›
›

Đồ án Điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu cho hệ thống băng tải

pdf 70 trang huongle 1600
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu cho hệ thống băng tải", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_dieu_khien_giam_sat_va_thu_thap_du_lieu_cho_he_thong_b.pdf

Nội dung text: Đồ án Điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu cho hệ thống băng tải

  1. MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 3 CHƢƠNG 1: TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI 4 1.1. Gới thiệu chung về băng tải 4 1.2. Trang bị điện cho băng tải 5 1.2.1. Động cơ truyền động 5 1.2.2. Cấu tạo động cơ điện một chiều 5 1.2.3. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều 8 1.2.4. Sức điện động phần ứng, công suất điện từ và momen điện từ của máy điện một chiều 9 1.2.5. Phản ứng phần ứng của máy điện một chiều 10 1.2.6. Nguyên nhân tia lửa điện trên cổ góp và biện pháp khắc phục 12 1.2.7. Mở máy động cơ điện một chiều 13 CHƢƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ WINCC VÀ PLC S7-300 14 2.1. Tìm hiểu về WinCC 14 2.1.1. Tổng quan về WinCC 14 2.1.2. Đặc trƣng cơ bản của WinCC 14 2.2. Tìm hiểu về PLC S7-300 17 2.2.1. PLC( programable logic controler) 17 2.2.2. Các tín hiệu kết nối với PLC 18 2.2.3. Các module của PLC S7-300 18 2.2.3.1. Module CPU 18 2.2.3.2. Các Module mở rộng 19 2.2.4. Bộ nhớ PLC 19 2.2.4.1. Vùng chứa chƣơng trình ứng dụng 19 2.2.4.2. Vùng chứa tham số của hệ điều hành 20 2.2.4.3. Vùng chứa các khối dữ liệu 21 CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THốNG BĂNG TảI 22 3.1. Phân tích hệ thống băng tải 22 3.1.1. Cảm biến hồng ngoại 22 1
  2. 3.1.2. Cảm biến màu ( TCS3200 và TCS3210) 23 3.2. Xây dựng chƣơng trình PLC và WinCC cho hệ thống băng tải 28 3.2.1. Chƣơng trình PLC 28 3.2.1.1. Khởi tạo khai báo phần cứng của PLC 28 3.2.1.2. Viết chƣơng trình phần mềm cho PLC. 32 3.2.2. Khởi tạo và lập trình trên WinCC cho hệ thống băng tải 38 3.2.2.1. Lập dự án WinCC và tạo các biến 38 3.2.2.2. Thiết kế giao diện trên WinCC 44 3.2.2.3. Viết chƣơng trình chuyển động cho các vật thể và hiển thị biến đếm 53 KẾT LUẬN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 2
  3. Lời mở đầu Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển thì các sản phẩm đƣợc sản xuất cũng nhƣ các vật liệu dùng để sản xuất cần đƣợc vận chuyển kịp thời trong quá trình sản xuất. Vì vậy trong các nhà máy sản xuất băng tải là một phƣơng pháp vận chuyển năng xuất cao hơn các loại phƣơng pháp vận chuyển khác. Băng tải là loại thiết bị vận chuyển liên tục các sản phẩm cũng nhƣ các vật liệu trong sản xuất. Đối với những hệ thống băng tải có yêu cầu cao về điều khiển,giám sát và thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất thì những hệ thống đó cần phải có những ngƣời lập trình khi nhà máy có những thay đổi về mẫu mã và chủng loại sản phẩm. Nhƣ vậy ta có thể giám sát, thu thập các dữ liệu trong quá trình sản xuất để báo cáo số liệu và giải quyết các lỗi nếu phát sinh. Đƣợc sự hƣớng dẫn tận tình của Th.s Ngô Quang Vĩ bộ môn Điện tự động công nghiệp trƣờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng và các thầy cô trong bộ môn Điện tự động công nghiệp em đã bắt tay vào tìm hiểu và thực hiện đồ án “ Điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu cho hệ thống băng tải” do Th.s Ngô Quang Vĩ hƣớng dẫn chính. Đồ án gồm những nội dung sau: Chƣơng 1: TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI Chƣơng 2: TÌM HIỂU VỀ WINCC VÀ PLC S7-300 Chƣơng 3: XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG BĂNG TẢI Mục tiêu của đồ án: Tiếp cận phƣơng pháp điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu hiện đại trong công nghiệp. 3
  4. Chƣơng 1. TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI 1.1. Gới thiệu chung về băng tải Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển thì các sản phẩm đƣợc sản xuất cũng nhƣ các vật liệu dùng để sản xuất cần đƣợc vận chuyển kịp thời trong quá trình sản xuất. Vì vậy trong các nhà máy sản xuất băng tải là một phƣơng pháp vận chuyển năng xuất cao hơn các loại phƣơng pháp vận chuyển khác. Băng tải là loại thiết bị vận chuyển liên tục các sản phẩm cũng nhƣ các vật liệu trong sản xuất. Băng tải có bộ phận kéo là tấm băng tải đồng thời là bộ phận mang vật liệu. Chuyển động đƣợc nhờ sự ma sát giữa tang và tấm băng. Về cấu tạo: Tấm băng có thể đƣợc chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau, đảm bảo hoạt động trong các môi trƣờng khác nhau bền bỉ đạt đƣợc các yêu cầu về kỹ thuật. Ƣu và nhƣợc điểm của băng tải: -Ƣu điểm: Năng suất vận chuyển lớn Làm việc êm Ít làm hỏng các chi tiết máy khác -Nhƣợc điểm: Không làm việc ở nhiệt độ cao Hệ thống băng tải bao gồm nhiều băng tải, mỗi loại nhóm băng tải có 1 nhiệm vụ khác nhau, các băng tải này phụ thuộc lẫn nhau . Vậy khi vận hành hoặc sản xuất các băng tải phải chạy đúng theo các thiết kế cho trƣớc nếu không sẽ gây ra những rủi ro trong sản xuất. Trong bài này ta sẽ xây dựng hệ thống giám sát các 4
  5. băng tải, để việc quan sát các băng tải đó dễ dàng hơn mà không phải xuống hiện trƣờng sản xuất. 1.2. Trang bị điện cho băng tải 1.2.1. Động cơ truyền động Trong công nghiệp hiện đại máy điện một chiều vẫn đƣợc coi là một loại máy quan trọng, nó có thể dùng làm động cơ điện, máy phát điện hay dùng trong những điều kiện làm việc khác. Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, vì vậy máy đƣợc dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ nhƣ cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải Máy phát điện một chiều dùng làm nguồn cho các động cơ điện một chiều, làm nguồn kích từ trong máy điện đồng bộ, cung cấp nguồn điện một chiều điện áp thấp cho công nghiệp điện hoá học nhƣ tinh luyện đồng, nhôm, mạ điện So với máy điện xoay chiều máy điện một chiều có những nhƣợc điểm nhƣ: giá thành đắt hơn, chế tạo bảo quản cổ góp phức tạp. Tuy nhiên do những ƣu điểm vừa kể trên, máy điện một chièu vẫn còn giữ một tầm quan trọng nhất định trong sản xuất công nghiệp. 1.2.2. Cấu tạo động cơ điện một chiều 5
  6. Hình 1.1: Mặt cắt ngang của động cơ điện một chiều - Phần tĩnh ( stator) Đóng vai trò là phần cảm bao gồm các bộ phận chính. + Cực từ chính: đây là bộ phận sinh ra từ trƣờng chính trong máy bao gồm: Hình 1.2: Cực từ stator Lõi cực từ: hình dạng nhƣ hình 1.2, có thể làm bằng thép khối vì dẫn từ một chiều. Tuy nhiên để giảm kích thƣớc ngày nay nó đƣợc làm từ thép kỹ thuật điện cán lạnh không đẳng hƣớng. Dây quấn cực từ chính: còn gọi là dây quấn kích từ, đƣợc làm bằng dây dẫn tròn có bọc cách điện hoặc dây dẫn tiết diện hình chữ nhật đƣợc quấn định hình rồi lồng vào thân cực từ. Các dây quấn kích từ đặt trên các cực từ chính thƣờng đƣợc nối tiếp với nhau. + Cực từ phụ: đây là bộ phận cải thiện đổi chiều. Lõi cực từ có thể làm bằng thép đúc Dây quấn cực từ phụ đƣợc lồng vào cực phụ và nối tiếp với dây quấn phần ứng qua chổi than. Các cực từ phụ đƣợc bố trí xen kẽ giữa các cực từ chính. + Gông từ: làm mạch dẫn từ, nối liền các cực từ chính và phụ, đồng thời làm vỏ máy. Máy nhỏ và vừa gông từ làm bằng thép tấm, máy lớn làm bằng thép đúc. - Phần quay ( rotor) 6
  7. Đóng vai trò là phần ứng bao gồm các bộ phận + lõi thép phần ứng Đây là bộ phận dẫn từ xoay chiều nên đƣợc làm từ các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 -0,5mm ghép lại. Trên lõi thép có dập rãnh để bố trí dây quấn phần ứng. Máy nhỏ và vừa có lỗ thông gió hƣớng trục, máy lớn còn có kênh thông gió hƣớng kính. Hình 1.3: Lá thép rotor + Dây quấn phần ứng: Đây là bộ phận tham gia trực tiếp quá trình biến đổi năng lƣợng điện từ, nó đƣợc phân bố trong các rãnh của lõi thép phần ứng. Ở miệng các rãnh có dùng nêm để chèn chặt dây quấn tránh bị văng ra do lực li tâm khi rotor quay. Dây quấn rotor đƣợc đặt trong các rãnh của lõi thép rotor thành 2 lớp: lớp trên và lớp dƣới. Dây quấn phần ứng gồm nhiều phần tử, mỗi phần tử có nhiều vòng dây, hai đầu nối với hai phiến góp của cổ góp, hai cạnh tác dụng của một phần tử đặt trong 2 rãnh dƣới 2 cực khác tên. Vì trong mỗi rãnh có 2 lớp nên nếu cạnh tác dụng này của phần tử đặt ở lớp trên của một rãnh thì cạnh tác dụng kia đƣợc xếp ở dƣới của một rãnh khác. - Cổ góp và chổi than 7
  8. Hình 1.4: Cổ góp và phiến góp Cổ góp hay vành góp dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều. Cổ góp gồm nhiều phiến đồng có đuôi nhạn ghép cách điện với nhau bằng lớp mica và hợp thành một hình trụ tròn. Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica. Đuôi cổ góp có cao hơn một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn phần ứng vào phiến góp đƣợc dễ dàng. Cổ góp đƣợc bắt chặt ở đầu trục rotor Để đƣa dòng điện từ cổ góp ra ngoài, ngƣời ta dùng cơ cấu chổi than. Cơ cấu gồm chổi than làm bằng than graphit, đặt trong hộp chổi than và nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp. Hộp chổi than đƣợc đặt cố định và cách điện trên giá chổi than. Giá chổi than đƣợc gắn trên nắp máy. 1.2.3. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều - Nguyên lý làm việc và phƣơng trình điện áp của động cơ điện một chiều Khi đặt một điện áp một chiều U vào 2 chổi điện A và B trong dây quấn phần ứng có dòng Iƣ nằm trong từ trƣờng cực từ sẽ chịu lực điện từ Fđt tác dụng. Chiều lực điện từ cho bởi quy tắc bàn tay trái. Khi rotor quay đƣợc nửa vòng, vị trí các thanh dẫn ab và cd đổi chỗ cho nhau, nhƣng nhờ có phiến góp đổi chiều dòng Iƣ , nên chiều lực điện từ 8
  9. tác dụng lên thanh dẫn không đổi, đảm bảo động cơ có chiều quay không đổi. Hình 1.5: Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều Khi rotor quay, các thanh dẫn cắt từ trƣờng cực từ, cảm ứng sức điện động Eƣ có chiều xác định bởi quy tắc bàn tay phải. Ở động cơ Eƣ ngƣợc chiều Iƣ nên Eƣ còn đƣợc gọi là sức phản điện ( spđ), và do đó phƣơng trình điện áp của động cơ điện một chiều đƣợc viết nhƣ sau: U = Eƣ + IƣRƣ 1.2.4. Sức điện động phần ứng, công suất điện từ và momen điện từ của máy điện một chiều + Sức điện động phần ứng Khi rotor quay các thanh dẫn của dây quấn phần ứng cắt ngang từ trƣờng cực từ, trong mỗi thanh dẫn cảm ứng sức điện động là: e= Btb.l.v trong đó : Btb – mật độ từ thông ( hay từ cảm) trung bình dƣới mỗi cực từ v- tốc độ dài của thanh dẫn l- chiều dài hiệu dụng thanh dẫn Nếu số thanh dẫn của dây quấn là N, số nhánh là 2a với a là số đôi mạch nhánh, số thanh dẫn của một nhánh là N/2a , sức điện động phần ứng là: Eƣ= = .Btb.l.v Tốc độ dài v đƣợc xác định theo tốc độ quay n (v/p) bằng công thức: v= với D là đƣờng kính rotor(m) 9
  10. Từ thông Ф dƣới mỗi cực từ là : Ф=Btb. với p là số đôi cực từ Suy ra Eƣ = nФ Hoặc Eƣ=kE.n.Ф Với kE là hằng số phụ thuộc vào kết cấ dây quấn phần ứng + Công suất điện từ và momen điện từ: Công suất điện từ: Pđt = Eƣ.Iƣ = nФIƣ Momen điện từ: Mđt = ; với w= là tần số góc quay của rotor, từ đó ta có: Mđt = kMIƣФ Với : kM = là hằng số phụ thuộc vào kết cấu dây quấn phần ứng 1.2.5. Phản ứng phần ứng của máy điện một chiều Khi máy điện một chiều làm việc không tải, từ trƣờng trong máy chỉ do dòng khích từ Ikt gây ra gọi là từ trƣờng cực từ. Từ trƣờng này phân bố đối xứng ở đƣờng trung tính hình học mn, cảm ứng từ B =0 thanh dẫn chuyển động qua đó không cảm ứng sức điện động. Khi máy điện có tải, dòng Iƣ trong dây quấn phần ứng sẽ sinh ra từ trƣờng phần ứng. Từ trƣờng này có hƣớng vuông góc với từ trƣờng cực từ. 10
  11. Hình 1.6: Phản ứng phần ứng của máy điện một chiều Tác dụng của từ trƣờng phần ứng lên từ trƣờng cực từ gọi là phản ứng phần ứng. Từ trƣờng trong máy là từ trƣờng tổng hợp của từ trƣờng cực từ và từ trƣờng phần ứng ( hình 1.6-c). Do phản ứng phần ứng, ở mỏm cực mà từ trƣờng phần ứng cùng chiều với từ trƣờng cực từ thì từ trƣờng đƣợc tăng cƣờng ( mỏm cực 1,3), ở mỏm cực mà từ trƣờng phần ứng ngƣợc chiều với từ trƣờng cực từ thì từ trƣờng bị yếu đi ( mỏm cực 2,4). Hậu quả của phản ứng phần ứng: - Từ trƣờng trong máy bị biến dạng Điểm có từ cảm B=0 dịch chuyển từ trung tính hình học mn đến vị trí mới m’n’ gọi là trung tính vật lí. Góc lệch β thƣờng nhỏ và lệch theo chiều quay rotor, nếu là máy phát, ngƣợc chiều quay rotor nếu là động cơ. Ở trung tính hình học từ cảm B≠0 thanh dẫn chuyển động qua đó sẽ cảm ứng sức điện động gây ảnh hƣởng xấu đến việc đổi chiều dòng điện trong máy - Điện áp đầu cực máy phát giảm- tốc độ động cơ thay đổi Khi tải lớn, dòng ứng Iƣ lớn, từ trƣờng phần ứng lớn, mỏm cực từ đƣợc tăng cƣờng bị bão hoà, từ cảm B ở đó tăng lên đƣợc ít nhất trong khi ở mỏm cực kia từ trƣờng lại bị giảm đi nhiều. Kết quả là từ thông Ф của máy bị giảm xuống Ф giảm kéo theo sức điện động phần ứng Eƣ giảm làm cho điện áp U ở đầu cực máy phát giảm, còn ở chế độ động cơ Ф giảm làm cho momen quay giảm và tốc độ động cơ thay đổi. 11
  12. Để khắc phục hậu quả trên ngƣời ta dùng cực từ phụ và dây quấn bù. Từ trƣờng của cực từ phụ và dây quấn bù ngƣợc với từ trƣờng phần ứng. Để kịp thời khắc phục từ trƣờng phần ứng khi tải thay đổi, dây quấn cực từ phụ và dây quấn bù đƣợc đấu nối tiếp với mạch phần ứng. 1.2.6. Nguyên nhân tia lửa điện trên cổ góp và biện pháp khắc phục Khi máy điện một chiều làm việc quá trình đổi chiều thƣờng gây ra tia lửa điện giữa chổi than và cổ góp. Tia lửa lớn có thể gây nên vành lửa xung quanh cổ góp, phá hỏng chổi than và cổ góp, gây tổn hao năng lƣợng và làm nhiễu các thiết bị điện tử khác. - Nguyên nhân + Nguyên nhân cơ khí: Vành góp không đồng tâm với trục. Sự cân bằng quay không tốt gây dao động hƣớng kính. Cổ góp không tròn, lực ép chổi than không đủ. + Nguyên nhân về điện: Khi rotor quay liên tiếp có phần tử chuyển đổi từ mạch nhánh này sang mạch nhánh khác, trong phần tử đổi chiều ấy sẽ xuất hiện các sức điện động sau: a. Sức điện động tự cảm eL do sự biến thiên dòng điện trong phần tử đổi chiều. b. Sức điện động hỗ cảm em do sự biến thiên dòng điện trong các phần tử đổi chiều khác lân cận. c. Sức điện động eq do từ trƣờng phần ứng gây ra. khi đi qua chổi than các phần tử này bị nối tắt mà tổng các sức điện động ≠ 0 do đó phát sinh tia lửa điện. - Biện pháp khắc phục + loại trừ nguyên nhân cơ khí. +Dùng dây quấn bù và cực từ phụ để triệt tiêu từ trƣờng phần ứng dƣới bề mặt cực từ làm cho từ trƣờng khe hở phân bố đều thuận lợi cho quá trình đổi chiều. +Đối với các máy công suất nhỏ, không bố trí cực từ phụ và dây quấn bù thì ta có thể dời chổi than đến vị trí trung tính vật lý. 12
  13. 1.2.7. Mở máy động cơ điện một chiều Phƣơng trình điện áp mạch phần ứng: U = Eƣ + Iƣ.Rƣ Từ đó rút ra: Iƣ = Khi mở máy tốc độ n=0, sức phản điện Eƣ=kE.n.Ф = 0 dòng điện phần ứng lúc mở máy là: Iƣm= Vì điện trở Rƣ rất nhỏ nên dòng điện phần ứng lúc mở máy rất lớn ( 20-30 lần Iđm) có thể làm hỏng chổi than hoặc cổ góp. Dòng ứng lớn kéo theo dòng mở máy lớn làm ảnh hƣởng tới lƣới điện. Phƣơng pháp mở máy trực tiếp chỉ sử dụng cho động cơ có công suất nhỏ vì các động cơ này có Rƣ tƣơng đối lớn Để giảm dòng mở máy ta dùng các biện pháp sau: + Dùng biến trở mở máy Rm Mắc biến trở mở máy nối tiếp với mạch phần ứng. Dòng phần ứng lúc mở máy là: Iƣm= Ban đầu để biến trở Rm ở giá trị lớn nhất , trong quá trình mở máy tốc độ tăng lên, sức điện động Eƣ tăng và giảm biến trở Rm dần về 0, máy làm việc đúng điện áp định mức. + Giảm điện áp đặt vào phần ứng Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng khi có nguồn một chiều có thể điều chỉnh đƣợc điện áp, ví dụ trong hệ thống máy phát – động cơ, hoặc nguồn 1 chiều chỉnh lƣu có điều khiển. Chú ý: để momen mở máy lớn, lúc mở máy phải có từ thông lớn nhất, vì vậy các thông số mạch kích từ phải điều chỉnh sao cho dòng điện kích từ lúc mở máy lớn nhất. 13
  14. Chƣơng 2. TÌM HIỂU VỀ WINCC VÀ PLC S7-300 2.1. Tìm hiểu về WinCC 2.1.1. Tổng quan về WinCC WinCC là 1 trong các chƣơng trình ứng dụng Scada (HMI-Human Machine Interface) trong lĩnh vực dân dụng cũng nhƣ công nghiệp. WinCC đƣợc dùng để điều hành các màn hình hiển thị và hệ thống điều khiển trong tự động hoá sản xuất và quá trình. WinCC viết tắt của Window Control Center, là một phần mềm của hãng siemens dùng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất. Theo nghĩa hẹp WinCC là chƣơng trình hỗ trợ cho ngƣời lập trình thiết kế các giao diện Ngƣời và Máy ( HMI) trong hệ thống SCADA ( Supervisory Control And Data Acquisition), với chức năng chính là thu thập số liệu, giám sát và điều khiển quá trình sản xuất. Những thành phần có trong WinCC dễ sử dụng, giúp ngƣời dùng tích hợp những ứng dụng mới hoặc có sẵn mà không gặp bất kì trở ngại nào. WinCC cung cấp các module chức năng thƣờng dùng trong công nghiệp nhƣ: Hiển thị hình ảnh, tạo thông điệp, lƣu trữ và báo cáo. Giao diện điều khiển mạnh, việc truy cập ảnh nhanh chóng và chức năng lƣu trữ an toàn ( bảo mật) của nó đảm bảo tính hữu dụng cao. Với WinCC ngƣời dùng có thể trao đổi dữ liệu trực tiếp với nhiều PLC của các hãng khác nhau nhƣ Misubishi, Allen Braddly, Siemens thông qua cổng COM với chuẩn RS-232 của máy tính với chuẩn RS-485 của PLC 2.1.2. Đặc trƣng cơ bản của WinCC WinCC 6.0 chạy trên hệ điều hành Microsoft Window XP, Windows 2000. Do đó tính chất mở và thƣờng xuyên đƣợc cập nhật, phát triển nên WinCC tƣơng thích với nhiều phần mềm chuẩn tạo nên giao diện ngƣời và máy đáp ứng nhu cầu sản xuất. Có thể ứng dụng WinCC để phát triển ứng dụng của mình qua giao diện mở của WinCC. Chƣơng trình tích hợp đƣợc nhiều ứng dụng, tận dụng dịch vụ của hệ điều hành làm cơ sở mở rộng hệ thống. Với WinCC ta có thể sử dụng nhiều giải pháp khác nhau để giải quyết công việc, từ việc xây dựng hệ thống có quy mô nhỏ 14
  15. và vừa khác nhau, cho tới việc xây dựng các hệ thống có quy mô lớn nhƣ MES: hệ thống quản lý việc thực hiện sản xuất Manufacturing Excution System, hệ thống ERP- Enterprise Resouse Planning. Tuỳ theo khả năng của ngƣời thiết kế cũng nhƣ các phần cứng hỗ trợ khác mà WinCC dã và đang đƣợc phát triển trong nhiều lĩnh vực khác nhau. 2.1.3. Ứng dụng phổ biến nhất của WinCC Tự động hoá quá trình điều khiển và giám sát quy trình sản xuất. Khi một hệ thống dùng chƣơng trình WinCC để điều khiển và thu thập dữ liệu từ quá trình, nó có thể mô phỏng bằng hình các sự kiện xảy ra trong quá trình điều khiển dƣới dạng các chuỗi sự kiện. WinCC cung cấp nhiều hàm chức năng cho mục đích hiển thị, thông báo bằng đồ hoạ, xử lí thông tin đo lƣờng, các tham số công thức, các bảng ghi báo cáo, đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày một phát triển và là một trong những chƣơng trình ứng dụng trong thiết kế giao diện Ngƣời – Máy (HMI), sử dụng phổ cập nhất tại Việt Nam hiện nay vào hệ thống trợ giúp của Siemens có mặt tại nhiều nƣớc trên thế giới trong đó có Việt Nam. Khi sử dụng WinCC để thiết kế giao diện điều khiển Ngƣời – Máy ( HMI) và mạng SCADA, WinCC sử dụng các chức năng sau:  Graphics Designer: Thực hiện dễ dàng các chức năng mô phỏng và hoạt động qua các đối tƣợng đồ hoạ của chƣơng trình WinCC, Windows, OLE, I/O, với nhiều thuộc tính hoạt động ( Dynamic)  Alarm Logging: Thực hiện việc hiển thị các thông báo hay các báo cáo trong khi hệ thống vận hành. Đảm trách về các thông báo nhận đƣợc và lƣu trữ. Nó chứa các chức năng để nhận các thông báo từ các quá trình, để chuẩn bị , hiển thị ,hồi đáp và lƣu trữ chúng. Ngoài ra Alarm Logging còn giúp ta tìm ra nguyên nhân của lỗi.  Tag Logging: Thu thập , lƣu trữ và nén các giá trị đo dƣới nhiều dạng khác nhau. Tag Logging cho phép lấy dữ liệu từ các quá trình thực thi, chuẩn bị để hiển thị và lƣu trữ các dữ liệu đó. Dữ liệu có thể cung cấp các tiêu chuẩn về công nghệ và kỹ thuật quan trọng liên quan đến trạng thái hoạt động của toàn hệ thống.  Report Designer: Có nhiệm vụ tạo các thông báo, báo cáo và các kết quả này đƣợc lƣu dƣới dạng các trang nhật kí sự kiện. 15
  16.  User Achivers: Cho phép ngƣời sử dụng lƣu trữ dữ liệu từ chƣơng trình ứng dụng và có khả năng trao đổi với các thiết bị tự động hoá khác. Điều này có nghĩa các công thức, thông số trong chƣơng trình WinCC có thể đƣợc soạn thảo , lƣu trữ và sử dụng trong hệ thống.  WinCC sử dụng bộ công cụ thiết kế giao diện đồ hoạ mạnh nhƣ: Toolbox, các Control, OLE, đƣợc đặt dễ dàng trên giao diện thiết kế. Ngoài ra để phục vụ cho công việc giám sát điều khiển tự động WinCC còn trang bị thêm nhiều tính năng mới mà các công cụ khác không có nhƣ: - Các Control thông qua hệ thống quản trị dữ liệu có thể gắn với 1 biến theo dõi trạng thái của hệ thống điều khiển. Thông qua đó tác động đến việc giám sát các trạng thái. - Thông qua hệ thống thông điệp có thể thực hiện đƣợc những hành động tƣơng ứng khi trạng thái thay đổi. - Trong WinCC, ngôn ngữ C-sript đƣợc dùng để thao tác giúp cho việc sử lí các sự kiện phát sinh một cách mềm dẻo và linh hoạt. WinCC cho phép ngƣời sử dụng có khả năng truy cập vào các hàm giao diện chƣơng trình ứng dụng API( Application Program Interface) của hệ điều hành. Ngoài ra sự kết hợp giữa chƣơng trình WinCC và các công cụ phát triển riêng nhƣ : Visual C++ hoặc Visual Basic sẽ tạo ra hệ thống có tính đặc thù cao, tinh vi, gắn riêng với một cấu hình cụ thể nào đó. WinCC có thể tạo 1 giao diện Ngƣời –Máy( HMI) dựa trên cơ sở giao tiếp giữa con ngƣời với các hệ thống máy, thiết bị điều khiển ( PLC,CNC, ) thông qua các hình ảnh , sơ đồ , hình vẽ hoặc câu chữ có tính trực quan hơn. Có thể giúp ngƣời vận hành theo dõi đƣợc quá trình làm việc , thay đổi các tham số, công thức hoặc quá trình hoạt động, hiển thị các giá trị hiện thời cũng nhƣ giao tiếp với quá trình công nghệ thông qua các hệ thông tự động. Giao diện HMI cho phép ngƣời vận hành giám sát các quy trình sản xuất và cảnh báo, báo động hệ thống khi có sự cố. Do đó WinCC là chƣơng trình thiết kế giao diện Ngƣời –Máy thƣc sự cần thiết, không thể thiếu trong các hệ thống có quá trình tự động hoá phức tạp và hiện đại. Việc sử dụng chƣơng trình WinCC để điều khiển và giám sát hệ thống tự động hoá trong quá trình sản xuất đã cho kết quả điều khiển chính xác. 16
  17. Từ máy tính trung tâm, có thể điều khiển sự hoạt động toàn bộ dây chuyền sản xuất đƣợc lập trình trên WinCC, bạn có thể giám sát tất cả các thiết bị trên dây truyền. Dựa vào giao diện HMI có thể giám sát và thu thập dữ liệu vào ra (I/O) một cách chính xác, hỗ trợ các phƣơng thức sử lí dữ liệu tổ chức số liệu một cách linh hoạt thông qua kiểu lập trình bằng ngôn ngữ C. 2.2. Tìm hiểu về PLC S7-300 S7-300 là dòng sản phẩm cao cấp của hãng Siemens, đƣợc dùng cho những ứng dụng lớn với các yêu cầu I/O nhiều và thời gian đáp ứng nhanh, yêu cầu kết nối mạng và có khả năng mở rộng cho sau này. Ngôn ngữ lập trình đa dạng cho phép ngƣời sử dụng có quyền chọn lựa. Đặc điểm nổi bật của S7-300 đó là ngôn ngữ lập trình cung cấp những hàm toán đa dạng cho những yêu cầu chuyên biệt hoặc ta có thể sử dụng ngôn ngữ chuyên biệt để xây dựng hàm riêng cho ứng dụng mà ta cần. Ngoài ra S7-300 còn xây dựng phần cứng theo cấu trúc module, nghĩa là đối với S7-300 sẽ có những module thích hợp cho những ứng dụng đặc biệt nhƣ module PID, module đọc xung tốc đọ cao. 2.2.1. PLC( programable logic controler) PLC là thiết bị điều khiển logic khả trình, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho phải thể hiện thuật toán đó bằng mạch số. Nhƣ vậy với chƣơng trình điều khiển trong mình, PLC trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trƣờng xung quanh ( với PLC khác hoặc với máy tính). Toàn bộ chƣơng trình đƣợc lƣu trong bộ nhớ dƣới dạng các khối chƣơng trình và thực hiện với chu kì quét. Để có thể thực hiện một chƣơng trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng nhƣ 1 máy tính . Nghĩa là phải có một bộ vi sử lí trung tâm (CPU), một hệ điều hành, một bộ nhớ chƣơng trình để lƣu chƣơng trình cũng nhƣ dữ liệu và phải có các cổng vào ra để giao tiếp với các thiết bị bên ngoài Bên cạnh đó nhằm phục vụ cho bài toán điều khiển số, PLC phải có các khối hàm chức năng nhƣ timer, counter và các hàm chức năng đặc biệt khác. 17
  18. 2.2.2. Các tín hiệu kết nối với PLC Tín hiệu số: Là các tín hiệu thuộc dạng hàm Boolean, dạng tín hiệu chỉ có 2 giá trị 0 hoặc 1: Đối với PLC Siemens: -Mức 0 tƣơng ứng với 0V hoặc hở mạch -Mức 1 tƣơng ứng với 24V Tín hiệu tƣơng tự: Là dạng tín hiệu liên tục, từ 0V – 10V hay từ 4mA- 20mA Tín hiệu khác: Bao gồm các tín hiệu giao tiếp với máy tính, với các thiết bị ngoại vi khác bằng các giao thức khác nhau nhƣ giao thức RS232, RS485, Modbus 2.2.3. Các module của PLC S7-300 Thông thƣờng để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn các đối tƣợng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng nhƣ chủng loại tín hiệuvào ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC đƣợc thiết kế không bị cứng hoá về cấu hình. Chúng đƣợc chia nhỏ thành các module . Số các module sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng bài toán, song tối thiểu bao giờ cũng phải có module chính đó là CPU. Các module còn lại là các module nhận truyền tín hiệu với đối tƣợng điều khiển, các module chức năng chuyên dụng nhƣ PID, điều khiển động cơ chúng đƣợc gọi chung là module mở rộng. Tất cả các module đƣợc gắn trên những thanh ray ( rack) 2.2.3.1. Module CPU Module CPU là loại module chứa vi sử lí, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông và có thể còn có một vài cổng vào ra số. Các cổng vào ra số trên CPU đƣợc gọi là cổng vào ra Onboard. Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau: CPU 312, CPU 314, CPU 315 Những module cùng sử dụng một loại bộ vi sử lí, nhƣng khác nhau về cổng vào ra Onboard cũng nhƣ các khối hàm đặc biệt tích hợp sẵn trong thƣ viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào ra Onboard này sẽ đƣợc phân biệt với 18
  19. nhau trong tên gọi bằng tên cụm chữ cái IFM ( viết tắt của Intergrated Funtion Module). Ví dụ Module CPU 312IFM Ngoài ra còn có các loại module 2 cổng truyền thông, trong đó cổng truyền thông thứ 2 có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán. Các loại module CPU đƣợc phân biệt với nhƣngc loại CPU khác bằng thêm cụm từ DP ( Distrubited port) trong tên gọi. Ví dụ module CPU 315-DP 2.2.3.2. Các Module mở rộng Các module mở rộng đƣợc chia làm 5 loại chính: 1- PS (Power Supply) : Module nguồn nuôi 2- SM ( Signal Module ): Module tín hiệu vào ra bao gồm: DI (Digital Input) DO (Digital Output) DI/DO (Digital In/Output) AI (Analog Input) AO (Analog Output) AI/AO (Analog In/Output) 3- IM (Interface Module): Module ghép nối. Đây là loại module chuyên dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành từng 1 khối và đƣợc quản lí chung bởi một module CPU. Thông thƣờng các module mở rộng đƣợc gá liền với nhau trên 1 thanh đỡ gọi là Rack. Trên mỗi một rack chỉ có thể gá đƣợc nhiều nhất 8 module mở rộng (không kể module CPU, module nguồn nuôi). Một module CPU có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 rack và các rack này phải đƣợc nối với nhau bằng module IM. IM360: truyền IM361: nhận 4- FM ( Funtion Module): Là các module điều khiển riêng, nhƣ điều khiển Servo, điều khiển PID 5- CP( Communication Module) : Module truyền thông 2.2.4. Bộ nhớ PLC 2.2.4.1. Vùng chứa chƣơng trình ứng dụng Chia thành 3 miền : 19
  20. 1- OB ( Organisation block): Miền chứa chƣơng trình tổ chức. 2- FC (Funtion): Miền chứa chƣơng trình con, đƣợc tổ chức thành hàm và có biến hình thức để trao đổi dữ liệu 3- FB (Funtion Block): Miền chứa chƣơng trình con, đƣợc tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ 1 khối chƣơng trình nào khác. Các dữ liệu này phải đƣợc xây dựng thành một khối dữ liệu riêng ( Dât Block khối DB) 2.2.4.2. Vùng chứa tham số của hệ điều hành Chia thành 7 miền khác nhau: I (Process image input): Miền dữ liệu các cổng vào số, trƣớc khi bắt đầu thực hiện chƣơng trình PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào và cất giữ chúng trong vùng nhớ I. Thông thƣờng chƣơng trình ứng dụng không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm I. Q (Process Image Output) : Miền bộ đếm các dữ liệu cổng ra số. Kết thúc giai đoạn thực hiện chƣơng trình , PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới các cổng số . Thông thƣờng chƣơng trình không trực tiếp gán giá trị tới tận cổng ra mà chỉ chuyển chúng tới bộ đệm Q. M ( Miền các biến cờ): Chƣơng trình ứng dụng sử dụng những biến này để lƣu giữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập nó theo Bit (M), byte( MB), từ(MW) hay từ kép(MD) T (Timer): Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer) bao gồm việc lƣu trữ giá trị thời gian đặt trƣớc ( PV- Preset Value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV- Current Value) cũng nhƣ giá trị Logic đầu ra của bộ thời gian. C (Counter): Miền nhớ phục vụ bộ đếm bao gồm việc lƣu trữ giá trị đặt trƣớc( PV-Preset Value), giá trị đếm tức thời( CV-Current Value) và giá trị logic đầu ra của bộ đệm. PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module tƣơng tự ( I/O External input). Các giá trị tƣơng tự tại cổng vào của module tƣơng tự sẽ đƣợc module đọc và chuyển tự động theo những địa chỉ . Chƣơng trình ứng dụng có th truy cập miền nhớ PI theo từng byte ( PIB), từng từ PIW hoặc từng từ kép PID. 20
  21. PQ: Miền địa chỉ cổng ra cho các module tƣơng tự( I/O External Output). Các giá trị theo những địa chỉ này sẽ đƣợc module tƣơng tự chuyển tới các cổng ra tƣơng tự. Chƣơng trình ứng dụng có thể truy cập miền nhớ PQ theo từng byte (PQB) , từng từ(PQW) hoặc theo từng từ kép( PQD) 2.2.4.3. Vùng chứa các khối dữ liệu Chia làm 2 loại: DB( Data Block): Miền chứa dữ liệu đƣợc tổ chức thành khối. Kích thƣớc cũng nhƣ số lƣợng khối do ngƣời sử dụng quy định, phù hợp với từng bài toán điều khiển. Chƣơng trình có thể truy cập miền này thao từng bit (DBX), byte(DBB), từ(DBW), hoặc từ kép(DBD). L( Local Data Block): Miền dữ liệu địa phƣơng đƣợc các khối chƣơng trình OB,FC,FB tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với các khối chƣơng trình gọi nó. Nội dung của một khối dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xoá khi kết thúc chƣơng trình tƣơng ứng trong OB,FC,FB. Miền này có thể đƣợc truy nhập từ chƣơng trình theo bit(L), byte(LB), từ(LW) hoặc từ kép(LD). 21
  22. Chƣơng 3. Xây dựng chƣơng trình điều khiển và giám sát hệ thống băng tải 3.1. Phân tích hệ thống băng tải 3.1.1. Cảm biến hồng ngoại Trên băng tải ta có 2 cảm biến hồng ngoại để phát hiện vật thể đi qua, chúng đƣợc kết hợp với xung điều khiển của vi điều khiển để tác động vào động cơ để gạt vật thể khi chúng đi qua. Loại cảm biến hồng ngoại ( SN-E18-B03N1 Digital Infrared Sensor) - Giới thiệu tổng quan về cảm biến hồng ngoại + Đây là loại cảm biến hồng ngoại rất dễ sử dụng với ngƣời dùng và phát hiện vật cản rất nhanh nhờ tia hồng ngoại. + Cảm biến này sử dụng sự phản xạ của tia hồng ngoại khi có vật cản đi qua. + Nó đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp nhƣ dệt may, cơ khí, sản xuất sắt thép, điện, + Nguồn cấp từ 6V-36V, dòng tiêu thụ ít < 300mA. + Khoảng cách phát hiện vật lên tới 30cm, có thể điều chỉnh đƣợc khoảng cách của cảm biến từ 0cm-30cm. + Kích thƣớc nhỏ gọn dễ dàng lắp đặt. + Độ chính xác cao, không thấm nƣớc, chống ăn mòn - Nguyên lý hoạt động + SN-E18-B03N1 chứa cảm biến tia hồng ngoại để sử dụng sự phản chiếu tín hiệu hồng ngoại, tín hiệu hồng ngoại này là sự phản hồi của tia hồng ngoại với những vật thể ở gần hay ở xa. Cƣờng độ ánh sáng hồng ngoại giữa tín hiệu thu và phát có thể điều chỉnh đƣợc để phù hợp với từng ứng dụng. Tín hiệu phát tia hồng ngoại gặp vật thể cản sẽ phản chiếu lại đầu thu, đầu thu hồng ngoại nhƣ là 1 transistor NPN khi có tia hồng ngoại phản về thì sẽ mở transistor. 22
  23. - Chức năng các chân của cảm biến hồng ngoại Bảng 3.1: Chức năng các chân của cảm biến hồng ngoại Màu Tên Chức năng Nâu VCC Kết nối với VCC ( +6V đến +36V ) Lục Ground Kết nối tới Ground Đen Output Kết nối với 1 chân của 1 vi điều khiển hoặc 1 mạch logic khác Signal ở chế độ đầu vào (Input) - Độ nhạy của cảm biến + Cảm biến hồng ngoại có vùng nhận biết khoảng chừng 0cm đến 30cm cho những vật thể mà trắng hoặc màu sáng. Đối với những vật màu tối hoặc màu đen, cảm biến hồng ngoại có vùng nhận biết khoảng từ 2cm đến 25cm. Điều đó cho thấy rằng cảm biến sẽ nhạy cảm hơn với những vật thể có bề mặt màu sáng. Cảm biến màu đƣợc thiết kế có thể điều chỉnh đƣợc khoảng cách tác dụng. Khi sử dụng nút cài đặt khoảng cách tác dụng của cảm biến ( nằm ở phía sau cảm biến) thì khoảng cách phát hiện vật cũng thay đổi. Nếu quay núm điều chỉnh ngƣợc chiều kim đồng hồ thì khoảng cách sẽ giảm dần từ giá trị 30cm. 3.1.2. Cảm biến màu ( TCS3200 và TCS3210) Ở đầu của băng tải ta có 1 cảm biến màu sắc để phát hiện vật thể là màu gì sau đó chúng gửi xung đến bộ vi điều khiển để tác động vào cơ cấu gạt sản phẩm. Đặc trƣng của cảm biến màu: - Chuyển đổi tần số ánh sáng của vật thể phát ra - Dải điện áp 1 chiều cung cấp (2,7V-5,5V) - Bình thƣờng tần số ra ở dạng xung vuông ( 50% chu kì ) với tần số tỉ lệ trực tiếp với cƣờng độ ánh sáng. - Khoảng rộng tần số ra có thể chỉnh bởi 1 trong 3 giá trị cài sẵn qua 2 chân vào điều khiển. 23
  24. - Tín hiệu vào số, ra số cho phép kết nối trực tiếp với 1 vi điều khiển hoặc 1 mạch logic khác . - TCS3210: 1 mảng 4×6 diod quang đọc chuyển đổi tần số ánh sáng. 6 diod lọc màu xanh dƣơng, 6 diod lọc màu xanh lá cây, 6 diod lọc màu đỏ, 6 diod trắng không lọc. (hình 3.1) - TCS3200: 1 mảng 8×8 diod quang dọc chuyển đổi tần số ánh sáng, 16 diod lọc màu xanh dƣơng, 16 diod lọc màu xanh lá cây, 16 diod lọc màu đỏ, 16 diod trắng không lọc.( hình 3.1) Hình 3.1: 2 loại cảm biến TCS3200 và TCS3210 - Trong bài này chúng ta dùng loại TCS3210. 4 loại diod quang đƣợc đan xen vào nhau để giảm thiểu tác động của sự không đồng nhất của bức xạ. Tất cả các diod lọc cùng màu đƣợc mắc song song. Chân S2 và S3 để xác định nhóm diod quang nào hoạt động. Kích thƣớc của các diod quang là 110µm×110µm. - Hình 3.2 là mô hình chức năng của cảm biến màu. 24
  25. Hình 3.2: Mô hình chức năng của cảm biến màu Bảng 3.2: Chức năng các chân của diod quang - Bảng 3.2 là bảng chức năng của các chân có trên diod quang. Chân 4 là chân mass, chân 3 là chân cho phép ra của tần số f0 , chân 6 là tần số ra, chân 1và 2 là 2 chân cho phép chọn mức tần số ra, chân 7 và 8 là 2 chân xác định loại diod nào đang hoạt động, chân 5 là điện áp cấp nguồn. Hình 3.3 là chức năng của các chân 1,2,7,8. Chân s0 và s1 chọn khoảng tần số ra nhờ các tín hiệu ở mức cao,thấp khác nhau. Chân s2 và s3 là đầu ra tƣơng ứng với các mức logic để thể hiện màu nào đang đi qua. 25
  26. Hình 3.3: Chức năng các chân S0,S1,S2,S3 - Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng có bƣớc sóng xác định. Màu ứng với mỗi bƣớc sóng của ánh sáng gọi là màu đơn sắc. - Mọi ánh sáng đơn sắc mà ta nhìn thấy đều có bƣớc sóng trong chân không ( hoặc không khí) trong khoảng từ 0,38µm (ánh sáng tím) đến 0,76µm( ánh sáng đỏ. - Hình 3.4 là dao động quang phổ của diod quang. Trục tung là dao động tƣơng đối, trục hoành là bƣớc sóng ánh sáng. - Màu đỏ có bƣớc sóng từ 0,64µ đến 0,76µ nhìn vào hình ta thấy điểm cao nhất của dao động nằm ở hàng 0,7 ứng với bƣớc sóng khoảng 600nm – 700nm - Màu lục ( xanh lá) có bƣớc sóng từ 0,5µ đến 0,57µ, trên hình ta thấy dao động lớn nhất nằm ở hàng 0,5-0,6 - Màu lam có bƣớc sóng từ 0,45µ đến 0,51µ, trên hình ta thấy dao động lớn nhất nằm trong khoảng 0,47-0,48 của hàng dao động tƣơng đối. - Các dao động khác nằm ngoài bƣớc sóng nhìn thấy , các bƣớc sóng này có bƣớc sóng dài nằm trong vùng hồng ngoại, vậy lên ta phải chống nhiễu tốt cho cảm biến tránh trƣờng hợp cảm biến nhận nhầm màu. 26
  27. Hình 3.4: Dao động quang phổ của diod quang 27
  28. 3.2. Xây dựng chƣơng trình PLC và WinCC cho hệ thống băng tải 3.2.1. Chƣơng trình PLC 3.2.1.1. Khởi tạo khai báo phần cứng của PLC 1- Trên giao diện màn hình máy tính chọn SIMATIC Manager nhƣ hình 3.5 Hình 3.5: Giao diện SIMATIC trên mà hình máy tính 2- Giao diện phần mềm xuất hiện ta chọn New Project trong mục name chọn tên chƣơng trình sau đó nhấn OK. Hình 3.6 28
  29. Hình 3.6: Tạo New Project 3- Giao diện chính của phần mềm SIMATIC Manager xuất hiện. Để khai báo phần cứng của PLC, ta chọn Insert → Station→2SIMATIC 300 Station nhƣ hình 3.7 .Tiếp tục chọn Hardware xuất hiện giao diện nhƣ hình 3.8 Hình 3.7: Khai báo phần cứng của PLC Hình 3.8: Chọn phần cứng của PLC 29
  30. 4- Chọn SIMATIC 300→RANK-300 →Rail. Thanh Rail là thanh để cài PLC trên tủ điện Hình 3.9: Chọn thanh Rail 5- Chọn nguồn cung cấp cho PLC. Chọn PS-300→PS 5A (hình 3.10) 30
  31. Hình 3.10: Chọn nguồn cấp cho PLC 6- Chọn CPU của PLC . Trong bài này dùng CPU 321C. Chọn CPU-300→CPU 312C Hình 3.11: Chọn chủng loại CPU Các modul khác trên dao diện trong bài không sử dụng. Cuối cùng ta có thanh rail nhƣ hình 3.12. Đến đây ta lƣu các bƣớc vừa làm. Hình 3.12: Các phần cứng của PLC sau khi đƣợc chọn 31
  32. 3.2.1.2. Viết chƣơng trình phần mềm cho PLC. 1- Trở lại giao diện chính của phần mềm SIMATIC Manager. Ta chọn CPU 312C →S7 Program → Blocks ( hình 3.13) Hình 3.13: Chọn khối viết phần mềm cho PLC 32
  33. 2- Chọn khối 0B1, mục name viết tên chƣơng trình sau đó OK. Giao diện xuất hiện ( hình 3.14) Hình 3.14: Viết phần mềm cho PLC bằng ngôn ngữ LAD 33
  34. 3- Sau khi chọn các khối chức năng ta đƣợc chƣơng trình va nguyên lí hoạt động theo ngôn ngữ LAB nhƣ sau: -Trong bài này ta dùng bộ đếm lên.( hình 3.15) -Khi I124.0 chuyển từ trạng thái 0 →1, C0 đếm tăng lên 1. -Khi S=1, đƣa giá trị đếm vào PV -Khi R=1 counter bị reset -Giá trị bộ đếm hiện thời nằm trong 2 ô nhớ MW100 và MW102 dƣới dạng Integer và dạng BCD - M0.3=1 khi giá trị đếm lớn hơn 0. Hình 3.15: Đoạn chƣơng trình viết cho vật thể màu đỏ 34
  35. - Giá trị đếm của bộ đếm đƣợc lƣu ở ô nhớ MW100 dƣới dạng số nguyên, giá trị này dung để hiển thị số ra giao diện WinCC và dùng để đƣa vào bộ so sánh với giá trị đặt ở IN2 . Khi 2 giá trị ở IN1 và IN2 bằng nhau thì M0.0=1, lúc này bộ đếm đƣợc reset đồng thời giá trị đếm đƣợc nạp vào PV.( hình 3.16 - Network 3) - Khi đã đủ số sản phẩm cần thiết, thì bộ so sánh tác động M0.0=1,lúc này cuộn hút trung gian M2.1 tác động. Biến trung gian này dùng để lập trình cho băng tải đỏ khởi động.( hình 3.16 – Network 4) Hình 3.16: Bộ so sánh trong PLC 35
  36. - Các Network 5,6,7,8 đƣợc viết tƣơng tự nhƣ các Network 1,2,3,4 nhƣng với vật màu xanh và băng tải xanh Hình 3.17: Bộ đếm cho vật thể màu đỏ 36
  37. - Ở Network 9 (hình 3.18) có cuộn hút đầu ra Q124.0 dùng để khởi động động cơ băng tải chính, tiếp điểm duy trì Q124.0 dùng để duy trì cuộn hút Q124.0 biến đầu ra Q124.0 có tác dụng làm biến lập trình khởi động và dừng băng tải trên giao diện WinCC. Trong bài này chỉ có 1 băng tải chính. Hình 3.18: Chƣơng trình điều khiển cho động cơ băng tải 37
  38. 3.2.2. Khởi tạo và lập trình trên WinCC cho hệ thống băng tải 3.2.2.1. Lập dự án WinCC và tạo các biến - Để tạo 1 dự án mới trên WinCC ta cần cài đặt phần mềm WinCC. Sau khi cài đặt phần mềm ta có giao diện của WinCC với tên Windows Control Center. Ta nhấn chuột và mở biểu tƣợng Windows Control Center trên màn hình máy tính.( hình 3.19) Hình 3.19: Giao diện WinCC trên màn hình máy tính - Để tạo 1 dự án mới ta vào NEW. WinCC Explorer mở ra. ở bài này ta chỉ kết nối 1 PLC với 1 máy tính nên ta chọn Single-User Project. Đối với kết nối nhiều máy tính ta chọn Multi-User Project hoặc để mở 1 dự án có sẵn ta chọn Open an Existing project(hình 3.20) sau khi chọn ta nhấn OK. 38
  39. Hình 3.20: Tạo dự án mới Sau khi tạo 1 dự án mới ta thiết lập các biến. Trong khai báo biến của WinCC ta có biến ngoại và biến nội. Biến nội là biến chứa trong WinCC, biến ngoại là biến chứa trong PLC. Khi ta khai báo biến ngoại trong WINCC thì các biến này cũng chứa trong 1 PLC bên ngoài. Để khai báo biến nội, ta nhấn chuột vào Tag Management tiếp đó chọn Internal tags, trong Group TagLiggingRt ta tạo biến nội trong đó. Ở bài này ta chỉ tạo 2 biến nội trụcy và trụcy1. Nhấn chuột phải vào màn hình giao diện chọn New Tag. ở phần kiểu dữ liệu ta chọn kiểu Unsigned 32-bit value( hình 3.21). 39
  40. Hình 3.21: Chọn kiểu dữ liệu cho biến nội - Tạo biến nội trên WinCC + Để PLC và máy tính giao tiếp đƣợc với nhau qua giao diện của WinCC ta phải cài đặt giao tiếp bắt tay giữa chúng. Để cài đặt bắt tay, từ mục Tag Management ta chọn SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE, tiếp tục nhấn chuột phải vào MPI. Cửa sổ Connection properties ( read only) hiện ra, tại tab General mục name chọn tên kết nối, tiếp tục chọn properties cửa sổ Connection Parameter –MPI hiện ra. Tại các ô chọn nhƣ hình 3.22 , sau đó ấn OK 40
  41. Hình 3.22: Tạo giao tiếp bắt tay + Sau khi cài đặt giao tiếp bắt tay ta có thông số tại mục Parameters nhƣ hình 3.23 41
  42. Hình 3.23: Giao thức bắt tay sau khi đƣợc chọn - Tạo các biến ngoại + Tại mục MPI chọn PLC( tên giao tiếp bắt tay). Nhấn chuột phải vào PLC chọn New Tag. Đặt tên cho các biến và đặt các kiểu dữ liệu nhƣ hình 3.24 Hình 3.24: Tạo các biến ngoại - Tại mục name chọn tên biến, tại Data Type chọn các kiểu dữ liệu. 42
  43. - Tại mục Address , chọn Select cửa sổ Address properties hiện ra chọn địa chỉ các biến (hình 3.25) Hình 3.25: Chọn địa chỉ cho các biến - Sau khi tạo xong các biến ta có các biến ngoại nhƣ hình 3.26 43
  44. Hình 3.26: Các biến ngoại sau khi đƣợc chọn 3.2.2.2. Thiết kế giao diện trên WinCC - Tại mục Graphics Designer nhấn chuột phải chọn New picture. Sau đó đặt tên cho Graphics, trong bài này đặt tên là HIENTHI (hình 3.27) Hình 3.27: Thiết kế giao diện điều khiển trên WinCC - Sau khi tạo xong tiếp tục chọn HIENTHI.PDL(hình 3.28) 44
  45. Hình 3.28: Mở giao diện mới tạo - Hình 3.29 là giao diện mở ra của HIENTHI.PDL. Giao diện này đã đƣợc thiết kế. Hình 3.29: Giao diện điều khiển sau khi đã thiết kế 45
  46. - Chọn hình ảnh cảm biến cho giao diện, tại mục view chọn Library ( hình 3.30) Hình 3.30: Chọn thƣ viện để thiết kế - Cửa sổ Library xuất hiện chọn thƣ mục Siemens HMI Symbol Library 1.3, chọn tiếp sensor. Hình 3.31 và 3.32 Hình 3.31: Giao diện của thƣ viện 46
  47. Hình 3.32: Danh mục của thƣ viện Siemens HMI - Chọn công cụ Gaint Icons, sau đó chọn SENSOR 2. HÌNH 3.33và 3.34 Hình 3.33: Chọn cảm biến 47
  48. Hình 3.34: Chọn sensor 2 - Chọn số hiển thị sản phẩm đếm đƣợc, tại Library chọn Displays( hình 3.35)sau đó chọn Digital Output (hình 3.36) Hình 3.35: Thƣ mục hiển thị 48
  49. Hình 3.36: Chọn Digital Output - Chọn hộp đựng sản phẩm. Tại thƣ mục Library chọn Siemens HMI Symbol Library 1.3, tiếp tục nhấn chọn mục containers và chịn hộp sản phẩm cardboard box, open. Hình 3.37 49
  50. Hình 3.37: Chọn hộp đựng sản phẩm - Các vật thể và giao diện khác ta vẽ bằng công cụ Polygon( hình 3.38) 50
  51. Hình 3.38: Công cụ Polygon - Sau khi vẽ hết các vật thể ta lựa chọn màu sắc cho giao diện. Nhấn chuột phải vào vật thể chọn Properties.( hình 3.39) Hình 3.39: Chọn màu cho giao diện - Sau khi chọn properties, cửa sổ Object Properties xuất hiện. Tại properties chọn color, trên thanh background color mục static ta chọn màu cho vật thể (hình 3.40) 51
  52. Hình 3.40: Chọn màu nền cho giao diện - Chọn nút nhấn dừng và khởi động cho băng tải. Tại thanh công cụ chọn mục Windows Objects tiếp tục chọn Button. (hình 3.41) Hình 3.41: Chọn nút nhấn - Sau khi chọn nút nhấn, tại mục Text chọn tên nút nhấn. Mục color đổi màu sắc cho nút, mục Change Picture on Mouse Click dùng để tham chiếu tới các giao diện khác.(hình 3.41) 52
  53. Hình 3.41: Nhập tên cho nút nhấn 3.2.2.3. Viết chƣơng trình chuyển động cho các vật thể và hiển thị biến đếm - Hiển thị nhấp nháy cho cảm biến khi vật thể đi qua. từ cảm biến đã chọn ta vẽ thêm 1 hình vuông nhỏ phía trên để thể hiện cho sự phát hiện vật thể của cảm biến. Từ hình vuông nhỏ ta nhấn chuột phải chọn Properties, 53
  54. Hình 3.42: Đặt hiệu ứng cho cảm biến hồng ngoại Cửa sổ Object Properties mở ra, trên mục Properties ta chọn Flashing, tại thanh flashing background cột Static ta chọn Yes. 2 thanh Flashing Background Color off v à Flashing Background Color on l à 2 thanh thể hiện màu sắc nhấp nháy của cảm biến 2 thanh này ta để màu mặc định. Thanh background flash frequency là thanh thể hiện tần số nhấp nháy nhanh hay chậm của 2 màu, ta chọn fast ở mục static (hình 3.43). Ở mục Dynamic thanh flashing Background color là mục chọn biến điều kiện nhấp nháy của màu sắc. Ta nhấnh chuột phải vào biểu tƣợng bóng đèn, cửa sổ mở ra ta chọn tag ( hình 3.44) 54
  55. Hình 3.43: Chế độ nhấp nháy của cảm biến Hình 3.44: Chọn biến liên kết cho cảm biến Cửa sổ tags – Project mở ra, ta chọn tìm đến biến nhấp nháy xanh trong biến ngoại ở WinCC Tags → SIMATIC S7 PROTOCOL SUIT →MPI→PLC (hình 3.45) sau đó nhấn OK để kết thúc cài đặt. Cảm biến nhấp nháy màu đỏ ta làm thao tác tƣơng tự. 55
  56. Hình 3.45: Các biến ngoại của PLC - Thiết lập chƣơng trình cho băng tải chạy. - Mỗi một thanh trên băng tải là 1 hình riêng biệt, chúng có 1 đoạn chƣơng trình viết bằng ngôn ngữ lập trình C có cấu trúc giống nhau nhƣng khác nhau về tọa độ. Để nhìn các thanh chuyển động đồng thời nhƣ băng tải ta viết chƣơng trình chuyển động cho chúng trên 1 trục tọa độ x. Các thanh ta cài đặt cho màu sắc xen kẽ nhau để khi chúng di chuyển ta nhìn thấy rõ hơn. ( hình 3.46) sau khi vẽ các hình thanh của băng tải ta tiến hành viết chƣơng trình cho từng thanh riêng biệt. Để con trỏ vào thanh băng tải sau đó nhấn chuột phải, trình đơn đổ xuống ta chọn Properties cửa sổ Object Properties mở ra ( hình 3.47) 56
  57. Hình 3.46: Chọn màu sắc cho băng tải Hình 3.47: Viết chƣơng trình C cho từng thanh băng tải - Tại mục properties của cửa sổ chọn Geometry , tại thanh position x mục Dynamic hình biểu tƣợng bóng đèn nhấn chuột phải , trình đơn đổ xuống chọn C- Action. Cửa sổ Edit Action xuất hiện ( hình 3.48) sau đó ta tiến hành viết 1 đoạn chƣơng trình C trên đó.Sau khi viết ta có đoạn chƣơng trình nhƣ hình 3.49 57
  58. Hình 3.48: Giao diện chƣơng trình C Hình 3.49: Đoạn chƣơng trình C đƣợc viết cho băng tải - Đây là đoạn chƣơng trình viết cho trục x, khai báo kiểu dữ liệu là số nguyên a=780 là toạ độ x trên màn hình máy tính. Đoạn chƣơng trình đƣợc dịch nhƣ sau, nếu biến “ dcbangtai” ==1 và toạ độ trục x <= 780 thì toạ độ x đƣợc trừ đi 40 (a=a- 58
  59. 40). Nếu biến “dcbangtai”==1 và toạ độ trục x<=300 thì toạ độ của thanh băng tải trở về vị trí ban đầu a=780, nếu không thì return về a. Có nghĩa là toạ độ của thanh băng tải đƣợc dịch dần về phía trái màn hình và đến điểm toạ độ x=300 thì quay lại vị trí lúc đầu. Ở đây biến “dcbangtai” đƣợc viết trong chƣơng trình của PLC và phải đƣợc khai báo biến ngoại trong phần mềm WinCC. - Viết chƣơng trình cho thanh băng tải thứ 2, tƣơng tự nhƣ thanh băng tải 1, thanh băng tải 2 và các thanh băng tải khác có cấu trúc chƣơng trình giống hệt nhau nhƣng khác nhau về toạ độ điểm đặt đầu tiên , nhƣ vậy khi các thanh băng tải chạy nó sẽ không bị chồng lấn lên nhau (hình 3.50) . Toạ độ điểm đầu của thanh băng tải 2 là 740 nhỏ hơn toạ độ điểm đầu của thanh băng tải 1 là 40 đơn vị, nhƣ vậy ở 1 vòng của chƣơng trình C thanh băng tải 1 sẽ ở vị trí của thanh băng tải 2 và thanh băng tải 2 sẽ ở vị trí của thanh băng tải 3 cứ nhƣ thế đến thanh băng tải có toạ độ cuối cùng sẽ về vị tric của thanh băng tải thứ 1. Ta viết đoạn chƣơng trình tƣơng tự cho các thanh băng tải tiếp theo. Để các thanh băng tải di chuyển ngƣợc lại ta cộng toạ độ vị trí của điểm ban đầu(a=a+40) giống nhƣ các thanh băng tải của băng tải vật màu đỏ. Hình 3.50: Đoạn chƣơng trình cho 1 thanh băng tải khác 59
  60. - Cài đặt hiển thị số đếm sản phẩm cho vật thể màu xanh. - Từ hiển thị số Digital Output lấy ở Library, ta nhấn chuột phải vào số đó trình đơn đổ xuống ta chọn Properties để thay đổi màu sắc số và gán biến đếm.(hình 3.51) Hình 3.51: Liên kết biến đếm sản phẩm - Cửa sổ xuất hiện tại mục properties chọn mục colors. Trên thanh Background color cột static là cài đặt màu hình nền cho số hiển thị ở đây ta để mặc định . Trên thanh Fill Pattern Color cột Static là nơi thay đổi kiểu màu chữ của số hiển thị, ta nhấn chuột phải chọn Edit và chọn màu xanh (hình 3.52). - Cũng tại cửa sổ này ta chọn mục Output/Input, xuất hiện giao diện nhƣ hình 3.53. Tại mục Apply to full ta chọn yes, tại mục này nếu số đếm từ 1 chữ số chuyển thành 2 chữ số thì số hiển thị sẽ tự động nhảy lên 2 chữ số mà không bị dừng lại ở 1 con số, ví dụ từ số 9 có 1 chữ số sẽ lên 10 là số có 2 chữ số. Tại Output Format chọn 999, là gới hạn số đếm. - Tại thanh Output Value cột Dynamic hình bóng đèn nhấn chuột phải vào đó chọn Tag. (hình 3.53) 60
  61. Hình 3.52: Chọn màu cho số đếm Hình 3.53: Chọn biến liên kết - Sau khi chọn Tag cửa sổ Tags-Project mở ra, ta chọn đƣờng dẫn tới biến ngoại có tên CB1 và chọn CB1 sau đó Ok (hình 3.54). Biến có tên CB1 đƣợc gán địa chỉ MW92 bên trong PLC . Trong chƣơng trình PLC ô nhớ MW92 đƣợc gán vào bộ đếm tiến , vậy lên khi có tín hiệu tác động vào đầu vào I124.1 của PLC thì giá trị số nguyên đƣợc lƣu ở trong PLC . Số đếm hiển thị trên WinCC sẽ tham chiếu tới ô 61
  62. nhớ MW92 này để lấy giá trị hiển thị. Giá trị hiển thị này có thể thay đổi nhờ vào thay đổi chƣơng trình đƣợc nạp vào trong PLC. Tƣong tự nhƣ vậy ta làm với số hiển thị màu đỏ. Hình 3.54: Chọn biến ngoại của PLC - Viết chƣơng trình cho chuyển động của vật thể chuyển động. - Ta vẽ 2 hình hộp thể hiện 2 màu khác nhau của 2 vật thể. 1 vật màu đỏ và 1 vật màu xanh, 2 hình hộp này ta sẽ cho nằm chồng lên nhau và đƣợc đặt ẩn vào bên trong băng tải sau khi ta đã có chƣơng trình chuyển động cho chúng, ta dùng công cụ Move to Back để ẩn vào trong băng tải. Khi có tín hiệu xuất phát của màu nào thì màu đó sẽ đƣợc di chuyển (hình 3.55) 62
  63. Hình 3.55: Vật thể mô phỏng sản phẩm - Sau khi vẽ xong hình hộp thì ta cài đặt màu cho hình đó. Từ hình hộp chọn Properties ( hình 3.56) Hình 3.56: Cài đặt màu sắc cho vật thể 63
  64. - Cửa sổ Object Properties mở ra, tại mục Properties ta chọn Color, trên thanh Background Color cột Static ta nhấn chuột phải chọn màu đỏ cho vật thể( hinh 3.57) Hình 3.57: Chọn màu nền tại Background Color - Cũng tại cửa sổ này ta chọn mục Geometry.Ở thanh Position X cột Dynamic có biểu tƣợng bóng đèn ta nhấn chuột phải chọn C-Action (hình 3.58) Hình 3.58: Viết chƣơng trình C cho vật thể 64
  65. - Sau khi chọn C-Action cửa sổ Edit Action mở ra và chƣơng trinh C đƣợc viết nhƣ hình 3.59 - Gải thích hoạt động của chƣơng trình, khai báo 2 toạ độ là số nguyên a và b. Ở chƣơng trình chuyển động của vật thể này ta cần tới cả 2 trục toạ độ x và y vì vật thể đi theo cả 2 trục toạ độ. - Đặt toạ độ điểm đầu của vật thể là a=780 và b=180 tƣợng trƣng cho 2 trục x và y. Biến “biendo” là 1 biến trung gian của chƣơng trình nạp vào PLC, biến này có tác dụng duy trì bít “biendo”=1 khi đầu vào I124.1 hết xung.Khi “biendo”=1 và toạ độ điểm a =400 thì chƣơng trình sẽ gán cho biến “nhapnhaydo”=0 và “biendo”=0, lúc này cảm biến sẽ hết nhấp nháy và biến “biendo” sẽ về 0 và vị trí vật sẽ trở lại vị trí ban đầu a=780, b=180. Chƣơng trình này viết để vật thể đi đƣợc 1 chu kì với 1 xung đầu vào (hình 3.59) . - Sau khi viết xong ta kiểm tra lỗi của chƣơng trình bằng cách nhấn vào Create Action nếu phía dƣới góc trái của màn hình thông báo 0 error (s), 0 warning(s) là chƣơng trình không bị lỗi, sau đó nhấn ok để kết thúc. 65
  66. Hình 3.59: Chƣơng trình C cho vật thể màu đỏ Hình 3.60: Kiểm tra lỗi của chƣơng trình 66
  67. -Trở lại cửa sổ hình 3.58 ta thiết lập biến cho trục y. Ở thanh Position Y cột Dynamic có hình biểu tƣợng bóng đèn ta nhấn chuột phải và chọn Tag (hình 3.61) Hình 3.61: Cài đặt cho trục y - Cửa sổ Tags-Project mở ra ta chọn Internal Tags tiếp theo chọn TagLoggingRt và chọn biến “trucy1” sau đó nhấn OK để kết thúc (hình 3.62) - Tại cột current ta nhấn chuột phải chọn Upon change. (hình 3.63) 67
  68. Hình 3.62: Chọn biến nội cho vật thể Hình 3.63: Thời gian cập nhật dữ liệu 68
  69. KẾT LUẬN Trên đây em đã trình bày tất cả những cơ sở lỳ thuyết xoay quanh đồ án “Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển băng tải qua WinCC” mà bản thân em đã thu thập đƣợc, từ đó thiết kế hệ thống điều khiển giám sát hệ thống băng tải và đƣa vào hoạt động nhƣ một bài thí nghiệm thực tế về giám sát hệ thống. Sau khi hoàn thành đồ án này đã giúp em đạt đƣợc những vấn đề sau: Tìm hiểu đƣợc những ứng dụng của phần mềm WinCC Biết cách lập trình cho hệ thống mô phỏng băng tải Tìm hiểu đƣợc cấu tạo và nguyên lý hoạt động của PLC Cách kết nối các biến của PLC với WinCC Thực hiện thí nghiệm trên mô hình thực. Em xin cảm ơn! 69
  70. TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách tham khảo 1. Giao diện NGƢỜI –MÁY HMI (HUMAN MACHINE INTERFACE) và lập trình với S7 và WinCC 6.0 TS. Trần Thu Hà ( Chủ biên) KS. Phạm Quang Huy 2. Bài giảng thiết bị Siemens – Công ty TNHH TM&DV Kĩ thuật SIS Tài liệu trên internet 1. www.google.com 2. www.alldatasheet.com 70