Chương I: GIỚI THIỆU LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 1. Giới thiệu chung. Ngày nay các thiết bị điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) được thay thế dần cho các thiết bị điều khiển cũ để thực hiện tự động hóa hoàn toàn quá trình công nghệ, thực hiện việc tích hợp mạng công nghiệp (Industrial Ethernet). Trên thế giới các hãng lớn về tự động hóa như Omron, Allen Bradly, Siemens….
không ngừng phấn đấu để đưa ra những sản phẩm trong lĩnh vực này với những tính năng của các PLC ngày càng mạnh, tốc độ xử lý nhanh đáp ứng được các yêu cầu trong nền công nghiệp với các bài toán khó, độ phức tạp cao. Hiện nay trên thị trường Việt Nam PLC của hãng Siemenes được xử dụng khá nhiều. Từ đó nảy sinh ra vấn đề về giao diện người-máy HMI (Human Machina Interface) rất quan trọng trong việc điều khiển và giám sát quá trình sản xuất. Hãng Siemens đã đưa ra một phần mềm để xây dựng giao diện người và máy là WinCC có tính linh hoạt cao.
Trước những ứng dụng rộng rãi của PLC trong các hệ thống công nghiệp, và sự đòi hỏi về vấn đề giao diện người-máy nên em chọn đề tài “hệ thống chiết rót định lượng dung dịch” một hệ thống được điều khiển bằng PLC và giao tiếp với máy tính thông qua phần mềm WinCC. Tổng quan đề tài chiết rót định lượng dung dịch: 1. Yêu cầu đề tài: Thiết kế và thi công mô hình hệ thống chiết rót định lượng dung dịch dùng PLC S7- 200. Nhiệm vụ của LVTN.
Tìm hiểu tổng thể đề tài. Thiết kế thi công mô hình. PLC S7-200 và Module Analog. Thiết kế bộ điều khiển dung PLC.
=============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY…………………………………………………………. HUỲNH THÁI HOÀNG =============================================================== Lập trình điều khiển. Chỉnh sửa chương trình và viết báo cáo. Sơ lược về hệ thống: Hệ thống sử dụng PLC S7-200 dùng để điều khiển quá trình, module EM231 dùng để đọc tín hiệu analog từ cảm biến đưa về, sử dụng phần mềm giao diện WinCC của hãng SIEMENS để giám sát hệ thống, và cảm biến lưu lượng dùng để định lượng dung dịch.
Chức năng của hệ thống: định lượng dung dịch vô chai. Hệ thống có khả năng chiết rót và gạt chai ra khỏi băng chuyền. =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY…………………………………………………………. HUỲNH THÁI HOÀNG =============================================================== Chương II: SƠ LƯỢC CẤU TRÚC VÀ NGHIÊN CỨU HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT PLC 2.1 Giới thiệu sơ lược về PLC S7_200: - PLC: Programmable Logic Controller: bộ điều khiển lập trình, PLC được xếp vào trong họ máy tính, được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp và thương mại.
- PLC đặt biệt sử dụng trong các ứng dụng hoạt động logic điều khiển chuổi sự kiện, duy trì biến số theo giá trị không đổi hoặc theo hàm cho trước. - PLC có đầy đủ chức năng và tính toán như vi xử lý. Ngoài ra, PLC có tích hợp thêm một số hàm chuyên dùng như bộ điều khiển PID, dịch chuyển khối dữ liệu, khối truyền thông,… - PLC có những ưu điểm: Có kích thước nhỏ, được thiết kế và tăng bền để chịu được rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn, đáng tin cậy. Rẻ tiền đối với các ứng dụng điều khiển cho hệ thống phức tạp.
Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi cấu trúc của mạch điều khiển. PLC có các chức năng kiểm tra lỗi, chẩn đoán lỗi. Có thể nhân đôi các ứng dụng nhanh và ít tốn kém. - Một PLC gồm có những phần cơ bản sau: Bộ nguồn: cung cấp nguồn thiết bị và các module mở rộng được kết nối vào.
CPU: thực hiện chương trình và dữ liệu để điều khiển tự động các tác vụ hoặc quá trình. Các ngõ vào/ra: gồm có các ngõ vào/ra số, vào/ra tương tự. Các ngõ vào dùng để quan sát tín hiệu từ bên ngoài đưa vào (cảm biến, công tắc), ngõ ra dùng để điều khiển các thiết bị ngoại vi trong quá trình. Các cổng/module truyền thông (CP: Communication Professor): dùng để nối CPU với các thiết bị khác để kết nối thành mạng, xử lý thực hiện truyền thông giữa các trạm trong mạng.
Các loại module chức năng (FM: Function Module) ví dụ các module điều khiển vòng kín, các module thực hiện logic mờ… - Phân loại: PLC thường được phân làm hai loại theo cấu trúc phần cứng: PLC kiểu hộp đơn. o Thường sử dụng trong các thiết bị lập trình cỡ nhỏ. o Được cung cấp dưới dạng nguyên chiếc bao gồm cả bộ nguồn, bộ xử lý, bộ nhớ và các thiết bị nhập xuất. PLC kiểu module.
o Kiểu module gồm các module riêng cho bộ nguồn, bộ xử lý,… o Các module thường được lập trên các rãnh bên trong hộp kim loại. o Sự phối hợp các module cần thiết tuỳ theo công dụng do ngừơi dùng xác định khá linh hoạt. - CPU thường có: Bộ thuật toán và logic: xử lý dữ liệu, thực hiện các phép toán số học (cộng, trừ) và các phép toán logic. Bộ nhớ (thanh ghi): dùng để lưu trữ thông tin.
=============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY…………………………………………………………. HUỲNH THÁI HOÀNG =============================================================== Bộ điều khiển: chuẩn thời gian của các phép toán.1 Thiết bị nhập xuất - Tín hiệu nhập từ các bộ cảm biến có thể là: Tín hiệu analog: từ các bộ cảm biến nhiệt độ, áp suất,… Tín hiệu rời rạc: từ các công tắc trực tiếp, gián tiếp (công tắc điện từ, công tắc kiểu điện dung…) Chuỗi xung: từ encoder. - Tín hiệu xuất ra có thể dưới dạng: Tín hiệu analog: điều khiển động cơ… Tín hiệu số: điều khiển contactor, van điều khiển hướng trong các van solenoid… Thiết bị xuất dạng số: 3 loại. o Kiểu role: cho phép đóng các dòng điện lớn, chịu được sự gia tăng đột ngột đòng điện và điện áp trong thời gian ngắn.
Khuyết điểm: là vận hành chậm. o Kiểu transistor: Ưu điểm: tốc độ chuyển mạch nhanh. Khuyết điểm: chỉ dùng điện dc, dễ hư hỏng, thiết bị phải sử dụng cầu chì hay mạch điện tử bảo vệ. Các bộ ghép quang được dùng để cách điện.
o Kiểu triac: Ưu điểm: điều khiển tải bên ngoài với nguồn công suất ac. Khuyết điểm: dễ hư hỏng do quá dòng. Luôn có cầu chì bảo vệ trong khi qua role, trasistor hay triac, tín hiệu từ kênh suất có thể là tín hiệu 24v, 100ma, 110v, la; 240vac,la; - Thiết bị nhập dạng số: khi có tín hiệu vào, diode quang sẽ phát quang, tạo ra xung hồng ngoại, xung này được transistor quang tiếp nhận và đưa vào bộ xử lý. Nhờ có thiết bị này mà tín hiệu nhập dải rộng có thể được cung cấp cho bộ vi xử lý (5v): tín hiệu 5v, 24v,110v,220v.2 Cấu trúc vùng nhớ: - Bộ nhớ của S7-200 được chia thành 4 vùng với 1 tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong một khoản thời gian nhất định khi mất nguồn.
- Bộ nhớ của S7-200 có tính năng động cao, đọc và ghi được trong toàn vùng, loại trừ phần các bit nhớ đặc biệt được kí hiệu bởi SM (Special Memory) chỉ có thể truy cập để đọc. - Các vùng nhớ của S7-200: o Vùng chương trình: là miền bộ nhớ được sử dụng để lưu giữ các lệnh chương trình. o Vùng tham số: là miền lưu giữa các tham số mhư từ khóa, địa chỉ trạm. o Vùng dữ liệu được sử dụng để cất các dữ liệu của chương trình bao gồm các kết quả bằng phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền thông… Vùng dữ liệu có các miền nhớ sau: I: Input: ngõ vào rồi rạc.
=============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY…………………………………………………………. HUỲNH THÁI HOÀNG =============================================================== Q: Output: ngõ ra rời rạc. M: internal Memory: vùng nhớ nội. SM: Special Memory: vùng nhớ đặc biệt.
V: Variable Memory: vùng nhớ biến. Vùng đối tượng: timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng.3 Nguyên tắc thực hiện chương trình - PLC thực hiện chương trình theo chu trình vòng lặp. Mõi vòng lặp được gọi là vòng quét. Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện tư lệnh đầu tiên và kết thúc tại lệnh kết thúc (MEND).
- Mỗi vòng quét trải qua 4 giai đoạn: Quét tất cả tín hiệu vào Thực thi chương trình Truyền thông và kiểm lỗi Cập nhật các tín hiệu ra - Có thể lập trình cho PLC S7-200 bằng cách sử dụng phần mềm sau STEP7- Micro/WIN. - 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. - Chương trình con là một bộ phận của chương trình chính, thực hiện mõi khi được gọi từ chương trình chính. Ưu điểm của chương trình con: o Giảm kích thước chương trình chính.
o Thời gian quét giảm (nếu không thoả điều kiện thì sẽ không nhảy tới chương trình con). o Dễ dàng sao chép qua các chương trình khác. Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình. Chương trình phục vụ ngắt được gọi khi có sự kiện ngắt xuất hiện.
Sự kiện ngắt đã được định nghĩa trước trong hệ thống.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: =============================================================== HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐỊNH LƯỢNG DUNG DỊCH SVTH: NGUYỄN HỮU DUY…………………………………………………………. HUỲNH THÁI HOÀNG =============================================================== 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.
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.