Sau khi cấu hình CPU trên thanh đỡ, bây giờ ta sẵn sàng cấu hình các kết nối mạng.
Trong cổng “Devices and Networks”, sử dụng “Network view” để tạo ra các kết nối mạng giữa các thiết bị trong đề án. Để tạo ra kết nối mạng, lựa chọn hộp màu xanh lá (Ethernet) trên CPU. Kéo một đường đến hộp Ethernet trên thiết bị HMI. Thả chuột và kết nối Ethernet đã được nối.
Bảng 5.2. Cấu hình kết nối mạng logic HMI - PLC
Thao tác Kết quả Lựa chọn “Network view” để hiển thị các thiết bị dùng để kết nối
Lựa chọn cổng trên một thiết bị và kéo một kết nối đến cổng trên thiết bị thứ hai Thả chuột để tạo ra kết nối mạng 5.2.CÁCH THỨC ĐỔI ĐỊA CHỈ IP
Nếu thiết bị lập trình đang sử dụng một mạch giao tiếp Etherner – USB được kết nối đến một mạng bị cô lập, Network ID của địa chỉ IP và màn chắn mạng con của CPU và của mạch giao tiếp Etherner – USB trong thiết bị lập trình phải giống nhau
một cách chính xác. Network ID là phần đầu tiên của địa chỉ IP (ba nhóm 8 bit đầu
tiên) (ví dụ 192.168.0.16) xác định mạng IP nào mà ta đang kết nối. Màn chắn mạng con thường có một giá trị là 255.255.255.0.
5.2.1. Gán, kiểm tra địa chỉ IP cho thiết bị lập trình trong máy tính
Ta có thể gán giá trị hay kiểm tra địa chỉ IP của thiết bị lập trình với các lựa chọn trình đơn sau đây:
Kích chuột trái vào tên thiết bị
Kích chuột trái vào “ Device configuration “
Kích chuột phải vào hình ảnh thiết bị trên màn hình
Chọn “Properties”
5.2.2. Gán, kiểm tra địa chỉ IP cho thiết bị thực
Ta có thể gán một địa chỉ IP cho một thiết bị trong mạng một cách trực tuyến.
- Trong “Project tree”, kiểm tra địa chỉ IP nào được gán đến thiết bị, với các lựa
chọn trong trình đơn sau đây:
“Online access”
Kích chuột trái vào card mạng máy tính mà ta đang dùng
“Updates accessible devices”
Kích chuột trái vào thiết bị và địa chỉ thiết bị. Vd: PLC_1 [192.168.0.1]
“Online & diagnostics”
Hình 5.6. Các bước vào hộp thoại Online & diagnostics
Trong hộp thoại “Online & diagnostics”, thực hiện các lựa chọn trong trình đơn sau đây:
“Functions”
“Assign IP address”
Trong trường “IP address”, nhập vào địa chỉ IP mới.
Trong “Project tree”, kiểm nghiệm rằng địa chỉ IP mới đã được gán đến thiết bị
5.3.CÁCH THỨC LẬP TRÌNH XỬ LÝ TÍN HIỆU ANALOG CẢM BIẾN ÁP SUẤT TRONG MÔ HÌNH
Ở mục này ta chỉ tìm hiểu về cách thức lập trình cảm biến áp suất ở bồn định lượng, cảm biến quyết định tỷ lệ các màu được pha. Phần giới thiệu về cảm biến sẽ được trình bày ở chương sau.
Các bước sau đây sẽ giúp ta làm thế nào để thiết lập một chương trình dùng cảm biến áp suất đưa vào một dự án cho SIMATIC S7-1200:
Bước 1: Nhấp đúp chuột vào biểu tượng chương trình Totally Integrated
Automation Portal trên desktop
Bước 2: Chọn “Create new project” rồi nhập tên chương trình, ở đây chương trình được đặt tên là “Tank_Analog” rồi chọn “Create”.
Bước 4: Sau khi chọn “Add new device” ta nhập tên thiết bị, ở đây thiết bị được đặt tên “Control_tank”. Chúng ta chọn PLC trùng khớp với PLC chúng ta đang sử dụng, ở đây ta chọn “CPU 1214C AC/DC/Rly” nhấp đúp chuột vào “6ES7...” tùy PLC mà ta sử dụng, rồi chọn “Add”.
Bước 5: Bây giờ chương trình tự động chuyển sang project view với phần hardware configuration được mở. Tại đây, chúng ta có thể thêm module từ hardware catalog (ở phía bên phải). Với việc kéo và thả chúng ta có thể dễ dàng thêm vào từ catalog phần signal board cho 1 ngõ ra analog (6ES7 232-4HA30-0XB0).
Bước 6: Trong phần “Device Overview” chúng ta có thể cài đặt phần địa chỉ cho các ngõ vào và ngõ ra.
Tại đây, các ngõ vào Analog tích hợp sẵn trên CPU có địa chỉ từ I64 đến I67, và ngõ ra số tích hợp sẵn có địa chỉ từ Q0.0 đến Q1.1
Bước 7: Để phần mềm có thể truy cập vào đúng CPU, thì địa chỉ IP của nó và subnet mask phải được xác lập chính xác. (Properties → General → PROFINET interface → Ethernet addresses → IP addresses: 192.168.0.1 → subnet mask: 255.255.255.0).
Bước 8: Chúng ta sẽ lập trình các biến bằng cách xác định global PLC tags. Global PLC tags là những cái tên mô tả chức năng về các ngõ ra và ngõ vào được sử dụng trong chương trình.
Các global tags có thể được sử dụng trong toàn chương trình trong tất cả các khối. Chọn “PLC tags” trong “Control_Tank[CPU1214C AC/DC/Rly]”. Nhấp đúp chuột vào “PLC tags” chúng ta sẽ nhập tên các ngõ vào và ngõ ra như hình bên dưới.
Bước 9: Để tạo Function block FC1, chọn “Program blocks”. Sau đó nhấp đúp vào “Add new block”
Bước 10: Xuất hiện hộp thoại, chọn “Function (FC)” và đặt tên tùy thích, ở đây ta đặt tên là “Filling_level_tank1”. Chọn ngôn ngữ lập trình là LAD. Số thứ tự được chọn tự động, xong nhấn “OK”
Bước 11: Khi khai báo biến cục bộ, ta cần khai báo các biến cần thiết sau: Ngõ vào (Input)
Tank_level_AI: Ở đây, cảm biến cấp độ nhập vào các giá trị tương tự. Ngõ ra (Out put)
Tank_max: Ở đây, chỉ mức nước tối đa được ghi vào đầu ra. Tank_min: Ở đây, chỉ mức nước tối thiểu được ghi vào đầu ra. Biến nhớ tạm thời: (Temp)
Tank_level_real: Biến này để lưu một giá trị trung gian.
Tank_level_norm: Ở đây, một giá trị cho các cấp độ trong các định dạng dấu chấm động được cung cấp.
Bước 12: Sau khi khai báo các biến cục bộ, chúng ta nhập vào chương trình bằng cách sử dụng các tên biến (các biến được xác định bởi biểu tượng “#”). Chương trình viết trong FC1:
Bước 13: Bây giờ. Từ khối OB1 chúng ta gọi khối hàm “Filling_level_tank1[FC1]”. Nếu không khối hàm sẽ không thực hiện. Nhấp đúp vào biểu tượng “Main[OB1]”
Bước 14: Kéo và thả khối “Filing_level_tank1 [FC1]” vào Network 1 của khối hàm chính OB1.
Bước 15: Sau đó, nhập vào các biến ngõ vào và ngõ ra tương ứng trên khối hàm, sau đó nhấn vào “Save project” là hoàn thành chương trình.
CHƯƠNG 6
GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 6.1. LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN
6.2.PHÂN ĐỊA CHỈ VÀO RA
Bảng 6.1. Phân địa chỉ vào ra
Đầu vào Đầu ra
Thiết bị Địa chỉ Thiết bị Địa chỉ
ON I0.0 Bơm van 1 Q0.0
OFF I0.1 Bơm van 2 Q0.1
Nút nhấn màu Nho I0.2 Bơm van 3 Q0.2
Nút nhấn màu Cam I0.3 Van xả bồn định lượng Q0.3
Nút nhấn màu Rêu I0.4 Van xả bồn trộn Q0.4
Công tắc hành trình 1 I0.5 Động cơ trộn Q0.5
Công tắc hành trình 2 I0.6 Động cơ băng tải chính Q0.6
Công tắc hành trình 3 I0.7 Động cơ băng tải phụ Q0.7
Công tắc hành trình 4 I1.0 Động cơ cần gạt trái Q1.0
Công tắc hành trình 5 I1.1 Động cơ cần gạt phải Q1.1
Công tắc hành trình 6 I1.2
Công tắc hành trình 7 I1.3
Hình 6.1. Sơ đồ mạch động lực
6.4. SƠ ĐỒ KẾT NỐI PLC
Hình 6.2. Sơ đồ kết nối PLC
CHƯƠNG 7: TỔNG QUAN MÔ HÌNH, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
7.1.TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH
7.1.1.Giới thiệu các thiết bị trong mô hình
7.1.1.1. Thiết bị bên trong tủ điện
1. CPU 1214C AC/DC/Rly của PLC SIEMEN S7-1200
Hình 7.1. CPU 1214C AC/DC/Rly 2. Màn hình HMI KTP 600 Basic PN Hình 7.2. Màn hình HMI KTP 600 Basic PN 3. CB Hình 7.3. thiết bị đóng ngắt CB
4. Rơ le trung gian
Hình 7.4. Rơ le trung gian
5. Cầu chì
Hình 7.5. Cầu chì
7.1.1.2. Thiết bị bên ngoài
1. Cảm biến áp suất
2. Công tắc hành trình Hình 7.7. Công tắc hành trình 3. Động cơ bơm Hình 7.8. Động cơ bơm 4. Van xả Hình 7.9. Van xả
5. Động cơ trộn
Hình 7.10. Động cơ trộn
7.1.2.Yêu cầu kĩ thuật
7.1.2.1. 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.
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 suất ra một màu nhất định tương ứng với khối lượng được nhập vào từ giao diện trên bảng điều khiển.
Một số thành phần các màu cơ bản:
Bảng 7.1. Tỷ lệ màu cơ bản để trộn màu
Sản phẩm Xanh Đỏ Vàng Cam 5 45 50 Rêu 45 5 50 Nho Tỷ lệ (%) 10 70 20
Trước khi chuẩn bị pha màu cần xem kỹ màu mẫu mà đối chiếu để tăng hoặc giảm tỷ lệ màu 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 thì thùng sơn đặc 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
7.1.2.2. Cơ sở quá trình trộn
Khái niệm về trộn và mục đích:
Tạo thành hỗn hợp đồng nhất của hai hay nhiều chất rắn hoặc lỏng lại với nhau.
Trong công nghiệp hoá chất,công nghiệp thực phẩm quá trình trộn được ứng
dụng nhiều để tạo ra các sản phẩm đồng nhất
Động cơ trộn sơn có chức năng hòa lẫn hỗn hợp các màu sơn thành một hỗn hợp sơn có màu sắc đồng nhất, đồng đều trong từng khối thể tích, giúp cho việc pha sơn trở nên nhanh chóng, dễ dàng.
7.1.2.3. Mức độ đồng đều của sản phẩm
Khi trộn một khối lượng a của chất A với khối lượng b của chất B để tạo thành một hỗn hộp đồng nhất thì thành phần của chất A và chất B trong hỗn hợp lý tưởng sẽ là :
Đối với chất A: CA = (1)
Đối với chất B: CB = (2)
Ta có: CA + CB = 1
Các thành phần này sẽ như nhau ở mọi thành phần thể tích của hỗn hợp. Những hỗn hợp lí tưởng này chỉ đạt được khi thời gian trộn tiến tới vô hạn. Thực tế, không thể đạt được hỗn hợp lí tưởng vì thời gian trộn không tiến tới vô hạn được.
Bởi vậy trong hỗn hợp thực thì thành phần của các chất A và B ở các phần thể tích khác nhau của hỗn hợp sẽ khác nhau, sự khác nhau này càng ít thì hỗn hợp càng gần với hỗn hợp lí tưởng.
7.1.3.Mô hình hệ thống pha màu tự động
Hình 7.11. Mô hình hệ thống pha trộn sơn tự động
a. Bồn chứa các màu cơ bản và động cơ bơm sơn
Hình 7.12. Bồn chứa màu cơ bản và động cơ bơm
b. Các van xả của các màu sơn thành phần
Hình 7.13. Van xả sơn thành phần
Được tác động đồng thời với động cơ bơm, có tác dụng khi ta ngừng bơm thì van sẽ ngắt, giúp cho lượng sơn còn dư trong ống sẽ không bị chảy vào bồn định lượng.
c. Bồn định lượng
Hình 7.14. Bồn định lượng Có tác dụng định lượng các màu sơn thành phần.
d. Cảm biến áp suất và van xả bồn định lượng
Cảm biến được đặt những giá trị thích hợp để tác động vào các bơm và van xả sơn thành phần theo một tỷ lệ hợp lý.
e. Bồn chứa và động cơ trộn đều hỗn hợp
Hình 7.16. Bồn chứa và động cơ trộn sơn hỗn hợp
Bồn chứa sẽ chứa hỗn hợp sơn 3 màu cơ bản của sơn thành phần, lúc này tỷ lệ sơn ở các khối thể tích là không đều, động cơ trộn sẽ trộn cho hỗn hợp sơn đều ở mức độ tương đối nào đó.
f. Tủ điện điều khiển của hệ thống và HMI
Hình 7.18. Màn hình HMI điều khiển mô hình Điều khiển quá trình hoạt động của mô hình.
g. Bồn chứa sơn thành phẩm và băng tải chính
Hình 7.19. Bồn chứa sơn thành phẩm và băng tải chính
Bồn sẽ chứa lượng sơn thành phẩm vừa được pha chế từ 3 màu cơ bản và được băng tải chính đưa đi phân loại.
h. Băng tải phụ và cần gạt
Cần gạt có chức năng phân loại sơn thành phẩm theo các màu khác nhau ở băng tải phụ.
7.1.4. Giao diện điều khiển HMI và nguyên lý hoạt động của mô hình
Hình 7.21. Giao diện HMI Nguyên lý hoạt động:
Ta có thể vận hành trực tiếp qua hộp điều khiển hoặc thông qua màn hình giám sát HMI.
Nhấn nút “ON”, bắt đầu chu trình làm việc của hệ thống.
Tiếp theo ta sẽ lựa chọn màu sơn cần pha trộn, bằng cách nhấn nút nhấn “Nho”, “Cam” hoặc “Rêu”.
Sau khi nhấn nút chọn màu, tương ứng với 3 màu “Nho”, “Cam”, “Rêu” được nhấn thì sẽ tác động rơ le trung gian 1, 2 hoặc 3 có điện, kết hợp với giá trị cảm biến áp suất sẽ tác động để động cơ bơm và van thùng chứa 3 màu sơn cơ bản vàng, xanh dương và đỏ lần lượt được bơm vào bồn định lượng.
Khi bồn định lượng đạt mức 2 lít thì cảm biến áp suất sẽ tác động ngắt điện rơ le trung gian tương ứng với động cơ bơm và van của màu cuối cùng vừa được bơm (Vàng, xanh dương hoặc đỏ). Đồng thời, tác động vào rơ le trung gian 4 có điện, đóng tiếp điểm lại, lúc này van xả bồn định lượng được xả.
Sau một khoảng thời gian, lúc này hỗn hợp sơn trong bồn định lượng được xả hết vào bồn trộn. Timer sẽ tác động ngắt điện rơ le trung gian 4, van xả bồn định lượng đóng lại. Đồng thời, tác động vào rơ le trung gian 6 có điện, đóng tiếp điểm động cơ trộn sẽ hoạt động với khoảng thời gian cần thiết (tùy vào ta đặt thời gian cho Timer) để hòa hỗn hợp 3 màu sơn cơ bản thành một màu đồng nhất.
Sau một khoảng thời gian Timer tác động ngắt điện rơ le trung gian 6 dừng động cơ trộn. Đồng thời, rơ le trung gian 7 có điện, đóng tiếp điểm lúc này băng tải chính chạy, đưa thùng vào vị trí xả. Vị trí xả được gắn công tắc hành trình 1 tác động vào I0.5 của PLC cho ngừng băng tải chính. Khi thùng vào vị trí xả thì rơ le trung gian 6 có điện, đóng tiếp điểm van xả bồn trộn hoạt động, cho xả sơn thành phẩm vào thùng chứa sơn thành phẩm băng tải chính vừa đưa tới.
Sau một khoảng thời gian van đã xả hết sơn vào thùng chứa sơn thành phẩm thì Timer tác động ngắt điện rơ le trung gian 6, van xả đóng lại. Đồng thời, rơ le trung gian 7 được tác động, băng tải chính chạy đưa thùng đến băng tải phụ. Băng tải chính đưa thùng đến vị trí công tắc hành trình 2 thì lúc này công tắc hành trình 2 sẽ tác động vào I0.6 của PLC, lúc này I0.6 tác động vào rơ le trung gian 8 có điện đóng tiếp điểm, băng tải phụ chạy. Lúc này cả 2 băng tải chính, phụ đều chạy để có thể chuyển thùng dễ dàng từ băng tải chính qua băng tải phụ.