Đề tài Dây truyền phân loại và đếm sản phẩm

ĐỀ TÀI Dây truyền phân loại và đếm sản phẩm Mục Lục Mục Lục ................................................................................................................................ 1 LỜI MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 4 LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ 5 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN..................................................................... 6 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN ..................................................................... 7 Chương 1 Tổng quan về PLC S7 200 ..................................................................................... 8 và bài toán phân loại sản phẩm. .............................................................................................. 8 A Tổng quan về PLC S7-200. ............................................................................................ 8 1 Chức năng hệ PLC. ..................................................................................................... 8 2 Sơ đồ khối. .................................................................................................................. 8 3 Cấu hình phần cứng: ................................................................................................. 10 4 Các vùng nhớ. ........................................................................................................... 12 5 Kết nối với máy tính. ................................................................................................. 15 B Phần mềm STEP 7 Micro/WIN. ................................................................................... 16 1.Các phần tử cơ bản trong chương trình PLC S7-200 ................................................. 16 3 Phần ngôn ngữ lập trình. .......................................................................................... 17 Chương 2 Phần mềm WinCC và phương pháp kết nối với PLC S7 200 ................................ 19 A . Giới thiệu phần mềm giao diện người máy WinCC (Siemens). ................................... 19 1 Đặc trưng cơ bản của WinCC.................................................................................... 19 2 Chức năng Graphics Designer. ................................................................................. 20 3 Chức năng Alarm Logging. ....................................................................................... 20 4. Tag Logging ............................................................................................................. 20 5 Report Designer ........................................................................................................ 20 6 User Achivers. ........................................................................................................... 21 B Cấu hình Wincc ............................................................................................................ 22 1 Các loại Project ........................................................................................................ 22 2 Chức năng của Win CC Explower ............................................................................. 22 3 Graphics Designer: ................................................................................................... 26 4 Tag Longging (hiển thị giá trị của quá trình) ............................................................. 27 5 Cấu trúc Alarm longging ........................................................................................... 30 E .Phần mềm PC access kết nối PLC và WinCC .............................................................. 31 Bước 1 . Tạo Tag trong phần mềm PC Access 1.0 ........................................................ 31 Bước 2 . Kết nối biến với WinCC .................................................................................. 34 Chương 3 . Mô hình dây truyền phân loại sản phẩm ............................................................. 37 A . Mô hình cơ khí ........................................................................................................... 37 B . Cấu tạo mô hình ......................................................................................................... 37 C . Chức năng hoạt động của các nút ấn trên mô hình....................................................... 38 D. Nguyên lý hoạt động của dây truyền phân loại và đếm sản phẩm. ................................ 39 E Cảm biến E3F DS10C4 ................................................................................................. 40 F Ứng dụng: .................................................................................................................... 43 1 .Ứng dụng trong sản xuất gạch .................................................................................. 43 2. Ứng dụng trong ngành công nghiệp sản xuất thực phẩm: ......................................... 44 G. Ưu , khuyết điểm của mô hình ..................................................................................... 46 1. Ưu điểm của mô hình ............................................................................................... 46 2 Khuyết điểm : ............................................................................................................ 46 Chương 4 : Thực thi hệ thống điều khiển giám sát dây truyền phân loại sản phẩm dùng WinCC và S7 200 ................................................................................................................ 47 A. Mạch điều khiển .................................................................................................... 47 1 Vi điều khiển 8052 : AT89S52 .................................................................................. 47 2 Mạch đảo chiều động cơ 1 chiều : L 298 .................................................................. 54 3 Bộ cách ly quang : PC 817 ....................................................................................... 56 2 4 . Bộ hiển thị LED 7 thanh ......................................................................................... 57 5 . Sơ đồ khối ............................................................................................................... 57 6. Sơ đồ mạch in .......................................................................................................... 62 B . Chương trình PLC cho mô hình phân loại và đếm sản phẩm. ...................................... 63 1.Bảng thiết lập vào ra ................................................................................................. 63 2.Lưu đồ thuật toán của PLC ....................................................................................... 64 C Lập giao diện mô phỏng mô hình trên WinCC ............................................................. 66 D. Kết nối PLC và WinCC dùng phần mềm PC Access 1.0 .............................................. 67 3 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ thông tin ngày càng cao đem lại nhiều lợi ích cho con người nhằm giảm thiểu tối đa sức lao động của con người trong quá trình sản xuất. Mức độ tự động hóa tại các phân xưởng và nhà kho cũng như các khu vực quản lý điều hành vẫn tiếp tục được nâng cao. Ngày càng nhiều các thiết bị tiên tiến đòi hỏi khả năng xử lý, mức độ hoàn hảo , sự chính xác của các hệ thống sản xuất ngày một cao hơn, đáp ứng nhu cầu sản xuất về số lượng, chất lượng, thẩm mỹ ngày càng cao của xã hội. Xuất phát từ tình hình thực tế tự động hóa tại các phân xưởng, nhà kho và các khu vực điều hành quản lý vẫn đang tiếp tục được nâng cao cùng với kiến thức đã được học trong trường, chúng em đã nghiên cứu và thực hiện đề tài dây truyền phân loại và đếm sản phẩm. Đây chỉ là một phần nhỏ trong quy trình sản xuất, tuy vậy chúng em mong rằng với đề tài này chúng em sẽ củng cố được kiến thức đã được học trong trường và ứng dụng một phần nhỏ trong sản xuất. Nội dung đề tài Chương I : Phần cơ khí Chương II : Vi Điều khiển và chương trình hiển thị số sản phẩm Chương III: Giới thiệu về PLC s7-200 và chương trình PLC trong hệ thống phân loại và đếm sản Chương IV : Giới thiệu về phần mềm WinCC Chương V : Phần mềm PC access kết nối PLC và WinCC Chương VI : Giới thiệu chung về cảm biến Do hạn chế về thời gian, kinh nghiệm thực tế, vừa tìm hiểu, vừa học hỏi trong quá trình thực hiện nên không tránh khỏi thiếu sót, chúng em rất mong nhận được sự đóng góp của thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn. Ngày 10 tháng 05 năm 2011 Nhóm sinh viên thực hiện 4 LỜI CẢM ƠN Qua một thời gian tìm hiểu và thực hiện tích cực, đến nay đồ án được thành. Có được thành quả này, chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy HÙNG đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ chúng em trong suốt thời gian thực hiện đồ án. Xin cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Điện trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội đã tạo điều kiện để chúng em thực hiện đồ án này Xin cảm ơn các bạn sinh viên đã đóng góp ý kiến, động viên khích lệ tinh thần trong quá trình thực hiện đồ án. Ngày 30 tháng 05 năm 2011 Nhóm sinh viên thực hiện 5 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 6 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 7 Chương 1 Tổng quan về PLC S7 200 và bài toán phân loại sản phẩm. A Tổng quan về PLC S7-200. 1 Chức năng hệ PLC. Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC ( Programable Logic Controler ) là thiết bị điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý , sử dụng bộ nhớ lập trình được để lưu trữ các lệnh , thực hiện các chức năng và thuật toán để điều khiển máy và các quá trình. 2 Sơ đồ khối. Thiết bị lập trình Bộ nhớ Giao diện vào Bộ xử lý ( CPU ) Giao diện ra Nguồn cung cấp Phần cứng PLC có 5 bộ phận cơ bản: - Bộ xử lý: còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU) , là linh kiện chứa bộ vi xử lý. Bộ xử lý biên dịch các tín hiệu vào và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu trong bộ nhớ của CPU , truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các tín hiệu ra. Nguyên lý làm việc của bộ xử lý tiến hành theo từng bước tuần tự , đầu tiên các thông tin lưu trữ trong bộ nhớ chương trình được gọi lên tuần tự và được kiểm soát bởi bộ đếm chương trình. Bộ xử lý liên kết các tín hiệu và đưa ra kết quả ra đầu ra. Chu kỳ thời gian này gọi là thời gian quét ( scan ) . Thời gian vòng quét phụ thuộc vào dung lượng bộ nhớ , tốc độ của CPU. 8 4. Chuyển dữ liệu từ bộ 1. Nhập dữ liệu từ thiết bị đệm ảo ra thiết bị ngoại vi. ngoại vi vào bộ đệm. 3. Truyền thông và kiểm 2. Thực hiện chương trình. tra lỗi. Sự thao tác tuần tự của chương trình dẫn đến một thời gian trễ trong khi bộ đếm của trương trình đi qua một chu kỳ đầy đủ , sau đó bắt đầu lại từ đầu. - Bộ nguồn: có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp cho bộ vi xử lý ( thường là 5V ) và cho các mạch điện trong các module còn lại ( thường là 24V ). - Thiết bị lập trình: được sử dụng để lập các chương trình điều khiển cần thiết sau đó được chuyển cho PLC. Thiết bị lập trình có thể là thiết bị lập trình chuyên dụng , có thể là thiết bị lập trình cầm tay gọn nhẹ , có thể là phần mềm được cài đặt trên máy tính cá nhân. - Bộ nhớ: là nơi lưu trữ chương trình sử dụng cho hoạt động điều khiển. Các bộ nhớ có thể là RAM , ROM , EPROM. Người ta luôn chế tạo nguồn dự phòng cho RAM đề duy trì chương trình trong trường hợp mất điện nguồn , thời gian duy trì tùy thuộc vào từng PLC cụ thể. Bộ nhớ cũng có thể được chế tạo thành module cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển có kích cỡ khác nhau , khi cần mở rộng có thể cắm thêm. - Giao diện vào ra: là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị bên ngoài. Tín hiệu vào có thể từ các công tắc , các bộ cảm biến nhiệt độ , các tế bào quang điện … Tín hiệu ra có thể cung cấp cho các cuộn dây công tắc tơ , các rơle , các van điện từ … Tín hiệu vào có thể là tín hiệu rời rạc , tín hiệu liên tục , tín hiệu logic… Mỗi điểm vào ra có một địa chỉ duy nhất được PLC sử dụng. Các kênh vào / ra đã có các chức năng cách ly và điều hoa tín hiệu sao cho các bộ cảm biến và các bộ tác động có thể nối trực tiếp với chúng mà không cần thêm mạch điện khác. Tín hiệu vào thường được ghép cách điện ( cách ly ) nhờ linh kiện quang. Dải tín hiệu nhận vào cho các PLC cỡ lớn có thể là 5V , 24V , 110V , 220V. Các PLC cỡ nhỏ thường chỉ nhận tín hiệu 24V. Tín hiệu ra cũng được ghép cách ly, có thể cách ly kiều rơle , cách ly kiểu quang. Tín hiệu ra có thể là tín hiệu chuyển mạch 24V , 100mA ; 110V , 1A một chiều ; thậm chí 240V , 1A xoay chiều tùy loại PLC. 9 Cách ly kiều rơle Cách ly kiểu quang. 3 Cấu hình phần cứng: SF (đèn đỏ) : đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị lỗi. Đèn SF sáng lên khi PLC có lỗi. RUN (đèn xanh) : cho biết PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp vào trong bộ nhớ chương trình của PLC. STOP (đèn vàng) : chỉ định PLC đang ở chế độ dừng. Dừng chương trình đang thực hiện lại. Ix.x (đèn xanh) : đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của cổng ( x.x = 0.0 – 1.5 ). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng. Qy.y (đèn xanh) : đèn xanh ở cổng ra chỉ định trạng thái tức thời của cổng ( y.y = 0.0-1.10 ). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng. 10 Một số loại CPU 22x: - Cổng truyền thông: S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS 485 với phích cắm 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các PLC khác.Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9.6 kbps. Tốc độ truyền cung cấp PLC theo kiểu tự do là từ 300 baud đến 38400 baud. Các chân của cổng truyền thông là: 1. Đất. 2. 24VDC 3. truyền và nhận dữ liệu 4. không dùng 5. đất 11 6. 5VDC ( điện trở trong 100Ω ) 7. 24VDC (100mA) 8. truyền và nhận dữ liệu 9. không dùng Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG720 có thể sử dụng một cáp nối thẳng qua MPI. Cáp đó đi kèm theo máy lập trình. Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS 232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485 , và qua cổng USB ta có cáp USB/PPI. - Card nhớ , pin , clock (CPU 221 , 222) Một tụ điện với điện dung lớn cho phép nuôi bộ nhớ RAM sau khi bị mất nguồn điện cung cấp. Tùy theo CPU mà thời gian lưu trữ có thể kéo dài nhiều ngày. Chẳng hạn CPU 224 là khoảng 100h. Card nhớ: được sử dụng để lưu trữ chương trình. Chương trình chứa trong card nhớ bao gồm : program block , data block , system block , công thức , dữ liệu đo và các giá trị cưỡng bức. Card pin: dùng để mở rộng thời gian lưu trữ các dữ liệu có trong bộ nhớ. Nguồn pin được tự động chuyển sang khi tụ PLC cạn. pin có thể sử dụng đến 200 ngày. Card Clock / Battery module: đồng hồ thơig gian thực cho CPU 221, 222 và nguồn pin để nuôi đồng hồ và lưu giữ liệu. Thời gian sử dụng đến 200 ngày. - Biến trở chỉnh giá trị analog: hai biến trở này được sử dụng như hai ngõ vào analog cho phép điều chỉnh các biến cần phải thay đổi và sử dụng trong chương trình. 4 Các vùng nhớ. - Vùng nhớ đệm ngõ vào số I: CPU sẽ đọc trạng thái tín hiệu của tất cả các ngõ vào số ở đầu mỗi chu kỳ quét ,sau đó sẽ chứa các giá trị này vào vùng nhớ đệm ngõ vào. Có thể truy nhập vùng nhớ này theo bit , Byte , Word hay Doubleword. - Vùng nhớ đệm ngõ ra số Q: Trong quá trình xử lý chương trình CPU sẽ lưu các giá trị sử lý thuộc vùng nhớ ngõ ra vào đây. Tại cuối mỗi vòng quét CPU sẽ sao chép nội dung vùng nhớ đệm này và chuyển ra các ngõ ra vật lý. Có thể truy nhập vùng nhớ này theo bit , Byte , Word hay Doubleword. - Vùng nhớ biến V: Sử dụng vùng nhớ V để lưu trữ các kết quả phép toán trung gian có được do các xử lý logic của chương trình. Cũng có thể sử dụng vùng nhớ để lưu trữ các dữ liệu khác liên quan đến chương trình hay nhiệm vụ điều khiển. Có thể truy nhập vùng nhớ này theo bit , Byte , Word hay Doubleword - Vùng nhớ M: 12 Có thể coi vùng nhớ M như các rơle điều khiển trong chương trình để lưu trữ trạng thái trung gian của một phép toán hay các thông tin điều khiển khác. Có thể truy nhập vùng nhớ này theo bit , Byte , Word hay Doubleword. - Vùng nhớ bộ định thời T: S7-200 cung cấp vùng nhớ riêng cho các bộ định thời , các bộ định thời được sử dụng cho các yêu cầu điều khiển cần trì hoãn thời gian. Giá trị thời gian đếm sẽ được đếm tăng dần theo 3 độ phân giải là 1ms , 10ms , 100ms. - Vùng nhớ bộ đếm C: Có 3 loại bộ đếm là bộ đếm lên , bộ đếm xuống , bộ đếm lên - xuống . Các bộ đếm sẽ tăng hoặc giảm giá trị hiện hành khi tín hiệu ngõ vào thay đổi trạng thái từ mức thấp lên mức cao. - Vùng nhớ bộ đếm tốc độ cao HC: Các bộ đếm tốc độ cao được sử dụng để đếm các sự kiên tốc độ cao độc lập với vòng quét của CPU. Giá trị đếm là số nguyên 32 bit có dấu. Để truy xuất giá trị đếm của các bộ đếm tốc độ cao cần xác định địa chỉ của bộ đếm tốc độ cao , sử dụng bộ nhớ HC và số của bộ đếm , ví dụ HC0. Giá trị đếm hiện hành của các bộ đếm tốc độ cao là các giá trị chỉ đọc và truy xuất theo double word. - Các thanh ghi AC: Là các phần tử đọc / ghi mà có thể được dùng để truy xuất giống như bộ nhớ. Chẳng hạn có thể sử dụng các thanh ghi để truy xuất các thông số từ các chương trình con và lưu trữ các giá trị trung gian để sử dụng cho tính toán. Các CPU s7-200 có 4 thanh ghi là AC0 , AC1 , AC2 và AC3. Chúng ta có thể truy xuất dữ liệu trong các thanh ghi này theo Byte , Word và Doubleword. - Vùng nhớ đặ