Xây dựng mô hình hệ thống gia công cơ khí tự Động sử dụng plc s7 1200 Đi sâu thiết kế chương trình Điều khiển cho hệ thống

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.77 MB, 81 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNGKHOA ĐIỆN - CƠ

CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG

Giáo viên hướng dẫn : ThS. Vũ Văn TúSinh viên thực hiện: Trần Thị Ly

HẢI PHÒNG, NĂM 2019

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

Nhiệm vụ

UBND THÀNH PHỐ HẢI PHÒNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc lập – Tự do – Hạnh phúc

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

(Điểm ghi bằng số và chữ)

Ngày … tháng … năm 2019

Cán bộ hướng dẫn chính

(Họ tên và chữ kí)

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

1. Đánh giá chất lượng của đề tài tốt nghiệp về các mặt thu thập và phân tích sốliệu ban đầu, cơ sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính toán chất lượngthuyết minh và bản vẽ, giá trị lý luận và thực tiễn đề tài.

(Điểm ghi bằng số và chữ)

Ngày … tháng … năm 2019

Người chấm phản biện

(Họ tên và chữ kí)

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

Lời cam đoan

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: “Xây dựng mơ hình gia cơngcơ khí tự động sử dụng PLC S7-1200. Đi sâu thiết kế chương trình điềukhiển cho hệ thống” do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo Th.S

Vũ Văn Tú. Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế.

Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trongdanh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệunào khác. Nếu phát hiện có sự sao chép em xin chịu hồn tồn trách nhiệm.

Hải Phịng, ngày … tháng … năm 2019

Sinh viên thực hiện

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

1.2. Giới thiệu tổng quan về mơ hình hệ thống...5

1.2.1. Giới thiệu chung về mơ hình...5

2.1.2. Động cơ bước và bộ điều khiển Microstep Driver...25

2.1.3. Các cảm biến sử trong mơ hình...27

2.1.4. Phần tử khí nén trong mơ hình...29

2.2. Ngun lý hoạt động của hệ thống gia cơng cơ khí tự động...34

2.3. Kết luận chương 2...35

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MƠ HÌNH VÀ LẬP TRÌNH...36

3.1. Thiết kế, đấu nối...36

3.1.1. Thiết kế phần cơ khí cho mơ hình...36

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

Mục lục

3.1.1. Đấu nối phần điện...37

3.2. Xây dựng chương trình điều khiển cho hệ thống...37

3.2.1. Xây dựng lưu đồ thuật tốn...43

3.2.2. Chương trình điều khiển...46

3.3.Xây dựng giao diện giám sát trên máy tính cho hệ thống...62

KẾT LUẬN...68

TÀI LIỆU THAM KHẢO...69

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Mơ hình tự động hóa thường gặp...3

Hình 1.2. Hệ thống sản xuất linh hoạt...4

Hình 1.3. Sơ đồ khối của mơ hình...6

Hình 2.7. Động cơ bước model 57H2P7842A4-A...25

Hình 2.8. Hình Bộ điều khiển driver...26

Hình 3.5. Thiết kế bản vẽ cấp nguồn Van điện từ...42

Hình 3.2. Cấu hình hệ thống truyền thơng PLC-WinCC trên máy tính...64

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Danh mục bảng biểu

Hình 3.3. Khai báo các biến q trình trên phần mềm WinCC...64

Hình 3.4. Giao diện chính của chương trình giám sát...65

Hình 3.5. Giao diện phụ của chương trình giám sát...65

Hình 3.6. Giao diện Global Script C...66

Hình 3.7. Lập trình C để tạo chuyển động cho một đối tượng...66

Hình 3.8. Giao diện chương trình giám sát khi chạy Runtime...67

Hình 3.9. Hình ảnh thực tế mơ hình...67

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Module CPU...10

Bảng 2.2. Module truyền thông...11

Bảng 2.3. Các chân của khối MC_Power...15

Bảng 2.4. Các chân của khối MC_Home...19

Bảng 2.5. Phản hồi ghi đè khối MC_Home...20

Bảng 2.6. Các chân của khối MC_Halt...21

Bảng 2.7. Các chân của khối MC_MoveAbsolute...23

Bảng 2.8. Thông số kỹ thuật xi lanh kẹp...31

Bảng 2.9. Thông số kỹ thuật xi lanh xoay...32

Bảng 2.10. Bảng thống kê các thiết bị trong mơ hình...34

Bảng 3.1. Bảng khai báo đầu vào đầu ra của PLC...39

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

Danh mục từ viết tắt

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

PLC Programmable Logic Controller

Thiết bị điều khiển lập trình đượcSCAD

Flexible manufacturing system Hệ thống bao gồm các thiết bị giacơng

CNC Computer Numerical Control Điều khiển máy móc bằng máy tính

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

LỜI MỞ ĐẦU

Trong sự nghiệp giáo dục của nước ta hiện nay mục tiêu là giáo dục vàđào tạo ra những con người có đủ đức, đủ tài, có văn hóa, có kỹ năng, kỹ xảonghề nghiệp và có thái độ ứng xử tốt phục vụ tốt cho sự nghiệp cơng nghiệp hóa- hiện đại hóa - xây dựng nước nhà. Để đạt được mục đích đó thì thế hệ trẻ, đặcbiệt là sinh viên phải ln chủ động tìm hiểu nghiên cứu và ứng dụng nhữngthành tựu khoa học mới, cùng những nhu cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết củanền công nghiệp nước nhà.

Là sinh viên năm cuối được làm đồ án tốt nghiệp là cơ hội cho em tìmhiểu thêm về kiến thức thực tế, củng cố những kiến thức đã học, em đã được

nghiên cứu về đề tài: “Xây dựng mơ hình hệ thống gia cơng cơ khí tự độngsử dụng PLC S7-1200. Đi sâu thiết kế chương trình điều khiển cho hệ

thống”. Đề tài đề cập đến một lĩnh vực đang ứng dụng rất phổ biến trong cơng

Vì kiến thức cịn hạn chế nên trong đề tài khó tránh khỏi những sai sót,nhóm thực hiện đề tài rất mong nhận được ý kiến đóng góp và sữa chữa của qthầy cơ.

Hải Phòng, ngày tháng năm 2019

Sinh viên thực hiện

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

Chương 1: Tổng quan về mơ hình hệ thống gia cơng cơ khí tự động sử dụng PLC S7-1200

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH HỆ THỐNG GIA CƠNG CƠ KHÍ TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC S7-1200

1.1. Tổng quan về đề tài

1.1.1. Vai trò của điều khiển và tự động hóa

Cuộc cách mạng cơng nghiệp 4.0 dựa trên nền tảng công nghệ số và tíchhợp các cơng nghệ thơng minh để tối ưu hóa quy trình, phương thức sản xuất,đặc biệt là những cơng nghệ đang và sẽ có tác động lớn như cơng nghệ tự độnghóa, robot, cơng nghệ in 3D chế tạo, công nghệ sinh học, công nghệ vật liệumới…đang làm thay đổi căn bản nền sản xuất của thế giới. Việc năm bắt kịpthời các thành quả của cuộc CMCN 4.0 có thể coi là chìa khóa, cơ hội tạo bướcphát triển mang tính đột phá cho nền kinh tế nước ta trong thời gian tới nhằmthực hiện thành công quá trình cơng nghiệp hóa. Tuy nhiên cũng tồn tại nhiềuthách thức trong ngắn và trung hạn. Lợi thế về lao động, đặt biệt là lao động chiphí thấp, lợi thế về tài nguyên sẽ giảm đáng kể; các ngành sản xuất lạm dụng laođộng, lạm dụng tài nguyên sẽ mất dần lợi thế và dần bị thu hẹp.

Hiện nay, Việt Nam đang duy trì mơ hình tăng trưởng dựa vào khaithác tài nguyên, gia công lắp ráp, tiến hành CNH - HĐH dựa thu hút vốn đầutư trực tiếp từ nước ngoài FDI và xuất khẩu trong những ngành sử dụng laođộng cõ kỹ năng thấp. Tuy nhiên, mơ hình tằng trưởng này sẽ đứng trướcthách thức lớn trong bối cảnh cuộc CMCN 4.0 khi robots, trí tuệ nhân tạo sẽthay thế sức lao động của con người, hoạt động sản xuất – chế tạo trong tươnglai sẽ quay trở lại các nước công nghiệp phát triển. Trong CMCN 4.0, chi phínhân cơng và các cơng đoạn gia cơng, lắp ráp ngày càng ít quan trọng, chúng

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

nghiệp phát triển, khơng phải vì giá nhân cơng tăng lên, mà là vì các quốc giamuốn đưa sản xuất về gần với khách hàng để có thể phản ứng nhanh hơn thayđổi nhu cầu.

Trong các hệ thống tự động hóa cơng nghiệp, người ta thường hay sửdụng các bộ Programmable Logic Controller (PLC). PLC có thể xem lànhững máy tính đơn giản để hỗ trợ người thiết lập hệ thống tạo ra các chươngtrình điều khiển dựa trên những thuật toán điều khiển logic và các sự kiệnkích thích từ những hệ thống bên ngồi như các cảm ứng (Sensor) hoặc cácthông tin ghi nhận lại tại các trạm HMI (Human Machine Interface), MMI(Machine Machine Interface).

Để theo dõi và điều khiển theo thời gian thực các hệ thống tự độngphức tạp và rải rác tại một vị trí tập trung, người ta thường áp dụng mơ hình SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). Một hệ thống SCADAthu thập lại thông tin từ hiện trường, từ các cảm ứng hoặc PLC, sau đó lưuchuyển chúng về trung tâm, thông báo cho trạm điều khiển các vấn đề xảy ra,và tiến hành các phân tích, điều khiển cần thiết để xử lý vấn đề.

Hình 1.1. Mơ hình tự động hóa thường gặp

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

Chương 1: Tổng quan về mơ hình hệ thống gia cơng cơ khí tự động sử dụng PLC S7-1200

Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS - Flexible Manufacturing Systems)là một hệ thống bao gồm các thiết bị gia công như máy điều khiển số, trungtâm gia công, thiết bị gá lắp, tháo dỡ chi tiết và dụng cụ tự động, hệ thống cơcấu định hướng chi tiết tự động trong quá trình gia công, cơ cấu kiểm tra tựđộng, cơ cấu vận chuyển tự động, cơ cấu cấp phát dụng cụ tự động, hệ thốngđiều khiển…v…v được thiết kế theo nguyên tắc mơđun và được điều khiểnbằng một máy tính hoặc một hệ thống máy tính với việc tiếp cận nhanh nhạyvà ứng dụng linh hoạt những thành tựu của CMCN 4.0, ngành Cơ khí nước tasẽ có nhiều cơ hội trong việc nâng cao trình độ cơng nghệ, tăng năng suất, rútngắn thời gian đưa sản phẩm ra thị trường, sản xuất được những sản phẩm cóchất lượng, giá cả cạnh tranh…qua đó, làm thay đổi phương thức quản lý,quản trị trong sản xuất cơ khí.

Đặc điểm của FMS là khả năng điều chỉnh nhanh các thiết bị để chế tạo sảnphẩm mới. Như vậy, nó rất thích hợp khơng chỉ cho sản xuất hang khối, hàng loạtlớn mà còn cho sản xuất hàng loạt vừa và nhỏ, thậm chí sản xuất đơn chiếc.

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

Và quá trình điều khiển tự động dây chuyền gia cơng cơ khí cũng làmột phần của hệ thống điều khiển tự động hóa mà em muốn trình bày.

1.1.2. Lý do lựa chọn đề tài

Việc nghiên cứu xây dựng mơ hình hệ thống điều khiển tự động hóa sửdụng S7-1200 điều khiển động cơ bước và sử dụng phần mền WinCC để giámsát hệ thống, điều khiển hệ thống từ xa không những giúp em nắm rõ đượckiến thức quan trọng về tự động hóa với những thiết bị phổ biến như PLC,cảm biến, xin-lanh, khí nén…mà cịn giúp ẹm nâng cao khả năng đưa ra giảipháp, tư duy logic và tăng kiến thức ngày một rộng rãi để đáp ứng nhu cầu thịtrường ngày càng phát triển như hiện nay.

1.1.3. Tính ứng dụng của đề tài

Hệ thống gia cơng cơ khí tự động này khơng chỉ áp dụng cho lĩnh vựccơ khí, gia cơng mà cịn có thể được áp dụng cho một số vấn đề thực tiễnkhác như sử dụng trong dây chuyển sản xuất nước đóng chai, dây chuyền cắtbao bì, phân loại sản phẩm, đào tạo thiết bị giáo dục hoặc năng cao hơn làhoạt động máy CNC…

1.2. Giới thiệu tổng quan về mơ hình hệ thống

1.2.1. Giới thiệu chung về mơ hình

Sự kết hợp giữa ngành điện – điện tử và ngành cơ khí là một bước tiếnquan trọng trong sự phát triển của tự động hóa trong cơng nghiệp. Hiện nayđất nước ta đang trong quá trình phát triển và hội nhập, chính vì thế các mặthàng được sản xuất ra không những đạt tiều chuẩn về chất lượng, mà cịn địihỏi phải có độ chính xác cao về hình dạng, kích thước, trọng lượng…Cho nêntừ đó các khu cơng nghiệp được hình thành với nhiều dây chuyền thiết bị máymóc hiện đại để phối hợp với nhu cầu sản xuất, để tạo ra năng suất cao hơntrong quá trình sản xuất. Trong các Nhà máy, các sản phẩm được sản xuất ratrước khi được xuất xưởng thì phải trải qua nhiều giai đoạn kiểm tra sảnphẩm. Tuỳ theo sản phẩm được sản xuất ra mà nó phải được kiểm tra qua các

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

Chương 1: Tổng quan về mơ hình hệ thống gia cơng cơ khí tự động sử dụng PLC S7-1200

khâu khác nhau, chẳng hạn như kiểm tra về chất lượng, kích thước, hìnhdạng, hoặc trọng lượng …Trong đề tài này chúng em đã xây dựng được mơhình gia cơng cơ khí tự động dùng PLC S7-1200 điều khiển chính xác vị trícủa từng khâu với dây chuyền sản xuất hoàn toàn tự động bao gồm: Cấp phôi- Dập – Khoan- Lưu trữ. Cho biết dạng phơi là hình trụ đặc.

Bên cạnh đó, cịn sử dụng phần mềm giám sát hệ thống WinCC đểgiám sát hệ thống, điều khiển hệ thống từ xa. Việc áp dụng mơ hình gia cơngcơ khí tự động như thế này sẽ đem lại lợi ích rất lớn như giảm thiểu nguồn laođộng, đồng thời tự động hóa làm tăng quá trình sản xuất, giảm thời gian vàchi phí sản xuất. Hiện nay thì trong các nhà máy cơng nghiệp đã bắt đầu tựđộng hóa hết các quy trình sản xuất, nên việc nghiên cứu và xây dựng một mơhình gia cơng cơ khí tự động là rất có ích cho sinh viên ngành điện - điện tử,nó giúp chúng em tiếp cận nhanh nhạy và ứng dụng một cách linh hoạt trongcơng việc.

1.2.2. Bản vẽ kết cấu mơ hình

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

1. Hộp để sản phẩm.2. Cơ cấu khoan.3. Cơ cấu dập.

4. Bộ đo áp suất khí.5. Bàn ra sản phẩm.6. Xy lanh cấp phôi.7. Tay gắp.

8. Động cơ bước.

1.2.3. Yêu cầu công nghệ

Nghiên cứu cấu trúc và phần mềm lập trình cho PLC S7-1200.

Ứng dụng điều khiển chính xác vị trí từng khâu để thực hiện gia cơng cơ khí.Giám sát q trình sản xuất bằng màn hình HMI.

Máy hoạt động tin cậy.

Làm việc theo đúng chương trình đã đặt.Đảm bảo an tồn cho người và thiết bị.

1.3. Kết luận

Trước sự hội nhập của nền kinh tế thế giới, nền cơng nghiệp nước ta nóiriêng và các nước trên thế giới nói chung đang trong thời kỳ phát triển mạnh mẽ.Nước ta đã và đang xuất hiện nhiều doanh nghiệp đầu tư trong nước và ngồinước, khơng chỉ về mặt kinh tế, nền công nghiệp nước ta đang dần được cảithiện về quy mô lẫn công nghệ, nhiều cơng ty xí nghiệp, nhà máy, khu cơngnghiệp đã và đang hình thành.

Đi kèm với sự phát triển ấy, số lượng sản phẩm, hàng hóa cơng nghiệpđược tăng nhanh. Để đáp ứng được nhu cầu lưu kho, xuất kho một cách khoahọc thì địi hỏi người cơng nhân phải thực hiện cơng việc của mình với một tốcđộ cao và chính xác, khơng chỉ vậy độ an tồn lao động của những người côngnhân luôn được quan tâm. Để cải thiện được điều này, ở nhiều khu công nghiệp,

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

Chương 1: Tổng quan về mô hình hệ thống gia cơng cơ khí tự động sử dụng PLC S7-1200

công ty, nhà máy trên thế giới đã phát minh ra nhiều bộ phận máy móc, robotdùng để vận chuyển hàng hóa, sản phẩm một cách khoa học nhất.

Vì vậy, việc xây dựng mơ hình gia cơng cơ khí tự động sẽ đem lại nhữnglợi ích:

 Tăng năng suất.

 Cải thiện chất lượng hoặc tăng khả năng dự báo về chất lượng.

 Cải thiện mạnh mẽ (thống nhất), quy trình hay sản phẩm.

 Tăng tính nhất qn của đầu ra.

 Giảm chi phí nhân cơng trực tiếp và chi phí nhân lực.

Sau phần tổng quan này em xin trình bày kĩ hơn về mơ hình gia cơng cơtự động sử dụng PLC S7-1200 trong chương 2.

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

Bộ điều khiển trung tâm: PLC Simen S7-1200

Cơ cấu di chuyển vị trí: Sử dụng động cơ bước, trục vít me thanhtrượt.

Cơ cấu gia cơng: Khoan- Động cơ điện 1 chiều, Dập – Xi lanh. Thiết bị phụ khác: Cảm biến, van điện từ, xi lanh khí, máy nén khí.

2.1.1. PLC Simen S7-1200

a) Giới thiệu chung PLC-1200

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm PLC S7-1200 dùng để thay thếdần cho PLC S7-200. Bộ điều khiển PLC S7-1200 cung cấp sự linh hoạt mộtloạt các thiết bị hỗ trợ các nhu cầu tự động hóa của bạn. Thiết kế nhỏ gọn, cấuhình linh hoạt và tập lệnh được kết hợp mạnh mẽ để kiểm soát nhiều ứngdụng đã làm cho PLC S7-1200 trở nên hoàn hảo hơn.

PLC S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp đượctích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO).

Hình 2.1. Hình dạng thực tế PLC S7-1200

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

Chương 2: Kết cấu và nguyên lý hoạt động của mơ hình hệ thống gia cơng cơ khí tự động

Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU PLCS7-1200 và chương trình điều khiển:

+ Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truycập vào PLC

+ Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt củamình PLC S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet vàTCP/IP. Ngồi ra ta có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nốibằng RS485 hoặc RS232,GPRS. Tốc độ truyền 10/100 Mbit/s.

Có thể mở rộng tín hiệu vào ra bằng board tín hiệu mở rộng (SignalBoard) gắn trực tiếp phía trước CPU, giúp mở rộng tín hiệu vào ra mà khơngthay đổi kích thước hệ điều khiển. Mỗi CPU của PLC S7-1200 có thể kết nối8 module mở rộng tín hiệu vào/ra. Ngõ vào analog 0-10V được tích hợp trênCPU.

Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic. Step7 Basichỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL. Phần mềm này được tíchhợp trong TIA Portal 12 của Siemens. Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉcần cài TIA Portal vì phần mềm này đã bao gồm cả mơi trường lập trình choPLC và thiết kế giao diện HMI .

b) Các module trong hệ PLC S7-1200

Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lýlệnh, bộ nhớ chương trình khác nhau …

PLC S7-1200 có các loại sau:

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

Bảng 2.1. Module CPU

Kích thước 90x100x75 90x100x75 110x100x75 130x100x75Bộ nhớ

I/Otrên CPU

Digital 6I /4 O 8I/6 O 14I/10 O 14I/10 O

Kích thướchình ảnh QT

Input 1024 byte 1024 byte 1024 byte 1024 byteOutput 1024 byte 1024 byte 1024 byte 1024 byteBit bộ nhớ 4096byte 4096byte 8192byte 8192byte

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

Chương 2: Kết cấu và nguyên lý hoạt động của mơ hình hệ thống gia cơng cơ khí tự động

Bảng 2.2. Module truyền thơng

Communication moduleCM

Full duplex (RS422)Full duplex (RS485)PROFIBUS Master DPV1

PROFIBUS Slave DPV1As-I Master (CM 1243-

Tia Portal V14 SP1: Tên tiếng anh - Totally Integrated AutomationPortal. Phần mềm lập trình mới này giúp người sử dụng phát triển, tích hợpcác hệ thống tự động hóa một cách nhanh chóng, do giảm thiểu thời giantrong việc tích hợp, xây dựng ứng dụng từ những phần mềm riêng rẽ. Phầnmềm bao gồm Simatic Step 7, Simatic WinCC, phần mềm mô phỏng SimaticSimulation và các phần mềm hỗ trợ khác.

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

Hình 2.2. Phần mềm Tia Portal V14

Hiện nay, những người thiết kế lập trình các nhà máy sản xuất phải sửdụng các công cụ phần mềm khác nhau để điều khiển các máy móc, robot, vàcác động cơ. Do đó, họ phải tự làm quen với các gói phần mềm khác nhau,cập nhật bất cứ thay đổi về thiết kế trong mỗi chương trình, và đảm bảo rằngmọi chi tiết khơng được sai lệch. Đây là một khối lượng công việc rất lớn,chưa kể tới sự đa dạng của các loại máy móc ngày một tăng. Trong khi đó,TIA Portal tạo ra một mơi trường thống nhất để lập trình tất cả các giải pháptự động và qua đó, giảm đáng kể thời gian thiết kế, cơng sức và chi phí.

d) Kĩ thuật lâp trình

Vịng qt chương trình

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọilà vòng quét. Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từcác cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chươngtrình. Trong từng vịng quét chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đếnlệnh kết thúc của khối OB1. Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạnchuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số. Vòng quét kết thúcbằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi.

Chú ý rằng bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng vào / ra tương

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

Chương 2: Kết cấu và nguyên lý hoạt động của mơ hình hệ thống gia cơng cơ khí tự động

tự nên các lệnh truy nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vậtlý chứ không thông qua bộ đệm.

Khối tổ chức OB

Organization blocks (OBs): Là giao diện giữa hoạt động hệ thống vàchương trình người dùng. Chúng được gọi ra bởi hệ thống hoạt động, điềukhiển theo quá trình:

- Xử lý chương trình theo q trình.

- Báo động – kiểm sốt xử lý chương trình.- Xử lý lỗi.

- Program cycle OBs thực hiện theo chu kỳ trong khi CPU ở chế độRun. Khối chính của chương trình là một chu kỳ chương trình OB. Đây lànơi đặt cấu trúc chương trình điều khiển của bạn và là nơi bạn gọi cáckhối bổ sung để sử dụng.

- Startup OBs thực hiện một lần khi chế độ của CPU chuyển từ STOPsang RUN, bao gồm cung cấp năng lượng chế độ Run và lệnh chuyển STOPsang RUN. Sau khi hồn thành, chương trình chính “Program cycle” OB bắtđầu hoạt động.

- Cycle interrupt OBs thực hiện tại một khoảng thời gian nhất định.Một cycle interrupt OB sẽ làm gián đoạn chương trình theo chu kỳ khoảngthời gian xác định của người dùng. Với mỗi một OBs cho phép với mỗi cấuhình thời gian trễ và chu kì hoạt động.

- Hardware interrupt OB thực hiện khi hoạt động xảy ra có liên quanđến phần cứng. Khi có một vấn đề từ phần cứng,một hardware interrupt OBsẽ làm gián đoạn chương trình đang thực hiện.

- Time error interrupt thực thi khi thời gian chu kỳ tối đa vượt quá hoặc

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

- Diagnostic eror interrupt OBs thực hiện khi một lỗi được phát hiện vàbáo cáo. OB82 là OB được hỗ trợ cho các hoạt động chuẩn đốn lỗi. Bạn cóthể sử dụng lệnh STP (đặt CPU trong chế độ STOP) trong OB 82 nếu bạnmuốn CPU dừng khi phất hiện lỗi của chương trình.

- Start Information: Khi một số OB được bắt đầu, hệ điều hành đọc rathông tin được thẩm định trong chương trình người dùng, điều này rất hữu íchcho việc chẩn đốn lỗi, cho dù thơng tin được đọc ra được cung cấp trong cácmô tả của các khối OB.

Hàm chức năng

- Funtions (FCs): Là các khối mã không cần bộ nhớ. Dữ liệu của các

biến tạm thời bị mất sau khi FC được xử lý. Các khối dữ liệu tồn cầu có thểđược sử dụng để lưu trữ dữ liệu FC.

Functions có thể được sử dụng với mục đích:+ Trả lại giá trị cho hàm chức năng được gọi.

+ Thực hiện cơng nghệ chức năng, ví dụ : điều khiển riêng với các hoạtđộng nhị phân.

+ Ngoài ra, FC có thể được gọi nhiều lần tại các thời điểm khác nhautrong một chương trình. Điều này tạo điều kiện cho lập trình chức năng lập đilặp lại phức tạp.

- FB ( F unction block) : Đối với mỗi lần gọi, FB cần một khu vực nhớ.

Khi một FB được gọi, một Data Block (DB) được gán với instance DB. Dữliệu trong Instance DB sau đó truy cập vào các biến của FB. Các khu vực bộnhớ khác nhau đã được gán cho một FB nếu nó được gọi ra nhiều lần.

- DB ( D ata block) : DB thường để cung cấp bộ nhớ cho các biến dữ

liệu. Có hai loại của khối dữ liệu DB: Global DBs nơi mà tất cả các OB, FBvà FC có thể đọc được dữ liệu lưu trữ, hoặc có thể tự mình ghi dữ liệu vàoDB và instance DB được gán cho một FB nhất định.

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

Chương 2: Kết cấu và nguyên lý hoạt động của mơ hình hệ thống gia cơng cơ khí tự động

Bảng 2.3. Các chân của khối MC_Power

Tham sốKhai báomặc địnhGiá trịMiêu tả

TRUE MC kích hoạt trục

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

Tham sốKhai báomặc địnhGiá trịMiêu tả

Immediate stop

Nếu yêu cầu tắt trục đang chờxử lý, trục này sẽ bị tắt màkhông giảm tốc. Đầu ra xungbị dừng ngay lập tức.

Status OUTPUT FALSE

Trạng thái kích hoạt trục

Trục được bật.

Trục đã sẵn sàng để thực hiệncác lệnh Điều khiển chuyểnđộng.

Khi bật trục, trạng thái khôngthay đổi thành TRUE cho đếnkhi tín hiệu "Drive ready"đang xử lý. Nếu giao diện ổđĩa "Drive ready" chưa được

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

Chương 2: Kết cấu và nguyên lý hoạt động của mơ hình hệ thống gia cơng cơ khí tự động

Tham sốKhai báomặc địnhGiá trịMiêu tả

cấu hình trong cấu hình trục,trạng thái sẽ thay đổi thànhTRUE ngay lập tức

Trục bị tắt.

Trục không thực thi lệnh điềukhiển chuyển động và khôngchấp nhận bất kỳ lệnh mới nào(ngoại lệ: lệnh MC_Reset).Trục chưa homed.

Khi vơ hiệu hóa, trạng tháikhông thay đổi thành FALSEcho đến khi trục dừng lại.

Đã xảy ra lỗi trong hướng dẫnĐiều khiển chuyển động"MC_Power" hoặc trong đốitượng công nghệ được liênkết. Nguyên nhân của lỗi cóthể được tìm thấy trong cáctham số "ErrorID" và"ErrorInfo".

Khối MC_Home

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

Các loại homing sau đây có thể được thực thi:

- Active homing (Mode = 3): Thủ tục homing được thực hiện tự động.- Passive homing (Mode = 2): Trong khi Passive homing, lệnh “MC_Home” Motion Control không thực hiện bất kỳ chuyển động homing nào.Chuyển động di chuyển cần thiết cho điều này phải được người dùng triểnkhai thông qua các điều khiển chuyển động khác. Khi phát hiện chuyển mạch,trục được homed.

- Direct homing absolute (Mode = 0): Vị trí trục hiện tại được đặt thànhgiá trị của tham số "Vị trí".

- Direct homing relative (Mode = 1): Vị trí trục hiện tại được bù đắpbằng giá trị của tham số "Vị trí".

- Chuyển đổi giữa điều khiển tự động và điều khiển thủ công.

- Khi bắt đầu hoạt động homing (Sau khi hoàn thành thành cơng hoạtđộng homing, trục homing có sẵn một lần nữa).

- Sau khi khởi động lại CPU.

- Sau khi CPU khởi động lại (RUN-to-STOP hoặc STOP-to-RUN)

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

Chương 2: Kết cấu và ngun lý hoạt động của mơ hình hệ thống gia cơng cơ khí tự động

Bảng 2.4. Các chân của khối MC_Home.

sốKhai báo

Loại dữliệu

Giá trịmặc

Axis INPUT TO_Axis_1 - Axis technology object

Execute INPUT BOOL FALSE Bắt đầu lệnh với một positiveedge

Chế độ = 0, 2 và 3

Vị trí tuyệt đối của trục saukhi hoàn thành hoạt độnghoming

Done OUTPUT BOOL FALSE TRUE Hoàn thành lệnh

Đã xảy ra lỗi khithực hiện lệnh.Ngun nhân của lỗicó thể được tìm thấytrong các tham số"ErrorID"và

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

lệnh điều khiển chuyển động nào khác.

Lệnh MC_Home không hủy bỏ bất kỳ lệnh điềukhiển chuyển động đang hoạt động nào. Lệnhchuyển động liên quan đến vị trí được tiếp tục saukhi homing theo vị trí homing mới (giá trị tạitham số đầu vào: "Position").

Lệnh MC_Home có thểbị hủy bỏ bằng các lệnhsau đây:

Chế độ MC_Home :3MC_Halt

Lệnh MC_Home có thểhủy bỏ các lệnh sau:Chế độ MC_Home = 2,3 MC_Halt

Khối MC_Halt

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

Chương 2: Kết cấu và ngun lý hoạt động của mơ hình hệ thống gia cơng cơ khí tự động

Giá trịmặcđịnh

Miêu tả

Axis INPUT TO_Axis_1 - Axis technology object

Execute INPUT BOOL FALSE Bắt đầu lệnh với một positiveedge

Vận tốc đạt về 0

Đã xảy ra lỗi khithực hiện lệnh.Ngun nhân của lỗicó thể được tìm thấytrong các tham số

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

Lệnh MC_MoveAbsolute có thể bị hủy bỏ bởi các lệnh điều khiểnchuyển động sau:

-Chế độ MC_Home = 3-MC_Hat

Lệnh MC_MoveAbsolute có thể hủy bỏ bởi các lệnh điều khiển chuyểnđộng sau:

-Chế độ MC_Home = 3-MC_Halt

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

Chương 2: Kết cấu và nguyên lý hoạt động của mơ hình hệ thống gia cơng cơ khí tự động

Bảng 2.7. Các chân của khối MC_MoveAbsolute

sốKhai báo

Loại dữliệu

Giá trịmặcđịnh

Miêu tả

Axis INPUT TO_Axis_1 - Axis technology object

Execute INPUT BOOL FALSE Bắt đầu lệnh với một positiveedge

Position INPUT REAL 0.0

Vị trí mục tiêu tuyệt đốiGiá trị giới hạn:

Giá trị giới hạn:

Vận tốc khởi động / dừng ≤Vận tốc ≤ vận tốc cực đạiDone OUTPUT BOOL FALSE TRUE Đã tới vị trí đích

Đã xảy ra lỗi khithực hiện lệnh.Ngun nhân của lỗicó thể được tìm thấytrong các tham số

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

2.1.2. Động cơ bước và bộ điều khiển Microstep Driver

a) Động cơ bước (Step Motor)

Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khácbiệt với đa số các động cơ điện thông thường. Thực chất nó là một động cơđồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng xung điện rời rạckế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc chuyển động của rotor cókhả năng cố định rotor ở những vị trí cần thiết.

Động cơ bước có thể được dùng trong hệ thống điều khiến vòng hở đơngiản, những hệ thống này đảm bảo cho hệ thống điều khiển gia tốc với tảitrọng tĩnh, nhưng khi tải trọng thay đổi hoặc điều khiển ở gia tốc lớn, người tavẫn dùng hệ điều khiển vịng kín với động cơ bước. Nếu một động cơ bướctrong hệ điều khiển vòng mở quá tải, tất cả các giá trị về vị trí của động cơđều bị mất và hệ thống phải nhận diện lại, servo motor thì khơng xảy ra vấnđề này. Trong mô hình này em sử dụng động cơ bước có model57H2P7842A4-A.

Hình 2.7. Động cơ bước model 57H2P7842A4-A

Thông số kỹ thuật của động cơ bước:- Model 57BYG250D.

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

Chương 2: Kết cấu và ngun lý hoạt động của mơ hình hệ thống gia cơng cơ khí tự động

- Điện áp sử dụng 12VDC.- Dòng hoạt động 2.8 A.- Momen xoắn 2.5Nm.

- Kích thước: 57 x 57 x 100mm.- Kích thước trục: 8 x 21mm.- 1.8 độ/1 step ( Độ sai số 5% )- Khối lượng 800 gram.b)

b) Bộ điều khiển Microstep Motor

Hình 2.8. Hình Bộ điều khiển driver

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

- DC- : Điện áp (-) âm của nguồn.

- A+ và A- : Nối vào cặp cuộn dây của động cơ bước.- B+ và B- : Nối với cặp cuộn dây cịn lại của động cơ.- PUL+: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (+5V). - PUL- : Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (-).- DIR+ : Tín hiệu cấp xung đảo chiều (+5V).- DIR- : Tín hiệu cấp xung đảo chiều (-).

- ENA+ và ENA- : khi cấp tín hiệu cho cặp này động cơ sẽ khơng cólực moment giữ và quay nữa.

- Có thể đấu tín hiệu dương (+) chung hoặc tín hiệu âm (-) chung. Với đềtài này đấu tín hiệu dương (+) chung vì PLC S7-1200 có tín hiệu dương (+).

2.1.3. Các cảm biến sử dụng trong mơ hình

a) Cảm biến từ (SMC D-A93)

Hình 2.9. Cảm biến SMC D-A90

Cảm biến từ xilanh SMC D-A93 là loại cảm biến 2 dây dùng để cảmbiến hành trình xi lanh. Trong mơ hình, cảm biến này các tác dụng nhận vị trícủa xi lanh báo về cho PLC S7-1200.

Thông số kỹ thuật cảm biến SMC D-A93:- Dải nhiệt độ hoạt động: -10 đến 60 ° C- Điện áp hoạt động: 24V - 100V

- Tiêu chuẩn: IP67

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

Chương 2: Kết cấu và nguyên lý hoạt động của mơ hình hệ thống gia cơng cơ khí tự động

- Sử dụng điện áp 24VDC hoặc 100VAC kiểu mắc tải nối tiếp 2 dây.- Tích hợp led báo ngõ ra khi có tác động.

- Tải sử dụng là relay hoặc PLC ( công suất tải 5-40mA).

b) Cảm biến tiệm cận (hãng Omron LJ18A3-8-Z/BX)

Hình 2.10. Cảm biến tiệm cận kim loại

Cảm biến tiệm cận này dùng để xác định phôi.Thông số kĩ thuật của cảm biến:

- Kích thước bên ngồi: Đường kính xilanh 18mm (mm)- Cảm biến: Từ Tính (Inductive)

- Khoảng cách phát hiện: 8mm (mm)- Điện áp làm việc: DC 6V-36V- Dòng ra tối đa: 400mA

- Dạng Đầu ra: Thường mở

- Đối tượng kiểm tra: Kim loại (sắt thép, đồng)

c) Cảm biến tiệm cận Fotek

Cảm biến từ: gặp kim loại Sắt thép là đóng tiếp được sử dụng để xácđịnh vị trí home.

</div>

Xây dựng mô hình hệ thống gia công cơ khí tự Động sử dụng plc s7 1200 Đi sâu thiết kế chương trình Điều khiển cho hệ thống

<b>CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG</b>

<b>NHẬN XÉT ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI CHẤM PHẢN BIỆN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP</b>

<b>LỜI CAM ĐOAN</b>

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về