là hệ điều hành mở kết nối vạn vật dựa trên nền tảng điện tốn đám mây do tập đồn Siemens phát triển, đây là một giải pháp tổng thể cho mạng lưới vạn vật kết nối (IOT) giúp kết nối con người, thiết bị, máy móc, nhà xưởng,… cũng như nhiều hệ thống lại gần nhau hơn, từ đó cho phép bạn tận dụng vô vàn dữ liệu sinh ra từ mạng lưới vạn vật kết nối Internet (Internet of Things – IOT) thơng qua khả năng thu thập và phân tích cao.
Hình 2.28 Hệ điều hành MindSphere
Giới thiệu các loại CPU
CPU là trái tim của SIMATIC S7-1500. Nhờ có nhiều sự cải tiến, PLC S7-1500 đạt được nhiều điểm cộng cao nhất về hiệu suất, phần cứng nhỏ gọn, tuân thủ tiêu chuẩn IP20 hoặc IP65/67, kèm theo đó là các module chức năng đa dạng và dễ dàng tích hợp. CPU của PLC SIMATIC S7-1500 cũng được phân hóa đa dạng phù hợp với từng ứng dụng riêng biệt. [21]
Bảng 2.6 Phân loại hiệu suất các dịng PLC S7-1500
CPU Phân loại hiệu suất chương trìnhBộ nhớ Bộ nhớ dữ liệu Hiệu suất Bit
CPU 1511-1 PN Phù hợp cho các ứng dụng vừavà nhỏ 150 KB 1,0 MB 60 ns CPU 1511F-1
PN
Phù hợp cho các ứng dụng vừa
và nhỏ 225 KB 1,0 MB 60 ns
CPU 1513F-1 PN
Phù hợp cho các ứng dụng trung
bình 450 KB 1,5 MB 40 ns
CPU 1515-2 PN Phù hợp cho các ứng dụng vừa
và lớn 500 KB 3 MB 30 ns CPU 1515F-2 PN Phù hợp cho các ứng dụng vừavà lớn 750 KB 3 MB 30 ns CPU 1516-3 PN/DP Phù hợp cho các ứng dụng lớn 1 MB 5 MB 10 ns CPU 1516F-3 PN/DP Phù hợp cho các ứng dụng nâng cao 1,5 MB 5 MB 10 ns CPU 1517-3
PN/DP Phù hợp cho các ứng dụng đòihỏi khắt khe 2 MB 8 MB 2 ns CPU 1517F-3
PN/DP Phù hợp cho các ứng dụng đòihỏi khắt khe 3 MB 8 MB 2 ns CPU 1518-4
PN/DP
Phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất cao và thời gian
đáp ứng nhanh 4 MB 20 MB 1 ns
CPU 1518F-4 PN/DP
Phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi hiệu suất cao và thời gian
đáp ứng nhanh
6 MB 20 MB 1 ns
Giới thiệu các module cho PLC S7-1500
Modules nguồn S7 1500 (PS – Power Supplies)
Modules nguồn có vai trị cung cấp năng lượng cần thiết cho các module của PLC. Điện áp ngõ ra của bộ nguồn thường là 24VDC, nhưng dòng điện ngõ ra sẽ thay đổi phụ thuộc vào số lượng các module được gắn trong hệ PLC. [21]
Hình 2.29 Modules nguồn S7 1500
• Các dạng module nguồn tiêu chuẩn cho SIMATIC S7-1500 được giới thiệu trong Bảng 2 .7:
Bảng 2.7 Các dạng module tiêu chuẩn cho S7 1500
Mã số Điện áp ngõ vào Điện áp ngõ ra
6EP1332-4BA00 120/230 VAC 24 VDC 6EP1333-4BA00 120/230 VAC 24 VDC 6ES7505-0KA00-0AB0 24 VDC 24 VDC 6ES7505-0RA00-0AB0 24/48/60 VDC 24 VDC 6ES7505-0RB00-0AB0 24/48/60 VDC 24 VDC 6ES7507-0RA00-0AB0 120/230 VAC 24 VDC
Module DI/DO cho S7 1500
• Các dạng module DI tiêu chuẩn dành cho S7 1500 được giới thiệu trong Bảng 2 .8. Bảng 2.8 Các dạng module DI S7 1500 Module DI Mã số Điện áp ngõ vào Số chân ngõ
vào Tốc độ xử lý Kiểu ngõ vào
6ES7521-1BH00-0AB0 16x24 VDC 16 0,05 đến 20 ms Type 3 (IEC 61131) 6ES7521-1BH10-0AA0 16x24 VDC 16 3,2 ms Type 3 (IEC 61131) 6ES7521-1BH50-0AA0 16x24 VDC 16 3,2 ms Type 3 (IEC 61131) 6ES7521-1BL00-0AB0 32x24 VDC 32 0,05 đến 20 ms Type 3 (IEC 61131) 6ES7521-1BL10-0AA0 32x24 VDC 32 3,2 ms Type 3 (IEC 61131) 6ES7521-1BP00-0AA0 64x24 VDC 64 3,2 ms Type 3 (IEC 61131) 6ES7521-1FH00-0AA0 16x230 VAC 16 20 ms Type 1
(IEC 61131) 6ES7521-7EH00-0AB0 16x24…125
VUC 16 0,05 đến 20 ms
Type 3 (IEC 61131)
• Các dạng module DO tiêu chuẩn dành cho S7 1500 được giới thiệu trong Bảng 2 .9.
Bảng 2.9 Các dạng module DO S7 1500
Module DO
Mã số Điện áp ngõ ra Số chân ngõra Dòng điện ngõra Nhiệt độ chophép
6AG1522-1BF00-7AB0 8x24 VDC 8 2 A - 40…+ 70°C
6AG1522-1BH01-7AB0 16x24 VDC 16 0,5 A - 40…+ 70°C 6AG1522-1BL01-7AB0 32x24 VDC 32 0,5 A - 40…+ 70°C 6AG1522-5EH00-7AB0 16x48 VDC 16 0,5 A - 40…+ 70°C
6AG1522-5FF00-7AB0 8x230 VAC 8 2 A - 40…+ 70°C 6AG1522-5FH00-7AB0 16x230 VAC 16 1 A - 40…+ 70°C
6AG1522-5HF00-2AB0 8x230 VAC 8 5 A - 25…+ 60°C
6AG1522-5HH00-7AB0 230 VAC 16 2 A - 40…+ 70°C
• Ngồi ra cịn các loại khác như module AI/AO, Technology modules, Communication modules, …
→ Dựa vào ý tưởng thiết kế hệ thống và những thông số đã được liệt kê ở trên, em
xem xét lựa chọn được các loại module phù hợp cho hệ thống lưu kho tự động của mình như Bảng 2 .10.
Bảng 2.10 Bảng thông số lựa chọn các loại module chính cho hệ thống
PLC S7 1500
CPU CPU 1511-1 PN
Module nguồn (PS) 6ES7505-0KA00-0AB0 Module ngõ vào (DI) 6ES7521-1BP00-0AA0 Module ngõ ra (DQ) 6AG1522-1BL01-7AB0
Kết luận chương 2
Ở chương 2, em đã lập được sơ đồ mạch động lực cho hệ thống lưu kho tự động, thơng q đó em lựa chọn được các thiết bị chấp hành, tính tốn các số liệu cần thiết và lựa chọn được các động cơ phù hợp để vận hành hệ thống. Đối với các thiết bị giám sát và điều khiển em cũng lựa chọn được PLC S7 1500 và các modules đi kèm để lập trình và thiết kế hệ thống của mình.
Chương 3
THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HĨA CHO HỆ THỐNG Phần mềm lập trình trong hệ thống
Giới thiệu phần mềm TIA Portal
Hình 3.31 Phần mềm TIA Portal
Phần mềm TIA Portal như Hình 3 .31 là từ viết tắt của Totally Integrated Automation Portal. Nó 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 1 mơi trường/ nền tảng để thực hiện các tác vụ, điều khiển hệ thống. [23]
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 mơi 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 qt.
• Tích hợp mơ phỏng hệ thống.
• Dễ dàng thiết lập cấu hình và liên kết giữa các thiết bị Siemens.
Hiện tại phần mềm TIA Portal có nhiều phiên bản như TIA Portal V14,TIA Portal V15, TIA Portal V16 và mới nhất là TIA Portal V17. Tùy theo nhu cầu sử dụng mà người dùng sẽ lựa chọn cài đặt TIA portal phiên bản tương ứng.
→ Dựa vào tính đa dạng cần thiết của đồ án và cấu hình của máy em lựa chọn
phần mềm TIA Portal V16 để lập trình và điều khiển.
Khởi tạo phần mềm TIA Portal V16
Khởi động TIA Portal V16 trên máy tính tại màn hình Desktop bằng cách nhấn chuột trái vào biểu tượng TIA Portal V16, lựa chọn Run as administrator để chạy phần mềm như Hình 3 .32.
Hình 3.32 Màn hình khởi động TIA Portal V16
Sau khi TIA Portal đã được khởi động sẽ xuất hiện màn hình như Hình 3 .33. Ta chọn Create new project (Tạo dự án mới) > Project name (Đặt tên dự án) > Nhấp vào biểu tượng ở phần Path (Thay đổi vị trí lưu trữ) > Nhấp Create để tạo dự án khi hồn tất.
Hình 3.33 Tạo dự án mới
Ở bước đầu tiên, trên màn hình First steps như Hình 3 .34. Ta chọn Configure a device (Lựa chọn cấu hình thiết bị).
Hình 3.34 Lựa chọn cấu hình thiết bị
Ở bước thứ 2, trên giao diện Devices & networks như Hình 3 .35, ta lựa chọn Add new device > Controllers > SIMATIC S7-1500 > CPU > CPU 1511-1 PN > Chọn mã số > Chọn Vesion > Add để hồn thành lựa chọn CPU cho dự án.
Hình 3.35 Lựa chọn CPU cho dự án
Ở bước thứ 3, ta chọn PLC tags > Show all tags > Đặt tên > Chọn kiểu dữ liệu > Đặt địa chỉ bit để hoàn thành phần định dạng và thêm địa chỉ cho dự án như Hình 3 .36.
Hình 3.36 Định dạng bit và thêm địa chỉ cho dự án
Ở bước thứ 4, ta chọn Program blocks > Main [OB1] > để mở cửa sổ viết chương trình như Hình 3 .37. Ta có thể sử dụng các cơng cụ lập trình bằng cách nhấn vào
ký hiệu của chúng trên thanh tiện ích .
Ở bước 5, để có thể kiểm tra lỗi và lưu chương trình đã viết . Ta nhấn vào biểu tượng (Kiểm tra lỗi) > Save project (Lưu chương trình) như Hình 3 .38.
Hình 3.38 Kiểm tra lỗi và lưu chương trình
Ở bước 6, sau khi hồn tất q trình kiểm tra, ta tiến hành quá trình chạy mơ phỏng cho chương trình bằng cách nhấn vào biểu tượng như Hình 3 .39.
Ở bước 7, trên màn hình Extended dowload to devide như Hình 3 .40, ta lựa chọn Start search (Tìm kiếm thiết bị kết nối) > Load để hồn tất q trình kết nối.
Hình 3.40 Kết nối PLC với thiết bị
Ở bước 8, hộp thoại mới xuất hiện, sau khi điều chỉnh kết nối phù hợp ở cột Action, PLC xuất hiện các tích xanh chỉ rằng đủ điều kiện kết nối ta chọn Load như Hình 3 .41.
Hình 3.41 Lựa chọn chế độ nạp cho PLC
Ở bước 9, trong hộp thoại Load Results mới xuất hiện như Hình 3 .42, ta lựa chọn Start Module để hồn tất q trình kết nối.
Hình 3.42 Hồn thành q trình kết nối
Ở bước 10, sau khi hồn thành q trình kết nối, ta nạp chương trình cho PLC bằng cách nhấn vào biểu tượng trên thanh công cụ, chọn Load để tiếp tục quá trình nạp như Hình 3 .43.
Hình 3.43 Nạp chương trình vào PLC
Tiếp tục chọn Finish để hồn tất q trình nạp chương trình như Hình 3 .44.
Hình 3.44 Hồn tất q trình nạp chương trình
Ở bước cuối cùng, ta nhấn vào biểu tượng để quan sát chương trình chạy như Hình 3 .45.
Hình 3.45 Chạy chương trình
Khởi tạo và thiết kế màn hình HMI
Ở bước đầu tiên, ta chọn màn hình HMI và lựa chọn màn hình HMI phù hợp với cấu hình máy như Hình 3 .46.
Hình 3.46 Lựa chọn màn hình HMI
Ở bước 2, trên màn hình PLC connection như Hình 3 .47, nhấn Browse để lựa chọn PLC đã được kết nối > Bấm Next để tiếp tục.
Hình 3.47 Kết nối màn hình HMI
Ở bước 3, trên màn hình Screen layout, ta lựa chọn độ phân giải màn hình, màu và các thơng số khác như Hình 3 .48.
Hình 3.48 Lựa chọn thơng số màn hình
Ở bước 4, trên màn hình Alarms, ta có thể lựa chọn cảnh báo và vị trí xuất hiện của nó như Hình 3 .49.
Hình 3.49 Lựa chọn màn hình cảnh báo
Ở bước 5, trên màn hình Screens, ta có thể thêm màn hình mới và sửa đổi tên màn hình như Hình 3 .50.
Hình 3.50 Thêm màn hình mới
Ở bước 5, trên màn hình System screens, ta có thể lựa chọn màn hình cho hệ thống như Hình 3 .51.
Hình 3.51 Lựa chọn màn hình hệ thống
Ở bước 6, trên màn hình Buttons, ta có thể lựa chọn nút nhấn hiển thị và căn lề nút nhấn và bấm Finish để hồn tất q trình lựa chọn như Hình 3 .52.
Hình 3.52 Lựa chọn và căn lề nút nhấn
Ở bước cuối cùng, trên màn hình thiết kế như Hình 3 .53, dựa vào nhu cầu sử dụng ta có thể lựa chọn những cơng cụ cần thiết trên bảng chọn Toolbox.
Hình 3.53 Màn hình thiết kế HMI
Giới thiệu phần mềm Factory IO
Factory I/O là một phần mềm thiết kế và mô phỏng trực quan các hệ thống điều khiển tự động hoá theo cách trực quan nhất. Phần mềm có thể giao tiếp gần như với mọi PLC. Với bộ thư viện phong phú, phần mềm Factory IO mô phỏng được các hệ thống, đối tượng thơng dụng trong hệ thống tự động hố dưới dạng 3D.
Factory I/O được thiết kế sẵn 20 mơ hình dựa theo các ứng dụng cơng nghiệp phổ biến. Ngồi ra, ta có thể sử dụng các đối tượng được cung cấp sẵn trong thư viện Factory IO để thiết kế các dây chuyền, hệ thống nhiều cách khác nhau.
Sau khi đã thiết kế xong hệ thống, Factory IO sẽ kết nối với các bộ điều khiển PLC thông qua các driver kết nối được cung cấp sẵn. Đối với một số PLC chưa được Factory IO cung cấp driver sẵn thì ta có thể kết nối thơng qua các giao thức trung gian như là OPC, Modbus…
Khởi tạo phần mềm Factory IO
Khởi động phần mềm Factory IO trên máy tính tại màn hình Desktop bằng cách nhấn chuột trái vào biểu tượng Factory IO, lựa chọn Run as administrator để chạy phần mềm.
Cửa sổ Factory IO xuất hiện như Hình 3 .54, nhấp chọn New để tạo dự án mới.
Hình 3.54 Tạo dự án mới
Giao diện mới xuất hiện như Hình 3 .55, tại góc phải màn hình đưa con trỏ chuột đến mơ hình cần mơ phỏng > Nhấp giữ chuột trái kéo thả ra màn hình mơ phỏng.
Hình 3.55 Giao diện mơ phỏng ban đầu
Để điều chỉnh các thuộc tính của đối tượng, nhấp chuột trái chọn đối tượng > Nhấn chuột phải > Hộp thoại thuộc tính xuất hiện > Điều chỉnh thuộc tính các đối tượng cho phù hợp như Hình 3 .56.
Hình 3.56 Điều chỉnh thuộc tính của đối tượng
Xây dựng xong mơ hình ta lưu project tại góc trái màn hình, chọn File > Save > Đặt tên > Save. Ta có thể đổi tên chương trình trước khi lưu mơ phỏng như Hình 3 . 57.
Hình 3.57 Đổi tên chương trình
Ta có thể xem lại tất cả dữ án đã lưu bằng cách vào Open Scene > My Scenes như Hình 3 .58.
Hình 3.58 Màn hình dự án đã lưu
Để kết nối Factory IO với TIA Portal ta thực hiện, chọn File > Drivers để mở hộp thoại Drivers. Tại góc trái màn hình, chọn dấu mũi tên > Siemens S7-PLCSIM để kết nối dự án vừa xây dựng với PLC như Hình 3 .59.
Hình 3.59 Kết nối với PLC
Ta chọn CONFIGURATION để thay đổi cấu hình, chọn S7-1500 > DWORD > Đặt số lượng đầu vào, đầu ra như Hình 3 .60.
Hình 3.60 Lựa chọn cấu hình
Sau khi hồn tất các q trình trên thì nhấn vào CONNECT như Hình 3 .61 và đợi chương trình chạy, nếu hiện dấu tích xanh thì đã kết nối thành cơng với PLC.
Hình 3.61 Kết nối mơ phỏng với PLC
Sơ đồ đấu nối vào ra của hệ thống
Lập bảng đấu nối đầu vào
Bảng 3.11 Bảng đấu nối đầu vào
STT Ký hiệu Địa chỉ Giải thích
1 S.IN 1 I0.0 Cảm biến gương (Phát hiện pallet cấp hàng)
2 S.Load 2 I0.1 Cảm biến gương (Phát hiện pallet nhập hàng)
4 S.Middle 2 I0.3 Cảm biến thanh đẩy đang nằm ở giữa
5 S.Right 2 I0.4 Cảm biến thanh đẩy phải của giàn nâng đã đẩy sang phải
6 S.Unload 2 I0.5 Cảm biến gương (Phát hiện pallet xuất hàng)
7 S.Box 2 I0.6 Cảm biến gương (Phát hiện thùng lớn đã đếnvị trí gắp hàng xuất kho)
8 S.Moving X2 I0.7 Cảm biến giàn nâng đang di chuyển theo trụcX ở kho 2
9 S.Moving Z2 I1.0 Cảm biến giàn nâng đang di chuyển theo trụcZ ở kho 2
10 S.Home 2 I1.1 Cảm biến phát hiện giàn nâng đang ở vị trí chờkho 2
11 S.Vision I1.2 Cảm biến màu (Phát hiện vật màu xanhdương)
12 S2 I1.3 Cảm biến gương (Phân loại thùng lớn và thùngtrung bình)
13 S.Box 1 I1.4 Cảm biến gương (Phát hiện thùng lớn đã đếnvị trí gắp hàng nhập kho)
14 S.Pallet 1 I1.5 Cảm biến gương (Phát hiện pallet đến vị trí