Thơng số kỹ thuật:
• Thương hiệu : Omron
• Mã sản phẩm : E3JK- DS30M2 • Nguồn cấp : 12-24VDC • Dịng tiêu thụ : 100mA • Khoảng cách phát hiện : 30cm • Kích thước cảm biến : 50x 50x 18mm. Nút nhấn Hình 2.24 Nút nhấn có đèn XB7NW34M2 Thơng số kỹ thuật:
• Xuất xứ : Schneider Electric
• Mã sản phẩm : XB7NW34M2
• Tiếp điểm : 1NO + 1NC
• Điện áp nguồn : 24VDC
• Dịng điện : 10A.
Cơng tắc lựa chọn
Hình 2.25 Cơng tắc lựa chọn vị trí LA42
Thơng số kỹ thuật:
• Thương hiệu : Tayee [19]
• Mã sản phẩm : LA42
• Nguồn cấp AC : AC-12 220V 3A
• Nguồn cấp DC : DC-12 24V 3A
• Kiểu : Bộ chọn 2 vị trí
Thiết bị lập trình cho hệ thống
Giới thiệu về PLC
PLC là một từ viết tắt của Programmable – Logic - Controller, đây là thiết bị điều khiển logic có khả năng lập trình được. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế. PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo. Ngơn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hay State Logic.
Cấu trúc của PLC được chia làm các phần chính:
Hình 2.26 Cấu trúc chính của PLC
• Power: Cấp nguồn cho PLC hoạt động.
• Module Input (Module đầu vào): Các module Input tiếp nhận các tín hiệu kỹ thuật số từ các cảm biến khác nhau và chuyển đổi chúng thành tín hiệu logic để CPU sử dụng.
• CPU (Bộ xử lý trung tâm): CPU sau khi tiếp nhận tín hiệu sẽ đưa ra quyết định và thực hiện công việc hướng dẫn điều khiển dựa trên chương trình đã được lập trình và được lưu trữ trong bộ nhớ của nó.
• Module Ouput (Module đầu ra): Các module Output tiếp nhận và chuyển đổi các hướng dẫn điều khiển từ CPU thành các tín hiệu được sử dụng để điều khiển máy móc, thiết bị khác nhau.
• Memory (Bộ nhớ): Dùng để chứa chương trình, lưu trữ số liệu, lưu trữ tạm thời trạng thái của các chức năng bên trong như: Các bộ định thời (Timer), các bộ đếm (Counter) và các tín hiệu relay, …
Bộ lập trình PLC được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành, nhiều lĩnh vực, nhiều loại máy móc như: máy in, máy đóng gói, máy đánh sợi, máy se chỉ, máy chế biến thực phẩm, hệ thống phân bổ giám sát trong dây chuyền sản xuất, bơm, xử lý nước thải, giám sát năng lượng, hệ thống điện, dây chuyền đóng gói và vì thế để đáp ứng nhu cầu sử dụng hàng loạt hãng PLC ra đời và phổ biến cho tới hiện nay. Dưới đây là các hãng sản xuất PLC phổ biến tại Việt Nam: [20]
Hình 2.27 Các hãng sản xuất PLC phổ biến tại Việt Nam
• Siemens (Đức): Siemens chính thức có mặt tại Việt Nam vào năm 1993, chuyên cung cấp các dịch vụ và sản phẩm công nghệ điện, điện tử. Trong đó, PLC Siemens cũng đã trở thành một dấu ấn trong ngành công nghiệp Việt Nam. Nổi tiếng với các dòng sản phẩm PLC: Logo, S7-200, S7-1200, S7-300,
S7-1500, S7-400 (hiện tại dòng S7-1200 là dòng nâng cao và đang thay thế dịng S7-200).
• Mitsubishi (Nhật Bản): Mitsubishi Electric chính thức có mặt tại Việt Nam vào năm 2011, chủ yếu tập trung vào lĩnh vực điều hịa khơng khí dự án, hệ thống thang máy, thang cuốn, hàng thiết bị gia dụng và tự động hóa cơng nghiệp. Trong q trình phát triển tại Việt Nam, đến thời điểm hiện tại PLC Mitsubishi đã trở nên phổ biến. Các dòng sản phẩm PLC Mitsubishi được biết đến đầu đời như: FX Series “FX1N, FX1S, FX2N, FX3G, FX3U, FX3S, FX3GE, FX3UC, FX5U, FX3GA, FX3GC, FX3SA”, ngồi ra cịn có các dịng khác phát triển sau như: iQ-R Series, iQ-F Series, Q Series, L Series, QS/WS Series, A Series.
• Unitronics (Irsael): Unitronics được thành lập vào năm 1989, với hàng chục năm làm việc với các dự án: hệ thống đỗ xe, đóng gói và xếp hàng tự động; cung cấp, lắp đặt thiết bị tự động cho các nhà máy năng lượng, HVAC, thực phẩm, sữa, hóa chất, nước thải, cơng nghiệp nồi hơi và các lĩnh vực khác. [PLC+HMI] All-in-One đã được cung ứng ra thị trường hơn 20 năm và liên tục nhận được phản hồi tích cực từ đơn vị sử dụng. [PLC+HMI] All-in-One đã giành được giải thưởng ngành: 2013, 2014, 2015, 2016, 2017,2018 và 2019. Với các dòng sản phẩm PLC Unitronics nổi tiếng như: PLC UniStream, [PLC+HMI] UniStream, [PLC+HMI] Vision, [PLC+HMI] Samba, [PLC+HMI] Jazz & M91.
• Omron (Nhật Bản): Omron chính thức có mặt tại Việt Nam vào năm 1996, là một trong những thương hiệu nổi tiếng với các sản phẩm trong lĩnh vực y tế và công nghiệp. Trong lĩnh vực tự động hóa cơng nghiệp Omron cung cấp rất nhiều sản phẩm như biến tần, động cơ Servo, bộ lập trình điều khiển logic, màn hình HMI hay phần mềm SCADA. Omron chính thức có mặt tại Việt Nam vào năm 1996, và hiện PLC Omron cũng tương đối phổ biến tại Việt Nam với các dòng như: NX1 Series, NX1P Series, NJ Series, CP Series, CJ1 Series, CJ2 Series, CS1 Series, CPM Series.
• LS (Hàn Quốc): LS với tiền thân bắt đầu từ tập đoàn LG Industrial, sau hơn 30 năm hoạt động và được tách ra vào năm 2003 dưới thương hiệu LS (chuyên sản xuất thiết bị điện cơng nghiệp, điện tử) để chun mơn hóa ngành nghề, có sức cạnh tranh trên tồn cầu. Các dịng sản phẩm PLC LS phổ biến được thị trường biết đến như: XGT Series (XGK, XGI, XGR), XGB Series, MASTER- K Series, GLOFA-GM Series, XMC Motion.
• ABB (Thụy Sỹ): ABB chính thức có mặt tại Việt Nam vào năm 1993. Các dịng PLC ABB phổ biến được thị trường biết đến như: AC500, AC500-eCo, AC500-S và AC500-XC.
→ Dựa vào quá trình thao tác trong thời gian học tập và tìm hiểu kĩ hơn về sự đa
dạng của các dòng PLC, em quyết định lựa chọn dòng PLC của hãng Siemens để phát triển, chi tiết hơn ở “Hệ thống lưu kho tự động” em sử dụng PLC S7 1500 để lập trình và điều khiển.
Giới thiệu về PLC S7 1500
PLC S7 1500 được xem như người em út trong gia đình PLC Siemens. Tuy có tuổi đời không bằng các đàn anh nhưng PLC S7 1500 được tích hợp trong mình nhiều ưu việt nổi trội mà các đàn anh khơng có được. [21]
Dịng sản phẩm PLC SIMATIC S7-1500 của Siemens được thiết kế theo dạng module với nhiều loại CPU khác nhau phù hợp cho nhiều cấp hiệu suất khác nhau. Dãy sản phẩm rộng lớn với các module tín hiệu vào ra, các module cơng nghệ dành cho các chức năng đặc biệt như đếm, các module điều khiển tập trung hay điều khiển phân tán được sử dụng trong truyền thông giao tiếp giữa các thiết bị hoặc nhà máy. SIMATIC S7-1500 với cấp bảo vệ IP20 và được thiết kế để lắp đặt trong các tủ điều khiển (ngồi ra cịn có loại S7-1500 với cấp bảo vệ IP65/IP67).
SIMATIC S7-1500 được ứng dụng trong các quy trình sản xuất sẽ đạt hiệu suất và chất lượng cao nhất với backplane bus, PROFINET hiệu suất cao, thời gian đáp ứng ngắn và thời gian xử lý lên lên đến 1 ns.
Ngồi những tính năng ưu việt vốn có của các dịng PLC hãng Siemens, PLC S7 1500 đã phát triển và thay thế hồn tồn được dịng PLC S7 300 đã tồn tại hơn 25 năm. Những tính năng mới cũng được phát triển và nâng cấp để phù hợp yêu cầu của khách hàng:
• TIA Portal V16.
• Khả năng dự phịng của PLC S7 - 1500 R/H thay thế cho software redundant của S7-300.
• Khả năng truyền thơng và các tính năng.
• Khả năng liên kết tới điện tốn đáp mây thơng qua OPC UA hay MQTT để đáp ứng cho #Industry 4.0 #Digitalization.
• Nền tảng WinCC Unified - một công nghệ sẽ đáp ứng tất cả yêu cầu về số hóa hiện nay sẽ ngày càng phát triển.
Đặc biệt hơn, PLC S7 1500 được tích hợp thêm với hệ điều hành Mindsphere mà cho tới hiện nay chỉ có dịng PLC S7 1500 mới làm được điều đó. [22]
Nói thêm về hệ điều hành Mindsphere như Hình 2 .28, hệ điều hành Mindspherelà hệ điều hành mở kết nối vạn vật dựa trên nền tảng điện toán đám mây do tập là hệ điều hành mở kết nối vạn vật dựa trên nền tảng điện toán đám mây do tập đoàn 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) thông 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 dòng 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 môi 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.