5. Ứng dụng, nhu cầu thực tế của đề tài
3.6.1. Ngôn ngữ lập trình LAD
LAD là một ngôn ngữ lập trình kiểu đồ họa. Sự hiển thị được dựa trên các sơ đồ mạch điện.
Hình 3.7. Ví dụ lập trình LAD cơ bản
Các phần tử của một sơ đồ mạch điện, như các tiếp điểm thường đóng hay thường mở, và các cuộn dây được nối với nhau để tạo thành các mạng.
Để tạo ra sơ đồ logic cho các thực thi phức tạp, ta có thể chèn vào các nhánh để tạo ra các mạch logic song song. Các nhánh song song được mở ra theo hướng xuống hay được kết nối trực tiếp đến thanh dẫn tín hiệu. Ta kết thúc các nhánh theo hướng lên trên.
Cần chú ý đến các quy tắc sau đây khi tạo ra một mạng LAD:
Mỗi mạng LAD phải kết thúc bằng một cuộn dây hay một lệnh dạng hộp. Không được kết thúc một mạng với cả lệnh so sánh (Compare) hay lệnh phát hiện ngưỡng (ngưỡng dương hay ngưỡng âm).
Ta không thể tạo ra một nhánh mà có thể đưa lại kết quả là một dòng tín hiệu theo chiều ngược lại.
Ta không thể tạo ra một nhánh mà có thể gây nên ngắn mạch. 3.6.2. Ngôn ngữ lập trình FBD
Giống như ngôn ngữ LAD, ngôn ngữ FBD cũng là một ngôn ngữ lập trình kiểu đồ họa. Sự hiển thị của mạch logic được dựa trên các biểu tượng logic đồ họa sử dụng trong đại số Boolean.
Các hàm toán học và các hàm phức khác có thể được thể hiện một cách trực tiếp trong sự kết hợp với các hộp logic. Để tạo ra logic cho các vận hành phức tạp, ta chèn các nhánh song song giữa các hộp.
Hình 3.8. Ví dụ về lập trình FBD Việc hiểu biết về EN và ENO cho các lệnh “hộp”
Cả ngôn ngữ LAD và FBD đều sử dụng “dòng tín hiệu” (EN và ENO) đối với một vài lệnh “hộp”. Các lệnh cố định (như lệnh toán học và lệnh di chuyển) hiển thị các thông số cho EN và ENO. Các thông số này liên quan đến dòng tín hiệu và xác định khi nào lệnh được thực thi trong suốt lần quét đó.
EN (Enable In) là một ngõ vào Boolean cho các hộp trong ngôn ngữ LAD và FBD. Dòng tín hiệu (EN = 1) phải được hiện diện tại ngõ vào này để cho lệnh hộp được thực thi. Nếu ngõ vào EN của một hộp LAD được kết nối trực tiếp đến thanh dẫn tín hiệu bên trái, hộp sẽ luôn luôn được thực thi.
ENO (Enable Out) là một ngõ ra Boolean cho các hộp trong ngôn ngữ LAD và FBD. Nếu hộp có dòng tín hiệu tại ngõ vào EN và hộp thực thi các chức năng của nó mà không có lỗi, khi đó ngõ ra ENO sẽ cho dòng tín hiệu (ENO = 1) đi qua đến phần tử kế tiếp. Nếu một lỗi được phát hiện trong quá trình thực thi của lệnh hộp, dòng tín hiệu sau đó sẽ bị ngắt (ENO = 0) tại hộp lệnh đã sinh ra lỗi.
Bảng 3.1. So sánh ngôn ngữ lập trình LAD và FBD Trình soạn thảo
chương trình
Các ngõ vào/ngõ
ra Toán hạng Kiểu dữ liệu
LAD EN, ENO Power Flow (dòng tín
hiệu) Bool
EN I, I:P, Q, M, DB, Temp,
Power Flow Bool
FBD
CHƯƠNG 4
MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN ỨNG DỤNG PLC S7-1200 ĐIỀU KHIỂN LOGO QUA MẠNG
4.1. TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH
Mô hình điều khiển ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển LOGO qua mạng là một mô hình thể hiện sự truyền thông dữ liệu giữa PLC S7-1200 và LOGO!0BA7 để cùng phối hợp xử lý một công việc.
Đồ án đã sử dụng mô hình pha trộn và phân loại sơn tự động để thể hiện tính ứng dụng điều khiển của PLC S7-1200 để điều khiển LOGO!0BA7 và ngược lại để thực hiện quá trình pha trộn và phân loại sơn.
Cách thức giao tiếp PLC S7-1200 với LOGO! 0BA7. Bước 1: Khai báo cấu hình S7-1200 trong “Device configuration”
Bước 2: Trong “Profinet Interface”, thêm subnet mới bằng cách nhấn “Add new subnet”, nhập địa chỉ IP, subnet mask của S7-1200.
Tạo kết nối ethernet bằng cách: chọn “Network view”, “Connection”, nhấp chuột phải vào CPU S7-1200, chọn “Add new connection”.
Bỏ dấu chọn trong ô “Establish active connection”, nhấn “Add’’. Sau đó nhấn “Close”.
Nhập thông số cho kết nối vừa tạo:
2. Tab “Address details“:
Viết chương trình LOGO! trong LOGO!Soft Comfort V.7: Tạo kết nối mới, vào “Tools; Ethernet Connections”: 1. Nhập địa chỉ IP và subnet mask của LOGO.
5. Nhấn chuột phải vào “Ethernet Connections”, chọn “Add connection”
3. Chọn “Client Connection: ...”. Nhập TSAP và địa chỉ IP của S7-1200.
Giải thích:
Hàng 1: 1 byte dữ liệu, là byte số 1 trong data block 1 của S7-1200 sẽ được LOGO đọc và lưu vào vùng nhớ V, byte số 1: VB1.
Hàng 2: 1 byte dữ liệu là giá trị tín hiệu ngõ vào số I1 đến I8 của LOGO sẽ được gửi đến byte số 0, data block 1 của S7-1200.
Trong chương trình của LOGO cần thêm các hàm đọc tín hiệu qua mạng (hàm network input). Địa chỉ các hàm đọc tín hiệu qua mạng ứng với VB1 là VB1.0, VB1.1, VB1.2, … VB1.7
Tạo data block trong chương trình S7-1200:
Khai báo các biến:
4.2. CÁC THIẾT BỊ TRONG MÔ HÌNH
4.2.1. CPU 1214C AC/DC/RC của PLC Seimens S7-1200
Trong mô hình, CPU 1214C dùng để lập trình điều hiển hoạt động của các thiết bị: van điện từ, động cơ điện, bơm nhiên liệu, cảm biến, đèn hiển thị.
Hình 4.1. Hình ảnh PLC S7-1200 4.2.2. Thiết bị LOGO! 12/24 RCE
Trong mô hình thì thiết bị LOGO dùng để điều khiển hoạt động của các động cơ băng tải và động cơ cần gạc để phân loại sản phẩm.
Hình 4.2. Hình ảnh LOGO! 0BA7 4.2.3. Module CSM 1277 SIMATIC NET
Module CSM 1277 SIMATIC NET dùng để kết nối các thiết bị với nhau thành một mạng truyền thông theo chuẩn Profinet.
Các thiết bị có thể kết nối với nhau thông qua cổng này như: PLC S7-1200, LOGO! 0BA7, màn hình HMI, ...
Hình 4.3. Module CSM 1277 SIMATIC NET 4.2.4. Cầu dao điện
CB bảo vệ là khí cụ điện dùng để đóng mạch điện động lực và các thiết bị phụ tải có công suất lớn, trong mô hình này dùng để đóng cắt điện cho sự hoạt độnghệ thống hoạt động.
Điện áp cung cấp 250 VAC /50 Hz Cường độ dòng điện định mức: 6A
Hình 4.4. Hình ảnh CB 4.2.5. Relay trung gian
Relay trung gian là một khí cụ điện được dùng trong lĩnh vực điều khiển tự động. Đây là một loại relay điện áp, nguyên lý hoạt động tương tự như contactor, nhưng điểm khác biệt giữa contactor và relay trung gian như sau:
- Relay trung gian chỉ có một loại tiếp điểm cho các dòng điện có cường độ nhỏ đi qua, không có tiếp điểm chính và tiếp điểm phụ.
- Trong relay trung gian cũng có những tiếp điểm thường đóng và tiếp điểm thường mở nhưng không có bộ phận dập hồ quang điện.
Trong mô hình sử dụng 10 relay trung gian với các thông số kỹ thuật như sau : - Loại 02 tiếp điểm thường đóng 02 tiếp điểm thường mở
- Điện áp cuộn dây:220 VAC/5A
- Cường độ dòng điện định mức :5A / 28 VDC hoặc 220 VAC
4.2.6. Van điện từ
Valve solenoid là một khí cụ điện được dùng trong lĩnh vực điều khiển sự đóng ngắt các valve bằng cách cấp nguồn cho các cuộn coil bên trong valve.
Hình 4.6. Hình ảnh van điện từ 4.2.7. Cảm biến áp suất (Pressure Transmitter)
Bộ Pressure Transmitter được sử dụng để đo thể tích cũng như khối lượng của mực chất lỏng, bộ Pressure Transmitter chuyển đổi áp suất của cột nước trong bồn thành giá trị dòng điện.
Thông số kỹ thuật :
- Điện áp cung cấp: 24 VDC /5A
- Cường độ dòng điện định mức: 5A / 28 VDC - Tín hiệu trả về: 4mA -20 mA
Hình 4.7. Cảm biến áp suất 4.2.8. Bơm nhiên liệu
Bơm nhiên liệu dùng để bơm sơn nhiên liệu từ các thùng đựng sơn đến thùng định lượng để định lượng phần trăm sơn thành phần.
Hình ảnh của bơm nhiên liệu được sử dụng trong mô hình: Thông số kỹ thuật:
- Điện áp cung cấp: 220V-240V, 50Hz - H.MAX: 1,8 m
- F.MAX: 2800 L/H
Hình 4.8. Bơm nhiên liệu 4.2.9. Động cơ
Động cơ dùng để tạo động lực cho các bộ phận chuyển động như: cần trộn sơn, cần gạc thùng đựng sơn thành phẩm, hoạt động băng tải.
Cần trộn sơn và cần gạc được điều khiển bởi động cơ một chiều. Trong mô hình sử dụng động cơ như hình dưới:
Hình 4.9. Động cơ trộn và động cơ cần gạc
Động cơ điều khiển sự hoạt động của băng tải là loại động cơ có hộp giảm tốc, nhằm mục đích nâng cao khả năng tải nặng của băng tải. Trong mô hình sử dụng động cơ giảm tốc cơ cấu kẹp.
Thông số kỹ thuật:
- Điện áp cung cấp: 24V DC - Công suất: 7W
- Tốc độ: 70 vòng/phút - Momen max: 1,9 N.m
4.3. YÊU CẦU CÔNG NGHỆ
Xây dựng một hệ thống pha trộn sơn và phân loại sơn hoàn toàn tự động bằng việc ứng dụng mạng truyền thông giữa CPU PLC S7-1200 và CPU LOGO!0BA7. Cả 2 CPU PLC và LOGO cùng phối hợp truyền dữ liệu qua lại với nhau để thực hiện quá trình pha trộn và phân loại sơn.
Quy trình thực hiện như sau:
- Khi nhấn nút START thì hệ thống khởi động.
- Nhấn nút pha trộn màu A, B hoặc C thì hệ thống bắt đầu hoạt động:
- Băng tải chính hoạt động đưa thùng đựng sơn thành phẩm tới vị trí cảm biến 1 (vị trí van xả của bồn trộn)
- Các bơm và van nhiêu liệu bắt đầu mở lần lượt từ để bơm sơn nhiên liệu vào bồn định lượng, quá trình định lượng có sự tham gia của cảm biến áp suất, dự vào sự thay đổi của giá trị cảm biến mà định lượng phần trăm sơn nhiên liệu để tổng hợp được màu sơn mong muốn.
- Sau khi tổng hợp xong sơn nhiên liệu thì van xả tại bồn định lượng sẽ mở đổ sơn vào bồn trộn, sau khi xả xong sơn thì cần trộn sơn bắt đầu hoạt động để sơn được trộn đều màu.
- Sau khi trộn xong, van xả tại bồn trộn được kích mở để cho sơn được đổ vào thùng đựng sơn thành phẩm.
- Sau khi sơn đã được xả hết vào thùng đựng sơn thành phẩm thì băng tải chính bắt đầu hoạt động đưa thùng đựng sơn đến vị trí cảm biến 2 (vị trí gần cuối băng tải chính), lúc này cả 2 băng tải chính và băng tải phụ đều hoạt động, thùng đựng sơn được phân loại nhờ cần gạt.
- Khi thùng sơn đã đến cuối băng tải phụ thì kết thúc quá trình và chờ nhận lệnh trộn màu tiếp theo.
- Khi nhấn STOP hệ thống ngừng hoạt động.
4.4. SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ SƠ ĐỒ KẾT NỐI CPU
Hình 4.11. Sơ đồ mạch động lực (đối với các thiết bị dùng nguồn 220V AC)
Hình 4.12. Sơ đồ mạch động lực (đối với các thiết bị dùng nguồn DC) Trong đó:
- M1, M2, M3: 3 động cơ bơm nhiên liệu của 3 sơn thành phần 1, 2 và 3. - Van 1, van 2, van 3: tương ứng 3 van của 3 bơm nhiên liệu.
- Van 4, Van 5: van xả bồn định lượng và bồn trộn sơn.
- M4: động cơ cần trộn, M5 và M6: động cơ băng tải chính và băng tải phụ. - M7: động cơ cần gạt.
4.4.2. Sơ đồ kết nối CPU
4.4.2.1. Sơ đồ kết nối CPU PLC S7-1200
Hình 4.13. Sơ đồ kết nối CPU PLC S7-1200
4.4.2.2. Sơ đồ kết nối CPU LOGO!0BA7
Hình 4.14. Sơ đồ kết nối CPU LOGO!0BA7
4.5.1. Phân địa chỉ vào ra đối với CPU PLC
Bảng 4.1. Phân địa chỉ vào ra đối với CPU PLC
Địa chỉ Thiết bị điều
khiển Ghi chú I0.0 Nút nhấn Nút nhấn Start I0.1 Nút nhấn Nút nhấn Stop I0.2 Nút nhấn Nút nhấn trộn màu A I0.3 Nút nhấn Nút nhấn trộn Màu B Ngõ vào I0.4 Nút nhấn Nút nhấn trộn màu C
Q0.0 Relay K1 Điều khiển bơm và van 1 Q0.1 Relay K2 Điều khiển bơm và van 2 Q0.2 Relay K3 Điều khiển bơm và van 3 Q0.3 Relay K4 Điều khiển van xả bồn tổng hợp Q0.4 Relay K5 Điều khiển van xả bồn trộn Q0.5 Relay K6 Điều khiển động cơ trộn sơn
Q0.6 Đèn Start Ngõ ra
4.5.2. Phân địa chỉ vào ra đối với CPU LOGO!
Bảng 4.2. Phân địa chỉ vào ra đối với CPU LOGO
Địa chỉ Thiết bị điều khiển Ghi chú
I1 Công tắc hành trình Cảm biến 1 I2 Công tắc hành trình Cảm biến 2 I3 Công tắc hành trình Cảm biến 3 I4 Công tắc hành trình Cảm biến 4 I5 Công tắc hành trình Cảm biến 5 I6 Công tắc hành trình Cảm biến 6 Ngõ vào I7 Công tắc hành trình Cảm biến 7 Q1
Relay 7 Điều khiển động cơ
băng tải chính
Q2
Relay 8 Điều khiển động cơ
băng tải phụ
Q3
Relay 9 Điều khiển cần gạt sang
trái Ngõ ra
Q4
Relay 10 Điều khiển cần gạt sang
4.6. PHƯƠNG PHÁP PHA CHẾ CÁC MÀU SƠN
Để pha trộn được một màu sơn nào đó chúng ta phải tìm hiểu kỹ thuật về pha chế màu, tức phải nắm bắt được tỷ lệ giữa các màu cơ bản là bao nhiêu %
Do vậy yêu cầu:
- Các sơn phải có màu chuẩn
- Hỗn hợp phải được khuấy trộn đều đặn
Do có hạn chế về việc sử dụng các thiết bị trong mô hình mà người thiết kế chỉ đưa vào 3 màu cơ bản để sản xuất ra một màu nhất định tương ứng với khối lượng nhất định.
Bảng 4.3. Một số thành phần các màu cơ bản
Màu sơn Xanh Đỏ Vàng
Cam 5 50 45
Rêu 60 10 30
Nho
Tỷ lệ (%)
10 70 20
Trước khi chuẩn bị pha màu cần xem kĩ màu mẫu mà đối chiếu để tăng hoặc giảm một màu thứ, màu chính nào đó cho đạt tiêu chuẩn. Các màu pha lẫn phải khuấy thật đều với nhau cho các màu sơn tan hoàn toàn, pha chế màu sơn phải theo công thức tỷ lệ phần trăm như bảng hướng dẫn. Tuy nhiên cần phải linh hoạt tăng hoặc giảm để đạt được màu sắc thích hợp và đẹp mắt, vì ngay trong một thùng sơn cùng màu thùng sơn đặc thì màu sắc đậm hơn thùng sơn loãng.
Khi pha chế màu sơn cần chú ý không được pha lẫn màu sơn gốc dầu với sơn gốc nhựa tổng hợp, vì thành phần hóa học của hai loại sơn này khác nhau về cơ bản.
Trong khi pha chế màu sơn nếu gặp trường hợp sơn đặc không đủ độ nhớt theo tiêu chuẩn thì cần pha dung môi và dầu sơn theo từng loại sơn để đảm bảo độ nhớt sau đó mới pha chế màu sơn.
Sau khi đã pha chế màu xong cần phải xem thử để kiểm tra màu sơn trước khi đưa vào sơn hàng loạt sản phẩm.
4.7. MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG ỨNG DỤNG MẠNG ĐIỀU KHIỂN PLC S7-1200 VÀ LOGO! 0BA7 ĐIỀU KHIỂN PLC S7-1200 VÀ LOGO! 0BA7
Mô hình hệ thống pha màu tự động là một hệ thống hoàn toàn tự động được điều khiển bởi bộ điều khiển lập trình PLC siemens S7-1200 CPU 1214C và LOGO!0BA7.
4.7.1. Các bồn chứa các màu cơ bản
Hình 4.16. Bồn chứa sơn nhiêu liệu 4.7.2. Các van xả của các màu thành phần
Hình 4.17. Van xả của bơm 4.7.3. Bồn định lượng
Hình 4.18. Bồn định lượng
(bồn định lượng được đặt thẳng đứng, hình ảnh đã được xoay ngang) 4.7.4. Cảm biến áp suất và van xả bồn định lượng
4.7.5. Bồn trộn
Hình 4.20. Bồn trộn sơn 4.7.6. Tủ điều khiển của hệ thống
4.8. LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN
4.8.1. Khởi động hệ thống trộn sơn
4.8.2. Thực hiện chương trình
4.9. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN