Bài tập lớn Hệ thu thập dữ liệu chuyển thùng hàng trên băng tải S7_300 mô phỏng trên WinCC.
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (892.54 KB, 36 trang )
BÀI TẬP LỚN
NHÓM 13
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT..............................................................................1
1.1 Phân tích yêu cầu công nghệ.................................................................................2
1.2 Tìm hiểu về PLC – 300.........................................................................................2
1.2.1 Khái quát về PLC S7 – 300............................................................................2
1.2.2 Các module mở rộng......................................................................................8
1.3 Tìm hiểu về HMI( dùng WinCC của SIEMENS)...............................................10
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG........................................................................20
2.1 Lựa chọn thiết bị.................................................................................................20
2.2 Xây dựng sơ đồ khối...........................................................................................24
2.3 Mạch lực, bảng địa chỉ và sơ đồ đấu dây,thực hiện bài toán điều khiển.............26
2.4 Trình bày về giao thức truyền thông trong hệ thống...........................................31
2.4.1 Cấp của các thiết bị trong mô hình phân cấp chức năng trong hệ thống mạng
công ty.......................................................................................................................31
2.4.2 PLC sử dụng trong bài này được hỗ trợ giao thức thức truyền thông nào......32
2.4.3 Lựa chọn trình bày chi tiết về giao thức sử dụng trong hệ thống, lý do lựa chọn
...................................................................................................................................33
Chương 3: KẾT LUẬN................................................................................................35
3.1 Các nội dung đạt được trong đề tài ....................................................................35
3.2 Các hạn chế còn tồn tại và phương pháp khắc phục...........................................35
1
BÀI TẬP LỚN
NHÓM 13
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Phân tích yêu cầu công nghệ
Khi nhấn START thì BT2 chạy đồng thời BT1 dừng. Khi thùng đến vị trí chờ sản
phẩm thì CB2 tác động. BT1 chạy sản phầm, BT2 dừng CB1 đếm sản phẩm rơi xuống
thùng. Khi đủ 6 sản phẩm thì BT1 dừng BT2 chạy khi thùng rơi CB3 tác động đếm số
thùng rơi xuống. Chu kỳ lặp đi lặp lại cho đến khi nhấn STOP thì mạch dừng hoạt
động.
1.2 Tìm hiểu về PLC – 300
1.2.1 Khái quát về PLC S7 – 300
a, Lịch sử phát triển PLC
Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) được sáng tạo ra từ
ý tưởng ban đầu của một nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motors vào năm 1968 nhằm
thay thế những mạch điều khiển bằng Rơle và thiết bị điều khiển rời rạc cồng kềnh.
Đến giữa thập niên 70, công nghệ PLC nổi bật nhất là điều khiển tuần tự theo chu
kỳ và theo bít trên nền tảng của CPU. Thiết bị AMD 2901 và AMD 2903 trở nên ngày
càng phổ biến. Lúc này phần cứng cũng phát triển: bộ nhớ lớn hơn, số lượng ngõ
vào/ra nhiều hơn, nhiều loại module chuyên dụng hơn. Vào năm 1976, PLC có khả
năng điều khiển các ngõ vào/ra ở xa bằng kỹ thuật truyền thông, khoảng 200 mét.
Đến thập niên 80, bằng sự nỗ lực chuẩn hoá hệ giao tiếp với giao diện tự động hoá,
hãng General Motors cho ra đời loại PLC có kích thước giảm, có thể lập trình bằng
biểu tượng trên máy tính cá nhân thay vì thiết bị lập trình đầu cuối chuyên dụng hay
lập trình bằng tay.
Đến thập niên 90, những giao diện phần mềm mới có cấu trúc lệnh giảm và cấu
trúc của những giao diện được cung cấp từ thập niên 80 đã được đổi mới.
Cho đến nay những loại PLC có thể lập trình bằng ngôn ngữ cấu trúc lệnh (STL),
sơ đồ hình thang (LAD), sơ đồ khối (FBD).
2
BÀI TẬP LỚN
NHÓM 13
Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất PLC như: Siemens, Allen-Bradley, General
Motors, Omron, Mitsubishi, Festo, LG, GE Fanuc, Modicon…
PLC của Siemens gồm có các họ: Simatic S5, Simatic S7, Simatic S500/505. Mỗi
họ PLC có nhiều phiên bản khác nhau, chẳng hạn như: Simatic S7 có S7-200, S7-300,
S7-400… Trong đó mỗi loại S7 có nhiều loại CPU khác nhau như S7-300 có CPU
312, CPU 314, CPU 316, CPU 315-2DP, CPU 614…
b, Giới thiệu về phần mềm s7-300
-
PLC S7-300 là thiết bị điều khiển logic khả trình cỡ trung bình.
-
Thiết kế dựa trên tính chất của PLC S7-200 và bổ sung các tính năng mới
-
Kết cấu theo kiểu các module sắp xếp trên các thanh rack.
c, Ứng dụng và vai trò của PLC
- Ứng dụng trong sản xuất và dân dụng như:
Điều khiển robot công nghiệp
Hệ thống xử lý nước sạch
Điều khiển trong các cẩu trục
Điều khiển dây chuyền băng tải.
Máy chế tạo công cụ
Máy dệt may v.v...
-
Vai trò:
Trong hệ thống điều khiển tự động hoá PLC được xem như một trái tim, với
chương trình ứng dụng được lưu trong bộ nhớ của PLC. Nó điều khiển trạng
thái của hệ thống thông qua tín hiệu phản hồi ở đầu vào, dựa trên nền tảng của
chương trình logic để quyết định quá trình hoạt động và xuất tín hiệu đến các
thiết bị đầu ra.
PLC có thể hoạt động độc lập hoặc có thể kết nối với nhau và với máy tính chủ
thông qua mạng truyền thông để điều khiển một quá trình phức tạp.
3
BÀI TẬP LỚN
NHÓM 13
d, Ưu thế của việc dùng PLC trong tự động hoá
- Thời gian lắp đặt ngắn.
- Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển mà không gây tổn thất.
- Thời gian huấn luyện sử dụng ngắn, bảo trì dễ dàng.
- Độ tin cậy cao, chuẩn hoá được phần cứng điều khiển.Thích ứng trong các môi
trường khắc nghiệt như: nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, điện áp thay đổi,…
- Rõ ràng so với hệ thống điều khiển dùng Rơle thì hệ thống điều khiển dùng
PLC có ưu thế tuyệt đối về khả năng linh động, mềm dẻo, và hiệu quả giải
quyết bài toán cao.
e, Phần cứng của PLC S7-300
- PLC S7-300 được thiết kế theo kiểu module. Các module này sử dụng cho
nhiều ứng dụng khác nhau. Việc xây dựng PLC theo cấu trúc module rất thuận
tiện cho việc thiết kế các hệ thống gọn nhẹ và dễ dàng cho việc mở rộng hệ
thống. Số các module được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng ứng dụng, song
tối thiểu bao giờ cũng có một module chính là module CPU. Các module còn
lại là những module truyền và nhận tín hiệu với đối tượng điều khiển bên ngoài,
các module chức năng chuyên dụng… Chúng được gọi chung là các module
mở rộng.
- Các module mở rộng gồm có:
Module nguồn (PS).
Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra (SM), gồm có: DI, DO, DI/DO, AI,
AO, AI/AO.
Module ghép nối (IM).
Module chức năng điều khiển riêng (FM).
Module phục vụ truyền thông (CP).
4
BÀI TẬP LỚN
PS
CPU
NHÓM 13
IM
SM:
DI
SM: SM:
DO AI
SM:
AO
M
FM
COIL
CP
VALE
Hình 1.1: Cấu trúc của PLC S7-300
f, Module nguồn PS307 của S7-300
- Module PS307 có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn xoay chiều 120/230V thành
nguồn một chiều 24V để cung cấp cho các module khác của PLC. Ngoài ra còn
có nhiệm vụ cung cấp nguồn cho các cảm biến và
các cơ cấu tác động có công suất nhỏ.
- Module nguồn thường được lắp đặt bên trái hoặc
phía dưới của CPU tuỳ theo cách lắp đặt theo bề
ngang hoặc theo chiều dọc.
- Module nguồn PS307 có 3 loại: 2 A, 5A và 10 A.
- Mặt trước của module nguồn gồm có:
Hình 1.2: Module nguồn
Một đèn Led báo hiệu trạng thái điện áp ra 24 V.
Một công tắc dùng để bật / tắt điện áp ra.
Một nút dùng để chọn điện áp đầu vào là 120 VAC hoặc 230VAC.
-Mặt sau của module gồm có các lỗ dùng để nhận điện áp vào và ra.
5
BÀI TẬP LỚN
NHÓM 13
g, Khối xử lý trung tâm (CPU)
Chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thời gian, bộ đếm, cổng
truyền thông (RS485)… và có thể có vài cổng vào/ra số onboard.
PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau, được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong
CPU như CPU312, CPU314, CPU315, CPU316, CPU318…
Với các CPU có hai cổng truyền thông, cổng thứ hai có chức năng chính là phục
vụ việc nối mạng phân tán có kèm theo những phần mềm tiện dụng được cài đặt sẵn
trong hệ điều hành. Các loại CPU này được phân biệt với các CPU khác bằng tên gọi
thêm cụm từ DP. Ví dụ Module CPU 314C-2DP…
Hình 1.3: Các khối chức năng bên ngoài CPU S7-300
Các CPU khác nhau thì các thành phần trên không giống nhau, cụ thể các thành phần
trong từng module như hình dưới:
6
BÀI TẬP LỚN
NHÓM 13
Một số đặc tính kỹ thuật của một số CPU S7-300
Trong họ PLC S7-300 các module CPU được đặt tên theo bộ vi xử lí có trong nó,
như : module CPU312, module CPU314, module CPU315,…
Ngoài ra còn có các module được tích hợp sẵn cũng như các khối hàm đặt trong
thư viện của hệ điều hành phục vụ cho việc sử dụng các cổng vào /ra onboard, được
phân biệt bằng cụm chữ cái IFM (Intergrated Function Module). Ví dụ module
CPU312 IFM, module CPU314 IFM… Bên cạnh đó còn có loại CPU với hai cổng
truyền thông, trong đó cổng thứ hai có chức năng chính là phục vụ nối mạng phân tán
và kèm theo phần mềm tiện dụng tích hợp sẵn trong hệ điều hành. Các loại module
7
BÀI TẬP LỚN
NHÓM 13
CPU này được phân biệt bằng cách thêm cụm từ DP (Distributed port) trong tên gọi.
Ví dụ: module CPU315-2DP, module CPU316-2DP.
h, Module ghép nối (Interface module-IM)
Là loại module chuyên dụng có nhiệm vụ ghép nối từng nhóm module mở rộng
lại với nhau thành một khối và được quản lý chung bởi một module CPU. Một
module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 racks và các racks này
phải được nối với nhau bằng module IM. Module IM gồm có các loại:
IM 360
IM 361
IM 365
1.2.2 Các module mở rộng
a, Các module Input và Output.
-Digital Input Module:
Module mở rộng các cổng vào số, có nhiệm vụ nhận
các tín hiệu số từ các thiết bị ngoại vi vào vùng đệm để
xử lý, gồm có các module sau:
SM 321 DI16xAC120 V
SM 321 DI16xDC24 V
SM 321 DI16x24VDC, interrupt
Hình 1.4: Module mở rộng
SM 321 DI8xAC120/230V
SM 321 DI32xDC24V,…
- Digital Output Module: Module mở rộng: các cổng ra số, có nhiệm vụ xuất các tín
hiệu từ vùng đệm xử lý ra thiết bị ngoại vi, một số loại module ra số:
SM 322 DO16xAC120V/0.5A
SM 322 DO16xDC24V/0.5A
SM 322 DO 8xAC120/230V/1A, …
8
BÀI TẬP LỚN
NHÓM 13
- Digital Input/ Output Module: module mở rộng các cổng vào/ra số. Tích hợp nhiệm
vụ của hai loại module trên. Gồm có các loại sau:
SM 323 DI16/DO16x24V/0.5A
SM 323 DI8/DO8x24V/0.5A
SM 323 DI8/DO8xDC24V/0.5A…
- Analog Input Module: Module mở rộng các cổng vào tương tự, có nhiệm vụ chuyển
các tín hiệu tương tự từ bên ngoài thành các tín hiệu số để xử lý bên trong S7-300.
Gồm các loại module sau:
SM 331 AI2x12bit
SM 331 AI8x12bit
SM 331 AI8x16bit…
- Analog Output Module: Module mở rộng các cổng ra tương tự, có nhiệm vụ chuyển
các tín hiệu số bên trong S7-300 thành các tín hiệu tương tự để phục vụ cho quá trình
hoạt động của các thiết bị bên ngoài. Gồm các loại module sau:
SM 332 AO2x12bit
SM 332 AO4x12bit
SM 332 AO4x16bit…
- Analog Input/Output Module: là module tích hợp nhiệm vụ của hai loại trên. Gồm
có:
SM 334 AI4/AO2
SM 334 AI4/AO2x12bit
SM 334 AI4/AO4x14/12bit…
b, Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng
Trong trạm PLC luôn có sự trao đổi dữ liệu giữa CPU với các module mở rộng
thông qua bus nội bộ. Ngay tại đầu vòng quét, các dữ liệu tại cổng vào của các
module số (DI) sẽ được CPU chuyển tới bộ đệm vào số (process image input table-I).
Cuối mỗi vòng quét, nội dung của bộ đệm ra (process image output table-Q) lại được
9
BÀI TẬP LỚN
NHÓM 13
CPU chuyển tới cổng ra của các module ra số (DO). Việc thay đổi nội dung hai bộ
đệm này được thực hiện bởi chương trình ứng dụng. Nếu trong chương trình ứng
dụng có nhiều lệnh đọc cổng vào số thì cho dù giá trị logic thực có của các cổng vào
này có thể bị thay đổi trong quá trình thực hiện vòng quét, chương trình sẽ vẫn luôn
đọc được cùng một giá trị từ I và giá trị đó chính là giá trị của cổng vào có tại thời
điểm đầu vòng quét. Cũng như vậy, nếu chương trình ứng dụng nhiều lần thay đổi giá
trị cho một cổng ra số thì do nó chỉ thay đối nội dung bít nhớ tương ứng trong Q nên
chỉ có giá trị thay đổi cuối cùng mới thực sự đưa tới cổng ra vật lý của module DO.
Khác hẳn với việc đọc/ghi cổng số, việc truy nhập cổng vào/ra tương tự lại được
CPU thực hiện trực tiếp với module mở rộng (AI/AO). Như vậy mỗi lệnh đọc giá trị
từ địa chỉ thuộc vùng PI (peripheral input) sẽ thu được một giá trị đúng bằng giá trị
thực có ở cổng tại thời điểm thực hiện lệnh.
Tương tự khi thực hiện lệnh gửi một giá trị (số nguyên 16 bits ) tới địa chỉ của
vùng PQ (peripheral output), giá trị đó sẽ được gửi ngay tới cổng ra tương tự của
module.
Tuy nhiên miền địa chỉ PI và PQ lại được cung cấp nhiều hơn là số các cổng vào/ra
tương tự có thể có của một trạm. Điều này tạo khả năng kết nối các cổng vào/ra số với
những địa chỉ dôi ra đó trong PI/PQ giúp chương trình ứng dụng có thể truy nhập trực
tiếp các module DI/DO mở rộng để có được giá trị tức thời tại cổng mà không cần
thông qua bộ đệm I và Q.
1.3 Tìm hiểu về HMI( dùng WinCC của SIEMENS)
1.3.1 Giới thiệu về phần mềm WinCC
Phần mềm WinCC của Siemens là một phần mềm chuyên dụng để xây dựng
giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) cũng như phục vụ việc xử lý
và lưu trữ dữ liệu trong một hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data
Aquisition) thuộc chuyên ngành tự động hóa.
WinCC là chữ viết tắt của Windows Control Center (Trung tâm điều khiển
chạy trên nền Windows), nói cách khác, nó cung cấp các công cụ phần mềm để thiết
10
BÀI TẬP LỚN
NHÓM 13
lập một giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành của Microsoft như Windows
NT hay Windows 2000, XP, Vista 32bit (Not SP1). Trong dòng các sản phẩm thiết
kế giao diện phục vụ cho vận hành và giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA
(SCADA class) với những chức năng hữu hiệu cho việc điều khiển.
WinCC là một phần mềm của hãng Siemens dùng để giám
sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất. Ngoài
ra WinCC còn cung cấp các module chức năng thường dung trong
nghiệp như: hiển thị hình ảnh, tạo thông điệp, lưu trữ và báo cáo.
Giao diện điều khiển mạnh, việc truy cập hình ảnh nhanh chóng và
chức năng lưu trữ an toàn (bảo mật) của nó đảm bảo tính hữu dụng
cao
Với WinCC, người dung có thể trao đổi dữ liệu trực tiếp với nhiều
PLC của các hang khác nhau như Mitsubishi, Siemens… thông qua
cổng COM với chuẩn RS-232 của máy tính với chuẩn RS-485 của
PLC
WinCC còn có thể dễ dàng tích hợp với những ứng dụng có quy mô toàn công ty
như việc tích hợp với những hệ thống cấp cao như MES (Manufacturing Excution
System - Hệ thống quản lý việc thực hiện sản suất) và ERP (Enterprise Resource
Planning). WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ sở quy mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ
giúp của Siemens có mặt khắp nơi trên thế giới. Ở Việt Nam hệ thống của Siemens
được tài trợ đưa vào hệ đào tạo chính thức
1.3.2 Các ứng dụng của WinCC
Tự động hóa quá trình điều khiển và giám sát quy trình sản xuất.
Khi một hệ thống dung chương trình WinCC để điều khiển và thu
thập dữ liệu từ quá trình, nó có thể mô phỏng bằng hình các sự kiện
xảy ra trong quá trình điều khiển dưới dạng các chuỗi sự kiện.
WinCC cung cấp nhiều hàm chức năng cho mục đích hiển thị, thông
báo bằng đồ họa, xử lí thông tin đo lường, các tham số công thức,
11
BÀI TẬP LỚN
NHÓM 13
các bảng ghi báo cáo v.v…đáp ứng yêu cầu công nghệ và là một
trong những chương trình ứng dụng trong thiết kế giao diện người
máy (HMI)
Khi sử dụng WinCC để thiết kế giao diện HMI và mạng SCADA,
WinCC sử dụng các chức năng sau:
*Graphics Designer: Thực hiện dễ dàng các chức năng mô phỏng
và hoạt động của các đối tượng đồ họa của chương trình WinCC.
OLE, I/O,… với thuộc tính động (Dynamic)
*Alarm Logging: Thực hiện việc hiển thị các thông báo hay các báo
cáo trong khi hệ thống vận hành. Đảm trách về các thông báo nhận
được và lưu trữ.Nó chứa các chức năng để nhận các thông báo từ
các quá trình, để chuẩn bị, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ chúng. Ngoài
ra, Alarm Logging còn giúp ta tìm nguyên nhân lỗi của hệ thống
*Tag Logging: Thu thập, lưu trữ và nén các giá trị đo dưới nhiều
dạng khác nhau. Tag Longging cho phép lấy dữ liệu từ các quá trình
thực thi, chuẩn bị để hiển thị và lưu trữ các dữ liệu đó. Dữ liệu có thể
cung cấp các tiêu chuẩn về công nghệ và kỹ thuật quan trọng lien
quan đến trạng thái hoạt động của toàn hệ thống
*Report Designer: Có nhiệm vụ tạo các thông báo, báo cáo và các
kết quả này được lưu dưới dạng các trang nhật kí sự kiện
*User Achivers: Cho phép người sử dụng lưu trữ dữ liệu từ chương
trình ứng dụng và có khả năng trao đổi với các thiết bị tự động hóa
khác. Điều này có nghĩa: Các công thức, thông số trong chương trình
WinCC có thẻ được soạn thảo, lưu giữ và sử dụng trong hệ thống
1.3.3 Trình tự tạo một Project mới
B1. Khởi động WinCC
Nhấn nút StartSimaticWinCCWindows Control Center
12
BÀI TẬP LỚN
NHÓM 13
B2. Tạo một Project mới
Đặt tên cho Project
B3. Cài đặt driver kết nối
Click chuột vào Tag Management Add new Driver
13
BÀI TẬP LỚN
NHÓM 13
Chọn Driver để kết nối PLC từ hộp thoại sau:
Tạo External Tag
14
BÀI TẬP LỚN
NHÓM 13
Gõ tên và nhấn vào OK từ hộp thoại New Connection Properties
Chọn New Tag từ Connection vừa tạo
15
BÀI TẬP LỚN
NHÓM 13
Gõ tên Tags và chọn kiểu dữ liệu cho Tags
Click chuột vào nút Select để gán địa chỉ cho Tags
16
BÀI TẬP LỚN
NHÓM 13
Có thể chọn ô Limit Scaling để tạo Scale(Tỷ lệ) cho Tag Analog
17
BÀI TẬP LỚN
NHÓM 13
Ta cũng có thể làm tương tự cho kiểu biến Interal Tags
B4. Tạo giao diện
Click chuột phải vào Graphics Designer Chọn New
Có thể đổi tên cho Picture bằng cách nhấp chuột phải chọn Rename
18
BÀI TẬP LỚN
NHÓM 13
Các cộng cụ trên Graphics Designer
Để lấy các hình ảnh có sẵn vào menu View, chọn Library
19
BÀI TẬP LỚN
NHÓM 13
Tạo nút nhấn (Button)
Chọn Button trong mục Windows Object bên Object Palette, kéo qua và đặt tại
vị trí mong muốn trên màn hình soạn thảo
Tương tự như thế ta có thể thiết lập được các thuộc tính cần thiết cho một dự án
20
BÀI TẬP LỚN
NHÓM 13
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2.1 Lựa chọn thiết bị
Chọn cảm biến
Cảm biến 1, 2, 3 chọn loại cảm biến quang
Cấu trúc của cảm biến quang khá đơn giản, bao gồm 3 thành phần chính:
Hình 2.1:Cấu trúc của cảm biến
Bộ phát sáng:
Ngày nay cảm biến quang thường sử dụng đèn bán dẫn LED (Light Emitting Diode)
để phát ra ánh sáng
Ánh sáng được phát ra với các tần số khác nhau (tùy theo mỗi loại cảm biến quang
hoặc các hãng sản xuất khác nhau). Nhịp điệu xung đặc biệt giúp cảm biến phân biệt
được ánh sáng của cảm biến phát ra và ánh sáng của các nguồn phát sáng khác (như
ánh nắng mặt trời hoặc ánh sáng trong phòng), từ đó tránh hiện tượng nhiễu từ bên
ngoài tác động vào mạch.
Các loại LED thông dụng nhất là LED đỏ, LED hồng ngoại hoặc LED laze. Một số
dòng cảm biến đặc biệt dùng LED trắng hoặc xanh lá. Tuy nhiên, thông thường các
nguồn sáng này được phát ở các tần số mà mắt người không nhìn thấy được.
Bộ thu sáng:
Thông thường bộ thu sáng là một phototransistor (tranzito quang). Bộ phận này
cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ.
21
BÀI TẬP LỚN
NHÓM 13
Hiện nay nhiều loại cảm biến quang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên
dụng ASIC ( Application Specific Integrated Circuit). Mạch này tích hợp tất cả bộ
phận quang, khuếch đại, mạch xử lý và chức năng vào một vi mạch (IC). Tất cả các
dòng cảm biến quang Omron ra mắt gần đây (như E3Z, E3T, E3F2) đều sử dụng
ASIC.
Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát (như trường hợp của loại
thu-phát), hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát hiện (trường hợp phản xạ khuếch
tán), điều đó còn tùy theo đặc điểm của mỗi loại cảm biến khác nhau.
Mạch xử lý tín hiệu ra:
Mạch đầu ra chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang / ASIC thành tín hiệu
On / Off được khuếch đại. Khi lượng ánh sáng thu được vượt quá mức ngưỡng được
xác định, tín hiệu ra của cảm biến được kích hoạt.
Một số loại cảm biến thế hệ trước tích hợp mạch nguồn và dùng tín hiệu ra là tiếp
điểm rơ le, nhưng ngày nay các loại cảm biến chủ yếu dùng tín hiệu ra bán
dẫn(PNP/NPN).
a, Phân loại cảm biến quang
Cảm biến quang có nhiều hình dạng và cách thức lắp đặt khác nhau, tuy nhiên
chúng được phân làm 4 loại chính:
Chế độ thu phát độc lập.
Chế độ phản xạ (gương).
Chế độ phản xạ khuếch tán.
Chế độ chống ảnh hưởng của nền.
22
BÀI TẬP LỚN
NHÓM 13
Hình 2.2:Các chế độ hoạt động của cảm biến quang.
b, Sơ đồ nối dây của cảm biến quang.
Cảm biến quang có nhiều loại nhưng cơ bản nhất vẫn là loại 3 dây với 2 dây nguồn
và 1 dây tín hiệu. Chúng được phân biệt bởi màu sắc như sau:
Brown: Vcc(12-24VDC).
Black: Tín hiệu.
Blue: Gnd.
Theo đầu ra của tín hiệu, cảm biến được chia làm 2 loại là đầu ra NPN(tích cực ở mức
thấp) và PNP (tích cực ở mức cao).
Hình 2.3:Cảm biến quang loại NPN
Với loại cảm biến NPN, khi cảm biến không phát hiện vật thì dây tín hiệu có điện
áp Vcc(bằng giá trị của nguồn cấp vào), khi cảm biến phát hiện vật thì dây tín hiệu có
điện áp 0V(Gnd)
23
BÀI TẬP LỚN
NHÓM 13
Hình 2.4:Cảm biến quang loại PNP
c, Ứng dụng cảm biến quang.
Cảm biến quang được sử dụng rất rộng rãi xung quang chúng ta, một số ứng dụng
thường gặp nhất của cảm biến quang như:
Phát hiện vật trên băng chuyền.
Các ứng dụng phổ cập trong nhà máy.
Phát hiện chai nhựa trong (khi dùng loại thích hợp).
Kiểm soát cửa / cổng ra vào trong các tòa nhà.
Phát hiện vật trong khoang chứa.
Ngoài ra, dựa vào nguyên lý hoạt động của cảm biến quang mà người ta còn chế tạo
ra thiết bị đo tốc độ quay của động cơ (gọi là encoder).
d, Với đề tài này chúng em chọn cảm biến quang loại :
Chế độ phản xạ gương, chế độ Dark-On,loại PNP.
Cảm biến dạng này truyền ánh sáng từ bộ phát tới vật thể. Vật này sẽ phản xạ lại một
phần ánh sáng (phản xạ khuếch tán) ngược trở lại bộ thu của cảm biến, kích hoạt tín
hiệu ra.
Hình 2.5:Hình ảnh thực tếcảm biến quang phản xạ gương
24
BÀI TẬP LỚN
NHÓM 13
Ưu điểm:
+ Lắp đặt đơn giản, dễ dàng
+ Chỉ cần 1 điểm lắp đặt duy nhất.
+ Chi phí đầu tư thấp.
Nhược điểm:
+ Khoảng cách phát hiện ngắn (do chỉ phát hiện được một phần ánh sáng phản xạ). Ví
dụ loại E3Z-D: có khoảng cách phát hiện tối đa 1m.
+ Tỉ lệ lỗi đen / trắng cao; khoảng cách phát hiện phụ thuộc nhiều vào màu sắc, kích
thước, tính chất bề mặt của vật thể. Bởi vậy việc phát hiện vật có thể khó khăn nếu có
nền màu đen sau vật.
+ Độ nhạy và độ tin cậy kém hơn loại thu phát và phản xạ gương.
+ Thông thường, nếu không cần độ chính xác cao, hoặc khó khăn trong việc lắp đặt
gương, người ta sẽ dùng loại phản xạ khuếch tán.
2.2 Xây dựng sơ đồ khối.
Hình 2.6: Nguyên lý hoạt động của PLC.
25
