Hình 3.18. Kết quả dàn sản phẩm.
3.3 Hệ thống điều khiển PLC
Giới thiệu về các thành phần sử dụng trong PLC phục vụ đồ án.
Từ thực tế sử dụng người ta thấy rằng PLC có những điểm mạnh như sau: - PLC dễ dàng tạo luồng ra và dễ dàng thay đổi chương trình.
- Chương trình PLC dễ dàng thay đổi và sửa chữa: Chương trình tác động đến bên trong bộ PLC có thể được người lập trình thay đổi dễ dàng bằng xem xét việc thực hiện và giải quyết tại chỗ những vấn đề liên quan đến sản xuất, các trạng thái thực hiện có thể nhận biết dễ dàng bằng công nghệ điều khiển chu trình trước đây. Như thế, người lập trình chương trình thực hiện việc nối PLC với công nghệ điều khiển chu trình. Người lập chương trình được trang bị các công cụ phần mềm để tìm ra lỗi cả phần cứng và phần mềm, từ đó sửa chữa thay thế hay theo dõi được cả phần cứng và phần mềm dễ dàng hơn.
- Các tín hiệu đưa ra từ bộ PLC có độ tin cậy cao hơn so với các tín hiệu được cấp từ bộ điều khiển bằng rơ le.
- Phần mềm lập trình PLC dễ sử dụng: phần mềm được hiểu là không cần những người sử dụng chuyên nghiệp sử dụng hệ thống rơle tiếp điểm và không
tiếp điểm. Không như máy tính, PLC có mục đích thực hiện nhanh các chức năng điều khiển, chứ không phải mang mục đích làm dụng cụ để thực hiện chức năng đó.
Ngôn ngữ dùng để lập trình PLC dễ hiểu mà không cần đến khiến thức chuyên môn về PLC. Cả trong việc thực hiện sửa chữa cũng như việc duy trì hệ thống PLC tại nơi làm việc.
Việc tạo ra PLC không những dễ cho việc chuyển đổi các tác động bên ngoài thành các tác động bên trong (tức chương trình), mà chương trình tác động nối tiếp bên trong còn trở thành một phần mềm có dạng tương ứng song song với các tác động bên ngoài. Việc chuyển đổi ngược lại này là sự khác biệt lớn so với máy tính. Thực hiện nối trực tiếp: PLC thực hiện các điều khiển nối trực tiếp tới bộ xử lý (CPU) nhờ có đầu nối trực tiếp với bộ xử lý. đầu I/O này được đặt tại giữa các dụng cụ ngoài và CPU có chức năng chuyển đổi tín hiệu từ các dụng cụ ngoài thành các mức logic và chuyển đổi các giá trị đầu ra từ CPU ở mức logic thành các mức mà các dụng cụ ngoài có thể làm việc được.
Dễ dàng nối mạch và thiết lập hệ thống: trong khi phải chi phí rất nhiều cho việc hàn mạch hay nối mạch trong cấp điều khiển rơle, thì ở PLC những công việc đó đơn giản được thực hiện bởi chương trình và các chương trình đó được lưu giữ ở băng cassette hay đĩa CDROM, sau đó thì chỉ việc sao trở lại.
Thiết lập hệ thống trong một vùng nhỏ: Vì linh kiện bán dẫn được đem ra sử dụng rộng dãi nên cấp điều kiện này sẽ nhỏ so với cấp điều khiển bằng rơle trước đây.
Tuổi thọ là bán- vĩnh cửu: Vì đây là hệ chuyển mạch không tiếp điểm nên độ tin cậy cao, tuổi thọ lâu hơn so với rơle có tiếp điểm.
Ở đây ta lựa chọn sản phẩm PLC S7-300, CPU 314
3.3.1 Counter.
Sử dụng bộ đếm lên S_CU:
Ngõ vào I0.1=1: Đưa giá trị vào PV. Khi I0.0 chuyển trạng thái 0 sang 1 C0 đếm tăng lên 1.
Ngõ vào Q0.0= 1 Khi giá trị đếm lớn hơn 0. Giá trị bộ đếm hiện thời nằm trong 2 ô nhớ MW100 và MW102 dưới dạng integer và dang BCD, giá trị ô nhớ này có tầm từ 0-999.
Hình 3.19: Counter.
3.3.2 Cảm biến
- Cảm biến là thiết bị dùng để phát hiện sự thay đổi của các hiện tượng vật lý, hoặc phát hiện sự xuất hiện của một vật nào đó.
- Cảm biến logic tạo ra trạng thái 0 hoặc 1 khi tác động. - Điện áp đầu ra tỷ lệ với thay đổi của các đại lượng vật lý.
Bộ cảm biến quang điện
Các thiết bị chuyển mạch quang điện có thể vận hành theo kiểu truyền phát, vật thể cần phát hiện sẽ chắn chùm sáng không cho chúng chiếu tới thiết bị dò hoặc theo kiểu phát xạ vật thể cần phát hiện sẽ phản chiếu chùm sáng lên thiết bị dò. Trong cả hai kiểu, cực phát bức xạ thông thường gọi là điốt phát quang (LED) thiết bị dò bức xạ có thể là các transistor quang thường là một cặp transistor. Cặp transistor này làm tăng độ nhạy của thiết bị tuỳ theo mạch được sử dụng đầu ra có thể được chế tạo để chuyển mạch đến mức cao hoặc mức thấp sau khi ánh sáng truyền đến transistor. Các bộ cảm biến được cung cấp dưới dạng các hộp cảm nhận sự có mặt của vật thể ở khoảng cách ngắn. Khi phát hiện có vật cản, cảm biến sẽ tác động làm cho tiếp điểm ngõ ra cảm biến đóng lại và cấp điện cho ngõ vào của PLC.
Hình 3.20: Sơ đồ kết nối cảm biến với card vào của PLC.
Chọn cảm biến E3JK loại auto-volt
Hình 3.21: Cảm biến E3JK loại auto-volt.
Các thông số kỹ thuật như sau:
- Nguồn cấp auto 12~240VDC, 24-240VAC, công suất tiêu thụ tối đa 3W. - Đầu ra rơle SPDT 3A-250VAC
- Khoảng cách thu phát riêng tối đa 5m, thu phát chung 0.3m, phản xạ gương 2,4m
- Chế độ làm việc Light-ON, Dark-ON nhiệt độ làm việc -25~550C. - Sử dụng LED hồng ngoại bước sóng 950nm, thời gian đáp ứng 30ms - Vỏ bọc bằng ABS (Acrylonitril Butadiene Styrene), độ kín đạt IP64. - Kiểu đấu nối: ra dây sẳn 2m, 5M.
3.3.3 Rơ le
Rơ le là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơ le là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực.
3.3.3.1 Các bộ phận chính của rơ le
Hình 3.22: Cơ cấu của rơ le.
- Cơ cấu tiếp thu (khối tiếp thu).
Có nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối trung gian, ở đây là cuộn dây.
- Cơ cấu trung gian (khối trung gian).
Làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa đến từ khối tiếp thu và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cho rơ le tác động, ở đây nó là mạch từ nam châm điện.
- Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành).
Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển,ở đây là hệ thống tiếp điểm.
3.3.3.2 Rơ le điện từ Cấu tạo, hoạt động.
Hình 3.23: Rơ le điện từ.
Sự làm việc của loại rơ le này dựa trên nguyên lý điện từ. Xét một rơ le như hình trên. Khi cho dòng điện “Iđk” đi vào cuộn dây 2 của nam châm điện 1 thì nắp 3 sẽ chịu một lực hút F. Lực hút điện từ này sẽ làm công tắc 5 đóng lại làm cho mạch thông.
Rơ le trong mạch của đồ án.
Hình 3.24: Kết nối rơ le, PLC, biến tần và động cơ.
3.4 Thiết kế giao diện PC (WinCC ) 3.4.1 Tạo project mới
Khởi động SIMATIC WinCC chọn project (Sing_user Project) ok.
Sau đó chọn tên project (TachThep) chọn đường dẫn sau đó create để tạo project mới.
Sau đó thêm driver của PLC cần liên kết bẳng cách click chuột vào tag management rồi chọn add new driver.
Trong ô add new driver, chọn simentic s7 protool suit, bẳng cách chọn dấu cộng.
Tạo một liên kết mới bẳng cách chuột phải vào MPI rồi chọn new connection.
Chọn tên cho connection (s7-300). Sau đó chọn properties. Slot number chọn 2 rồi ok.
3.4.2 Tag
Trong giao diện MPI ta tag các tag ngoại bằng cách vào MPI s7- 300
Chọn new tag. Rồi gắn các tag tương ứng đầu vào và đầu ra out tương ứng trong PLC
3.4.3 Tạo giao diện bằng Graphics designer
Hình 3.26: Dao diện của hệ thống dàn thép thanh.
3.5 Quy trình công nghệ, thuật toán và các chương trình điều khiển3.5.1 Quy trình công nghệ 3.5.1 Quy trình công nghệ
Sau khi thép được dàn đều và đưa ra băng tải bởi hệ thống dàn thép. Lúc này cảm biến quang E3Jk có nhiệm vụ phát hiện thép và cho tín hiệu I0.2 lên 1.
Khi chuyển trạng thái từ 0 1 Counter đếm lên 1. Cứ mỗi lần chuyển trạng thái
như vậy Counter sẽ đếm lên cho đến khi đạt đến giá trị mong muốn (10). Lúc này sàn nâng sẽ nâng số thanh đã đếm sang vị trí cân. Quá trình này được lập đi lập lại cho đến khi có tín hiệu dừng của người điều khiển.
Hình 3.27: Lưu đồ thuật toán đếm sản phẩm bằng PLC.
Giải thích thuật toán:
B1: Khởi tạo chương trình (cấp nguồn).
B2: Sau khi cấp nguồn đèn xanh sáng, khởi động sàn rung, động cơ 1 và động cơ 2 hoạt động. Set N=0.
+ Nếu chưa đếm đủ 10 sản phẩm thì quay lại bước 2. + Nếu đếm đủ 10 sản phẩm thì chuyển sang bước 3.
B4: Khởi động sàn nâng đồng thời đèn xanh tắt, đèn đỏ bật.
B5: Nếu chưa hết 1s thì quay lại bước 4, ngược lại chuyển sang bước 6. B6: Sàn nâng hạ xuống (off). Đèn xanh sáng, đèn đỏ tắt.
B7: Đếm đủ đến N=? nếu đúng kết thúc nếu sai quay lại B2
3.5.3 Sơ đồ kết nối PLC với các linh kiện
3.5.4 Cấu hình phần cứng
Hình 3.29: Cấu hình phần cứng.
3.5.5 Bảng địa chỉ
Bảng 3.2: Bảng địa chỉ đầu vào.
Bảng 3.3: Bảng giá trị đầu ra.
3.5.6 Mã nguồn trong WinCC
Mã nguồn cho vật di chuyển và đếm sản phẩm.
#include "apdefap.h" int gscAction(void ) { int x, c; c=GetTagDWord("DemSanPhamXXX"); x=GetLeft("TachThep.pdl","Group3"); if((GetTagBit("DenXanh")==1)&&(x>260)) { x=x-1; SetLeft("TachThep.pdl","Group3",x); } if(x==260)
{ SetLeft("TachThep.pdl","Group3",280); c ++; if(c>10) {c=1; SetTagBit("SanCL",1);} else SetTagBit("SanCL",0); SetTagDWord("DemSanPhamXXX",c); } return 0; }
3.6 Kết quả
3.6.1 Kết quả mô phổng theo PLC SIMATIC
Khởi động băng tải, đèn xanh, động cơ 1, động cơ 2, sàn rung.
Đếm đủ thì đèn xanh tắt đèn đỏ báo. Sàn nâng sẽ chuyển sản phẩm đã đếm sang vị trí cân trong 1s. Sau đó đếm trở lại như ban đầu.
3.6.2 Mô Phổng WinCC
Nhận xét:
Từ kết quả mô phỏng ta thấy được:
+ Thép đã được dàn đều
KẾT LUẬN
Trong khi thực hiện đồ án này, sau khi khảo sát tỉ mỉ tại nhà máy cán thép NatsteeiVina Lưu Xá em đã thiết kế hệ thống đếm thép cây tự động bao gồm thiết kế cơ khí, thiết kế hệ điều khiển dùng PLC và thiết kế phần mềm điều khiển. Hoạt động của hệ thống đã được mô phỏng kiểm chứng cho thấy sự hoạt động chính xác của thiết kế.
Thông qua thực hiện đồ án em đã trang bị cho mình một vốn kiến thức vững chắc về PLC và lập trình STEP7, WinCC. Hiểu và ứng dụng của một số linh kiện như: động cơ, rơle, cảm biến quang…trong khi xây dựng hệ thống.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do kiến thức thực tế của bản thân còn có hạn và thời gian thực hiện không cho phép nên đồ án của em vẫn còn có một số hạn chế, cụ thể như:
Phần mô phỏng bằng WinCC chưa được đẹp mắt, chưa sử dụng hết các công cụ hỗ trợ mô phỏng trong WinCC. Việc kiểm chứng mới chỉ là thực hiện trên mô phỏng.
Hướng phát triển:
Đây là một đề tài có tiềm năng được áp dụng trong thực tế. Nếu nghiên cứu kỹ càng và thực nghiệm chế tạo thử có thể ứng dụng tách thép và đếm trong môi trường công nghiệp với độ nhiễu cao.
Em rất mong nhận được sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo để em có thể hoàn thiện đồ án với chất lượng tốt hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn !
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Tự động hóa SIMATIC S7-200, Nhà
sản xuất Nông nghiệp, 1997.
[2] Phan Quốc Thô- Nguyễn Đức Chiến, Giáo trình cảm biến, Nhà xuất bản
khoa học kỹ thuật, 2008.
[3] Hoàng Minh Sơn, Mạng truyền thông công nghiệp, Nhà xuất bản khoa học
kỹ thuật, 2006.
[4] Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy, Lập trình với S7 & WinCC, Nhà xuất bản
Hồng Đức, 2008. [6] Một số website: http://www.plcvietnam.com.vn http://www.dientuvietnam.net http://www.hiendaihoa.com http://www.tudonghoa24.com http://www.dieukhien.net