ĐẶT VẤN ĐỀ 1. Giới thiệu đề tài Có thể thấy các sản phẩm tiêu dùng hiện nay phần lớn đƣợc chứa đựng trong các bao bì dạng chai lọ nhất là trong ngành thực phẩm ví dụ nhƣ: bia, rƣợu, nƣớc giải khát, hóa mỹ phẩm, v.v…, với nhiều ƣu điểm nổi trội nhƣ giá thành hạ, cứng cáp, tính thẩm mỹ cao, dễ sản xuất. Cũng chính vì lý do này mà nhóm em đã thống nhất và đi đến quyết định chọn đề tài “Điều khiển và giám sát hệ thống chiết rót đóng nắp chai”. Mục đích cần đạt đƣợc sau khi hoàn thiện đề tài Đối với đề tài: - Kiến thức về lập trình PLC Siemens S7-200.
- Kiến thức về phần mềm Simatic Step 7. - Thiết kế phần cứng bằng phƣơng pháp tối ƣu nhất. Đối với cá nhân - Với bản thân ngƣời thực hiện đề tài, đây là cơ hội tốt để có thể tự kiểm tra lại kiến thức của mình, đồng thời có cơ hội nỗ lực vận động tìm hiểu, tiếp cận nghiên cứu đƣợc với những vấn đề mình chƣa biết, chƣa hiểu rõ nhằm trang bị cho bản thân những kiến thức bổ ích cần thiết để sau này có thể ứng dụng vào thực tế. - Kĩ năng làm việc theo nhóm, khả năng tìm tòi, học hỏi, phát huy năng lực ƣu điểm của bản thân.
1 Tài liệu môi trường học Đồ án tốt nghiệp CHƢƠNG 2:TỔNG QUAN VỀ PLC S7-200 2. Giới thiệu Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) đƣợc sáng tạo từ những ý tƣởng ban đầu của một nhóm kỹ sƣ thuộc hãng General Motor vào năm 1968. Trong những năm gần đây, bộ điều khiển lập trình đƣợc sử dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp của nƣớc ta nhƣ là 1 giải pháp lý tƣởng cho việc tự động hóa các quá trình sản xuất. Cùng với sự phát triển công nghệ máy tính đến hiện nay, bộ điều khiển lập trình đạt đƣợc những ƣu thế cơ bản trong ứng dụng điều khiển công nghiệp.
Nhƣ vậy, PLC là 1 máy tính thu nhỏ nhƣng với các tiêu chuẩn công nghiệp cao và khả năng lập trình logic mạnh. PLC là đầu não quan trọng và linh hoạt trong điều khiển tự động hóa. Quá trình phát triển của kĩ thuật điều khiển: 2. Hệ thống điều khiển là gì? Hệ thống điều khiển là tập hợp các thiết bị và dụng cụ điện tử.
Nó dùng để vận hành một quá trình một cách ổn định, chính xác và thông suốt. Hệ thống điều khiển dùng rơle điện Sự bắt đầu về cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật đặc biệt vào những năm 60 và 70, những máy móc tự động đƣợc điều khiển bằng những rơle điện từ nhƣ các bộ định thời, tiếp điểm, bộ đếm, relay điện từ. Những thiết bị này đƣợc liên kết với nhau để trở thành một hệ thống hoàn chỉnh bằng vô số các dây điện bố trí chằng chịt bên trong panel điện ( tủ điều khiển). Nhƣ vậy, với 1 hệ thống có nhiều trạm làm việc và nhiều tín hiệu vào/ra thì tủ điều khiển rất lớn.
Điều đó dẫn đến hệ thống cồng kềnh, sửa chữa khi hƣ hỏng rất phức tạp và khó 2 Tài liệu môi trường học Đồ án tốt nghiệp khăn. Hơn nữa, các rơle tiếp điểm nếu có sự thay đổi yêu cầu điều khiển thì bắt buộc thiết kế lại từ đầu. Hệ thống điều khiển dùng PLC Với những khó khăn và phức tạp khi thiết kế hệ thống dùng rơle điện. Những năm 80, ngƣời ta chế tạo ra các bộ điều khiển có lập trình nhằm nâng cao độ tinh cậy, ổn định, đáp ứng hệ thống làm việc trong môi trƣờng công nghiệp khắc nghiệt đem lại hiệu quả kinh tế cao.
Đó là bộ điều khiển lập trình đƣợc chuẩn hóa theo ngôn ngữ Anh Quốc là Programmable Logic Controller (viết tắt là PLC). Điều khiển dùng PLC Hình 2. Các khối chức năng Một PLC có khối Module Input, khối CPU(Central Processing Unit) và khối Module Output. Khối Module Input có chức năng thu nhận các dữ liệu digital, analog và chuyển thành các tín hiệu cấp vào CPU.
Khối CPU quyết định và thực hiện chƣơng trình điều khiển thông qua chƣơng trình 3 Tài liệu môi trường học Đồ án tốt nghiệp chứa trong bộ nhớ. Khối Module Output chuyển các tín hiệu điều khiển từ CPU thành dữ liệu analog, digital thực hiện điều khiển các đối tƣợng. Ví dụ: điều khiển động cơ theo sơ đồ bên dƣới: Điều khiển bằng Rơle điện: 4 Tài liệu môi trường học Đồ án tốt nghiệp Điều khiển bằng PLC: 2. Các chủng loại PLC Hiện nay, một số PLC đƣợc sử dụng trên thị trƣờng Việt Nam: - Mỹ:Allen Bradley, General Electric, Square D, Texas Instruments, Cutter Hammer,.
- Đức: Siemens, Boost, Festo. - Hàn Quốc: LG - Nhật: Mitsubishi, Omron, Panasonci, Fanuc, Mashushita, Fuzi,Koyo,. Và nhiều chủng loại khác. Các sản phẩm nhƣ: Logo!, Easy, Zen,.
cũng đƣợc chế tạo ra để đáp ứng những yêu cầu điều khiển đơn giản. 5 Tài liệu môi trường học Đồ án tốt nghiệp 2. Ƣu thế của hệ thống điều khiển dùng PLC - Điều khiển linh hoạt, đa dạng. - Lƣợng contact lớn, tốc độ hoạt động nhanh.
- Tiến hành thay đổi và sửa chữa - Độ ổn định, độ tin cậy cao. - Lắp đặt đơn giản. - Kích thƣớc nhỏ gọn. - Có thể nối mạng vi tính để giám sát hệ thống.
Hạn chế - Giá thành (tùy theo yêu cầu máy). - Cần một chuyên viên để thiết kế chƣơng trình cho PLC hoạt động. - Các yêu cầu cố định, đơn giản thì không cần dùng PLC. - PLC sẽ bị ảnh hƣởng khi hoạt động cao, độ rung mạnh.
Các ứng dụng của PLC - Điều khiển các quá trình sản xuất: giấy, ximăng, nƣớc giải khát, linh kiện điện tử, xe hơi, bao bì, đóng gói,. - Rửa xe ôtô tự động. - Thiết bị khai thác. - Giám sát hệ thống, an toàn nhà xƣởng.
- Hệ thống báo động. - Điều khiển thang máy. - Điều khiển động cơ. 6 Tài liệu môi trường học Đồ án tốt nghiệp - Cửa tự động - Bơm nƣớc.
- Báo giờ trƣờng học, công sở,. - Máy cắt sản phẩm, vô chai,. - Và còn nhiều hệ thống điều khiển tự động khác. Cấu trúc phần cứng PLC S7 200 PLC là bộ điều khiển lập trình và đƣợc xem là máy tính công nghiệp.
Do công nghệ ngày càng cao vì vậy lập trình PLC cũng ngày càng thay đổi, chủ yếu là sự thay đổi về cấu hình hệ thống mà quan trọng là bộ xử lý trung tâm (CPU). Sự thay đổi này nhằm cải thiện 1 số tính năng, số lệnh, bộ nhớ, số đầu vào/ ra(I/O), tốc độ quét,. vì vậy xuất hiện rất nhiều loại PLC. PLC của Siemens hiện có các loại sau: S7- 200, S7- 300, S7- 400.
Riêng S7- 200 có các loại CPU sau: CPU 210, CPU 214, CPU 221, CPU 222,CPU 224, CPU 226,. Mới nhất có CPU 224 xp, CPU 226 xp có tích hợp analog. Trong tài liệu này trình bày cấu trúc chung họ S7 – 200, CPU 224. 7 Tài liệu môi trường học Đồ án tốt nghiệp Tổng số I/O max tƣơng đối lớn, khoảng 256 I/O.
Số module mở rộng tùy theo CPU có thể lên đến tối đa 7 module. Tích hợp nhiều chức năng đặc biệt trên CPU nhớ ngõ ra xung, high speed counter, đồng hồ thời gian thực,. Module mở rộng đa dạng, nhiều chủng loại nhƣ analog, xử lý nhiệt độ,điều khiển vị trí, module mạng. Các thành phần CPU 2.
Đặc điểm của CPU 224 - Kích thƣớc: 120.5mm x 80mm x 62mm - Dung lƣợng bộ nhớ chƣơng trình: 4096 words - Dung lƣợng bộ nhớ dữ liệu: 2560 words - Bộ nhớ loại EEFROM - Có 14 cổng vào, 10 cổng ra. - Cdó thể thêm vào 14 modul mở rộng kể cả modul Analog. - Tốc độ xử lý một lệnh logic Boole 0.37μs - Có 256 timer , 256 counter, các hàm số học trên số nguyên và số thực. - Có 6 bộ đếm tốc độ cao, tần số đếm 20 KHz - Có 2 bộ phát xung nhanh kiểu PTO và PWM, tần số 20 KHz chỉ ở các CPU DC.
- Có 2 bộ điều chỉnh tƣơng tự. - Các ngắt: phần cứng, theo thời gian, truyền thông,. - Đồng hồ thời gian thực. - Chƣơng trình đƣợc bảo vệ bằng Password.
8 Tài liệu môi trường học Đồ án tốt nghiệp - Toàn bộ dung lƣợng nhớ không bị mất dữ liệu 190 giờ khi PLC bị mất điện. Các đèn báo trên PLC - SF: đèn báo hiệu hệ thống bị hỏng (đèn đỏ). - RUN: PLC đang ở chế độ làm việc (đèn xanh). - STOP: PLC đang ở chế độ dừng (đèn vàng).2: Đèn báo trên PLC 2.
Công tắc chọn chế độ làm việc - RUN: cho phép PLC thực hiện chƣơng trình trong bộ nhớ, PLC sẽ chuyển từ RUN qua STOP nếu gặp sự cố. - STOP: PLC dừng công việc thực hiện chƣơng trình ngay lập tức. - TERM: cho phép máy lập trình quyết định chế độ làm việc của PLC. Dùng phần mềm điều khiển RUN, STOP.
Kết nối điều khiển Cho các model của S7-200 sau: 9 Tài liệu môi trường học Đồ án tốt nghiệp Xác định các đặc điểm của PLC hãng Siemens: Kết nối dây cho PLC hoạt động Cấp nguồn: 10 Tài liệu môi trường học Đồ án tốt nghiệp Chú ý: phân biệt loại cấp nguồn nuôi cho PLC. Loại DC nguồn nuôi có kí hiệu là M, L+ Loại AC nguồn nuôi có kí hiệu là N, L1. Ngõ vào: Giả sử cần kết nối 1 công tắc, hoặc 1 nút nhấn cho ngõ vào PLC 11 Tài liệu môi trường học Đồ án tốt nghiệp Chân 1M, 2M nối chung với chân M. Chân L+ nối vào 1 đầu của tiếp điểm, đầu còn lại của tiếp điểm nối vào các ngõ vào I trên PLC.
Ngõ ra: Kết nối PLC điều khiển đèn Light, điều khiển Relay, các cơ cấu chấp hành khác,. 12 Tài liệu môi trường học Đồ án tốt nghiệp Chân 1L, 2L nối vào nguồn dƣơng. Từng ngõ ra từ PLC nối vào 1 đầu của tải, đầu còn lại của tải nối vào nguồn âm. 13 Tài liệu môi trường học Đồ án tốt nghiệp CPU 224 DC/DC/DC CPU 224 AC/DC/RELAY 14 Tài liệu môi trường học Đồ án tốt nghiệp Các ngõ vào thƣờng dùng là: - Nút nhấn, công tắc gạt, ba chấu,.
- Các loại cảm biến: quang điện, tiệm cận, điện dung, từ, kim loại, siêu âm, phân biệt màu sắc, cảm biến áp suất,. - Công tắc hành trình, công tắc thƣờng. - Rơle điện từ. - Bộ kiểm tra mức.
Các thiết bị đƣợc điều khiển ở ngõ ra: - Động cơ DC. - Động cơ AC 1 pha và 3 pha. - Van khí nén. - Van thuỷ lực.
- Đèn báo, đèn chiếu sáng. - Động cơ Step Servo. - Quạt thông gió. 15 Tài liệu môi trường học Đồ án tốt nghiệp - Máy lạnh.
- Động cơ phát điện.