Đề tài Ứng dụng plc s7-300 điều khiển cấp phôi tự động cho máy CNC

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ - KĨ THUẬT CỤNG NGHIỆP KHOA: ĐIỆN _ ĐIỆN TỬ ccccc & ddddd  §å ¸n §iÖn Tù ®éng hãa qu¸ tr×nh c«ng nghÖ - PLC §Ò tµi: øng dông PLC S7 - 200; S7 – 300 ®iÒu khiÓn cÊp ph«i tù ®éng cho m¸y CNC. GV h­íng dÉn : Lª träng lu©n nhãm SVTH : Bïi b¸ quý nguyÔn v¨n thÞnh Líp : ®iÖn 1a - hn __HÀ NỘI, 11/2010__ BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH KT-KT CÔNG NGHIỆP KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LÂP – TỰ DO – HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỰ ĐỘNG HÓA ĐỀ 13: ĐỒ ÁN TỰ ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG TRONG QUÁ TRÌNH CÔNG NGHIỆP – PLC Họ và tên sinh viên : 1. Bùi Bá Quý 2. Nguyễn Văn Thịnh Lớp : Điện 1A HN Ngành : Tự động hóa. I. Tên đề tài: “Ứng dụng PLC s7-200; S7-300 Điều khiển cấp phôi tự động cho máy CNC” Hệ thống tự động cấp phôi cho máy công cụ phục vụ bởi một rôbốt công nghiệp như hình vẽ. Rôbốt cấp phôi vào máy CNC và lấy chi tiết từ máy CNC ra băng tải. Khi phôi chạy trên băng tải.,chạm vào cảm biến tiếp xúc MS1, cảm biến mã vạh sẽ quét để nhận dạng phôi . Nếu đúng chi tiết yêu cầu, tấm chắn sẽ được đẩy ra để rừng phôi lại. Rô bốt sẽ kẹp phôi và gá vào máy nếu máy đang ở trạng thái không làm việc. Ngược lại, rôbốt phải chờ để tháo chi tiết đã gia công xong từ máy CNC ra băng tải. II. Yêu cầu lập trình và nội dung thuyết minh 1. Cơ sở lý thuyết của việc khảo sát, xây dựng, tính toán, lập trình của hệ thống. 2. Mô tả quá trình công nghệ. 3. Tính toán, thiết kế mạch động lực và mạch điều khiển, có 2 chế độ bằng tay và tự động. 4. Lưu đồ giải thuật và viết chương trình diều khiển bằng PLC S7_200 hoặc S7_300. 5. Download để minh chứng trên phần mềm PLC Sim View (hoặc download trực tiếp vào phần cứng PLC nếu có thể). III. Ngày giao nhiệm vụ : 23/8/210 IV. Ngày hoàn thành đề tài : 05/11/2010 Hà nội, Ngày …..Tháng….Năm 2010 Giáo viên hướng dẫn Lê Trọng Luân Thông qua bộ môn Hà nội, Ngày…. Tháng ….Năm 2010 Trưởng bộ môn MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Nền sản xuất thế giới trong những năm gần đây được đặc trưng bởi cường độ cao của các quá trình sản xuất vật chất. Chất lượng và hiệu quả của các quá trình sản xuất phụ thuộc vào rất nhiều trình độ kỹ thuật của công nghiệp chế tạo máy. Một nền công nghiệp chế tạo máy tiên tiến sẽ đảm bảo cho các ngành kinh tế các loại thiết bị có năng suất cao với chất lượng hoàn hảo. Để thực hiện tốt các nhiệm vụ của mình, công nghiệp chế tạo máy cần không ngừng hoàn thiện và nâng cao trình độ kỹ thuật của các quá trình sản xuất. Điều khiển tự động và tự động hóa là một trong những phương hướng phát triển chủ yếu của công nghiệp chế tạo máy. Tự động hoá và điều khiển tự động cho phép sử dụng tối đa các tiềm năng sẵn có, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao đối với các trang thiết bị gia công cơ khí. Việc ứng dụng thành công các thành tựu của lý thuyết điều khiển tối ưu, công nghệ thông tin, công nghệ máy tính, công nghệ điện điện tử và các lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác trong những năm ngần đây đã đẫn đến sự ra đời và phát triển thiết bị điều khiển logic khả lập trình (PLC). Cũng từ đây đã tạo ra một cuộc cách mạng trong lĩnh vực kỹ thuật điều khiển. Ngày nay ai cũng biết rõ rằng công nghệ PLC đóng vai trò quan trọng trong năng lượng cơ và làm bộ não cho các bộ phận cần tự động hoá và cơ giới hoá. Do đó điều khiển logic khả lập trình (PLC) rất cần thiết đối với các kỹ sư cơ khí cũng như các kỹ sư điện, điện tử, từ đó giúp họ nắm được phạm vi ứng dụng rộng rãi và kiến thức về PLC cũng như cách sử dụng thông thường. Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, chúng em được giao nhiệm vụ và nghiên cứu với đề tài: “Ứng dụng PLC S7 - 200; S7 – 300 điều khiển cấp phôi tự động cho máy CNC” Đây là một đề tài không hoàn toàn là mới nhưng nó rất phù hợp với thực tế sản xuất hiện nay, càng đi sâu nghiên cứu càng thấy nó hấp dẫn và thấy được vai trò của nó trong việc điều khiển tự động. Đặc biệt được sự hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ trực tiếp của thầy giáo Lê Trọng Luân. Là các cán bộ giảng dạy bộ môn “Điều khiển lập trình”, người trực tiếp hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án này và người đã có rất nhiều kinh nghiệm về lập trình PLC, điều khiển tự động và Rôbốt. Tuy nhiên do điều kiện tài liệu nói về PLC còn rất hạn chế hoặc chỉ là giới thiệu tổng quan, mặt khác để lập trình thành công PLC nó còn đòi hỏi một tầm hiểu biết nhất định về điện tử, tin học… nên chúng em cũng gặp không ít khó khăn về mặt thời gian. Xác định rõ nhiệm vụ của mình em đã cố gắng hết sức, khắc phục khó khăn, tập trung tìm hiểu, học hỏi ở thầy giáo hướng dẫn và các thầy giáo khác trong bộ môn. Ngoài ra còn phải trang bị thêm về kiến thức Tin học và tự động hoá thuỷ khí để có thể giải quyết được nhiện vụ đặt ra. Kết quả thu được chưa nhiều do còn bị hạn chế về kiến thức, thời gian và kinh nghiệm nhưng nó giúp chúng em có thêm kiến thức mới để sau khi ra trường có nền tảng tiếp cận được với công nghệ mới. Trong quá trình làm đồ án do trình độ hiểu biết của chúng em có hạn, nên nội dung đồ án không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy chúng em rất mong được sự chỉ bảo góp ý của các thầy cô cũng như mọi người quan tâm đến vấn đề này. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy: Lê Trọng Luân. Người đã trực tiếp hướng dẫn tận tình, giúp đỡ chỉ bảo và tạo điều kiện cho em được tiếp cận với các thiết bị máy móc trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Hà Nội, Ngày 05 tháng 11 năm 2010 Nhóm sinh viên thiết kế. 1. Bùi Bá Quý 2. Nguyễn Văn Thịnh CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT I. GIỚI THIỆU VỀ PLC 1. Sơ yếu lịch sử về PLC PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình, được thiết kế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lý từ đơn giản đến phức tạp, tuỳ thuộc vào người điều khiển mà nó có thể thực hiện một loạt các chương trình hoặc sự kiện, sự kiện này được kích hoạt bởi các tác nhân kích thích (hay còn gọi là đầu vào) tác động vào PLC hoặc qua các bộ định thời (Timer) hay các sự kiện được đếm qua bộ đếm. Khi một sự kiện được kích hoạt nó sẽ bật ON, OFF hoặc phát một chuỗi xung ra các thiết bị bên ngoài được gắn vào đầu ra của PLC. Như vậy nếu ta thay đổi các chương trình được cài đặt trong PLC là ta có thể thực hiện các chức năng khác nhau, trong các môi trường điều khiển khác nhau Ngày nay tự động hóa ngày càng đóng vai trò quan trọng đời sống và công nghiệp, tự động hóa đa phát triển đến trình độ cao nhờ những tiến bộ của lý thuyết điều khiển tự động, tiến bộ của ngành điện tử, tin học… Chính vì vậy mà nhiều hệ thống điều khiển ra đời, nhưng phát triển mạnh và có khả năng ứng dụng rộng là Bộ điều khiển lập trình PLC. Bộ điều khiển lập trình đầu tiên (Programmable controller) đa được những nhà thiết kế cho ra đời năm 1968(Công ty General Motor-Mỹ), với các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng các yêu cầu điều khiển : + Dễ lập trình và thay đổi chương trình. + Cấu trúc dạng Module mở rộng, dễ bảo trì và sữa chữa. + Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất. Tuy nhiên hệ thống còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành và lập trình hệ thống. Vì vậy các nhà thiết kế từng bước cải tiến hệ thống cải tiến gọn nhẹ dễ vận hành. Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (Programmable controller Handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969. Điều này đa tạo ra sự phát triển thật sự cho kỹ thuật lập trình. Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ. Qua quá trình vận hành, các nhà thiết kế đa từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, đó là tiêu chuẩn: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang. Sự phát triển của hệ thống phần cứng từ năm 1975 cho đến nay đa làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức năng mở rộng : - Số lượng ngõ vào, ngõ ra nhiều hơn và có khả năng điều khiển các ngõ vào, ngõ ra từ xa bằng kỹ thuật truyền thông. - Bộ nhớ lớn hơn. - Nhiều loại Module chuyên dùng hơn. Trong những đầu thập niên 1970, với sự phát triển của phần mềm, bộ lập trình PLC không chỉ thực hiện các lệnh Logic đơn giản mà còn có thêm các lệnh về định thì, đếm sự kiện, các lệnh về xử lý toán học, xử lý dữ liệu, xử lý xung, xử lý thời gian thực.. Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối các hệ thống PLC riêng lẻ thành một hệ thống PLC chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẻ. Tốc độ của hệ thống được cải thiện, chu kỳ quét nhanh hơn. Bên cạnh đó, PLC được chế tạo có thể giao tiếp với các thiết bị ngoại nhờ vậy mà khả năng ứng dụng của PLC được rộng hơn. 2.Cấu trúc của PLC : Hệ thống PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản, gồm bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện nhập/ xuất (I/O), và thiết bị lập trình. (Hình 1.1) Bộ xử lý Giao diện nhập Giao diện xuất Nguồn công suất Bộ nhớ Thiết bị lập trình Hình 1.1 a. Bộ xử lý của PLC : Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chứa bộ vi xử lý, biên dịch các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu động trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị xuất. b. Bộ nguồn: Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp DC (5V) cần thiết cho bộ xử lý và các mạch điện có trong các module giao diện nhập và xuất. c. Bộ nhớ: Bộ nhớ là nơi lưu chương trình được sử dụng cho các hoạt động điều khiển, dưới sự kiểm tra của bộ vi xử lý. Trong hệ thống PLC có nhiều loại bộ nhớ : - Bộ nhớ chỉ để đọc ROM (Read Only Memory) cung cấp dung lượng lưu trỡ cho hệ điều hành và dữ liệu cố định được CPU sử dụng. - Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM ( Ramden Accept Memory) dành cho chương trình của người dùng. - Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM dành cho dữ liệu. Đây là nơi lưu trữ thông tin theo trạng thái của các thiết bị nhập, xuất, các giá trị của đồng hồ thời chuẩn các bộ đếm và các thiết bị nội vi khác. - RAM dữ liệu đôi khi được xem là bảng dữ liệu hoặc bảng ghi. - Một phần của bộ nhớ này, khối địa chỉ, dành cho các địa chỉ ngõ vào, ngõ ra, cùng với trạng thái của ngõ vào và ngõ ra đó. Một phần dành cho dữ liệu được cài đặt trước, và một phần khác dành để lưu trữ các giá trị của bộ đếm, các giá trị của đồng hồ thời chuẩn, vv… - Bộ nhớ chỉ đọc có thể xoá và lập trình được ( EPROM ) Là các ROM có thể được lập trình, sau đó các chương trình này được thường trú trong ROM. Người dùng có thể thay đổi chương trình và dữ liệu trong RAM. Tất cả các PLC đều có một lượng RAM nhất định để lưu chương trình do người dùng cài đặt và dữ liệu chương trình. Tuy nhiên để tránh mất mát chương trình khi nguồn công suất bị ngắt, PLC sử dụng ác quy để duy trì nội dung RAM trong một thời gian. Sau khi được cài đặt vào RAM chương trình có thể được tải vào vi mạch của bộ nhớ EPROM, thường là module có khoá nối với PLC, do đó chương trình trở thành vĩnh cửu. Ngoài ra còn có các bộ đệm tạm thời lưu trữ các kênh nhập/xuất ( I/O). Dung lượng lưu trữ của bộ nhớ được xác định bằng số lượng từ nhị phân có thể lưu trữ được. Như vậy nếu dung lượng bộ nhớ là 256 từ, bộ nhớ có thể lưu trữ 2568 = 2048 bit, nếu sử dụng các từ 8 bit và 25616 = 4096 bit nếu sử dụng các từ 16 bit. d. Thiếp bị lập trình. Thiết bị lập trình được sử dụng để nhập chương trình vào bộ nhớ của bộ xử lý. Chương trình được viết trên thiết bị này sau đó được chuyển đến bộ nhớ của PLC. e. Các phần nhập và xuất. Là nơi bộ xử lý nhận các thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị bên ngoài. Tín hiệu nhập có thể đến từ các công tắc hoặc từ các bộ cảm biến vv… Các thiết bị xuất có thể đến các cuộn dây của bộ khởi động động cơ, các van solenoid vv… 3. Cấu trúc bên trong cơ bản của PLC. Cấu trúc cơ bản bên trong của PLC bao gồm bộ xử lý trung tâm (CPU) chứa bộ vi xử lý hệ thống, bộ nhớ, và mạch nhập/xuất. CPU điều khiển và xử lý mọi hoạt động bên trong của PLC. Bộ xử lý trung tâm được trang bị đồng hồ có tần số trong khoảng từ 1 đến 8 MHz. Tần số này quyết định tốc độ vận hành của PLC, cung cấp chuẩn thời gian và đồng bộ hóa tất cả các thành phần của hệ thống. Thông tin trong PLC được truyền dưới dạng các tín hiệu digital. Các đường dẫn bên trong truyền các tín hiệu digital được gọi là Bus. Về vật lý bus là bộ dây dẫn truyền các tín hiệu điện. Bus có thể là các vệt dây dẫn trên bản mạch in hoặc các dây điện trong cable bẹ. CPU sử dụng bus dữ liệu để gửi dữ liệu giữa các bộ phận, bus địa chỉ để gửi địa chỉ tới các vị trí truy cập dữ liệu được lưu trữ và bus điều khiển dẫn tín hiệu liên quan đến các hoạt động điều khiển nội bộ. Bus hệ thống được sử dụng để truyền thông giữa các cổng và thiết bị nhập/xuất. Cấu trúc của PLC được minh hoạ như sơ đồ sau. CPU. Cấu hình CPU tùy thuộc vào bộ vi xử lý. Nói chung CPU có: Bộ thuật toán và logic (ALU) chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu, thực hiện các phép toán số học (cộng, trừ, nhân, chia) và các phép toán logic AND, OR, NOT, EXCLUSIVE- OR. Bộ nhớ còn gọi là các thanh ghi, bên trong bộ vi xử lý, được sử dụng để lưu trữ thông tin liên quan đến sự thực thi của chương trình. Bộ điều khiển được sử dụng để điều khiển chuẩn thời gian của các phép toán. BUS. Bus là các đường dẫn dùng để truyền thông bên trong PLC. Thông tin được truyền theo dạng nhị phân, theo nhóm bit, mỗi bit là một số nhị phân 1 hoặc 0, tương tự các trạng thái on/off của tín hiệu nào đó. Thuật ngữ từ được sử dụng cho nhóm bit tạo thành thông tin nào đó. Vì vậy một từ 8 - bit có thể là số nhị phân 00100110. Cả 8- bit này được truyền thông đồng thời theo dây song song của chúng. Hệ thống PLC có 4 loại bus. Bus dữ liệu: tải dữ liệu được sử dụng trong quá trình xử lý của CPU. Bộ xử lý 8- bit có 1 bus dữ liệu nội có thể thao tác các số 8- bit, có thể thực hiện các phép toán giữa các số 8-bit và phân phối các kết quả theo giá trị 8- bit. Bus địa chỉ: được sử dụng để tải các địa chỉ và các vị trí trong bộ nhớ. Như vậy mỗi từ có thể được định vị trong bộ nhớ, mỗi vị trí nhớ được gán một địa chỉ duy nhất. Mỗi vị trí từ được gán một địa chỉ sao cho dữ liệu được lưu trữ ở vị trí nhất định. để CPU có thể đọc hoặc ghi ở đó bus địa chỉ mang thông tin cho biết địa chỉ sẽ được truy cập. Nếu bus địa chỉ gồm 8 đường, số lượng từ 8-bit, hoặc số lượng địa chỉ phân biệt là 28*888888 = 256. Với bus địa chỉ 16 đường số lượng địa chỉ khả dụng là 65536. Bus điều khiển: bus điều khiển mang các tín hiệu được CPU sử dụng để điều khiển. Ví dụ để thông báo cho các thiết bị nhớ nhận dữ liệu từ thiết bị nhập hoặc xuất dữ liệu và tải các tín hiệu chuẩn thời gian được dùng để đồng bộ hoá các hoạt động. Bus hệ thống: được dùng để truyền thông giữa các cổng nhập/xuất và các thiết bị nhập/xuất. Bộ nhớ Trong hệ thống PLC có nhiều loại bộ nhớ như: bộ nhớ chỉ để đọc (ROM), bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM), bộ nhớ chỉ đọc có thể xoá và lập trình được (EPROM). Các loại bộ nhớ này đã được trình bày ở trên. 4. Phân loại PLC: 1. Theo hãng sản xuất: Các nhãn hiệu như Siemens, Ormon, Misubishi, Alenbratlay… 2. Theo version: PLC Siemens có các họ như S7-200, S7-300, S7-400,… Misubishi có các họ như Alpha, Fx, Fx ọ ư 0, Fx0N,Fx1N,Fx2N… PLC họ Alpha của Misubishi 3. Theo số lượng các đầu vào/ra: Ta có thể phân PLC thành bốn loại sau: Micro PLC là loại có dưới 32 kênh vào/ra. PLC nhỏ có đến 256 kênh vào/ra. PLC trung bình có đến 1024 kênh vào/ra. PLC có đến trên 1024 kênh vào/ra. 5. Một số lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng plc. Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vựt sản xuất cả trong công nghiệp và dân dụng. Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ thống đơn giản, chỉ có chức năng đóng mờ (ON/OFF) thông thường đến các ứng dụng cho các lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi tính chính xác cao, ứng dụng các thuật toán trong quá trình sản xuất. Các lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC hiện nay bao gồm: Hóa học và dầu khí: định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống ống dẫn, cân đông trong nghành hóa … Chế tạo máy và sản xuất: Tự động hoá trong chế tạo máy, cân đông, quá trình lắp đặc máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại… Bột giấy, giấy, xử lý giấy. Điều khiển máy băm, quá trình ủ boat, quá trình cáng, gia nhiệt …Thủy tinh và phim ảnh: quá trình đóng gói, thou nghiệm vật liệu, cân đong, các khâu hoàn tất sản phẩm, đo cắt giấy. Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: đếm sản phẩm, kiểm tra sản phẩm, kiểm soát quá trình sản xuất, bơm (bia, nước trái cây …) cân đong, đóng gói, hòa trộn… Kim loại: Điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), qui trình sản xuất, kiểm tra chất lượng. Năng lượng: Điều khiển nguyên liệu (cho quá trình đốt, xử lý trong các turbin …) các trạm cần hoạt động tuầu tự khai thác vật liệu một cách tự động (than, gỗ, dầu mỏ). * Các ưu điểm khi sử dụng hệ thống điều khiển với plc: - Không cần đấu dây cho sơ đồ điều khiển logic như kiểu dùng rơ le. - Có độ mềm dẻo sử dụng rất cao, khi chỉ cần thay đổi chương trình (phần mềm) điều khiển. - Chiếm vị trí không gian nhỏ trong hệ thống. - Nhiều chức năng điều khiển. - Tốc độ cao. - Công suất tiêu thụ nhỏ. - Không cần quan tâm nhiều về vấn đề lắp đặt. - Có khả năng mở rộng số lượng đầu vào/ra khi nối thêm các khối vào/ra chức năng. - Tạo khả năng mở ra các lĩnh vực áp dụng mới. - Giá thành không cao. Chính nhờ những ưu thế đó, PLC hiện nay được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động, cho phép nâng cao năng suất sản xuất, chất lượng và sự đồng nhất sản phẩm, tăng hiệu suất , giảm năng lượng tiêu tốn, tăng mức an toàn, tiện nghi và thoải mái trong lao động. Đồng thời cho phép nâng cao tính thị trường của sản phẩm. 6. Các lệnh thường dùng trong PLC: Nhiệm vụ của chương trình phục vụ các lệnh của PLC bao gồm: chuyển các lệnh nhập vào từ bàn phím thành các mã Hexa, các mã này sễ tương ứng với một lệnh của vi xử lý. Khi truy suất các mã Hexa, vi xử lý sẽ dịch các mã này và thực hiện đúng các lệnh tương ứng với đoạn mã đọc được.Ngoàinhiệm vụ chuyển các lệnh thành mã Hexa, chương trình còn cho phép xác định đúng địa chỉ của các toán tử nhập vào. Các địa chỉ này đã được định trước với các byte địa chỉ ngõ vào là 20H. Các byte này có địa chỉ của từng bit như sau: Các bit địa chỉ trên từng byte sẽ lưu giữ trạng thái của từng ngõ vào/ra, nhiệm vụ của chương trình phục vụ gởi đúng trạng thái của ngõ vào/ra. Ví dụ : Lệnh LDI 1 Lệnh này có chức năng tải trạng thái của ngõ vào I1 đến một bit trung gian. Nếu trang thái của ngõ vào I1 đang ở mức cao, thì trạng thái của bit có địa chỉ 01 (thuộc byte 20H ) cũng sẽ được đưa đến mức logic1. Vậy nhiệm vụ của chương trình phục vụ lệnh là: Trạng thái của bít có địa chỉ 01H vào một bit nhớ trung gian để xử lý, lệnh dùng cho vi xử lý để thực hiện “công tác” trên là: MOV C , 01H Và mã máy là A2H 01H Chương trình phục vụ lệnh LD có nhiệm vụ chuyển đọan mã này vào RAM, khi xử lý đọc đến đoạn mã trên thì vi xử lý sẽ thực hiện đúng các thao tác gởi trạng thái của ô nhớ có địa chỉ 01H vào C. Trong đoạn mã của chương trình phục vụ thì A2H là mã cố định, tuy nhiên 01H là mã thay đổi tuỳ thuộc địa chỉ ngõ vào. Để giải quyết vấn đề này thì khi nhập bàn phím, mã của phím giá trị toán tử (từ 0 đến 9) được lưu vào một byte nhớ có địa chỉ 42H trên vùng RAM nội (mã của phím nhấn cũng chính là giá trị số Hexa). Ví dụ : Phím số “0” có mã là 00H Phím số “1” có mã là 01H Vậy chương trình phục vụ lệnh LD, muốn gởi đúng trạng thái của ngõ vào có địa chỉ được định sẵn thì chỉ cần đọc trạng thái tại byte 42H, lúc này byte 42H sẽ chứa địa chỉ chương trình này của các ngõ vào/ra cần truy xuất. 6.1. Lệnh LD (LOAD). LOAD : Lệnh dùng để tải trạng thái của một tiếp điểm thường hở vào một ô nhớ (bit C) trung gian. Các tín hiệu tác động (Input): các tiếp điểm ngõ vào/ra, các tiếp điểm tác động của CTU, TON. Các tín hiệu ngõ ra: Trang thái của bit trung gian (bit C ). Đây là một thủ tục (Procedure ) có tác dụng chuyển trạng thái của tiếp điểm có địa chì 42H được ấn định trước vào bit nhớ trung gian. Sử dụng tiếp bit C là bit nhớ trung gian. Địa chỉ ( Address ) : 42H 6.2. Lệnh LDN (Load not). LOAD NOT : Lệnh dùng để tải trạng thái của một tiếp điểm thường kín vào một ô nhớ (bit C) trung gian. Các tín hiệu tác động (Input): các tiếp điểm ngõ vào/ra, các tiếp điểm tác động của CTU, TON. Các tín hiệu gởi ra (Output): Trạng thái của bit trung gian (bit C) Đây là một thủ tục (Procedure), có tác dụng chuyển trạng thái của tiếp điểm có địa chỉ (Address) được ấn định trước vào bit nhớ trung gian. Lúc này bit trung gian được thay đổi trạng thái. Sử dụng tropic tiếp bit C là bit nhớ trung gian. Địa chỉ (Address): 42H 6.3. Lệnh A (AND) : AND: Lệnh này lấy trạng thái trong bit trung gian (bit C) để thực hiện phép AND với trạng thái của một tiếp điểm thường hở. Kết quả của phép AND được gởi trở lại bit trung gian. Input: Các tiếp điểm ngõ vào, ngõ ra, các tiếp điểm tác động của CTU, TON. Output: Trạng thái của bit trung gian. Đây là một hàm ( Function ), có tác dụng AND trạng thái của tiếp điểm có địa chỉ (Address ) được ấn định với trạng thái của bit trung gian. Địa chỉ (Address ) : 42H 6.4. Lệnh AND NOT (AN). AND NOT: Lệnh này lấy trạng thái trong bit trung gian (bit C) để thực hiện phép AND với trạng thái của một tiếp điểm thườngkín. Kết quả của phép AND NOT được gởi trở lại bit trung gian. Input: Các tiếp điểm ngõ vào, ngõ ra, các tiếp điểm tác động của CTU, TON. Output: Trạng thái của bit trung gian. Đây là một hàm ( Function), có tác dụng AND trạng thái được nghịch đảo (AND NOT) của tiếp điểm có địa chỉ (Address) xác định với trạng thái của bit trung gian. Sử dụng rực tiếp bit C làm bit trung gian. Địa chỉ (Address) : 42H 6.5. Lệnh OR (O). OR:Lệnh này lấy trạng thái trong bit trung gian (bit C) để thực hiện phép OR với trạng thái của một tiếp điểm thường hở. Kết quả của phép OR được gởi trở lại bit trung gian. Input: Các tiếp điểm ngõ vào, ngõ ra, các tiếp điểm tác động của CTU, TON. Output: Trạng thái của bit nhớ trung gian. Đây là một hàm ( Function ), có tác dụng OR trạng thái của tiếp điểm có địa chỉ (Address ) xát định với trạng thái của bit trung gian. Sử dụng trực tiếp bit C làm bit trung gian. Địa chỉ (Address ) : 42H 6.6.Lệnh or not (on). OR NOT:Lệnh này lấy trạng thái trong bit trung gian (bit C ) để thực hiện phép OR NOTvới trạng thái của một tiếp điểm thường đóng. Kết quả của phép OR được gởi trở lại bit trung gian. Input: Các tiếp điểm ngõ vào, ngõ ra, các tiếp điểm tác động của CTU, TON. Output: Trạng thái của bit nhớ trung gian. Đây là một hàm ( Function ), có tác dụng OR NOT trạng thái của tiếp điểm có địa chỉ (Address ) xát định với trạng thái của bit trung gian. Sử dụng trực tiếp bit C làm bit trung gian. OR NOT Địa chỉ (Address ) : 421H 6.7. Lệnh OUT (=). OUT:Lệnh này dùng để tải trạng thái của ô nhớ trung gian đến một bit nhớ có địa chỉ (Address ) định sẵn. Input: Trạng thái trong ô nhớ trung gian Output: Các tiếp điểm ngõ ra, các trạng thái của lệnh dùng để SET và RESET. Đây là một thủ tục (Procedure) có tác dụng chuyển trạng thái của bit nhớ trung gian (bit C), hoặc dùng tác động đến các trang thái SET hoặc RESET. Chủ yếu tác động đến trạng thái ngõ ra (Cổng ra : Output) của PLC. Địa chỉ (Address ) : 42H II. GIỚI THIỆU VỀ PLC S7 – 300. 2. Cấu trúc PLC S7 - 300 2.1 Tổng quan PLC S7-300 cấu trúc dạng module gồm các thành phần sau: CPU các loại khác nhau: 312IFM, 312C, 313, 313C, 314, 314IFM, 314C, 315, 315-2 DP, 316-2 DP, 318-2, Module tín hiệu SM xuất nhập tín hiệu tương đồng /số: SM321, SM322, SM323, SM331, SM332,SM334, SM338, SM374. Module chức năng FM. Module truyền thông CP. Module nguồn PS307 cấp nguồn 24VDC cho các module khác, dòng 2A, 5A, 10A. Module ghép nối IM: IM360, IM361, IM365 Các module được gắn trên thanh rây như hình dưới, tối đa 8 module SM/FM/CP ở bên phải CPU, tạo thành một rack, kết nối với nhau qua bus connector gắn ở mặt sau của module. Mỗi module được gán một số slot tính từ trái sang phải, module nguồn là slot 1, module CPU slot 2, module kế mang số 4… Nếu có nhiều module thì bố trí thành nhiều rack (trừ CPU312IFM và CPU313 chỉ có một rack), CPU ở rack 0, slot 2, kế đó là module phát IM360, slot 3, có nhiệm vụ kết nối rack 0 với các rack 1, 2, 3, trên mỗi rack này có module kết nối thu IM361, bên phải mỗi module IM là các module SM/FM/CP. Cáp nối hai module IM dài tối đa 10m. Các module được đánh số theo slot và dùng làm cơ sở để đặt địa chỉ đầu cho các module ngõ vào ra tín hiệu. Đối với CPU 315-2DP, 316-2DP, 318-2 có thể gán địa chỉ tùy ý cho các module. Mỗi địa chỉ tương ứng với một byte. Với các module số địa chỉ một ngõ vào hay ra là x.y, x là địa chỉ byte, y có giá trị từ 0 đến 7. Ví dụ module SM321 DI 32 có 32 ngõ vào gắn kế CPU slot 4 có địa chỉ là I0.y, I1.y, I2.y, I3.y, I là ký hiệu chỉ ngõ vào số. Module analog có địa chỉ theo word, ví dụ module SM332 AO4 có 4 ngõ ra analog gắn ở slot 5 rack 1 có địa chỉ PQW400, PQW402, PQW404, PQW406, ngõ ra số có ký hiệu là Q còn ngõ vào analog ký hiệu là PIW. Các CPU 312IFM, 314 IFM, 31xC có tích hợp sẵn một số module mở rộng CPU 312IFM, 312C: 10 ngõ vào số địa chỉ I124.0 …I124.7, I125.1; 6 ngõ ra số Q124.0…Q124.5. CPU 313C: 24 DI I124.0..126.7, 16DO Q124.0..125.7, 5 ngõ vào tương đồng AI địa chỉ 752..761, hai ngõ ra AO 752..755 CPU 314IFM: 20 ngõ vào số I124.0 … I126.3; 16 ngõ ra số Q124.0 … Q125.7; 4 ngõ vào tương đồng PIW128, PIW130, PIW132, PIW134; một ngõ ra tương đồng PQW128. 2.2 Module CPU Các module CPU khác nhau theo hình dạng chức năng, vận tốc xử lý lệnh. Loại 312IFM, 314IFM không có thẻ nhớ. Loại 312IFM, 313 không có pin nuôi. Loại 315-2DP, 316-2DP, 318-2 có cổng truyền thông DP. Các đèn báo có ý nghĩa sau: SF ... (đỏ) ... lỗi phần cứng hay mềm, BATF ... (đỏ) ... lỗi pin nuôi, DC5V ... (lá cây) ... nguồn 5V bình thường, FRCE ... (vàng ) ... force request tích cực RUN ... (lá cây) ... CPU mode RUN ; LED chớp lúc start-up w. 1 Hz; mode HALT w. 0.5 Hz STOP mode ...(vàng)...CPU mode STOP hay HALT hay start-up; LED chớp khi memory reset request BUSF ... (đỏ) ... lỗi phần cứng hay phần mềm ở giao diện PROFIBUS Khóa mode có 4 vị trí: RUN-P chế độ lập trình và chạy RUN chế độ chạy chương trình STOP ngừng chạy chương trình MRES reset bộ nhớ. Thẻ nhớ có thể có dung lượng từ 16KB đến 4MB, chứa chương trình từ PLC chuyển qua và chuyển chương trình ngược trở lại cho CPU. Pin nuôi giúp nuôi chương trình và dữ liệu khi bị mất nguồn (tối đa 1 năm), ngoài ra còn nuôi đồng hồ thời gian thực. Với loại CPU không có pin nuôi thi cũng có một phần vùng nhớ được duy trì. Thông qua cổng truyền thông MPI (MultiPoint Interface) có thể nối : máy tính lập trình, màn hình OP (Operator panel) , các PLC có cổng MPI (S7-300, M7-300, S7-400, M7-400, C7-6xx), S7-200, vận tốc truyền đến 187.5kbps (12Mbps với CPU 318-2, 10.2 kbps với S7-200) . Cổng Profibus –DP nối các thiết bị trên theo mạng Profibus với vận tốc truyền lên đến 12Mbps. * Các vùng nhớ của PLC Vùng nhớ chương trình (load memory) chứa chương trình người dùng (không chứa địa chỉ ký hiệu và chú thích) có thể là RAM hay EEPROM trong CPU hay trên trên thẻ nhớ. Vùng nhớ làm việc (working memory) là RAM, chứa chương trình do vùng nhớ chương trình chuyển qua; chỉ các phần chương trình cần thiết mới được chuyển qua, phần nào không cần ở lại vùng nhớ chương trình , ví dụ block header, data block Vùng nhớ hệ thống (system memory) phục vụ cho chương trình người dùng, bao gồm timer , counter, vùng nhớ dữ liệu M, bộ nhớ đệm xuất nhập… Trên CPU 312IFM và 314 IFM vùng nhớ chương trình là RAM và EEPROM; các CPU khác có pin nuôi, vùng nhớ chương trình là RAM và thẻ nhớ. Khi mất nguồn hay ở chế độ MRES ( reset bộ nhớ) RAM sẽ bị xóa. Một số vùng nhớ của RAM ( timer, counter, vùng nhớ M, khối dữ liệu..) có thể khai báo là lưu giữ (retentive) bằng phần mềm S7 để chuyển các vùng này sang bộ nhớ lưu giữ (NVRAM non volative ) dù không có pin nuôi, kích thước cụ thể tùy loại CPU. 3. Module IM Module IM360 gắn ở rack 0 kế CPU dùng để ghép nối với module IM361 đặt ở các rack 1, 2, 3 giúp kết nối các module mở rộng với CPU khi số module lớn hơn 8. Cáp nối giữa hai rack là loại 368. Trong trường hợp chỉ có hai rack, ta dùng loại IM365. 4. Module tín hiệu Module vào số có các loại sau: SM 321; DI 32 _ 24 VDC SM 321; DI 16 _ 24 VDC SM 321; DI 16 _ 120 VAC, 4*4 nhóm SM 321; DI 8 _ 120/230 VAC, 2*4 nhóm SM 321; DI 32 _ 120 VAC 8*4 nhóm Module ra số: SM 322; DO 32 _ 24 VDC/0.5 A, 8*4 nhóm SM 322; DO 16 _ 24 VDC/0.5 A, 8*2 nhóm SM 322; DO 8 _ 24 VDC/2 A, 4*2 nhóm SM 322; DO 16 _ 120 VAC/1 A, 8*2 nhóm SM 322; DO 8 _ 120/230 VAC/2 A, 4*2 nhóm SM 322; DO 32_ 120 VAC/1.0 A, 8*4 nhóm SM 322; DO 16 _ 120 VAC ReLay, 8*2 nhóm SM 322; DO 8 _ 230 VAC Relay, 4*2 nhóm SM 322; DO 8 _ 230 VAC/5A Relay,1*8 nhóm Module vào/ ra SM 323; DI 16/DO 16 _ 24 VDC/0.5 A SM 323; DI 8/DO 8 _ 24 VDC/0.5 A Module Analog in Module analog in có nhiều ngõ vào, dùng để đo điện áp, dòng điện, điện trở ba dây, bốn dây, nhiệt độ. Có nhiều tầm đo, độ phân giải, thời gian chuyển đổi khác nhau. Cài đặt thông số hoạt động cho module bằng phần mềm S7- Simatic 300 Station – Hardware và/hoặc chương trình người dùng sử dụng hàm SFC 55, 56, 57 phù hợp (xem mục ) và/hoặc cài đặt nhờ mo±dulle tầm đo (measuring range module) gắn trên module SM. Kết quả chuyển đổi là số nhị phân phụ hai với bit MSB là bit dấu. - SM331 AI 2*12 : module chuyển đổi hai kênh vi sai áp hoặc dòng, hoặc một kênh điện trở 2/3/4 dây, dùng phương pháp tích phân, thời gian chuyển đổi từ 5ms đến 100ms, độ phân giải 9, 12, 14 bit + dấu, các tầm đo như sau: ±80 mV; ±250 mV; ± 500 mV; ±1000 mV; ± 2.5 V; ± 5 V;1 .. 5 V; ± 10 V; ± 3.2 mA; ± 10 mA; ± 20 mA; 0 .. 20 mA; 4 ..20 mA. Điện trở 150 W; 300 W; 600 W; Đo nhiệy độ dùng cặp nhiệt E, N, J, K, L, nhiệt kế điện trở Pt 100, Ni 100. Các thông số mặc định đã được cài sẵn trên module, kết hợp với đặt vị trí của module tầm đo (bốn vị trí A, B, C, D) nếu không cần thay đổi thì có thể sử dụng ngay. SM331, AI 8*12 bit , 8 kênh vi sai chia làm hai nhóm, độ phân giải 9 (12, 14 ) bit + dấu SM331, AI 8*16 bit , 8 kênh vi sai chia làm 2 nhóm , độ phân giải 15 bit + dấu Module Analog Out: Cung cấp áp hay dòng phụ thuộc số nhị phân phụ hai - SM332 AO 4*12 bit: 4 ngõ ra dòng hay áp độ phân giải 12 bit, thời gian chuyển đổi 0.8 ms . - SM332 AO 2*12 bit - SM332 AO 4*16 bit Module Analog In/Out SM 334; AI 4/AO 2 * 8 Bit SM334; AI 4/AO 2* 12 Bit Module chức năng FM: FM350-1 : đếm xung một kênh. FM350-2 : đếm xung tám kênh. FM351, 353, 354, 357-2 : điều khiển định vị. FM352: bộ điều khiển cam điện tử. FM355: bộ điều khiển hệ kín. CHƯƠNG II MÔ TẢ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ Ngày nay tự động hóa ngày càng đóng vai trò quan trọng đời sống và công nghiệp, tự động hóa đa phát triển đến trình độ cao nhờ những tiến bộ của lý thuyết điều khiển tự động, tiến bộ của ngành điện tử, tin học… Chính vì vậy mà nhiều hệ thống điều khiển ra đời và được ứng dụng vào hầu hết các khâu, các nghành sản xuất công nghiệp. Hệ thống tự động cấp phôi cho máy công cụ phục vụ bởi một rôbốt công nghiệp là một khâu trong công nghành công nghiệp chế tạo. Quá trình là Rôbốt cấp phôi vào máy CNC và lấy chi tiết từ máy CNC ra băng tải. Khi phôi chạy trên băng tải, chạm vào cảm biến tiếp xúc MS1, cảm biến mã vạch sẽ quét để nhận dạng phôi. Nếu đúng chi tiết yêu cầu, tấm chắn sẽ được đẩy ra để dừng phôi lại. Rô bốt sẽ kẹp phôi và gá vào máy CNC nếu máy đang ở trạng thái không làm việc. Ngược lại, rôbốt phải chờ để tháo chi tiết đã gia công xong từ máy CNC ra băng tải. CHƯƠNG III THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN I . MẠCH ĐỘNG LỰC Trong đó: + Ap : Aptomat nguồn. + K1 : Cuộn hút điều khiển ĐC1. + KT2 : Cuộn hút điều khiển ĐC2 quay thuận. + KN2 : Cuộn hút điều khiển ĐC2 quay nghịch. + KT3 : Cuộn hút điều khiển ĐC3 quay thuận. + KN3 : Cuộn hút điều khiển ĐC3 quay nghịch. + K4 : Cuộn hút điều khiển ĐC4. + ĐC1 : Động cơ băng tải. + ĐC2 : Động cơ tấm chắn R4. + ĐC3 : Động cơ Robot. + ĐC4 : Động cơ máy CNC. . CHƯƠNG IV LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC S7-300 I. LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT. II. XÁC ĐỊNH THIẾT BỊ VÀO RA III. KẾT NỐI PHẦN CỨNG VỚI PLC III. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC S7 – 300. 1. Chương trình lập trình. 2. Nguyên lý hoạt động. - Network 1. Ấn nút khởi động ON “I0.0” cấp nguồn cho hệ thống, đồng thời khởi động băng tải hoạt động. - Network 2. Khi xuất hiện phôi cảm biến tiếp xúc “MS1” sẽ nhận biết báo tín hiệu phôi đến,khi phôi qua cảm biến mã vạch “ C1” cảm biến sẽ quét nhận dạng phôi. - Network 3. Nếu phôi đạt yêu cầu (phôi tốt) “I1.0” núc này tấm chắn sẽ được đẩy xuống chắn phôi lại,đồng thời Reset băng tải ngừng hoạt động. - Network 4. Khi tấm chắn được đẩy ra trong vòng 2s (sử dụng Timer S_ODT) sau 2s sẽ Reset động cơ đẩy tấm chắn và cấp tín hiêu cho Rôbốt gá lắp phôi “Q0.2”. Thời gian để Rôbốt gá lắp phôi là 5s được đặt bởi Timer T2 “S_ODTS” sau 5s Timer T2 cấp điện để Reset rôbốt gá lắp phôi. - Network 5. Khi rôbốt gá phôi ra thì đồng thời cũng cấp tín hiệu để Set băng tải tiếp tục hoạt động để cấp phôi tiếp theo. Đồng thời cấp tín hiệu “Q0.5” cho động cơ kéo tấm chắn về. - Network 6. Khi T2 có tín hiệu cũng là lúc Rôbốt cấp phôi xong cho máy CNC và máy CNC bắt đầu hoạt động. Thời gian để máy CNC gia công phôi thành chi tiết được đặt bởi Timer T3 “S_ODTS” - Network 7. Sau 15s Timer T3 có tín hiệu báo máy CNC đã gia công xong chi tiết đồng thời cấp tín hiệu Reset máy CNC ngừng hoạt động. Cấp tín hiệu cho Rôbốt gắp chi tiết đặt vào băng tải “Q0.3”.Thời gian để Rôbốt hoàn thành giai đoạn cuối của quá trình mất 10s được đặt bởi Timer T4 - Network 8. Sau 10s đó của Timer T4 nếu lại có phôi tốt xuất hiện cảm biến tiếp xúc MS1 và cảm biến mã vạch C1 có tín hiệu núc này rô bốt tiếp tục lặp lại quá trình như trên. Rôbốt gắp phôi vào máy CNC và đợi máy CNC gia công xong Gắp chi tiết vào băng tải. - Network 9. Nếu trong khi máy CNC đang hoạt động “C3” có tín hiệu phôi tốt thì rôbốt cũng không được gắp và cả khi rô bốt đang gắp chi tiết từ máy CNC vào băng tải. - Network 10. Để Reset hệ thống ngừng hoạt động ta ấn nút OFF “I0.7”. CHƯƠNG V DOWNLOAD CHỨNG MINH TRÊN PLC SIM-VIEW I. XÁC ĐỊNH THIẾT BỊ VÀO RA 1. Thiết bị CPU. 2. Thiết bị đầu vào (In). 3. Thiết bị đầu ra (Out). 4. Các thiết bị thời gian (Timer). II. QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG. Ấn nút khởi động hệ thống “I0.0” cung cấp điện cho hệ thống đồng thời cấp điện cho băng tải Q0.0 có tín hiệu. Khi cảm biến tiếp xúc có tín hiệu "I0.1=1” và đồng thời núc này cảm biến mã vạch “i0.2” có tín hiệu