Chương I: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 1.1 Giới thiệu chung Ngày nay, việc tự động hóa các trang thiết bị trong các công ty, nhà máy, xí nghiệp.ngày càng phổ biến và phát triển.Ở đất nước có những cường độ làm việc và độ chính xác cao, con người không thể đảm nhiệm được lúc đó máy móc sẽ thay con người nhưng dưới sự giám sát của con người.Vì vậy, viêc tự động hóa các máy móc với trang thiết bị hiện đại, thì còn có các phần mềm trong việc quản lý các hệ thống được coi là thông dụng trong ngành công nghiệp, điều khiển các dây truyền sản xuất giám sát thông qua các chương trình phần mềm giao diện như Visual Basic, Quick Basic, Turbol C++, Dephil…Đặc biệt trong đó Hãng Siemens giới thiệu phần mềm WinCC chuyên dụng sử dụng điểu khiển giám sát dể dàng cho PLC.2 Ý Tưởng Từ thực tế cuộc sống công nghiệp của con người, họ muốn máy móc có thể đảm nhiệm và hoàn thành tốt công việc của họ.Trong số đó, những công ty, cơ sở sản xuất nước khoáng, nước ngọt việc làm thủ công xúc rữa chai, chiết rót nước vào chai, đóng nắp, dán nhãn và thổi màng co phải cần nhiều người, lượng nước đồng đều và năng suất không cao, mất nhiều thời gian.Vì thế, ứng dụng tự động hóa trong quá trình sản xuất nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm và hạ tối đa giá thành. Một trong những phương án hiệu quả và được sử dụng rộng rãi hiện nay là thay thế những hệ thống lạc hậu, không hiệu quả bằng những dây chuyền tự động được điều khiển bằng PLC. Việc máy móc đảm nhận công việc thay cho con người sẽ mang lại hiệu quả cao. Qua đó em chọn đề tài “Thiết kế hệ thống chiết rót nước và đóng nắp chai tự động” dùng PLC để làm luận văn tốt nghiệp.
SVTH : LÊ ĐỨC THỌ …………………………………………………………._ 1_ LVTN : MÔ HÌNH CHIẾT NƯỚC VÁ ĐÓNG CHAI TỰ ĐỘNG =========================================================== 1.3 Tổng quan về mô hình chiết rót nước và đóng nắp chai tự động.1 Yêu cầu đề tài Thiết kế mô hình chiết nước và đóng nắp chai tự động” dùng PLC 1.2 Nhiệm vụ của LVTN. Tìm hiểu tổng thể đề tài Tìm hiểu cảm biến và Valve Thi công mô hình Lập trình PLC S7-200 Thiết kế sơ đồ điện Lập trình điều khiển giao tiếp máy tính Chỉnh sửa chương trình và viết báo cáo Nộp báo cáo. Hệ thống này được sử dụng PLC S7-200 để điều khiển. Ngoài ra còn có phần mềm giao diện WinCC của hãng SIEMENS.
SVTH : LÊ ĐỨC THỌ …………………………………………………………._ 2_ LVTN : MÔ HÌNH CHIẾT NƯỚC VÁ ĐÓNG CHAI TỰ ĐỘNG =========================================================== Chương 2 : SƠ LƯỢC CẤU TRÚC VÀ NGHIÊN CỨU HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT PLC 2. Cấu trúc: Một hệ thống lập trình cơ bản phải gồm có : CPU: là bộ xử lý trung tâm (Center Processing Unit), nó điều khiển mọi hoạt động của PLC theo chương trình đề ra, thực hiện tính toán so sánh, định thời gian, đếm các tín hiệu đầu vào tốc độ xung Clock cấp từ mạch thạch anh. Bộ nhớ nằm bên trong CPU bao gồm bộ nhớ chương trình và bộ nhớ dữ liệu, mỗi vùng có các chức năng và nhiệm vụ khác nhau. I O N CENTRAL U P PROCESSIN T U G P M T UNIT U S T M S Hình : Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển lập trình Khối điều khiển trung tâm (CPU) gồm ba phần: bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và hệ thống nguồn cung cấp.
Processor Memory Power Supply Hình : Sơ đồ khối tổng quát của CPU Bộ nhớ chương trình dùng chứa chương trình điều khiển và xử lý dữ liệu. Chương trình này được CPU sử dụng mỗi khi PLC hoạt động. Để đảm bảo an toàn SVTH : LÊ ĐỨC THỌ …………………………………………………………._ 3_ LVTN : MÔ HÌNH CHIẾT NƯỚC VÁ ĐÓNG CHAI TỰ ĐỘNG =========================================================== mỗi khi có sự cố mất điện, bộ nhớ chương trình được sử dụng bằng EEPROM (Electrical Erase Programmable Read Only Memory). Khi nạp chương trình vào PLC chương trình được trữ trong bộ nhớ này.
Bộ nhớ dữ liệu dùng chứa các thông số của chương trình trong quá trình hoạt động như trạng thái các biến, giá trị đếm tức thời của Timer và Counter,v.v…Khi nguồn điện cấp cho PLC bị mất nội dung của bộ nhớ dữ liệu vẫn được duy trì nhờ một tụ điện. Bộ nhớ dữ liệu được sử dụng bằng Ram (Random Access Memory). Vùng nhớ Ram chia làm 4 vùng chính: Vùng chương trình (User Program): là miền bộ nhớ sử dụng để lưu trữ các lệnh chương trình điều khiển. Vùng tham số của CPU (CPU configuration): là miền lưu trữ các tham số như từ khoá, địa chỉ trạm, trạng thái của CPU.
Vùng dữ liệu: dùng để chứa các dữ liệu chương trình bao gồm các kết quả, các phép tính,các hằng số được định nghĩa trong chương trình,v.v…Các miền nhớ này có thể truy cập theo bit, byte (8bit), word (2byte), doubleword (2 word). Vùng dữ liệu lại được chia thành nhiều miền nhớ nhỏ với các công cụ riêng như sau: V :(Variable Memory): vùng nhớ biến I :( Input Image Register): vùng nhớ ảnh ngõ vào Q :(Output Image Register): vùng nhớ ảnh ngõ ra M :(Internal Memory Bit): vùng nhớ nội SM (Special Memory Bit): vùng nhớ đặc biệt Vùng đối tượng: chứa các thông số của Timer, Couter, các bộ đếm cao tốc, các ngõ ra Analog, các thanh ghi tích luỹ, các hằng số được chứa trong vùng nhớ này. Vùng nhớ EEPROM được chia thành 3 vùng, vùng chương trình, vùng tham số của CPU, vùng dữ liệu. Về bản chất các vùng nhớ của bộ nhớ EEPROM hoàn toàn giống như vùng nhớ RAM.
EEPROM dùng để nạp lại chương trình và một số nội dung cho vùng nhớ RAM bị mất nguồn nuôi. SVTH : LÊ ĐỨC THỌ …………………………………………………………._ 4_ LVTN : MÔ HÌNH CHIẾT NƯỚC VÁ ĐÓNG CHAI TỰ ĐỘNG =========================================================== 2.2 Cấu trúc chương trình của S7-200: Có thể lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sử dụng một trong những phần mềm sau: STEP7-Micro/DOS STEP7-Micro/WIN Những phần mềm này đều có thể cài đặt được trên các máy lập trình họ PG7xx và các máy tính cá nhân (PC). Các chương trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chương trình chính (main program) và sau đó đến các chương trình con và các chương trình xử lý ngắt được chỉ ra sau đây: Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình(MEND). Chương trình con là một bộ phận của chương trình.Các chương trình con phải được viết sau lệnh kết thúc chương trình chính, đó là lệnh MEND.
Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình.nếu cần sử dụng chương trình xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc chương trình chính MEND. Các chương trình con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương trình chính.Sau đó đến ngay các chương trình xử lý ngắt. Bằng cách viết như vậy, cấu trúc chương trình được rõ ràng và thuận tiện hơn trong việc đọc chương trình sau này. Có thể tự do trộn lẫn các chương trình con và chương trình xử lý ngắt đằng sau chương trình chính.
Thực hiện trong một vòng quét: Main Program. MEND Thực hiện khi được chương trình chính gọi: SVTH : LÊ ĐỨC THỌ …………………………………………………………._ 5_ LVTN : MÔ HÌNH CHIẾT NƯỚC VÁ ĐÓNG CHAI TỰ ĐỘNG =========================================================== SBR 0 Chương trình con thứ nhất. SBR n Chương trình con thứ n+1. RET Thực hiện khi có tín hiệu báo ngắt: INT 0 Chương trình xử lý ngắt thứ nhất.
INT n Chương trình xử lý ngắt thứ n+1. RETI SVTH : LÊ ĐỨC THỌ …………………………………………………………._ 6_ LVTN : MÔ HÌNH CHIẾT NƯỚC VÁ ĐÓNG CHAI TỰ ĐỘNG =========================================================== 2. Hoạt động của một PLC: CPU S7-200 có các chế độ hoạt động thể hiện bằng đèn trên PLC như sau: SF : đèn màu đỏ báo hệ thống bị hỏng. RUN : đèn màu xanh chỉ thị PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình đã nạp vào bộ nhớ.
STOP : đèn màu vàng chỉ thị PLC đang ở chế độ dừng. Khi hoạt động ở chế độ RUN, CPU S7-200 được thiết kế để thực hiện một loạt các thao tác theo chu kỳ và một chu kỳ thực hiện thao tác đó người ta gọi là một vòng quét (Scan Cycle). Trong một vòng quét, CPU thực hiện các công việc sau : Đọc trạng thái các ngõ vào (Reading The Input): bắt đầu mỗi vòng quét, PLC đọc trạng thái ngõ vào và ghi trong thanh ghi ảnh ngõ vào. Thực hiện chương trình (Excecuting The Program): trong suốt một vòng quét, PLC thực hiện từ lệnh đầu tiên của chương trình đến khi gặp lệnh END (STEP7_Micro/Win 3.2 tự động hiểu chương trình kết thúc khi gặp Network trống kế tiếp trong chương trình).
Tại thời điểm thực hiện các lệnh liên quan với các ngõ vào, ngõ ra, lệnh không làm việc trực tiếp với các cổng vào ra mà chỉ xử lý thông qua thanh ghi ảnh của các ngõ vào ra trong vùng nhớ tham số. Riêng đối với các lệnh I/O Immediate (ngay lập tức) thì hệ thống sẽ cho ngừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt để thực hiện ngay lập tức lệnh này (giá trị ngõ vào nạp ngay vào thanh ghi ảnh hoặc xuất ngay giá trị trong thanh ghi ảnh đến ngõ ra) không đợi đến thứ tự thực hiện của vòng quét. - Truyền thông nội bộ giữa các PLC (Processing Any Communication Requests): thực hiện việc trao đổi thông tin giữa các PLC trong mạng và xử lý các tín hiệu phản hồi. Tự chuẩn đoán lỗi (Excicuting The CPU Self-Test Diagnostics): CPU tiến hành kiểm tra bộ nhớ chương trình và trạng thái module mở rộng.
Xuất dữ liệu ra các ngõ ra (Writing To The Outputs): kết thúc mỗi vòng quét CPU xuất các giá trị trong thanh ghi ảo ngõ ra đến ngõ ra. Khi CPU chuyển SVTH : LÊ ĐỨC THỌ …………………………………………………………._ 7_ LVTN : MÔ HÌNH CHIẾT NƯỚC VÁ ĐÓNG CHAI TỰ ĐỘNG =========================================================== trạng thái RUN đến STOP (bằng nút gạt trên PLC), các giá trị của các thanh ghi ảnh ngõ ra sẽ được gán bằng các giá trị đã định nghĩa sẵn trong Output Table. Về cơ bản hoạt động của một PLC cũng khá đơn giản. Đầu tiên, hệ thống các cổng vào/ra (Input/Output) (còn gọi là các Module xuất/nhập) dùng để đưa các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi vào CPU (như các sensor, contact, tín hiệu từ động cơ …).
Sau khi nhận được tín hiệu ở ngõ vào thì CPU sẽ xử lý và đưa các tín hiệu điều khiển qua Module xuất ra các thiết bị được điều khiển.