Tài liệu Thiết kế hệ thống xay tiêu và đóng thành sản phẩm

MỤC LỤC PHẦN A: MỞ ĐẦU ................................................................................... 1 ĐẶT VẤN ĐỀ......................................................................................................................... 1 GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ .......................................................................................................... 1 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI ................................................................................................................. 1 PHẦN B: NỘI DUNG ................................................................................ CHƯƠNG I. 2 TỔNG QUAN ............................................................................................... 2 I.1. Tổng quan về đề tài .................................................................................................... 2 I.2. Các phương pháp thực hiện ....................................................................................... 2 CHƯƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................... 3 II.1. Lý thuyết về PLC ....................................................................................................... 3 II.1.1. Bộ nguồn ............................................................................................................. 4 II.1.2. Module CPU........................................................................................................ 5 II.1.3. Module mở rộng: ............................................................................................. 5 II.1.3.1. Module nguồn nuôi (PS - Power supply): ..................................................... 6 II.1.3.2. Module xử lý vào/ra tín hiệu số (SM - Signal module): ............................... 6 II.1.3.3. Module ghép nối (IM - Interface module): ................................................... 6 II.1.3.4. Module chức năng (FM - Function module): ................................................ 7 II.1.3.5. Module truyền thông (CP - Communication module): ................................. 7 II.1.4. Bộ nhớ: ................................................................................................................ 8 II.1.5. Vòng quét chương trình: ................................................................................... 10 II.1.6. Trao đổi dữ liệu giữa CPU và các module mở rộng: ........................................ 12 II.1.7. Cấu trúc chương trình: ...................................................................................... 13 II.2. Thiết kế và mô phỏng .............................................................................................. 15 II.2.1. Chọn thiết bị ...................................................................................................... 15 II.2.1.1. Khối tín hiệu vào ......................................................................................... 15 II.2.1.1.1. Nút nhấn . ............................................................................................... 15 II.2.1.1.2. Cảm biến quang ...................................................................................... 16 II.2.1.1.3. Cảm biến tiệm cận .................................................................................. 16 II.2.1.1.4. Cảm biến loadcell ................................................................................... 17 II.2.1.1.5. IC INA128 KHUYẾCH ĐẠI ĐIỆN ÁP ................................................ 21 II.2.1.2. Khối chấp hành............................................................................................ 22 II.2.1.2.1. Xy lanh và van ........................................................................................ 22 II.2.1.2.2. Động cơ và thiết bị đóng cắt .................................................................. 24 II.2.1.2.2.1. Động cơ và thiết bị đóng cắt cho bồn xay ........................................ 24 II.2.1.2.2.2. Động cơ cho cơ cấu vặn nắp chai ..................................................... 28 II.2.1.2.2.3. Động cơ cho cơ cấu cấp liệu và băng tải .......................................... 28 II.2.1.3. KHỐI ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM .......................................................... 29 II.2.1.3.1. Module nguồn nuôi ................................................................................ 29 II.2.1.3.2. CPU (6ES7 312-1AE14-0AB0) ............................................................. 30 II.2.1.3.3. MODULE DI/DO (6ES7323-1BL00-0AA0) ......................................... 30 II.2.1.3.4. MODULE AI (SM331 8AI 13 BITS-6ES7331-1KF02-0AB0) ............. 31 II.2.2. Nối dây .............................................................................................................. 32 II.2.3. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN .................................................................... 36 PHẦN C: KẾT LUẬN ................................................................................ 42 KẾT LUẬN ........................................................................................................................... 42 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .......................................................................................... 42 PHẦN D: TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................. 43 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... TP.HCM tháng 12 năm 2017 Đồ án môn học GVHD PGS.TS.LÊ CHÍ KIÊN PHẦN A: MỞ ĐẦU ĐẶT VẤN ĐỀ Sau thành công của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 3, nền kỹ thuật sản xuất trên toàn cầu phát triển và đổi mới không ngừng. Những công nghệ mới liên tiếp được đưa vào thực tiễn sản xuất. Điều này đặt ra thách thức lớn cho sinh viên khối ngành kỹ thuật về khả năng nắm bắt các công nghệ kỹ thuật tiên tiến để có thể đáp ứng kịp yêu cầu của doanh nghiệp. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Nắm bắt tình hình chung đó, nhóm sinh viên thực hiện đồ án “Thiết kế hệ thống xay tiêu và đóng thành sản phẩm ” mong muốn ứng dụng các kiến thức về thiết bị PLC đã học kết hợp với việc nghiên cứu hệ thống khí nén để tìm hiểu sâu hơn về các cơ cấu sản xuất tự động trong các nhà máy, giúp sinh viên tích lũy kiến thức và kỹ năng để giải quyết vấn đề nêu trên. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI Trong khoảng thời gian và khả năng nhất định của nhóm sinh viên thực hiện, đề tài chỉ giới hạn trong nghiên cứu chứ chưa đủ độ tin cậy để có thể làm việc trong điều kiện khắt khe của nhà máy sản xuất. Dây chuyền sản xuất ra sản phẩm hồ tiêu thành phẩm là một dây chuyền có quy mô lớn bao gồm nhiều quy trình được liên kết với nhau như làm sạch, phân loại theo kích cỡ, tách đá sạn, phân loại bằng khí động học, phân loại tỷ trọng xoắn ốc, rửa và xử lý vi sinh bằng hơi nước, sấy, làm nguội sau sấy. Đề tài này chỉ giới hạn trong việc xay và đóng thành sản phẩm mà không thực hiện các giai đoạn như đã nêu ở trên. Đề tài chỉ dựa trên nghiên cứu lý thuyết chứ chưa có mô hình thực tế, vì vậy khó tránh khỏi những sai sót chỉ khi làm thực tế mới nhận thấy được. Vì vậy nghiên cứu chứ chưa đủ độ tin cậy để có thể làm việc trong điều kiện khắt khe của nhà máy sản xuất. SVTH: ĐỖ TRƯỜNG AN TRẦN VĂN TÙNG 1 Đồ án môn học GVHD PGS.TS.LÊ CHÍ KIÊN PHẦN B: NỘI DUNG CHƯƠNG I. TỔNG QUAN I.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Đề tài “Thiết kế hệ thống xay tiêu và đóng thành sản phẩm” thực hiện thiết kế và mô phỏng mô hình trên TIA PORTAL, từ đó ta có một cái nhìn tổng quan hơn về để tài. I.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN Để hoàn thành đề tài, nhóm sinh viên xác định cần có những phương pháp thực hiện như sau: - Tính toán lựa chọn các thiết bị. - Thiết kế hệ thống trên phương diện lý thuyết. - Thiết kế hệ thống điều khiển. - Viết chương trình điều khiển. SVTH: ĐỖ TRƯỜNG AN TRẦN VĂN TÙNG 2 Đồ án môn học CHƯƠNG II. GVHD PGS.TS.LÊ CHÍ KIÊN CƠ SỞ LÝ THUYẾT II.1. LÝ THUYẾT VỀ PLC PLC là viết tắt của Programmable Logic Control là thiết bị điều khiển Logic lập trình hay khả trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Trong lĩnh vực tự động điều khiển, bộ điều khiển PLC là thiết bị có khả năng lập trình được sử dụng rộng rãi. Kỹ thuật PLC được sử dụng từ những năm 60 và được sử dụng chủ yếu để điều khiển và tự động hoá quá trình công nghệ hoặc các quá trình sản xuất trong công nghiệp. Đặc trưng của PLC là sử dụng vi mạch để xử lý thông tin, nó cũng giống như con vi xử lý xong việc lập trình và tốc độ thuận tiện hơn, xử lí nhanh hơn và dễ dàng thay đổi công nghệ, cải tạo dựa trên chương trình và phần mở rộng. Các nối ghép logic cần thiết trong quá trình điều khiển xử lí bằng phần mềm do người dùng lập nên và cài vào. Cùng với lí do này nên chúng ta giải quyết các bài toán tự động hoá một cách dễ dàng, khác nhau nhưng cùng chung một bộ điều khiển và chỉ thay đổi phần mềm tức là các phương trình khác nhau. Các ưu thế của PLC trong tự động hoá: - Thời gian lắp đặt công trình ngắn - Dễ dàng thay đổi nhưng không tốn kém về mặt tài chính - Có thể tính toán chính xác giá thành - Cần ít thời gian làm quen - Do phần mềm linh hoạt nên khi muốn mở rộng và cải tạo công nghệ thì dễ dàng - Ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng - Dễ bảo trì, các chỉ thị vào ra giúp xử lý sự cố dễ dàng và nhanh hơn - Độ tin cậy cao, chuẩn hoá được phần cứng điều khiển Thích ứng với môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động, tiếng ồn. Đứng đầu về các hệ PLC hiện nay phải kể đến các công ty AltanBrellay của Mỹ, công ty Mitsubishi, Omron của Nhật, Siemens của Đức, ABB của Thuỵ Sĩ, Schnider của Pháp... SVTH: ĐỖ TRƯỜNG AN TRẦN VĂN TÙNG 3 Đồ án môn học GVHD PGS.TS.LÊ CHÍ KIÊN Cấu trúc chung của một hệ thống PLC được thể hiện tiên sơ đồ sau : Bus địa chỉ Bộ đệm Bus điều khiển Bộ nhớ chương trình EEPROM Bộ nhớ chương trình Nguồn pin CPU bộ vi xử lý Clock Bộ đệm Bus dữ liệu Bộ đệm Bus hệ thống ( vào/ra) Mạch chốt Mạch giao tiếp Bộ nhớ hệ thống ROM Bộ nhớ dữ liệu RAM Khối vào ra Bộ đệm Bộ lọc Panel lập trình Mạch cách ly II.1.1. BỘ NGUỒN Bộ nguồn cung cấp điện cho PLC hoạt động, việc chọn bộ nguồn dựa trên dòng tiêu thụ của điện áp một chiều (5 VDC hoặc 24 VDC). Dòng tiêu thụ của các phân tử PLC phải nhỏ hơn dòng điện cấp của bộ nguồn để không bị quá tải. SVTH: ĐỖ TRƯỜNG AN TRẦN VĂN TÙNG 4 Đồ án môn học GVHD PGS.TS.LÊ CHÍ KIÊN II.1.2. MODULE CPU Thành phần cơ bản của PLC là khối vi xử lý CPU. Sản phẩm của mỗi hãng có đặc trưng cho tính linh hoạt, tốc độ xử lý khác nhau, về hình thức bên ngoài, các hệ CPU của cùng một hãng có thể được phân biệt nhờ các đầu vào, ra và nguồn cung cấp. Tốc độ xử lí của CPU là tốc độ xử lý từng bước lệnh của chương trình. PLC đòi hỏi CPU phải có tốc độ xử lý nhanh để có thể mô phỏng các hiện tượng logic vật lý xảy ra nhanh trong thế giới thực, CPU có tần số nhịp càng cao thì xử lí càng cao. Tuy nhiên tốc độ cũng bị ảnh hưởng bởi cách lập trình cho PLC. Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485)... và có thể còn có một vài cổng vào ra số. Các cổng vào ra số có trên module CPU được gọi là cổng vào ra onboard. PLC S7 300 có nhiều loại module CPU khác nhau. Chúng được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó như module CPU312, module CPU314, module CPU315... Những module cùng sử dụng 1 loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng vào/ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ đựợc phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ IFM (Intergrated Function Module). Ví dụ như Module CPU312 IFM, Module CPU314 IFM... Ngoài ra còn có các loại module CPU với 2 cổng truyền thông, trong đó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán. Các loại module này phân biệt với các loại module khác bằng cụm từ DP (Distributed Port) như là module CPU315-DP. II.1.3. MODULE MỞ RỘNG: Thiết bị điều khiển khả trình SIMATIC 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 nhưng tối thiểu bao giờ cũng phải 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 như động cơ, các đèn báo, các rơle, các van từ. Chúng được gọi chung là các module mở rộng. SVTH: ĐỖ TRƯỜNG AN TRẦN VĂN TÙNG 5 Đồ án môn học GVHD PGS.TS.LÊ CHÍ KIÊN Các module mở rộng chia thành 5 loại chính: II.1.3.1. MODULE NGUỒN NUÔI (PS - POWER SUPPLY): Có 3 loại: 2A, 5A, 10A. II.1.3.2. MODULE XỬ LÝ VÀO/RA TÍN HIỆU SỐ (SM - SIGNAL MODULE): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm: DI (Digital input): Module mở rộng các cổng vào số. Số các cổng vào số mở rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại module. - DO (Digital output): Module mở rộng các cổng ra số. Số các cổng ra số mở rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại module. - DI/DO (Digital input/Digital output): Module mở rộng các cổng vào/ra số... số các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8 vào/8ra hoặc 16 vào/16 ra tuỳ từng loại module. - AI (Analog input): Module mở rộng các cổng vào tương tự. Số các cổng vào tương tự có thể là 2, 4, 8 tuỳ từng loại module. - AO (Analog output): Modulee mở rộng các cổng ra tương tự. Số các cổng ra tương tự có thể là 2, 4 tuỳ từng loại module. AI/AO (Analog input/Analog output): Module mở rộng các cổng vào/ra tương tự. Số các cổng vào/ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hay 4 vào/4 ra tuỳ từng loại module. Các CPU của S7 300 chỉ xử lý được các tín hiệu số, vì vậy các tín hiệu analog đều phải được chuyển đổi thành tín hiệu số. Cũng như các module số, người sử dụng cũng có thể thiết lập các thông số cho các module analog. II.1.3.3. MODULE GHÉP NỐI (IM - INTERFACE MODULE): Module ghép nối nối các module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lý chung bởi 1 module CPU. Thông thường các module mở rộng được gắn liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là rack. Trên mỗi rack có nhiều nhất là 8 module mở rộng (không kể module CPU, module nguồn nuôi). Một module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 rack và các rack này phải được nối với nhau bằng module IM. Các module ghép nối (IM) cho phép thiết lập hệ thống S7 300 theo nhiều cấu hình. S7-300 cung cấp 3 loại module ghép nối sau: SVTH: ĐỖ TRƯỜNG AN TRẦN VĂN TÙNG 6 Đồ án môn học GVHD PGS.TS.LÊ CHÍ KIÊN - IM 360: Là module ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứa 8 module trên đó với khoảng cách tối đa là 10 m lấy nguồn từ CPU. -IM 361: Là module ghép nối có thể mở rộng thêm ba tầng, với một tầng chứa 8 module với khoảng cách tối đa là 10 m đòi hỏi cung cấp một nguồn 24 VDC cho mỗi tầng. -IM 365: Là module ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứa 8 module trên đó với khoảng cách tối đa là 1 m lấy nguồn từ CPU. II.1.3.4. MODULE CHỨC NĂNG (FM - FUNCTION MODULE): Module có chức năng điều khiển riêng. Ví dụ như module PID, module điều khiển động cơ bước... II.1.3.5. MODULE TRUYỀN THÔNG (CP - COMMUNICATION MODULE): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính. Mô hình kết nối của SIMATIC s7-300 SVTH: ĐỖ TRƯỜNG AN TRẦN VĂN TÙNG 7 Đồ án môn học GVHD PGS.TS.LÊ CHÍ KIÊN II.1.4. BỘ NHỚ: Dung lượng bộ nhớ nói lên khả năng nhớ của PLC đo bằng đơn vị Kbyte nhưng cũng có thể là số tối đa dòng lệnh có khi được viết chương trình. Bộ nhớ của S7 -300: Bộ nhớ được chia làm ba vùng:  Vùng chương trình: là miền nhớ để lưu giữ các lệnh chương trình. Vùng này thuộc kiểu non-volatile đọc ghi được. Vùng nhớ chương trình được chia thành 3 miền:  OB (Organisation block): Miền chứa chương trình tổ chức  FC (Function): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm có biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó.  FB (Function block): Miền chưa chương trình con được tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác. Các dữ liệu này phải được xây dựng thành một khối dữ liệu riêng (gọi là DB).  Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được phân chia thành 7 miền khác nhau:  I (Process image input): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số  Q (Process image output): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số  M: Miền biến cờ  T: Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (timer)  C: Miền nhớ phục vụ bộ đếm (counter)  PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự (I/O External input)  PQ: Miền địa chỉ cổng ra cho các module tương tự (I/O External output)  Vùng dữ liệu: là miền để sử dụng để cất giữ các khối dữ liệu của chương trình bao gồm kết quả của các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình bộ đệm truyền thông. Một phần của bộ nhớ này thuộc kiểu đọc ghi được. SVTH: ĐỖ TRƯỜNG AN TRẦN VĂN TÙNG 8 Đồ án môn học GVHD PGS.TS.LÊ CHÍ KIÊN Vùng dữ liệu chia thành 2 loại: DB (Data block): Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối. Kích thước cũng như khối lượng do người sử dụng quy định, phù hợp với từng bài toán điều khiển. Chương trình có thể truy nhập miền này theo từng bit (DBX), byte (DBB), từ (DBW), hoặc từ kép (DBD).  L (Local data block): Miền dữ liệu địa phương, được các khối chương trình OB, FC, FB tổ chức và sử dụng cho các biến nháp tức thời và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với những khối chương trình đã gọi nó. Nội dung của dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xoá khi kết thúc chương trình tương ứng trong khối OB, FC, FB.  Tổ chức bộ nhớ CPU: là cách phân chia bộ nhớ cho các vùng nhớ khác nhau, cấu trúc bộ nhớ CPU của PLC S7-300 bao gồm:  Vùng nhớ chứa các thanh ghi  Vùng system memory  Vùng Load memory  Vùng Work memory Kích thước các vùng nhớ này phụ thuộc vào chủng loại của từng module CPU. Load memory: là vừng nhớ chứa chương trình ứng dụng (do người sử dụng viết) bao gồm tất cả các khối chương trình ứng dụng OB, FC, FB, các khối chương trình trong thư viện hệ thống được sử dụng (SFC, SFB) và các khối dữ liệu DB. System memory: Là vùng nhớ chứa các bộ đệm vào/ra số (Q, I), các biến cờ (M), thanh ghi T-Word, PV, T-bit của Timer, thanh ghi C-Word, PV, C-bit của Counter. Work memory: Là vùng nhớ chứa các khối DB đang được mở, khối chương trình (OB, FC, FB, SFC hoặc SFB) đang được CPU thực hiện và phần bộ nhớ cấp phát cho những tham số hình thức để các khối chương trình này trao đổi tham trị với hệ điều hành và với các khối chương trình khác (Local Block). Tại một thời điểm nhất định vùng Work memory chỉ chứa một khối chương trình. Sau khi khối chương trình đó được thực hiện xong thì hệ điều hành sẽ xoá nó khỏi Work memory và nạp vào đó khối chương trình kế tiếp đến lược thực hiện. SVTH: ĐỖ TRƯỜNG AN TRẦN VĂN TÙNG 9 Đồ án môn học GVHD PGS.TS.LÊ CHÍ KIÊN Phân chia các vùng ô nhớ trong CPU II.1.5. VÒNG QUÉT CHƯƠNG TRÌNH: PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 (Block End). Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi. Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét gọi là thời gian vòng quét (Scan time). Thời gian vòng quét không cố định, không phải vòng quét nào cũng thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Mà tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện, vào khối lượng dữ liệu được truyền thông... trong vòng quét đó. SVTH: ĐỖ TRƯỜNG AN TRẦN VĂN TÙNG 10 Đồ án môn học GVHD PGS.TS.LÊ CHÍ KIÊN Vòng quét chương trình Như vậy, việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiển tới đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét. Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khiển trong PLC. Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao. Chương trình xử lí ngắt có thể xâm nhập vào bất kì giai đoạn nào của chu trình vòng quét. Vì thế, thời gian vòng quét sẽ càng lớn khi càng có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét. Do đó, để nâng cao tính thời gian thực cho chương trình điều khiển, tuyệt đối không nên viết chương trình xử lý ngắt quá dài hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế độ ngắt trong chương trình điều khiển. Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo. Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý. Ở một số module CPU, khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra. SVTH: ĐỖ TRƯỜNG AN TRẦN VĂN TÙNG 11 Đồ án môn học GVHD PGS.TS.LÊ CHÍ KIÊN II.1.6. 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 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 đổi nội dung bit 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 đươc gửi ngay tới cổng ra tương tự của module. SVTH: ĐỖ TRƯỜNG AN TRẦN VĂN TÙNG 12 Đồ án môn học GVHD PGS.TS.LÊ CHÍ KIÊN 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 đổi 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. II.1.7. CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH: - Lập trình tuyến tính: Kĩ thuật lập trình tuyến tính là phương pháp lập trình mà toàn bộ chương trình ứng dụng sẽ chỉ nằm trong một khối OB1. Kĩ thuật này có ưu điểm là gọn, rất phù hợp với những bài toán điều khiển đơn giản, ít nhiệm vụ. Lập trình tuyến tính - Lập trình có cấu trúc: Chương trình được chia thành những phần nhỏ với từng nhiệm vụ riêng và các phần này nằm trong những khối chương trình khác nhau. Loại hình cấu trúc này phù hợp với những bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ và phức tạp. PLC S7-300 có 4 loại khối cơ bản:  Loại khối OB (Oganization block). Khối tổ chức và quản lý chương trình điều khiển.Có nhiều loại khối OB với những chức năng khác nhau, chúng được phân biệt với nhau bằng một số nguyên đi sau nhóm kí tự OB, ví dụ OB1, OB35, OB40, OB80,..Trong khi khối OB1 được thực hiện đều đặn ở từng vòng quét trong giai đoạn thực hiện chương trình (giai đoạn 2) thì các khối OB khác chỉ được thực hiện khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt tương ứng, nói cách khác chương trình viết trong khối OB này chính là chương trình xử lý tín hiệu ngắt (event). SVTH: ĐỖ TRƯỜNG AN TRẦN VĂN TÙNG 13 Đồ án môn học GVHD PGS.TS.LÊ CHÍ KIÊN  Loại khối FC (function). Khối chương trình với những chức năng riêng giống như một chương trình con hoặc một thủ tục (chương trình con có biến hình thức). Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối FC và các khối FC này được phân biệt với nhau bằng một số nguyên sau nhóm ký tự FC, chẳng hạn như FC1, FC2,...  Loại khối FB (Function block)'. Là loại khối FC đặc biệt có khả năng trao đổi một lượng dữ liệu lớn với các khối chương trình khác. Các dữ liệu này phải được tổ chức thành khối dữ liệu riêng có tên gọi là Data block. Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối FB và các khối FB này được phân biệt với nhau bằng một số nguyên sau nhóm ký tự FB, chẳng hạn như FBI, FB2,...  Loại khối DB (Data block)'. Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chương trình. Các tham số của khối do người dừng tự đặt. Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều khối DB và các khối DB này được phân biệt với nhau bằng một số nguyên sau nhóm ký tự DB, chẳng hạn như DB1, DB2,... Chương trình trong các khối được liên kết với nhau bằng các lệnh gọi khối, chuyển khối. Xem những phần chương trình trong các khối như là chương trình con thì S7-300 cho phép gọi chương trình con lồng nhau, tức là từ chương trình con này gọi đến một chương trình con khác và từ chương trình con này lại gọi tới chương trình con thứ 3... số các lệnh gọi lồng nhau phụ thuộc vào từng chủng loại module CPU mà ta sử dụng. Ví dụ như đối với module CPU314 thì số lệnh gọi lồng nhau nhiều nhất có thể cho phép là 8. Nếu số lần gọi lồng nhau vượt quá con số giới hạn cho phép, PLC sẽ chuyển sang chế độ STOP và đặt cờ báo lỗi. SVTH: ĐỖ TRƯỜNG AN TRẦN VĂN TÙNG 14 Đồ án môn học GVHD PGS.TS.LÊ CHÍ KIÊN THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG II.2. II.2.1. CHỌN THIẾT BỊ II.2.1.1. KHỐI TÍN HIỆU VÀO Khối tín hiệu vào bao gồm các thiết bị như: cảm biến digital(analog), nút nhấn, công tắc,... II.2.1.1.1. NÚT NHẤN .  Cấp bảo vệ: IP65  Tần số làm việc : 60 lần/phút tối đa.  Tuổi thọ cơ: 3 000 000 lần.  Cách điện: 100 MΏ.  Công tắc: 6A tải thuần trở, 3A tải cosθ=0.4 SVTH: ĐỖ TRƯỜNG AN TRẦN VĂN TÙNG 15 Đồ án môn học GVHD PGS.TS.LÊ CHÍ KIÊN II.2.1.1.2. CẢM BIẾN QUANG Chọn cảm biến quang là thích hợp nhất với các đặc tính:  Phát hiện vật thể nhưng không cần tiếp xúc.  Phát hiện được từ khoảng cách xa.  Ít bị hao mòn, có tuổi thọ và độ chính xác, tính ổn định cao.  Phát hiện nhiều vật thể khác nhau.  Thời gian đáp ứng nhanh, có thể điều chỉnh độ nhạy theo ứng dụng. Ta chọn cảm biến Omron E3F3-D31 2M:  Loại khuếch tán 100mm, PNP  Nguồn cấp: 12~24VDC  Nguồn sáng: Infrared LED  Ngõ ra: PNP-NO, 26.4VDC 100mA Max. Light-On  Thời gian đáp ứng: 1ms max.  Bảo vệ ngắn mạch ngõ ra, cấp nguồn ngược cực  Chức năng chỉnh độ nhạy: Không  Nhiệt độ làm việc: -25℃÷55℃  Tiêu chuẩn: IEC 60529  Cấp độ bảo vệ: IP66 Nhiệm vụ: Phát hiện chai đi tới II.2.1.1.3. CẢM BIẾN TIỆM CẬN Có 2 loại cảm biến tiệm cận công nghiệp chính là:  Cảm biến tiệm cận cảm ứng phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện từ. Dĩ nhiên, thiết bị chỉ phát hiện được vật kim loại.  Cảm biến tiệm cận điện dung phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện dung tĩnh điện. Do đó, thiết bị này có thể phát hiện mọi loại vật. SVTH: ĐỖ TRƯỜNG AN TRẦN VĂN TÙNG 16 Đồ án môn học GVHD PGS.TS.LÊ CHÍ KIÊN Ta chọn cảm biến tiệm cận điện dung CLS-53N Nguồn cung cấp 7….36VDC Tín hiệu ngõ ra PNP – NO Đầu ra tối đa dòng của tải 200mA Nhiệt độ làm việc -20oC – 60oC Mạch bảo vệ Chống ngược cực nguồn, điện áp xung, đoản mạch, diod bảo vệ ngược cực cho transitor đầu ra Cảm biến tiệm cận điện dung CLS-53N II.2.1.1.4. CẢM BIẾN LOADCELL Cảm biến lực dùng trong việc đo khối lượng được sử dụng phổ biến là loadcell. Đây là một kiểu cảm biến lực biến dạng. Lực chưa biết tác động vào một bộ phận đàn hồi, lượng di động của bộ phận đàn hồi biến đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ với lực chưa biết. Sau đây là giới thiệu về loại cảm biến này. Bộ phận chính của loadcell là những tấm điện trở mỏng loại dán. Tấm điện trở là một phương tiện để biến đổi một biến dạng nhỏ thành sự thay đổi tương ứng trong điện trở. Một mạch đo dùng các miếng biến dạng sẽ cho phép thu được một tín hiệu điện tỉ lệ với mức độ thay đổi của điện trở. Mạch thông dụng nhất sử dụng trong loadcell là cầu Wheatstone. SVTH: ĐỖ TRƯỜNG AN TRẦN VĂN TÙNG 17