Lưu ý: 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.
Ví dụ: Ở đây chúng do địa chỉ IP của CPU là 192.168.0.1 nên địa chỉ IP của máy tính là 192.168.0.3.
3.4.2. Giao diện của phần mềm Tia Portal V15.1
Hình 3.12 Giao diện chính của phần mềm Tia Portal Tổng quan về các khối chức năng khi khởi tạo phần mềm
[1].Hiển thị các chức năng [2]. Bảng chọn các chức năng [3]. Bảng chọn các project
[1].Thanh cơng cụ
[2]. Các mục của Project [3]. Màn hình làm việc [4]. Thẻ chức năng [5]. Màn hình thuộc tính
[6]. Chuyển về màn hình thơng tin Project [7]. Các Tab
Làm việc với phần mềm TIA PORTAL Bước 1: Tạo dự án mới
Bước 2: Cấu hình phần cứng
Bước 3: Viết chương trình điều khiển Bước 4: Kiểm tra chương trình đã viết
[1]. Các module giao tiếp mạng. Tối đa là 3 module từ slot 101, 102, 103
[2]. CPU, slot 1
[3]. Cổng EtherNet của CPU
[4]. Signal board (SB), communication board (CB) hoặc battery board (BB): nằm trên CPU
1. Trong màn hình thơng tin, chọn “Devices & Networks” và chọn “Add new device”.
2. Trong màn hình Project, bên dưới tên Project chọn “Add new device”.
3. Danh sách các thiết bị hiện ra. Sau đó, chọn dịng CPU cần lập trình và Version của nó.
4. Các thơng tin của CPU được hiển thị. Sau đó, thiết lập các cài đặt từ màn hình thiết lập.
Cách thêm mô đun mở rộng vào PLC trong phần mềm Tia Poltal V15.1
3.5. Giới thiệu WinCC
Phần mềm WinCC của Siemens là một phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) cũng như phục vụ việc xử lý và lưu trữ dữ liệu trong một hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) thuộc chuyên ngành tự động hóa.
WinCC là chữ viết tắt của Windows Control Center (Trung tâm điều khiển chạy trên nền Windows), nói cách khác, nó cung cấp các cơng cụ phần mềm để thiết lập một giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành của Microsoft như
Windows NT hay Windows 2000, XP, Vista 32bit (Not SP1). Trong dòng các
sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành và giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA (SCADA class) với những chức năng hữu hiệu cho việc điều khiển.
WinCC kết hợp các bí quyết của Siemens, cơng ty hàng đầu trong tự động hóa q trình, và năng lực của Microsoft, công ty hàng đầu trong việc phát trỉên phần mềm cho PC. Ngồi khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống có quy mơ lớn nhỏ khác nhau, WinCC cịn có thể dễ dàng tích hợp với những ứng dụng có quy mơ tồn cơng ty như việc tích hợp với những hệ thống cấp cao như
MES (Manufacturing Excution System - Hệ thống quản lý việc thực hiện sản
suất) và ERP (Enterprise Resource Planning). WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ sở quy mô tồn cầu nhờ hệ thống trợ giúp của Siemens có mặt khắp nơi trên thế giới. Ở Việt Nam hệ thống của Siemens được tài trợ đưa vào hệ đào tạo chính thức.
Các module của sản phẩm:
Tùy theo chức năng sử dụng mà người dùng có thể chọn các gói khác nhau của WinCC như là một trong các lựa chọn của sản phẩm. Các gói cơ bản của WinCC chia làm hai loại như sau:
• WinCC Runtime Package (Viết tắt là RT): chứa các chức năng ứng
dụng dùng để chạy các ứng dụng của WinCC như hiển thị, điều khiển, thông báo các trạng thái, các giá trị điều khiển và làm các báo cáo.
• WinCC Complete Package (Viết tắt là RC): bao gồm bản quyền để xây
dựng cấu hình hệ thống (configuration licence) và bản quyền để chạy ứng dụng (Runtime).
CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHẦN CỨNG VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH PHẦN MỀM
4.1.Định hướng triển khai đề tài
Hiện nay sơn được sử dụng để pha trộn thường là sơn nước, bởi vì dịng sản phẩm có màu sắc rất đa dạng. Ở trong nguyên liệu chứa thành phần có chất tạo màng bọc liên kết tốt với chất tạo màu vì thế nên khi tiến hành pha trộn sơn nước thì sẽ tạo ra các màu sắc mới lạ, không sợ ‘đụng hàng’, giúp tạo nên nét đẹp độc đáo và thời trang, phong cách cho cơng trình.
Khác với sơn bột, hiện nay sơn nước trên thị trường lại chiếm một tỷ lệ cao hơn rất nhiều, khi ngày càng được người dùng u thích, đóng vai trị quan trọng với nhiều cơng trình lớn nhỏ khác nhau. Sơn nước trên thị trường không chỉ được dùng để sơn tường như nhiều khách hàng thường nghĩ mà nếu biết cách pha trộn sản phẩm theo một tỷ lệ tiêu chuẩn thì khách hàng cịn có thể tạo ra được những hỗn hợp sơn có màu sắc tuyệt đẹp, có thể dùng để trang trí, bảo vệ cho một số đồ dùng nội thất….
Màu sơn nước dựa theo cấu tạo được chia làm 3 loại cơ bản đó là màu vơ cơ, vơ sơn và màu hữu cơ. Sản phẩm thường có màu hữu cơ đạt độ sáng cao hơn là sơn màu vô cơ, độ phủ, độ bền màu thì thấp hơn. Màu vơ cơ thì có đặc điểm là xỉn, tối và thường thiên về màu tự nhiên, dịng sản phẩm này cũng có độ phủ, độ bền màu rất cao, có thể lưu ý để lựa chọn sản phẩm thích hợp.
Do những ưu điểm này nên chúng em đã quyết định chọn sơn nước làm nguyên liệu cho hệ thống thiết kế và điều khiển trong yêu cầu: “ỨNG
Trộn sơn trong thực tế và phương pháp triển khai đề tài?
Trong đề tài, nhóm em sẽ trộn sơn nước đã thành phẩm (đầy đủ các phụ gia, dung môi và nước được pha sẵn trong bình) với mục đích đơn giản hố q trình trộn, giảm thiểu số lượng nhân cơng làm việc, đồng thời đảm bảo được tính chính xác cao nhất của màu sơn theo tỷ lệ (sau khi trộn) thông qua việc điều khiển theo yêu cầu của người vận hành.
Thực tế, pha trộn màu theo các tỷ lệ nhất định tạo nên các màu sắc khác nhau để có thể dùng cho thi cơng.
Nguyên tắc khi pha màu sơn nước:
- Màu sơn được pha trộn còn phụ thuộc nhiều vào nguyên liệu màu và cường độ màu.
- Những màu sơn cơ bản thường có đỏ, đen, trắng, xanh dương, xanh lá, vàng, từ những màu sơn này pha trộn theo các tỷ lệ nhất định tạo nên các màu sắc khác nhau để bạn có thể dùng cho thi cơng.
- Màu sau khi được pha trộn có thể dùng sơn tường nhà, trần nhà vàcịn có thể dùng để sơn các loại vật dụng, đồ nội thất, thiết bị sử dụng trong nhà…
Hình4.1: Cách pha sơn nước với các tỉ lệ chuẩn
Vậy nên nhóm em sẽ trộn theo phương pháp tỷ lệ dựa vào các màu cơ bản (đỏ, vàng, xanh) với sự điều khiển một cách thích hợp giữa PLC cùng các phần tử chấp hành khác để có được màu sắc mong muốn sau khi trộn.
4.2. Yêu cầu hệ thống
• Yêu cầu về phần cơ khí: Phần cơ khí của mơ hình phải được thiết kế
chắn chắc, ổn định, chính xác, hạn chế xảy ra lỗi trong q trình vận hành.
• Phần điện của mơ hình: Nguồn điện một chiều 24V cung cấp cho PLC
chính, module mở rộng (nếu có), các cảm biến, các đèn báo, các máy bơm và động cơ DC. Phần thiết kế điện phải thật an toàn, hợp lý, liên kết diễn ra một cách chính xác. Phần để PLC của mơ hình phải được thiết kế sao gọn gàng, ngăn nắp, dễ vận hành, bảo trì, sửa chữa một cách dễ dàng.
• Phần thiết kế giao diện trong WinCC gồm 4 phần chính: Một khu vực
thiết lập bảng màu cần trộn, một khu vực thiết kế bảng điều khiển của hệ thống, một khu vực hiển thị thể tích hiện tại 3 bình sơn và một khu vực xác nhận màu sắc sau khi trộn. Giao diện phải được thiết kế đẹp mắt, trực quan, hiện thị đầy đủ thông tin của hệ thống.
4.3. Thiết kế hệ thống phần cứng 4.3.1.Quy trình vận hành của hệ thống
1) Khởi động hệ thống trộn sơn bằng thao tác vật lý (ON/OFF).
2) Chọn mã màu sơn cần trộn trong bảng màu và đèn báo hiển thị chọn màu sẽ sáng lên.
3) Nhập thể tích sơn cần trộn trong bảng thể tích.
4) Kiểm tra thể tích sơn trong 3 bình. Nếu thể tích 1 trong 3 bình sơn thấp hơn mức cảnh báo, hệ thống sẽ khơng cho phép chương trình bắt đầu, có đèn báo cho người vận hành biết để bổ sung sơn vào bể.
5) Sau khi xác nhận mã màu sơn và thể tích sơn trong bể đạt yêu cầu, nhấn RUN để hệ thống bắt đầu làm việc, đèn run trạng thái sáng.
6) Khi hệ thống chạy, 3 van điện từ gắn dưới bình xả vào thùng trộn trong khoảng thời gian thiết lập (tuỳ theo yêu cầu của người vận hành đối với màu sơn cần trộn).
7) Khi cả 3 bơm đều dừng, động cơ DC khởi động tiến hành trộn sơn theo thời gian.
8) Trộn xong (động cơ DC dừng) kích hoạt van xả ở đáy thùng trộn.
9) Khi cảm biến dưới đáy bình trộn ngắt, hệ thống sẽ kết thúc một chu trình trộn sơn. Lúc này van xả sẽ đóng, đèn stop sẽ sáng lên và sẵn sàng một quá trình trộn mới theo yêu cầu của người vận hành hệ thống.
10)Lặp lại bước 2)
Lưu ý trong quá trình hệ thống hoạt động:
• Nhấn nút RESET: hệ thống sẽ xả hết sơn ở thùng khuấy qua van điện từ rồi thực hiện lại thao tác.
• Nhấn nút STOP: để dừng hệ thống một cách đột ngột và tiến hành khắc phục lỗi nếu có.
Hình4.2: Thiết kế mơ phỏng hệ thống trộn sơn
4.3.2.1. Sơ đồ khối tổng quát :
Hình4.3: Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống4.3.2.2. Khối nguồn : 4.3.2.2. Khối nguồn :
Bộ nguồn 1 chiều 24 VDC đươc dùng để cấp nguồn hoạt động cho các khối tín hiệu vào/ra, khối xửa lý trung tâm PLC, khối cơ cấu chấp hành.
Nguồn ổn áp một chiều là biến dòng điện xoay chiều tần số 50Hz thành dịng điện một chiều có điện áp tùy ý dựa vào yêu cầu của phụ tải. Điện áp đầu ra có thể giữa cố định trong một khoảng điện áp nào đó nhờ vào tín hiệu xung điều khiển Tranzitor. Mạch ổn áp gồm 4 phần chính sau:
• Biến áp: Biến đổi điện áp từ lưới điện 220V tần số 50Hz thành điện áp thấp (6V, 9V, 12V, 24V...) phù hợp với đầu vào của bộ chỉnh lưu bán dẫn.
• Chỉnh lưu: Là bộ biến đổi điện áp xoay chiều ở đầu vào thành điện áp một chiều ở đầu ra ở độ nhấp nhơ phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu.
• Bộ lọc: Là bộ lọc bớt thành phần sóng hài bậc cao của điện áp chỉnh lưu nhằm san phẳng điện áp chỉnh lưu.
• Mạch ổn áp: là mạch để duy trì điện áp tải ở một khoảng nhất định phụ tải thay đổi đột ngột.
Hình4.4: Nguyên lý bộ nguồn một chiều
u cầu của mơ hình với các đầu vào cảm biến sử dụng điệp áp 24V -DC nên ta chọn bộ nguồn AC - DC có đầu ra ở mức phù hợp để cấp cho các thiết bị trong mơ hình.
Trong mơ hình em sử dụng bộ nguồn Miwi S- 50-24.
Hình4.5: Bộ nguồn 24V DC 4.3.2.3. Khối tín hiệu đầu vào :
Khối tín hiệu là lấy tín hiệu từ bên ngồi vào các khối xử lý trung tâm PLC, đồng thời nhận các lệnh gửi ra từ PLC để thực hiện các chức năng khác. Khối vào gồm nút ấn, cảm biến phát hiện không tiếp xúc và các giá trị hiện tại của chất lỏng.
a) Cảm biến
Các hệ thống điều khiển tự động trong cơng nghiệp có vơ số các đại lượng vật lý cần đo như: nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, trọng lượng… Các đại lượng vật lý này khơng có tính chất điện. Trong khi đó, các bộ điều khiển và các cơ cấu chỉ thị lại làm việc với tín hiệu điện. Vì thế phải có thiết bị để chuyển đổi các đại lượng vật lý khơng có tính chất điện thành đại lượng điện tương ứng mang đầy đủ tính chất của đại lượng vật lý cần đo. Thiết bị chuyển đổi đó là “cảm biến”.
Cảm biến (sensor) là một thiết bị dùng để cảm nhận và biến đổi các đại lượng vật lý thành các đại lượng điện. Từ đó ta có thể xác định được đại lượng cần đo.
Hàm s = f(m) có thể là hàm tuyến tính, hàm logarit, hàm mũ hay hàm cơng suất. Các đại lượng vật lý: vị trí, vận tốc, gia tốc, lực, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, ánh sáng…
Các đại lượng điện: điện trở, điện dung, điện cảm, điện áp, dịng điện…
Trong mơ hình em lựa chọn cảm biến phát hiện nước không tiếp xúc
PHN-Y26 để phát hiện nước vì những ưu điểm sau:
- Sử dụng trong các mạch đo mực nước. - Không cần tiếp xúc với nước.
- Ít bị hao mịn, tuổi thọ và độ chính xác cao.
- Thời gian đáp ứng nhanh, có thể điều chỉnh độ nhạy theo ứng dụng.
Hình4.6: Cảm biến phát hiện nước không tiếp xúc XKC-Y26
Thông số kỹ thuật cảm biến phát hiện nước không tiếp xúc XKC-Y26 như sau:
- Điện áp: 5 – 24VDC. - Dòng điện: 10 mA.
- Cảm biến độ dày 20 mm (ổn định ở 0.5 mm).
- Đầu ra chuẩn XH2.54-4P. - Kích thước: 13.5 x 34.5 mm.
- Biến trở tinh chỉnh điều chỉnh độ nhạy cảm biến. - Chân OUT tín hiệu đầu ra.
- MODE nối GNG => phát hiện có nước OUT mức thấp 0V, khơng có nước mức cao (5-24V).
- MODE nối GND => phát hiện có nước OUT mức cao (5-24V), khơng có nước mức thấp 0V.
b) Nút bấm
Hình: Nút bấm điều khiển PLC Thơng số kỹ thuật:
- Model: AL6 – A - Chất liệu: Nhựa
- Chiều dài của nút nhấn (chưa tính chân): 150mm - Kích thước nút bấm: 15 x15 mm
- Số chân: 4 chân
- Điện áp - dòng điện tối đa: - 250VAC - 3A
- 30VDC - 5A
- Điện áp cung cấp: 24VDC
4.3.2.4. Khối xử lý trung tâm (PLC):
PLC viết tắt Programmable Logic Controller là thiết bị điều khiển lập
trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển logic thơng qua một ngơn ngữ lập trình.
Là bộ điều khiển logic lập trình PLC S7-1200 của hãng SIEMENS. Có vai trị quan trọng nhất trong tồn bộ hệ thống, có nhiệm vụ điều khiển, giám sát
mọi hoạt động của hệ thống. PLC giao tiếp 2 chiều với khối vào ra và khối điều khiển. Đồng thời PLC cũng giao tiếp một chiều với cơ cấu chấp hành để điều khiển máy bơm thực hiện các lệnh của chương trình điều khiển.
Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động. Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau.
Trong mơ hình em sử dụng bộ PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC có mã là 6ES7 214-1AG40-0XB0.
4.3.2.5. Khối cơ cấu chấp hành :
- Khối cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ PLC để thực hiện hoạt động.
a.Van điện từ KSD 24V
- Trong mơ hình này em chọn van điện từ KSD 24V:
- Sử dụng điện áp 24V có nhiệm vụ đóng - mở van cấp nước điều khiển qua PLC S7 1200. Van điện từ KSD 24V có cơ chế đóng mở nhanh, hoạt động ổn định, độ bền cao, tốn ít năng lượng và có cấu tạo đơn giản. Van tự động đóng, mở, phân chia, trộn lẫn khí nén từ máy nén khí hoặc từ dầu thủy lực từ bơm thủy lực.
Hình4.9: Van điện từ KSD 24V
Đặc điểm cấu tạo: