31
2.3 Giới thiệu tổng quan về HMI 2.3.1 Giới thiệu 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 khơng 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 thơng 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 công cụ mô phỏng.
Truyền thông:
Các cổng truyền thông. Các giao thức truyền thơng.
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 thông 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 mơi 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 ngun 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 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,…