Tài liệu Nghiên cứu chế tạo bộ đếm, phân loại sản phẩm theo màu

TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ ----------------------- ĐỖ TRUNG THẮNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘ ĐẾM, PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành:Công nghệ kỹ thuật Điện - điện tử NGƢỜI HƢỚNG DẪN: 1. Th.S. Mai Văn Chung 2. Th.S. Trần Thị Thu Trang Phú Thọ, 2017 ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đồ án này em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến: Thầy Mai Văn Chung và cô Trần Thị Thu Trang đã tận tình hƣớng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp với kết quả tốt nhất. Qu c c thầy cô trong khoa Kỹ thuật - Công nghệ, bộ môn Điện, điện tử đã truyền đạt cho em nh ng kiến thức về chuy n môn và gi p em định hƣớng theo sự hiểu iết và khả năng để em thực hiện tốt khóa luận tốt nghiệp của mình. Sau cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và c c ạn đã nhiệt tình gi p đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài này. Phú Thọ, ngày 10 th ng 05 năm 2017 SINH VIÊN THỰC HIỆN ĐỖ TRUNG THẮNG ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG 1 MỞ ĐẦU I. Đặt vấn đề Ứng dụng tự động hóa là xu thế chung trong công nghiệp hiện đại. Trong đó, khâu đếm, phân loại sản phẩm trong các dây chuyền sản xuất là một ví dụ điển hình. Trƣớc kia, việc phân loại chủ yếu là dựa vào sức ngƣời, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại n n c c công nhân khó đảm bảo đƣợc sự chính xác trong công việc. Chƣa kể đến có nh ng phân loại dựa trên các chi tiết kỹ thuật rất nhỏ mà mắt thƣờng khó có thể nhận ra. Việc phân loại thiếu chính xác sẽ ảnh hƣởng trực tiếp tới chất lƣợng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất. Ứng dụng ăng chuyền và các kỹ thuật để phân loại sản phẩm hoàn toàn tự động sẽ giảm chi phí lao động, nâng cao năng suất , đảm bảo độ chính xác và hiệu quả rất nhiều so với phân loại bằng thủ công. Trong thực tế, có nhiều cách phân loại sản phẩm dựa tr n c c đặc điểm đặc trƣng của chúng. Bên cạnh việc phân loại sản phẩm dựa vào kích thƣớc, hình d ng ao ì… c c sản phẩm hiện nay còn đa dạng về số lƣợng màu sắc khác nhau nên việc phân loại sản phẩm dựa vào màu sắc là thực sự cần thiết. Xuất phát từ nh ng đợt đi thực tập tại Công ty cổ phần Bia – Rƣợu – Nƣớc giải khát Viger, tham quan công ty Bridgepower Vina Company Limited, công ty CNHH ESTEC Phú Thọ... em đã đƣợc thấy nhiều khâu tự động hóa trong quá trình sản xuất. Một trong nh ng khâu tự động trong dây truyền sản xuất tự động hóa đó là số lƣợng sản phẩm tạo ra đƣợc ăng tải vận chuyển và sử dụng hệ thống nâng gắp đóng hộp sản phẩm. Tuy nhi n đối với nh ng doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chƣa đƣợc áp dụng trong nh ng khâu phân loại, đóng ao ì…mà vẫn còn sử dụng công nhân, chính vì vậy năng suất còn thấp, chƣa đạt hiệu quả. Chức năng điều khiển của PLC rất đa dạng có thể thay thể cho cả một mảng role. Hơn n a PLC giống nhƣ một máy tính lập trình đƣợc. PLC lập trình dễ dàng, ngôn ng lập trình dễ hiểu, ổn định trong môi trƣờng công nghiệp, giá thành cạnh tranh. ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG 2 Trong các nhà máy sản xuất đếm, phân loại sản phẩm ngoài việc kiểm soát số lƣợng, chất lƣợng, mẫu mã, bao bì... còn rất cần gi m s t và điều khiển hệ thống trực tiếp qua máy tính. Với nh ng ƣu điểm đặc biệt của PLC về việc lập trình, điều khiển… trong mội trƣờng làm việc công nghiệp tại các nhà máy xi nghiệp nhƣ: Làm việc an toàn, tin cậy, lâu dài, dễ bảo hành, sửa ch a và khả năng điều khiển quá trình, giám sát hệ thống.... Vấn đề nghiên cứu, ứng dụng PLC vào trong dây truyền sản xuất và giám sát hệ thống đƣợc nhiều kỹ sƣ thiết kế, nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu. Từ thực tế các dây truyền sản xuất hiện đại với mức tự động hóa cao thƣờng đƣợc nhập từ nƣớc ngoài: Đức, Nga, Trung Quốc… với giá thành cao, thƣờng là bảo mật về công nghệ. Đòi hỏi các kỹ sƣ, nhà khoa học phải nghiên cứu, thiết kế ra nh ng sản phẩm nội địa với giá thành hợp lý và làm chủ hoàn toàn công nghệ. Với nh ng l do tr n em đã lựa chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo bộ đếm, phân loại sản phẩm theo màu”. Đây chỉ là một phần nhỏ trong quy trình sản xuất, tuy vậy em mong rằng với đề tài này em sẽ củng cố đƣợc kiến thức đã đƣợc học trong trƣờng và ứng dụng một phần nhỏ trong sản xuất. II. Mục tiêu của đề tài Nghiên cứu, chế tạo thành công mô hình phân loại sản phẩm theo màu, giám sát bằng Wincc. III. Ý nghĩa của đề tài  Ý nghĩa khoa học - Xây dựng mô hình toán học để điều khiển và tối ƣu hóa hệ thống phân loại sản phẩm theo màu. - Bổ sung nguồn tƣ liệu nghiên cứu phục vụ cho quá trình học tập, giảng dạy nghiên cứu khoa học. ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG 3  Ý nghĩa thực tiễn - Xây dựng đƣợc mô hình phân loại sản phẩm theo màu và có thể phát triển để ứng dụng trong thực tế sản xuất. - Đề tài giúp sinh viên trải nghiệm thực tế thi công hệ thống và làm quen dần với việc áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực tế, cũng nhƣ c c thiết bị kỹ thuật. ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG 4 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Hệ thống băng tải đếm, phân loại sản phẩm * Các loại ăng tải hiện nay. Giới thiệu chung. Băng tải đƣợc dùng di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo phƣơng ngang và phƣơng nghi ng. Trong c c dây truyền sản xuất, các thiết bị này đƣợc sử dụng rộng rãi nhƣ nh ng phƣơng tiện vận chuyển c c cơ cấu nhẹ, trong c c xƣởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đa, c c loại lò xỉ lò trên các trạm thủy điện thì dùng vận chuyển nhiên liệu. Tr n c c kho ãi thì dùng để vận chuyển các loại ƣu kiện, vật liệu hạt hoặc một số sản phẩm kh c không dùng đƣợc. * Ƣu điểm của hệ thống ăng tải. - Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các hƣớng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp gi a nằm ngang và năm nghi ng. - Vốn đầu tƣ không qu lớn, có thể tự động đƣợc, vận hành đơn giản, bảo d ng dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và ti u hao năng lƣợng so với máy vận chuyển khác không lớn lắm. * Cấu tạo chung của hệ thống ăng tải. Hình 1. 1. Cấu tạo chung của băng tải ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG 5 - Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật. - Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo. - Bộ phận căng, tạo và gi lực căng cần thiết cho bộ phận kéo. - Hệ thống đỡ (con lăn, gi đỡ…) làm phần trƣợt cho bộ phận kéo và các yếu tố làm việc. Một số loại ăng tải trên thị trƣờng hiện nay: Bảng 1. 1. Các loại băng tải cơ bản hiện nay Các loại ăng xích, ăng tải con lăn có ƣu điểm là độ ổn định cao khi vận chuyển. Tuy nhi n ch ng đòi hỏi kết cấu phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao, giá thành kh đắt. Băng tải dạng cao: sử dụng để thu dọn phôi vụn. năng suất của loại này có thể đạt 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0,2 m/s. Chiều dài của ăng tải là không hạn chế trong phạm vi kéo là 10kN. Băng tai loại xoắn vít: có 2 kiểu cấu tạo. - Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải một buồng xoắn đƣợc dùng để thu dọn phoi vụn. Năng suất ăng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80cm. ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG 6 - Băng tải 2 buồng xoắn: Có hai buồng xoắn song song với nhau, 1 chiều xoắn phải, 1 chiều xoắn trái. Chuyền động xoay vào nhau của các buồng xoắn đƣợc thực hiện nhờ 1 tốc độ phân phối chuyển động. Cả hai loại ăng tải buồng xoắn đều đƣợc đặt dƣới máng bằng thép hoặc nền xi măng. * Hệ thống ăng tải đếm, phân loại sản phẩm. Từ thời xa xƣa con ngƣời đã iết phân loại sản phẩm để phục vụ cho sinh hoạt cũng nhƣ phục vụ cho buôn bán, sinh hoạt. Nhƣng nh ng sự phân loại này còn thô sơ và dùng sức ngƣời là chính. Đ p ứng yêu cầu phát triển của kinh tế, xã hội, nền khoa học kỹ thuật cũng ph t triển trong tất cả c c lĩnh vực, đặc biệt trong sản xuất công nghiệp. Ứng dụng các thành tựu của khoa học kĩ thuật vào thực tế sản xuất đã tạo ra các dây chuyền sản xuất với mức độ tự động hóa cao, giải phóng sức lao động cho con ngƣời và tạo ra các sản phẩm chất lƣợng, mẫu mã đ p ứng thị hiếu của ngƣời dùng. Trong đó, hệ thống phân loại sản phẩm đƣợc nghiên cứu để đạt đƣợc mức độ tự động tối đa. Hệ thống này giúp cho sản xuất linh hoạt hơn, tiết kiệm thời gian và nhân lực, tăng sản lƣợng, đem lại lợi ích kinh tế cao và hiệu quả. Tuy nhiên với điều kiện ở Việt Nam, chi phí cho các hệ thống phân loại sản phẩm tự động khá lớn nên chỉ đƣợc áp dụng cho các hệ thống có yêu cầu đếm, phân loại phức tạp, còn một lƣợng lớn các doanh nghiệp vẫn sử dụng trực tiếp sức lực con ngƣời để làm việc. Bên cạnh c c ăng chuyền để vận chuyển sản phẩm thì một yêu cầu cần thiết đƣợc đặt ra là phải có hệ thống đếm, phân loại sản phẩm. Ƣu điểm vƣợt trội của phƣơng ph p đếm, phân loại sản phẩm tự động so với việc đếm, phân loại sản phẩm thủ công là nhanh và độ chính xác cao. Cho đến nay đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu về công nghệ và phƣơng pháp đếm, phân loại sản phẩm. Mục đích chung của các công trình nghiên cứu này là tạo ra sản phẩm ứng dụng nhằm tự động hóa nâng cao năng suất lao động và hiệu quả trong sản xuất. ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG 7 1.2. Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC S7-200 1.2.1. Chức năng PLC PLC đƣợc nhiều hãng chế tạo, và mỗi hãng có nhiều họ khác nhau, và có nhiều phiên bản trong mỗi họ, chúng khác nhau về tính năng và gi thành, phù hợp với ài to n đơn giản hay phức tạp. Ngoài ra còn có các bộ ghép mở rộng cho phép ghép nhiều bộ PLC nhỏ để thực hiện các chức năng phức tạp, hay giao tiếp với máy tính tạo thành một mạng tích hợp, việc thực hiện theo dõi, kiểm tra, điều khiển một quá trình công nghệ phức tạp hay toàn bộ một phân xƣởng sản xuất. Mặc dù vậy, một hệ thống điều khiển dùng bất cứ loại PLC nào đều cũng có cấu tr c nhƣ sau: + Ngõ vào dạng số: gồm hai trạng thái ON và OFF. Khi ở trạng thái ON thì ngõ vào số đƣợc coi nhƣ ở mức logic 1 hay mức logic cao. Khi ở trạng thái OFF thì ngõ vào có thể đƣợc coi nhƣ ở mức logic 0 hay mức logic thấp. + Ngõ ra số: gồm hai trạng th i ON và OFF. C c ngõ ra này thƣờng đƣợc nối ra để điều khiển các cuộn dây contactor, đèn tín hiệu... + Thiết bị đầu vào: gồm các thiết bị tạo ra tín hiệu điều khiển thƣờng là nút nhấn, cảm biến [1]. 1.2.2. Nguyên lý hoạt động của PLC PLC là bộ điều khiển mà tùy thuộc vào ngƣời sử dụng nó có thể thực hiện một loạt hay trình tự các sự kiện, các sự kiện này đƣợc kích hoạt bởi các tác nhân kích thích (hay còn gọi là cổng vào) t c động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trể nhƣ thời gian định thời hay các sự kiện đƣợc đếm. CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chƣơng trình đƣợc chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chƣơng trình, sẽ đóng hay ngắt c c đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy đƣợc ph t đến các thiết bị liên kết để thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chƣơng trình điều khiển đƣợc gi trong bộ nhớ [1]. Một khi một sự kiện đƣợc kích hoạt, thật sự là nó bật ON hay OFF thiết bị bên ngoài hay còn gọi là thiết bị vật lý (các thiết bị này gắn vào cổng ra của nó). Nhƣ vậy chúng ta có thể hiểu rằng PLC là một bộ điều khiển logic theo ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG 8 chƣơng trình. Ta chỉ cần thay đổi chƣơng trình cài đặt trong PLC là PLC có thể thực hiện đƣợc các chức năng kh c nhau, điều khiển trong nh ng môi trƣờng khác nhau. Cấu trúc PLC có thể đƣợc phân thành các thành phần nhƣ sau: - Đơn vị xử lý trung tâm: CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chƣơng trình đƣợc chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chƣơng trình, sẽ đóng hay ngắt c c đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy ph t đến các thiết bị liên kết để thực thi. - Hệ thống Bus: Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đƣờng tín hiệu song song: + Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Module khác nhau. + Data Bus: Bus dùng để truyền d liệu. + Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điểu khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC. - Trong PLC các số liệu đƣợc trao đổi gi a bộ vi xử lý và các module vào ra thông qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đƣờng, ở cùng thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một c ch đồng thời hay song song. - Nếu một module đầu vào nhận đƣợc địa chỉ của nó trên Address Bus, nó sẽ chuyển tất cả trạnh th i đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất hiện tr n Address Bus, module đầu ra tƣơng ứng sẽ nhận đƣợc d liệu từ Data Bus. Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC. C c địa chỉ và số liệu đƣợc chuyển l n c c Bus tƣơng ứng trong một thời gian hạn chế [5]. - Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin gi a CPU, bộ nhớ và I/O. Bên cạnh đó, CPU đƣợc cung cấp một xung Clock có tần số từ 1¸8 MHZ. Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống. ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG 9 - Bộ nhớ: + PLC thƣờng yêu cầu bộ nhớ trong c c trƣờng hợp: Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O. Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC nhƣ định thời, đếm, ghi các Relay. + Mỗi lệnh của chƣơng trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí trong bộ nhớ đều đƣợc đ nh số, nh ng số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ. Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ đƣợc trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ vi xử lý. Bộ vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên một trƣớc khi xử lý lệnh tiếp theo. Với một địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tƣơng ứng sẽ xuất hiện ở đấu ra, qu trình này đƣợc gọi là qu trình đọc. Bộ nhớ bên trong PLC đƣợc tạo bỡi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có khả năng chứa 2000 16000 dòng lệnh, tùy theo loại vi mạch. Trong PLC các bộ nhớ nhƣ RAM, EPROM đều đƣợc sử dụng. + RAM (Random Access Memory) có thể nạp chƣơng trình, thay đổi hay xóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bị mất. Để tránh tình trạng này, c c PLC đều đƣợc trang bị một pin khô, có khả năng cung cấp năng lƣợng dự tr cho RAM từ vài th ng đến vài năm. Trong thực tế RAM đƣợc dùng để khởi tạo và kiểm tra chƣơng trình. Khuynh hƣớng hiện nay dùng CMOSRAM nhờ khả năng ti u thụ thấp và tuổi thọ lớn. + EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ mà ngƣời sử dụng ình thƣờng chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào đƣợc. Nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn, nó đƣợc gắn sẵn trong m y, đã đƣợc nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn. Nếu ngƣời sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC. Trên PG (Programer) có sẵn chỗ ghi và xóa EPROM. + EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) liên kết với nh ng truy xuất linh động của RAM và có tính ổn định. Nội dung của nó có thể đƣợc xóa và lập trình bằng điện, tuy nhiên số lần là có giới hạn. ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG 10 Kích thƣớc bộ nhớ: + Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300-1000 dòng lệnh tùy vào công nghệ chế tạo. + Các PLC loại lớn có kích thƣớc từ 1K-16K, có khả năng chứa từ 200016000 dòng lệnh. Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng nhƣ RAM, EPROM [5]. - C c ngõ vào ra I/O: tr n PLC, điều này làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dể dàng và đơn giản. Bộ C c đƣờng tín hiệu từ bộ cảm biến đƣợc nối vào các module (c c đầu vào của PLC), c c cơ cấu chấp hành đƣợc nối với các module ra (c c đầu ra của PLC). Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiệu xử lý là 12/24VDC hoặc 100/240VAC. Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của c c k nh I/O đƣợc cung cấp bởi c c đèn LED xử l đọc và x c định các trạng th i đầu vào (ON,OFF) để thực hiện việc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra [4][5]. 1.2.3. Thiết bị I/O Thiết bị nhập (Input devices): Sự “thông minh” của một hệ thống tự động hoá phụ thuộc vào khả năng của PLC: đọc các tín hiệu từ các kiểu khác nhau nhƣ : N t ấn, phím, cầu dao, hoặc các thiết bị cảm ứng tự động đặc biệt nhƣ proximity switch, limit switch, photoelectric sensor, level sensor… kiểu của các tín hiệu nhập đến PLC sẽ là logic ON/OFF hoặc tín hiệu tƣơng tự. Thiết bị xuất (Output devices): Hệ thống tự động là chƣa đầy đủ và hệ thống PLC gần nhƣ t liệt khi không có sự giao diện, liên lạc với trƣờng thiết bị xuất. Một vài của phần lớn chung các thiết bị đƣợc điều khiển là motor, solenoids, relay indicators, uzzer…. Xuyên suốt các hoạt động của motors và solenoids, PLC có thể điều khiển từ một chọn đơn lẻ và nơi hệ thống đến nhiều hệ thống servo phức tạp. Đây là kiểu của thiết bị xuất là cơ cấu của một hệ thống tự động hoá và vì thế nó ảnh hƣởng trực tiếp đến quá trình của hệ thống [4]. ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG 11 1.2.4. Chu kỳ quét Quá trình của việc đọc tín hiệu nhập, thi hành chƣơng trình và cập nhật xuất đƣợc biết nhƣ là “quét”. Thời gian quét thông thƣờng là quá trình liên tục và thi hành một chuỗi nối tiếp nhau của việc đọc trạng thái trạng thái nhập, x c định mức điều khiển logic và cập nhật lại việc xuất ra tín hiệu điều khiển. Sự chỉ ra rõ thời gian quét làm thế nào để cho bộ điều khiển có thể đ p ứng nhanh đến trƣờng nhập và sự giải đ p chính x c cho logic điều khiển [1]. Hình 1. 2. Thời gian quét của PLC S7 - 200 Nh ng yếu tố ảnh hƣởng đến thời gian quét: Thời gian đòi hỏi để làm scan đơn có gi trị thay đổi từ 0.1ms đến vài chục ms đƣợc x c định trên tốc độ truy xuất CPU của nó và độ dài chƣơng trình của ngƣời sử dụng. ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG 12 1.2.5. Cấu hình phần cứng Hình 1. 3. Cấu hình phần cứng của PLC S7-200 SF (đèn đỏ): đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị lỗi. Đèn SF s ng l n khi PLC có lỗi. RUN (đèn xanh): cho biết PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chƣơng trình đƣợc nạp vào trong bộ nhớ chƣơng trình của PLC. STOP (đèn vàng): chỉ định PLC đang ở chế độ dừng. Dừng chƣơng 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 o 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 [5]. ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG 13 Một số loại CPU 22x: Bảng 1. 2. Đặc điểm của một số loại CPU Hình 1. 4. Cấu hình phần cứng thực tế của PLC S7-200 - Cổng truyền thông: S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 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 aud đến 38400 baud. Các chân của cổng truyền thông là: ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG 14 1. Đất. 2. 24VDC. 3. Truyền và nhận d liệu. 4. Không dùng. 5. Đất. Hình 1. 5. Cổng truyền thông RS-485 6. 5VDC (điện trở trong 100Ω). 7. 24VDC (100mA). 8. Truyền và nhận d liệu. 9. Không dùng. Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG720 có thể sử dụng một cáp nối thẳng qua MPI. C p đó đi kèm theo m y lập trình [4]. Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS232 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 lƣu tr có thể kéo dài nhiều ngày. Chẳng hạn CPU 224 là khoảng 100h. Card nhớ: đƣợc sử dụng để lƣu tr chƣơng trình. Chƣơng trình chứa trong card nhớ bao gồm: program block, data block, system block, công thức, d liệu đo và c c gi trị cƣỡng bức. Card pin: dùng để mở rộng thời gian lƣu tr các d liệu có trong bộ nhớ. Nguồn pin đƣợc tự động chuyển sang khi tụ PLC cạn. Pin có thể sử dụng đến 200 ngày. Card Clock/Battery module: đồng hồ thời gian thực cho CPU 221, 222 và nguồn pin để nuôi đồng hồ và lƣu gi d liệu. Thời gian sử dụng của nó đến 200 ngày. ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG 15 - Biến trở chỉnh giá trị analog: hai biến trở này đƣợc sử dụng nhƣ hai ngõ vào analog cho phép điều chỉnh các biến cần phải thay đổi và sử dụng trong chƣơng trình [5]. 1.2.6. 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 l chƣơng trình CPU sẽ lƣu c c gi 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 lƣu tr các kết quả phép to n trung gian có đƣợc do các xử lý logic của chƣơng trình. Cũng có thể sử dụng vùng nhớ để lƣu tr các d liệu kh c li n quan đến chƣơng trình hay nhiệm vụ điều khiển. Có thể truy nhập vùng nhớ này theo bit, Byte, Word hay Doubleword - Vùng nhớ M: Có thể coi vùng nhớ M nhƣ c c rơle điều khiển trong chƣơng trình để lƣu tr trạng thái trung gian của một phép to n hay c c 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 đƣợc sử dụng cho các yêu cầu điều khiển cần trì hoãn thời gian. Giá trị thời gian đếm sẽ đƣợc đếm tăng dần theo 3 độ phân giải là 1ms, 10ms, 100ms. ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG 16 - 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 đƣợc 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 x c 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 Doubleword. - Các thanh ghi AC: Là các phần tử đọc /ghi mà có thể đƣợc dùng để truy xuất giống nhƣ ộ nhớ. Chẳng hạn có thể sử dụng c c thanh ghi để truy xuất các thông số từ các chƣơng trình con và lƣu tr 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 d liệu trong các thanh ghi này theo Byte, Word và Doubleword. - Vùng nhớ đặc biệt SM: Các bit SM là các phần tử cho phép truyền thông tin gi a CPU và chƣơng trình ngƣời dùng. Có thể sử dụng c c it này để chọn lựa và điều khiển một số chức năng đặc biệt của CPU, chẳng hạn nhƣ it l n mức 1 trong vòng quét đầu tiên, các bit phát ra các xung có tần số 1Hz…. Chúng ta truy xuất vùng nhớ SM theo bit, Byte, Word và Doubleword. - Vùng nhớ cục bộ L: Vùng nhớ này có độ lớn 64 Byte, trong đó 60 Byte có thể đƣợc dùng nhƣ vùng nhớ cục bộ hay chuyển các thông số tới c c chƣơng trình con, 4 Byte cuối cùng dùng cho hệ thống. Vùng nhớ này tƣơng tự nhƣ vùng nhớ biến V chỉ khác ở chỗ các biến vùng nhớ V cho phép sử dụng tất cả các khối chƣơng trình, còn vùng nhớ L chỉ có tác dụng trong phạm vi soạn thảo của một khối ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG 17 chƣơng trình mà thôi. Vị trí biến thuộc vùng nhớ L trong chƣơng trình chính thì không thể sử dụng ở chƣơng trình con và ngƣợc lại. - Vùng nhớ ngõ vào tƣơng tự AI: Các PLC S7-200 chuyển một giá trị tƣơng tự thành giá trị số và chứa vào một vùng nhớ 16 bit. Bởi vì các giá trị tƣơng tự chiếm một vùng nhớ word nên chúng luôn luôn có các giá trị worrd chẵn , chẳng hạn nhƣ AIW0, AIW2, AIW4… và là c c gi trị chỉ đọc. - Vùng nhớ ngõ ra tƣơng tự AQ: Các PLC S7-200 chuyển một giá trị số 16 bit sang giá trị điện áp hoặc dòng điện, tƣơng ứng với một giá trị số. Giống nhƣ c c ngõ vào tƣơng tự chúng ta chỉ có thể truy xuất c c ngõ ra tƣơng tự theo word. Và là các giá trị word chẵn, chẳng hạn AQW0, AQW2, AQW4 [5]. Bảng 1. 3. Các vùng nhớ và đặc điểm của CPU S7-200 ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG 18 1.2.7. Kết nối với máy tính Đối với các thiết bị lập trình của hẵng Siemens có các cổng giao tiếp PPI thì có thể kết nối trực tiếp với PLC thông qua một sợi c p. Tuy nhi n đối với máy tính cá nhân cần thiết phải có cáp chuyển đổi PC/PPI. Có 2 loại cáp chuyển đổi là cáp RS232/PPI Multi-Master và cáp USB/PPI Multi-Master. - Cáp RS232/PPI Multi-Master. Hình dáng của cáp và công tắc chọn chế độ truyền: Hình 1. 6. Cáp RS232/PPI Multi-Master Tùy theo tốc độ truyền gi a máy tính và CPU mà công tắc 1, 2, 3 đƣợc để ở vị trí thích hợp. Thông thƣờng đối với CPU 22x thì tốc độ truyền thƣờng đặt là 9.6 kbaud (tức công tắc 1, 2, 3 đƣợc đặt theo thứ tự là 010). Tùy theo truyền thông là 10 bit hay 11 bit mà công tắc 7 đƣợc đặt ở vị trí thích hợp. Khi kết nối ình thƣờng với máy tính thì công tắc 7 chọn ở chế độ truyền thông 11 bit (công tắc 7 đặt ở vị trí 0). Công tắc 6 ở cáp RS232/PPI Multi-Master đƣợc sử dụng để kết nối port truyền thông RS232 của 1 modem với S7-200 CPU. Khi kết nối ình thƣờng với máy tính thì công tắc 6 đƣợc đặt ở vị trí data Comunications Equipment (DCE) (công tắc 6 ở vị trí 0). Khi kết nối cáp PC/PPI với một modem thì port ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG