qt chương trình được thực hiện khi PLC ở chế độ RUN(ví dụ: OB1)
- Startup OB: Khối khởi động thực hiện 1 lần khi PLC chuyển từ chế độ STOP sang chế độ RUN
- Time delay interrupt: Khối ngắt thời gian trễ thực hiện sau một khoảng thời gian trễ định trước của một sự kiện (khối OB20 )
- Cyclic interrupt: Khối ngắt theo chu kỳ thực hiện cứ sau một khoảng thời gian nhất định (ví dụ: OB30)
54
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
- Hardware interrupt: Khối ngắt phần cứng thực hiện khi có sự kiện ngắt đầu vào hoặc ngắt do bộ đếm tốc độ cao (khối OB40)
- Time error interrupt: Khối ngắt lỗi thời gian thực hiện khi có lỗi về thời gian thực hiện vòng quét của PLC hoặc khi xảy ra lỗi liên quan đến bộ định thời Timer (khối OB80) - Diagnostic interrupt: Khối ngắt chuẩn đốn thực hiện khi có một số lỗi phía bên ngồi xảy ra (khối OB82)
FC (Function Block):
Là một khối mã mà thơng thường nó thực hiện một sự vận hành đặc trưng trên một hệ thống các giá trị ngõ vào. FC lưu trữ các kết quả của hoạt động này trong vùng nhớ Một FC có thể được gọi nhiều lần tại các thời điểm khác nhau trong một chương trình. Việc sử dụng này làm đơn giản hóa sự lập trình của các tác vụ.
Một FC khơng có khối mã dữ liệu DB liên quan .FC sử dụng nhóm dữ liệu tạm thời được sử dụng để tính tốn. Dữ liệu tạm thời khơng được lưu lại.
FB (Function Data Block):
Khối hàm FB là một khối mã sử dụng một khối dữ liệu mẫu DB cho các thơng số và dữ liệu tĩnh của nó. Các FB có bộ nhớ biến được đặt trong khối dữ liệu DB.
55
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Khối dữ liệu DB chương trình để lưu trữ dữ liệu cho các khối mã. Tất cả các khối chương trình đều có thể truy xuất dữ liệu trong một DB toàn cục, nhưng một DB mẫu thì chỉ lưu trữ dữ liệu cho một khối hàm FB đặc trưng.Các dữ liệu được lưu trữ trong một DB sẽ khơng bị xóa khi thực thi của khối mã có liên quan kết thúc.
3.1.6 Cài đặt khối Technology cài đặt servo
Bước 1:
Lấy khối Technology Object rồi chọn TO Positioning Axis
Hình 3.13: Khối technology Object
Bước 2: Lựa chọn kênh phát xung và địa chỉ phát xung
Lựa chọn kiểu phát xung PTO (Pulse Train Output)
56
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Hình 3.14: Lựa chọn kiểu phát xung
Bước 3: Cài đặt thông số cơ bản
Lựa chọn kênh phát xung pusle 1
Tần số phát xung của kênh 1 là: 100kHz
Chân phát xung có địa chỉ: Q0.0 Chân đảo chiều có địa chỉ: Q0.1
57
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Bước 4: Tính tần số tối đa của động cơ
Tốc độ động cơ servor là: Tmotor = 3000 vịng/phút
Chọn độ phân giải của motor servo có giá trị 2000 xung/vịng
Tần số tối đa của động cơ được tính là: fmotor = Pmotor x (Pmotor/60)
3000
2000. 100000( / ) 60
motor
f = = xung s
Bước của vitme là 10 mm/vịng
Hình 3.16: Chọn độ phân giải cho servo
Bước 5: Cài đặt công tắc giới hạn phần cứng và phần mềm
Enable HW limit switch: kích hoạt cơng tắc hành trình trên
Enable HS limit switch: kích hoạt cơng tắc hành trình dưới
Địa chỉ cảm biến thấp: I0.0 Địa chỉ cảm biến cao: I0.1
58
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Giới hạn dưới của tiếp điểm thấp: -10000 mm
Giới hạn trên của tiếp điểm cao: 10000 mm
Hình 3.17: Đặt địa chỉ cho cơng tắc hành trình servo
Bước 6: Cài đặt trong khối Dynamics
-Chọn đơn vị tốc độ: mm/s
-Tốc độ max: 500 mm/s
-Tốc độ bắt đầu: 5 mm/s
-Gia tốc cài đặt: 990 m/s
-Thời gian khởi động: 0,5s
59
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Hình 3.18: Khai báo thơng số cho servo
Bước 7: Cài đặt Homing
-Địa chỉ về home: I0.0
-Kiểu về home: Về home theo chiều âm
-Có kiểu chế độ tìm gốc nếu chạy q vị trí nhờ cảm biến hành trình.
-Tốc độ tiếp cận: 10mm/s
-Tốc độ về home: 5mm/s
60
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
3.1.9. Webserver với S7 1200
Để vận hành và giám sát một project của Wincc thông qua mạng Internet người thiết kế có thể sử dụng gói phần mềm tùy chọn của winCC là WebNavigator.
Chức năng của WebNavigator có thể dễ dàng được thực hiện bằng việc cấu hình và bật các trang màn hình trên máy tính Webnavigator sever để các thiết bị có thể truy cập qua mạng Internet hoặc qua các trình duyệt web.
Ưu điểm của việc sử dụng WebNavigator:
-Điều khiển và giám sát với khoảng cách rất xa
-Tốc độ cập nhật nhanh
3.2 Thiết kế bài tốn ứng dụng mơ hình 3.2.1 Nội dung bài toán
Băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí gắp vật. Khi cảm biến quang phát hiện vật thì băng tải sẽ dừng lại. Cơ cấu xy lanh gắp vật hạ xuống khi chạm cảm biến hành trình dưới của xy lanh thì xy lanh kẹp tác động để kẹp vật. Sau đó xy lanh nâng lên chạm cảm biến hành trình trên của xy lanh thì trục servo hoạt động đưa vật đến vị trí đã được đặt trước. Khi đến vị trí đã đặt xy lanh sẽ hạ xuống chạm cảm biến hành trình dưới của xy lanh thì xy lanh kẹp sẽ nhả ra đặt vật vào khay. Sau khi nhả vật xy lanh sẽ nâng lên đến khi cảm biến