ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẰNG WINCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP / 40 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 1.1 GIỚI THIỆU - Trong sản xuất để đạt suất cao, chất lượng tốt hiệu việc áp dụng hệ - - thống tự động quan trọng Dây chuyền sản xuất tự động thường bao gồm :  Hệ thống lắp ráp  Hệ thống phân loại  Các hệ thống đóng gói Trong hệ thống phân loại sản phẩm đóng vai trò quan trọng Việc phân loại sản phẩm dựa trên: Hình ảnh, màu sắc, kích thước, trọng lượng, chiều cao,… Hình 1.1: Hệ thống phân loại sản phẩm 1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP / 40 - Với đa dạng màu sắc sản phẩm, xây dựng mơ hình phân loại sản phẩm theo màu để nâng cao hiệu suất, chất lượng sản phẩm phân loại - Mong muốn tìm hiểu thêm PLC thiết bị tự động 1.3 MỤC TIÊU - Lập trình ứng dụng PLC - Nghiên cứu thiết bị sử dụng đồ án: Van khí, relay, xilanh,… 1.4 KẾT QUẢ DỰ KIẾN - Hệ thống áp dụng cho nhiều loại sản phẩm - Có thể điều khiển trực tiếp từ xa Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP / 40 CHƯƠNG 2: THÔNG SỐ KỸ THUẬT VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC THIẾT BỊ 2.1 TÌM HIỂU PLC - PLC thiết bị điều khiển lập trình cho phép thực thuật tốn điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình Hình 2.1: Cấu trúc chung hệ thống PLC Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP / 40 - Trong đồ án chọn PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC để sử dụng để lập trình điều khiển Hình 2.2: PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC - Mô tả:  Model: PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC  Mã hàng: 6ES7214-1AG400XB0  Hãng sản xuất: Siemens AG  Xuất xứ: Đức Thiết kế mô hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP / 40  Nguồn nuôi: 24 VDC  Input: 14 DI, AI  Output: 10 DO  Mở rộng thêm modul I/O  Program memory: 100KB 2.2 CÁC THIẾT BỊ KHÁC 2.2.1 Cảm biến sợi quang - Cảm biến sợi quang xử dụng nguyên tắc phản xạ toàn phần dẫn hướng đường laze theo sợi polymer Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP / 40 Hình 2.3: Cấu tạo cảm biến sợi quang - Các phận cảm biến quang sợi:  Đầu sợi quang (Head): Dùng để phát vật ánh sáng laze  Sợi quang (FIiber): Dẫn ánh sang thu tới khuếch đại  Bộ khuếch đại (Ampliffer): Xử lý tín hiệu ánh sáng thu  Tín hiệu ngõ (Output): Có dây  Dây nâu: cấp nguồn + 24 VDC cho khuếch đại  Dây xanh: cấp nguồn – VDC cho khuếch đại  Dây đen: tín hiệu khuếch đại xuất sau sử lý tín hiệu vào từ đầu sợi quang - Ứng dụng:  Phát màu  Phát vật tốc độ cao  Phát chi tiết nhỏ mỏng  Phát vật suốt, mờ hay đục Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP / 40 Hình 2.4: Cảm biến sợi quang Keyence FS-V31 - Trong thiết kế sử dụng cảm biến quang sợi Keyence FS-V31:  Điện áp 12 – 24 VDC  Ngõ ra: NPN  Thời gian đáp ứng: 33  s – 16 ms  Có sẳn timer: on-delay, off-delay 0.1 ms – 9.999 ms  Vỏ bọc: Polycarbonate Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP / 40 2.2.2 Cảm biến tiệm cận Hình 2.5: Cảm biến tiệm cận E3F-DS30C4 sơ đồ chân - Trong thiết kế sử dụng cảm biến tiệm cận E3F-DS30C4 Thông số:  Điện áp: – 36 VDC  Ngõ ra: NPN thường hở  Khoảng cách phát hiện: – 30 cm  Số dây: dây  Dây nâu: VCC  Dây xanh dương: GND  Dây đen: tín hiệu Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP / 40 2.2.3 Xilanh khí nén - Xilanh khí nén thiết bị vận hành khí nén Hình 2.6: Cấu tạo Xilanh khí nén - Cấu tạo Xilanh khí nén:  Barrel: Thân trụ  Piston: Pít tơng  Piston rod: Trục Pít tơng  Tie rod: Trục nối  Cap-end port: Lỗ cấp khí  Rod-end port: Lỗ khí Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 31 / 40 3.3.2 Nguyên lý hoạt động - Cấp nguồn cho hệ thống, mở phần mềm TIA Portal V14 nạp chương trình từ - máy tính vào PLC Nhấn nút START bảng điều khiển để bắt đầu hoạt động Chọn chế độ MANU, hệ thống hoạt động chế độ điều khiển tay Nhấn - nút động hay xilanh để điều khiển thiết bị mong muốn Chọn chế độ AUTO, hệ thống hoạt động chế độ tự động Vật xilanh tự đưa vào băng tải xác định màu, sau băng tải đưa vật tới vị trí khay đựng màu phù hợp xilanh vị trí đưa vật xuống khay Chương trình tự động tự lặp lại đưa vật vào băng tải có vật rơi vào khay đựng màu - phù hợp Nhấn nút STOP để dừng chương trình Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 32 / 40 3.4 CHƯƠNG TRÌNH LẬP TRÌNH - Năm 2009, Siemens giới thiệu PLC S7-1200 phần mềm lập trình TIA Portal V10.5 tích hợp Step Basic Siemens liên tục cải thiện nâng cấp chương - trình tới TIA Portal V14 TIA Portal V14 lập trình cho tất thiết bị Siemens Với PLC S7-1200 dùng cho hệ thống nhỏ vừa, Siemens hỗ trợ cho ngơn ngữ lập trình là: LAD, FBD SCL  LAD – Ladder: Lập trình theo sơ đồ mạch  FBD – Function Block Diagram: Lập trình theo đại số Boolean  SCL – Structure Language Control: Lập trình theo dạng ký tự 3.4.1 Phần mềm TIA Portal V14 - Phần mềm tích hợp cấu hình lập trình cho tất sản phẩm Siemens Hình 3.3: Phần mềm TIA Portal V14 - Ưu điểm: Tất tích hợp phần mềm, đơn giản cho việc lâp trình Nhược điểm: Phần mềm có dung lượng lớn, yêu cầu cần cấu hình máy Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 33 / 40 3.4.2 Phần mềm S7- PLCSIM V14 - Phần mềm dùng mô điều khiển chương trình, thơng qua địa chuyển từ TIA Portal V14 Hình 3.4: Phần mềm S7-PLCSIM V14 3.4.3 Phần mềm WinCC RT Start - Phần mềm thiết kế giao diện HMI hệ thống SCADA, mơ hình ảnh, thu thập số liệu, giám sát điều khiển trình Hình 3.5: Phần mềm WinCC RT Start Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 34 / 40 3.5 LẬP TRÌNH CHƯƠNG TRÌNH - Khởi động TIA Portal V14, Create new project � nhập tên project vào Project mane � Create hoàn tất tạo Project Hình 3.6: Tạo Project - Devices & networks � Add new device chọn CPU Hình 3.7: Chọn thiết bị Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 35 / 40 - Controllers � SIMATIC S7-1200 � CPU 1214C DC/DC/DC � Vesion � V4.0 � Add Hình 3.8: Chọn CPU - Sau chọn PLC, cửa sổ cấu hình xuất Có thể thêm module mở rộng Hardware catalog Trong thiết kế khơng cần thêm module Hình 3.9: Cấu hình CPU Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 36 / 40 - Project tree � Add new device � PC Systems � Simatic HMI application � WinCC RT Adcanced � Version � 14.0.1.0 � OK Hình 3.10: Chọn WinCC - Thêm thẻ IE general vào SIMATIC PC station Hardware catalog � Communications module � PROFINET/Ethernet chọn kéo thẻ IE general vào SIMATIC PC station HMI-RT-1 Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 37 / 40 Hình 3.11: Cấu hình cho WinCC - Kết nối CPU WinCC Vào Network view � Network, từ cổng giao tiếp CPU kéo liên kết tới cổng IE general tạo mạng cục PN/IE-1 cho CPU WinCC Hình 3.12: Kết nối PN/IE-1 CPU WinCC - Network view � Conections tạo kêt nối CPU WinCC, từ cổng giao tiếp CPU kéo liên kêt tới cổng IE general Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 38 / 40 Hình 3.13: Kết nối CPU WinCC - Vào Programe block viết chương trình điều khiển - Thiết kế có chương trình chương trình  Chương trình chính: Main [OB1]  Chương trình con: AUTO [FC1], MANU [FC2], SIMULATION [FC3] Hình 3.14: Chương trình TIA Portal V14 Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 39 / 40 3.6 MÔ PHỎNG WINCC - Project tree � PC-System_1 [SIMATIC PC station] � HMI_RT_1 [WinCC RT Advanced] � Screens � Add new screen thêm hình Hình 3.15: Giao diện hình WinCC - Thiết kế vẽ hình: hình chính, hình điều khiển giới thiệu Hình 3.16: Các hình WinCC Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 40 / 40 - Toolbox có dụng cụ để mơ phỏng:  Basic Objects: Vẽ đèn báo, viết chử, vẽ hình, …  Elements: Chọn nút nhấn, loại đồng hồ, …  Controls: Dùng điều khiển giám sát, xuất file PDF, …  Graphics: Chọn thiết bị cảm biến, motor, băng tải, … Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 41 / 40 Hình 3.17: Thanh cơng cụ WinCC - Properties � Appearance chỉnh vẽ thiết bị - Properties � Layout chỉnh vị trí kích thước thiết bị Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 42 / 40 Hình 3.18: Tab Properties Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 43 / 40 - Animation � Tag connection � Add new animation � Process value gán biến có giá trị liệu - Animation � Display � Appearance gán biến IP OP - Animation � Movements � Horizontal move tạo hiệu ứng chuyển động Hình 3.19: Tab Animation - Event � Press � Setbit gán giá trị nhấn - Event � Release � Resetbit gán giá trị nhả Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 44 / 40 Hình 3.20: Tab Event Hình 3.21: Màn hình điều khiển mơ WinCC hệ thống Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 45 / 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trân Văn Hiếu (2015), Tự động hóa PLC S7-1200 với Tia Portal, Nhà xuất [2] Khoa học Kỹ thuật T.S Ngô Văn Thuyên, Phạm Quang Huy (2017), Lập trình với PLC S7-1200 [3] [4] [5] S7-1500, Nhà xuất niên https://support.industry.siemens.com/cs/start?lc=en-VN https://www.keyence.com/support/index.jsp http://www.edata.omron.com.au/eData/Power_supplies/T002-E1-04.pdf Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ... lại Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 21 / 40 Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống. .. 1.1: Hệ thống phân loại sản phẩm 1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP / 40 - Với đa dạng màu sắc sản phẩm, ... điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc mô hệ thống WinCC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 28 / 40 Sơ đồ 3.4: Sơ đồ kết nối DI DO với PLC Thiết kế mơ hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo