ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG RỬA XE TỰ ĐỘNG DÙNG PLC S7-1200, ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TRÊN WINCC
Đời sống con người ngày càng được cải thiện và lượng xe ngày càng tăng cao nhu cầu vệ sinh xe ngày càng tăng cao. Rửa xe hằng ngày, hằng tuần là một việc không thể thiếu đối với chủ của các xe. Rửa xe mất khá nhiều thời gian và khá mất sức nếu rửa bằng tay.
Trong đó, việc giữ cho chiếc xe luôn được sạch sẽ là việc làm không thể bỏ qua. Bụi bẩn bám lâu ngày sẽ gây bẩn, để thời gian lâu dễ bị hao mòn, dễ bị rỉ sét các chi tiết kim loại của xe, bị hư hại lớp sơn trên bề mặt xe, …. Thường xuyên rửa xe là một cách hiệu quả và tốt nhất mà bạn có thể làm để bảo vệ và duy trì chiếc xe của chúng ta luôn giữ được trạng thái sạch và mới như ban đầu. Rửa xe thường xuyên chỉ đơn giản là đánh bay tất cả các bụi bẩn bám bên ngoài mang lại ngoại hình đẹp cho chiếc xe, mà nó còn giúp bảo vệ xe, kéo dài tuổi thọ của một số bộ phận trên xe.
Bài báo cáo này trình bày quá trình nghiên cứu “Thiết kế và thi công mô hình hệ thống rửa xe tự động dùng PLC S7-1200, điều khiển và giám sát trên Win CC”. Sử dụng PLC 1214C DC/DC/DC để điều khiển và giám sát.
Báo cáo gồm các nội dung chính sau:
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RỬA XE TỰ ĐỘNG
Tổng quan về hệ thống rửa xe tự động có bao nhiêu loại nêu ra một số mô hình. Nguyên lý hoạt động của hệ thống sẽ hoạt động như thế nào. Các công nghệ sử dụng tong hệ thông dùng sử dụng kết hợp PLC S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC và HMI để điều khiển, lập trình và giám sát hệ thống rửa xe tự động và các phương án thiết kế
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM TIA PORTA
Giới thiệu về các loại PLC cách sử dụng, các khối hàm, bộ đếm, vùng nhớ, các module đặc biệt và các vùng địa chỉ. Giới thiệu về PLC các module tín hiệu và các bảng hiện thị. Giới thiệu về phần mền TIA Porta V16 và cách lập trình trong TIA Portal V16
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH RỬA XE TỰ ĐỘNG
Hệ thống được vận hành theo 2 chế độ là chế độ Auto và chế độ Manual, thiết kế về phần cứng như mô hình chức năng của các khối. Nêu công dụng, thông số, nguyên lý của các thiết bị được sử dụng trong hệ thống. Vẽ sơ đồ đấu nối các thiết bị lại với nhau giữa PLC và các thiết bị. Thiết kế tủ điện, nút nhất và các linh kiện bố trí trên mô hình. Quá trình hoàn thiện mô hình.
CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG RỬA XE TỰ ĐỘNG
Nêu thông tin bảng phân công đầu vào đầu ra, giản đồ thời gian hoạt động của các chế độ sẽ hoạt động như thế nào. Giới thiệu về các lưu đồ thuật toán hoạt động như thế nào. Quá trình thiết kế và giao diện Wincc.
Tên đề tài:
“Thiết kế và thi công mô hình hệ thống rửa xe tự động dùng PLC S7-1200, điều khiển và giám sát trên Win CC”.
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
- PLC S7-1200, động cơ, cảm biến hồng ngoại…
- Trần Văn Hiếu, “Tự Động Hóa PLC S7 – 1200 Với TIA Portal”, năm 2019, nhà xuất bản khoa học - kỹ thuật.
3. Nội dung chính của đồ án:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống rửa xe tự động
Chương 2: Giới thiệu về PLC S7-1200 và phần mềm TIA Portal
Chương 3: Thiết kế và thi công mô hình rửa xe tự động
Chương 4: Chương trình điều khiển và giám sát hệ thống rửa xe tự động
ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN CỦA ĐỀ TÀI
HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
4. Các sản phẩm dự kiến
- Mô hình điều khiển và giám sát hệ thống rửa xe tự động dùng PLC S7-1200.
- Báo cáo thuyết minh đề tài.
- Chương trình điều khiển hệ thống trên TIA Portal.
LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của xã hội, con người mong muốn cuộc sống của mình ngày càng tiện lợi, được sử dụng các dịch vụ tốt nhất, nhanh nhất và tiết kiệm nhất. Đối với các nước đang phát triển công nghệ tự động hóa được áp dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau, trong đó có thể kể đến những ứng dụng thực tế trong cuộc sống hằng ngày là: “Rửa xe tự động”, “Hệ thống phân loại sản phẩm”. với “Hệ Thống rửa xe tự động” không thể thiếu ở các nước đang phát triển với mật độ ô tô lớn. Mô hình rửa xe ra đời góp phần sự chuyên nghiệp hơn trong dịch vụ rửa xe, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng cao của cuộc sống công nghiệp là sự tiện lợi và nhanh chóng, nhưng cũng không kém phần hiệu quả so với các dịch vụ cổ điển.
Đối với nước ta thì dịch vụ này còn khá mới chỉ được áp dụng những năm gần đây. Chưa được áp dụng rộng rãi, nhưng trong tương lai, cùng với xu thế phát triển chung trên thế giới. Nước ta sẽ ngày càng phát triển. Đất nước phát triển gắn liền với giao thông vận tải phát triển, đời sống vật chất ngày càng nâng cao. Dẫn đến sự xuất hiện ngày càng nhiều xe ô tô, thay thế dần xe gắn máy, trả lại bộ mặt đường phố hiện đại và sạch đẹp. Bên cạnh đó các thiết bị sử dụng trong dịch vụ rửa xe chuyên nghiệp hơn. Cuộc sống mọi người trở nên bận rộn hơn thì nhu cầu rửa xe nhanh là tất yếu, bởi họ xem thời gian là “vàng” mà chỉ có nhà Rửa Xe Tự Động mới đáp ứng được vì cùng một thời điểm nó có thể rửa được nhiều xe. Tiết kiệm rất nhiều thời gian cho những người năng bận rộn. Khi được giao làm đề tài này em mong muốn với những kiến thức mà bản thân tiếp thu được sẽ được áp dụng vào thực tế.
Mô hình của em được xây dựng từ các mô hình tham khảo trên mạng. Vì kiến thức còn hạn chế và thời gian tìm hiểu cũng không nhiều nên đồ án của em chưa thể phát huy hết ý tưởng của em vào trong mô hình rất hay này. Mô hình “Hệ thống rửa xe tự động” rất phức tạp về cơ khí và rất khó để thể hiện. Ở đây em xin đưa ra một mô hình thu nhỏ của hệ thống và vì vậy mà hiệu quả sẽ không cao. Rất mong được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong khoa đặc biệt là sự giúp đỡ của cô Phan Thị Thanh Vân người đã hướng dẫn em thực hiện đồ án này.
MỤC LỤC
Nhận xét của người hướng dẫn
Nhận xét của người phản biện
Tóm tắt
Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp
Lời nói đầu. i
Cam đoan. ii
Mục lục. iii
Danh sách các bảng, hình ảnh. vi
Danh sách các ký hiệu, chữ viết tắtix
MỞ ĐẦU.. 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RỬA XE TỰ ĐỘNG.. 3
1.1 Tổng quan về hệ thống. 3
1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống. 7
1.3 Các công nghệ sử dụng trong hệ thống. 8
1.4 Phương án thiết kế. 10
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM TIA PORTAL.. 12
2.1 Tổng quan về PLC.. 12
2.1.1 Sự lựa chọn cho hệ thống nhỏ và vừa. 14
2.1.2 Chế độ bảo mật của PLC S7-1200. 16
2.1.2.1. độ bảo mật về quyền truy cập vào CPU và khối hàm.. 16
2.1.2.2 Chế độ Know – how Protection. 17
2.1.2.3.Chế độ Copy Protection. 17
2.1.3 Một số dòng CPU S7-1200 thông dụng. 18
2.1.4 Khối hàm, bộ định thì, bộ đếm PLC S7-1200. 21
2.1.4.1 Module xử lý trung tâm CPU.. 22
2.1.4.2 Module tín hiệu SM.. 22
2.1.4.3 Module xử lý truyền thông. 22
2.1.5 Module nguồn cung cấp Power module. 23
2.1.6 Các module đặc biệt và Board tín hiệu. 23
2.1.7 Vùng nhớ, địa chỉ và kiểu dữ liệu trong PLC S7 -1200. 24
2.1.8 Kiểu dữ liệu của S7 – 1200. 25
2.1.9 Vùng nhớ địa chỉ26
2.2 Giới thiệu về PLC S7-1200. 28
2.2.1 Các bảng tín hiệu. 31
2.2.2 Các module tín hiệu. 32
2.2.3 Các module truyền thông. 32
2.2.4 STEP 7 Basic. 32
2.2.5 Các bảng hiển thị36
2.3 Giới thiệu về phần mềm TIA Porta. 38
2.3.1 Giới thiệu. 38
2.3.2 Cách lập trình trong TIA Portal V16. 38
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH RỬA XE TỰ ĐỘNG.. 45
3.1 Yêu cầu công nghệ của hệ thống. 45
3.2 Thiết kế phần cứng. 46
3.2.1 Sơ đồ khối46
3.2.2 Lựa chọn thiết bị46
3.2.2.1 PLC S7-1200. 46
3.2.2.2 Driver điều khiển động cơ bước. 47
3.2.2.3 Động cơ step. 48
3.2.2.4 Cảm biến hồng ngoại49
3.2.2.5 Rơle. 50
3.2.2.6 Nút nhấn la38/203-209b tự nhả. 50
3.2.2.7 Đèn báo trạng thái51
3.2.2.8 Bèn báo. 51
3.2.2.9 Nguồn tổ ong. 51
3.2.2.10 Mạch hạ áp. 52
3.2.3 Sơ đồ đấu nối53
3.3 Thi công mô hình hệ thống. 55
3.3.1 Thiết kế phần mềm.. 55
3.3.2 Thi công phần cứng. 58
3.3.3 Mô hình sau khi hoàn thiện. 60
CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG RỬA XE TỰ ĐỘNG.. 64
4.1 Bảng phân công đầu vào đầu ra. 64
4.2 Giản đồ thời gian. 65
4.2.1 Chế độ xịt gầm.. 65
4.2.2 Chế độ xịt thân xe. 65
4.3 Lưu đồ thuật toán. 66
4.3.1 Lưu đồ chọn chế độ. 66
4.3.2 Lưu đồ Auto. 67
4.3.3 Lưu đồ khối manual68
4.4 Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát trên WinCC.. 70
KẾT LUẬN.. 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 74
PHỤ LỤC
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH ẢNH
BẢNG 2. 1 Mức độ bảo mật của CPU.. 16
BẢNG 2. 2 Thông tin về CPU 1211C/1212C.. 18
BẢNG 2. 3 Thông tin về CPU 1214C/1215C.. 20
BẢNG 2. 4 Khối hàm, bộ định thì, bộ đếm của PLC S7-1200.21
BẢNG 2. 5 Kiểu dữ liệu của PLC S7-1200. 25
BẢNG 2. 6 Bảng phân loại vùng nhớ PLC S7-1200.[4]27
BẢNG 2. 7 Bảng thông số CPU.. 29
BẢNG 2. 8 Bảng thông số các module. 30
BẢNG 3. 1 Thông số kỹ thuật PLC S7-12001214C DC/DC/DC.. 47
BẢNG 3. 2 Bảng step. 48
BẢNG 3. 3 Bảng thiết bị60
BẢNG 4. 1 Bảng phân công đầu vào. 64
BẢNG 4. 2 Bảng phân công đầu ra. 64
HÌNH 1. 1 Hệ thống rửa xe. 3
HÌNH 1. 2 Hệ thống rửa xe tự động. 4
HÌNH 1. 3 Hệ thống rửa xeCT-919d. 4
HÌNH 1. 4 Hệ thống rửa xe CT-818. 5
HÌNH 1. 5 Hệ thống rửa xe 740. 6
HÌNH 1. 6 Hệ thống rửa xe ngoài trời7
HÌNH 1. 7 hình ảnh minh họa hệ thống. 8
HÌNH 1. 8 Hình ảnh minh họa. 8
HÌNH 1. 9 Hệ thống xịt vòi áp suất9
HÌNH 1. 10 Hệ thống rửa xe dùng PLC.. 9
HÌNH 1. 11 Hệ thống rửa xe tự động dùng Arduino. 10
HÌNH 1. 12 Hình ảnh minh họa hệ phương án 1. 10
HÌNH 1. 13 Hình ảnh minh họa hệ phương án 2. 10
HÌNH 1. 14 Hình ảnh minh họa hệ phương án 3. 11
HÌNH 2. 1 Hình ảnh về PLC.. 12
HÌNH 2. 2 Hình ảnh về plc-logo. 13
HÌNH 2. 3 Hình ảnh về plc s7_200. 13
HÌNH 2. 4 Hình ảnh về plc s7_ 300/400. 14
HÌNH 2. 5 Hình ảnh về plc s7_1200. 14
HÌNH 2. 6 Hình ảnh về PLC s7_1500. 14
HÌNH 2. 7 Vị trí của các PLC S7 sắp xếp theo ứng dụng. 15
HÌNH 2. 8 Các thành phần. 15
HÌNH 2. 9 Hình ảnh chế độ bảo mật16
HÌNH 2. 10 Hình ảnh define Password. 17
HÌNH 2. 11 Hình ảnh Copy Protection. 17
HÌNH 2. 12 Các bộ phận PLC.. 28
HÌNH 2. 13 Cấu trúc PLC.. 31
HÌNH 2. 14 Bản tín hiệu PLC.. 31
HÌNH 2. 15 Các tín hiệu PLC.. 32
HÌNH 2. 16 Các module PLC.. 32
HÌNH 2. 17 Dao diện mở ứng dụng. 33
HÌNH 2. 18 Dao diện chọn PLC.. 33
HÌNH 2. 19 Các kiểu trợ giúp. 34
HÌNH 2. 20 Tìm kiếm thông tin. 35
HÌNH 2. 21 Hình ảnh lưu ý. 36
HÌNH 2. 22 KTP 400 basic PN.. 37
HÌNH 2. 23 KTP 600 Basic PN.. 37
HÌNH 2. 24 KTP 1000 Basic PN.. 37
HÌNH 2. 25 TP 1500 Basic PN.. 38
HÌNH 2. 26 Biểu tượng TIA Portal V16. 38
HÌNH 2. 27 Giao diện khởi động TIA Portal V16. 39
HÌNH 2. 28 Tạo Project mới39
HÌNH 2. 29 Add CPU.. 40
HÌNH 2. 30 Giao diện cấu hình PLC S7-1200. 40
HÌNH 2. 31 Thiết lập địa chỉ IP cho PLC.. 40
HÌNH 2. 32 Các địa chỉ I/O của CPU đang sử dụng. 41
HÌNH 2. 33 Giao diện lập trình. 41
HÌNH 2. 34 Nạp chương trình cho PLC_1. 42
HÌNH 2. 35 Nạp chương trình cho PLC_1. 42
HÌNH 2. 36 Nạp chương trình cho PLC_2. 42
HÌNH 2. 37 Nạp chương trình cho PLC_3. 43
HÌNH 2. 38 Nạp chương trình cho PLC_4. 43
HÌNH 2. 39 Nạp chương trình cho PLC_5. 44
HÌNH 2. 40 Xem chương trình chạy trên máy tính. 44
HÌNH 3. 1 Sơ đồ khối46
HÌNH 3. 2 PLC S7-1200 1214C DC/DC/DC.. 46
HÌNH 3. 3 Driver điều khiển động cơ bước TB6600. 47
HÌNH 3. 4 Động cơ bước. 48
HÌNH 3. 5 Cảm biến hông ngoại49
HÌNH 3. 6 Hình ảnh role. 50
HÌNH 3. 7 Hình ảnh nút nhấn. 50
HÌNH 3. 8 Hình ảnh nút nhấn. 51
HÌNH 3. 9 Đèn báo. 51
Hình 3. 10 Nguồn tổ ong.52
HÌNH 3. 11 Mạch hạ áp. 52
HÌNH 3. 12 Hình ảnh sơ đồ đấu nối53
HÌNH 3. 13 Hình ảnh sơ đồ đấu nối động cơ. 54
HÌNH 3. 14 Hình ảnh sơ đồ đấu nối nút nhấn. 54
HÌNH 3. 15 Sơ đồ bố trí tủ điện. 55
HÌNH 3. 16 Sơ đồ bố trí tủ điện. 56
HÌNH 3. 17 Sơ đồ bố trí linh kiện. 57
HÌNH 3. 18 Thi công phần khung mô hình. 58
HÌNH 3. 19 Thi công phần tủ điện.59
HÌNH 3. 20 Hình ảnh bên ngoài tủ điện. 61
HÌNH 3. 21 Hình ảnh mô hình. 62
HÌNH 3. 22 Hình ảnh bên trong tủ điện. 63
HÌNH 4. 1 Giản đồ thời gian. 65
HÌNH 4. 2 Giản đồ thời gian. 65
HÌNH 4. 3 Sơ đồ chọn chế độ. 66
HÌNH 4. 4 Sơ đồ chế độ Auto. 67
HÌNH 4. 5 Sơ đồ điều khiển động cơ. 68
HÌNH 4. 6 sơ đồ điều khiển động cơ step. 69
HÌNH 4. 7 Hình TIA portal V16. 70
HÌNH 4. 8 Chọn file. 70
HÌNH 4. 9 Mở file. 70
HÌNH 4. 10 Mở chọn HMI71
HÌNH 4. 11 Chọn HMI71
HÌNH 4. 12 Mở để vẽ HMI72
HÌNH 4. 13 Thiết kế dao diện HMI72
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
KÝ HIỆU:
: Bắt đầu và kết thúc chương trình.
: Điều kiện rẽ nhánh.
: Xử lý chương trình.
: Luồng xử lý.
CHỮ VIẾT TẮT:
PLC : Programmable Logic Controller – Bộ điều khiển Logic có thể lập trình được.
I/O : Input/output – vào/ra.
DI : Digital input là các đầu vào của PLC
DQ : Digital ouput là các đầu ra của PLC.
HMI : Human Machine Interface - màn hình hiển thị.
WinCC: Windows Control Center là một phần mềm của hãng siemens.
RO : Reverse osmosis - một quy trình công nghệ dùng để sản xuất nước sạch cho dân dụng.
ISO : International Organization for Standardization là tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế.
PROFINET :Process Field Net là một tiêu chuẩn kỹ thuật công nghiệp để truyền dữ liệu qua Ethernet công nghiệp.
AC : Điện xoay chiều (AC, tiếng Anh: alternating current)
DC : DC có thể là: DC: dòng điện một chiều (tiếng Anh: Direct Current)
ThS : Thạc sĩ
MỞ ĐẦU
- Mục đích thực hiện đề tài
Hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam số lượng xe ô tô ngày càng tăng rất nhanh. Ngoài việc nâng cao tính công nghệ và các tính năng của xe để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng thì việc bảo dưỡng, sửa chữa và chăm sóc xe cũng hết sức cần thiết.
Trong đó, việc giữ cho chiếc xe luôn được sạch sẽ là việc làm không thể bỏ qua. Bụi bẩn bám lâu ngày sẽ gây ăn mòn, hoen gỉ các chi tiết kim loại của xe, hủy hoại lớp sơn trên bề mặt xe, … Thường xuyên rửa xe là cách tốt nhất mà bạn có thể làm để bảo vệ và duy trì chiếc xe của bạn luôn giữ được trạng thái sạch và mới như ban đầu. Rửa xe thường xuyên chỉ đơn thuần mang lại ngoại hình đẹp cho chiếc xe, mà nó còn giúp bảo vệ xe, kéo dài tuổi thọ của một số bộ phận trên xe. Tuy nhiên, hiện nay tại nước ta những phương pháp rửa xe vẫn chưa mang lại hiệu quả cao.
- Mục tiêu đề tài
Mục tiêu của đề tài “Thiết kế và thi công mô hình hệ thống rửa xe tự động dùng PLC S7-1200, điều khiển và giám sát trên Win CC”. Là nắm rõ nguyên lí hoạt động của cảm biến, với ngôn ngữ PLC và phần mềm TIA Portal.
Để nâng cao hiệu quả cũng như tính năng công nghệ của việc sử dụng các thiết bị vào hệ thống rửa xe ô tô tự động phù hợp với điều kiện. Đưa ra các phương án rửa xe tự động khác nhau, thiết lập một phương án tối ưu nhất sử dụng phù hợp ở nước ta.
- Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
Ứng dụng vào rửa xe tự động vào đời sống hằng ngày của người dân, cải thiện được thời gian chờ đợi sửa xe. Như những dịch vụ khác để đáp ứng nhu cầu của người dân. Nhóm em chủ yếu nghiên cứu về PLC S7-1200 và các cảm biến hồng ngoại.
- Phương pháp nghiên cứu
Tìm hiểu, nghiên cứu các kiến thức đã được thầy cô và các đàn anh khóa trước truyền thụ lai. Cùng với sự hỗ trợ nhiệt tình của giáo viên hướng dẫn và cùng với sự tìm hiểu của nhóm về mô hình rửa xe tự động ở trên mạng cùng nhiều tài liệu tham khảo khác. Nên nhóm em chọn đề tài rửa xe tự động để hoàn thành đồ án tốt nghiệp.
- Ý nghĩa thực hiện đề tài
Giải quyết được một vấn đề sau trong hệ thống rửa xe tự động.
• Giải quyết được vấn đề thiếu công nhân.
• Giảm chi phí và thời gian cho người sử dụng.
• Bảo vệ được môi trường xung quanh.
Nước ta sẽ ngày càng phát triển. Đất nước phát triển gắn liền với giao thông vận tải phát triển, đời sống vật chất nâng cao. Dẫn đến sự xuất hiện ngày càng nhiều xe ô tô, thay thế dần xe gắn máy, trả lại bộ mặt đường phố hiện đại và sạch đẹp. Bên cạnh đó các thiết bị sử dụng trong dịch vụ rửa xe chuyên nghiệp hơn. Cuộc sống mọi người trở nên nhanh hơn thì nhu cầu rửa xe nhanh là tất yếu, bởi họ xem thời gian là “vàng” mà chỉ có nhà Rửa Xe Tự Động mới đáp ứng được vì cùng một thời điểm nó có thể rửa được nhiều xe. Tiết kiệm rất nhiều thời gian cho những người bận rộn.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG RỬA XE TỰ ĐỘNG
1.1 Tổng quan về hệ thống
Hệ thống rửa xe tự động là: một chuỗi các thiết bị chuyên dụng phục vụ cho quá trình vệ sinh xe một cách toàn diện, bao gồm: khung sườn, vòi phun nước, bình xịt,... Các bộ phận này có sự liên kết chặt chẽ với nhau, không có thể tách rời và các bước vệ sinh đều được lập trình sẵn để có thể tự động vận hành. Quá trình sử dụng chỉ cần từ một đến hai nhân công quan sát, điều khiển và vận hành máy.
- Các hệ thống hiện nay
+ Hiện nay Việt Nam đa số là dùng rửa xe thủ công còn rửa xe tự động có một số hệ thống rửa xe tự động.
HÌNH 1. 1 Hệ thống rửa xe
- Hệ thống rửa xe bán tự động
Hệ thống rửa xe ô tô bán tự động giúp giảm số lượng nhân viên để rửa xe, chi phí và thời gian xịt gầm. Ví dụ đơn giản để chứng minh cho điều này có thể diễn giải như sau: Khi bạn sử dụng cầu nâng 1 trụ để nâng xe hỗ trợ công việc rửa xe, những người thợ sẽ phải xịt nước 1 rửa ở bên ngoài phần thân xe và gầm xe 1 lần để làm sạch bớt lớp bụi bẩn, đất đá. Với hệ thống rửa này thì bước làm này không cần thiết vì được thiết kế hệ thống các vòi xịt xung quanh thân xe và đi kèm hệ thống xịt rửa gầm xe áp lực mạnh. Ngoài ra hệ thống rửa xe này còn trang bị thêm một số vòi xịt bọt tuyết toàn bộ xe để quy trình làm sạch hiệu quả hơn. Tuy nhiên điểm hạn chế chính là vẫn phải sử dụng phương pháp rửa thủ công bằng tay sau khi phủ lớp bọt tuyết lên xe. Hệ thống rửa bán tự động được đầu tư với mức giá thấp hơn, được phát triển và mở rộng rãi từ khắp các gara chăm sóc, sửa xe chuyên nghiệp. [1]
- Hệ thống rửa xe tự động hoàn toàn
Hệ thống rửa xe ô tô tự động hoàn toàn được trang bị đầy đủ các bộ phận tự động hoạt động với nhiệm vụ cần thiết để rửa xe như hệ thống phun rửa toàn diện phun nước theo nhiều hướng mà mình đã thiết kế, hệ thống chổi làm sạch ở phía trước, sau và hai bên, hệ thống phun dạng bọt và sấy khô sau khi quá trình rửa kết thúc. Ở hình thức rửa xe này bạn không cần phải thuê thêm nhân công vì tất cả đều được thực hiện hoàn toàn tự động. Ưu điểm của hệ thống này còn nữa đó là thời gian rửa xe khá là nhanh chỉ khoảng 5-6 phút cho một chiếc xe. Vì vậy mà những trung tâm rửa xe này thường đón tiếp đón số lượng xe rất lớn, có thể đến rửa cùng 1 lúc thu lại lợi nhuận kinh tế khá cao. Chất lượng làm sạch của hệ thống rửa xe ô tô tự động cũng làm hài lòng đa số khách hàng, thời gian rửa xe nhanh chóng, không mất công chờ đợi.
HÌNH 1. 2 Hệ thống rửa xe tự động
Tuy nhiên nhược điểm còn tồn tại của hệ thống rửa tự động này là mức giá khá cao để hoàn thành lắp đặt 1 hệ thống rửa xe ô tô tự động như vậy cần tối thiểu là khoảng 600 triệu đồng. Có lẽ đây là mức đầu tư không hề nhỏ với nhiều người đặc biệt là khi phương pháp rửa xe cũ đã quá quen thuộc, để đầu tư như vậy là rất khó khăn.
- Tìm hiểu một số hệ thống đã có.
+ Hệ thống rửa xe tự động ct-919d
HÌNH 1. 3 Hệ thống rửa xeCT-919d
• Nguyên lý rửa: Chổi quay
• Gồm 2 chổi rửa bên hông, 1 chổi rửa nóc xe, 2 chổi rửa bánh xe
• Đảo chiều di chuyển chổi rửa trên ray
• Phun tự động
• Rửa gầm
• Phun xoay để tăng hiệu quả rửa
• Phun áp lực cao điều khiển từ bằng chương trình máy tính
• Truyền chuyển động bằng Thuỷ lực/ Điện/ Khí hoặc bằng xích.
• Hệ thống xì khô bằng khí nén
• Công suất 8Kw
• Điểu khiển từ xa, điện 12V, tủ điều khiển 36V
• Lưu lượng nước 120L/ph
• Thời gian rửa trung bình 3 phút/xe
• Tiêu hao tính cho 1 xe: 0.2 Kw Điện, 100L nước
+ Hệ thống rửa xe tự động ct-818
HÌNH 1. 4 Hệ thống rửa xe CT-818
Tên sản phẩm: Hệ thống rửa xe tự động CT-818. Hãng sản xuất: Autowash- Trung Quốc dùng model: CT- 818
Kho: Kho của nhà sản xuất
Phạm vi ứng dụng:
• Rửa xe trong thành phố, bụi bám ít ngày, dễ rửa, tốc độ nhanh cho các loại xe du lịch
• Thông số kỹ thuật:
• Nguyên lý rửa: Phun áp lực lớn
• Đảo chiều di chuyển
• Phun tự động
• Rửa gầm
• Phun xoay
• Phun áp lực cao điều khiển từ xa bằng chip vi xử lý
• Truyền chuyển động bằng Thuỷ lực/ Điện/ Khớ hoặc bằng xích.
• Phun búng Wax
• Kết cấu Thộp chống gỉ sang trọng.
• Cơ cấu nòng hạ tự động điều khiển bằng PLC
• Bơm kép
+ Máy rửa xe tự đông diêu khiển DXC(B)-740
Thành phần và thông số máy: Máy rửa xe tự động điều khiển bằng máy vi tính, kiểu phòng. Model: DXC(B) - 740
Thông số kỹ thuật:
HÌNH 1. 5 Hệ thống rửa xe 740
• Kích thước rửa xe lớn nhất (dài x rộng x cao)mm: 5500 x 1950 x 2000
• Diện tích mặt bằng (dài x rộng)mm: 25000 x 4500
• Loại xe: xe du lịch 4-5chỗ, xe du lich 15 chỗ
• Tốc độ rửa: 60 chiếc/giờ
• Lượng nước tiêu thụ: 120lít/chiếc
• Phương thức chuyển động: chuyển động liên tục
• Đường dẫn xe: 10m
• Bàn xoa: + Bàn xoa to: 4 chiếc
+ Bàn xoa nhỏ: 2 chiếc
+ Bàn xoa ngang: 1 chiếc
• Quạt gió: 4 chiếc
• Công suất thiết bị: 28 kw
• Áp suất khí nén: 0.8Mpa
+ Hệ thống rửa xe tự động cb 1/28 karcher dùng ngoài trời
HÌNH 1. 6 Hệ thống rửa xe ngoài trời
• Chiều cao làm sạch: 2800mm
• Chiều cao của hệ thống:3700mm
• Chiều ngang của hệ thống bao gồm 2 bàn chải bên: 4035mm
• Lưu lượng nước cấp: 50lít/phút/4-6 bar
• suất 64 KW
• Nguồn điện: 3P, 400V, 50 Hz
• Tốc độ di chuyển của băng chuyền làm sạch: 0-20m/phút với 2 mô tơ truyền lực 0.25kW, IP 66
• Công suất rửa xe tối đa 4 phút/ xe
1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống
- Hệ thống rửa xe bằng dây chuyền
Các thiết bị: Chổi lau sườn: 2 chiếc; chổi lau nóc dạng con lăn tròn: 1 chiếc; chổi lau bánh và mép dưới sườn xe: 2 chiếc; dàn phun nước cao áp: 2 dàn; dàn phun dung dịch chất tẩy: 1 dàn; dàn sấy khô: 1 dàn; vòi phun nước cao áp để rửa bánh xe: 2 vòi; thiết bị cảm ứng: 2 cái.
Nguyên lý hoạt động: Xe được đưa lên băng tải sau đó nhân viên sẽ ấn nút start băng tải bắt đầu hoạt động. Xe được đưa vào gặp cảm biến 1 hệ thống phun nước, hệ thống phun chất tẩy rửa và chổi lau nóc hoạt động. Xe được lau nóc và phun làm ướt, khi đi qua hệ thống phun nước sẽ gặp cảm biến 2, cảm biến 2 sẽ mở hệ thống chổi lau bánh, lau sườn, hệ thống phun nước làm sạch và sấy khô hoạt động xe được đưa qua lần lượt và kết thúc quá trình rửa xe. Hệ thống chổi lau được gắn vào các cánh tay rôbốt có thể ra vào lên xuống để thực hiện quá trình lau.
HÌNH 1. 7 hình ảnh minh họa hệ thống
- Hệ thống: xịt vòi bằng áp lực
Các thiết bị: Vòi phun nước áp lực cao: 60 chiếc; vòi phun hóa chất tẩy: 12 chiếc; máy thổi khô: 4 chiếc.
Nguyên lí hoạt động: Xe được đưa lên băng tải nhân viên ấn nút start cả hệ thống rửa xe bắt đầu hoạt động. Xe được băng tải đưa qua lần lượt các vòi phun nước, phun chất tẩy rửa và qua hệ thống sấy khô để kết thúc quá trình rửa xe.
HÌNH 1. 8 Hình ảnh minh họa
1.3 Các công nghệ sử dụng trong hệ thống
Hiện nay trên thị trường có nhiều hệ thống với các công nghệ sử dụng khác nhau như:
- Hệ thống rửa xe tự động bằng dây chuyền sử dụng vòi xịt cao áp để làm sạch: dùng các vòi xịt có các đầu nén để tăng áp suất vòi xịt.
HÌNH 1. 9 Hệ thống xịt vòi áp suất
- Hệ thống rửa xe tự động sử dụng PLC để điều khiển: Hệ thống được chủ yếu là dùng PLC 1200 hoặc 1500 để điều khiển và giám sát.
HÌNH 1. 10 Hệ thống rửa xe dùng PLC
- Hệ thống rửa xe tự động dùng Arduino khiển để vận hành hệ thống: Hệ thống dùng Arduino, matlap để điều khiển và lập trình cho hệ thống.
HÌNH 1. 11 Hệ thống rửa xe tự động dùng Arduino
Nhóm em sử dụng kết hợp PLC S7 – 1200 CPU 1214C DC/DC/DC và HMI để điều khiển, lập trình và giám sát hệ thống rửa xe tự động.
1.4 Phương án thiết kế
Phương án 1: 1 cảm biến để cho máy bơm nước xà bơm xà phòng. Một cảm biến cho chổi lau, một cảm biến cho máy bơm nước, một cảm biến sấy khô, một cảm biến để xem xe có sạch hay không. Sử dụng dây chuyền để điều khiển quá trình.
HÌNH 1. 12 Hình ảnh minh họa hệ phương án 1
Phương án 2: Hai cảm biến hoạt động độc lập cho máy bơm nước và máy bơm xà phòng. Một cảm biến cho chổi lau (gồm 3 chổi lau ở 2 bên và phía trên xe). Một cảm biến cho máy bơm xả nước, một cảm biến sấy khô, một cảm biến để xem xe có sạch không. Sử dụng dây chuyền để điều khiển quá trình hoạt động.
HÌNH 1. 13Hình ảnh minh họa hệ phương án 2
Phương án 3: l cảm biến cho gầm xe và 1 cảm biến cho toàn bộ quá trình. Khi xe vào 2 cảm biến hoạt động thì hệ thống xịt gầm. Hệ thống xịt nước cho thân và đỉnh xe hoạt động sau đó đến nước xà bông, nước , sấy khô. Không sử dụng băng chuyền.
HÌNH 1. 14 Hình ảnh minh họa hệ phương án 3
Qua khảo sát nhóm em chọn phương án 3 vì: giúp giảm chi phí băng chuyền, tiết kiệm diện tích, giải quyết được vấn đề làm sạch gầm xe. Sử dụng vòi xịt áp suất cao để rửa sạch xe bỏ qua bước chổi lai để tiếp kiệm chi phí và thời gian hoạt động của quá trình. Mô hình mang lại hình ảnh chuyên nghiệp cho ở các khu đô thị lớn và thích hợp ở các diện tích nhỏ.
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM TIA PORTAL
2.1 Tổng quan về PLC
Kỹ thuật điều khiển đã được phát triển trong thời gian rất lâu. Trước kia việc điều khiển hệ thống chủ yêu do con người thực hiện. Gần đây, việc điều khiển được thực hiện nhờ các ứng dụng của ngành điện, thực hiện bằng việc đóng ngắt tiếp điểm Relay. Các Relay sẽ cho phép đóng ngắt công suất không cần dùng công tắc cơ khí. Ta thường sử dụng Relay để tạo nên các thao tác điều khiển đóng ngắt logic đơn giản. Sự xuất hiện của máy tính đã tạo ra một bước tiến mới trong điều khiển – Kỹ thuật điều khiển lập trình PLC. PLC xuất hiện vào những năm 1970 và nhanh chóng trở thành sự lựa chọn cho việc điều khiển sản xuất.
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.
HÌNH 2. 1Hình ảnh về PLC
- Phân loại PLC
+ Theo hãng sản xuất
Các nhãn hiệu như Siemens, Omron, Mitsubishi, Schneider, Allen, Bradley, ABB, Festo,…
+ Theo version
PLC Siemens có các họ như Logo, S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200,S7-1500.
- Logo: Là dòng sản phẩm cho các ứng dụng nhỏ khoảng 16-24 I/O
HÌNH 2. 2 Hình ảnh về plc-logo
- S7-200: Là dòng sản phẩm trung bình có ứng dụng cho các dự án với I/O khoảng 128.
HÌNH 2. 3 Hình ảnh về plc s7_200
- S7-300 và S7-400: Là dòng sản phẩm cao cấp cho các dự án lớn, có số lượng I/O lớn, viết bằng nhiều ngôn ngữ khác nhau, thời gian đáp ứng nhanh.
HÌNH 2. 4Hình ảnh về plc s7_ 300/400
- S7-1200: Là dòng sản phẩm nâng cấp của S7-200, truyền thông qua cổng Ethernet có thể kết nối PC-PLCs, PLCs-HMI, PLCs-PLCs.
Tốc độ truyền thông profinet 10/100Mbits/s, tích hợp tính năng đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển quá trình.
HÌNH 2. 5 Hình ảnh về plc s7_1200
- S7-1500: Là dòng sản phẩm nâng cấp của S7300, S7-400 vừa được ra mắt trong thời gian gần đây với những ưu điểm vượt trội.
HÌNH 2. 6 Hình ảnh về PLC s7_1500
2.1.1 Sự lựa chọn cho hệ thống nhỏ và vừa
Bộ điều khiển PLC S7-1200, được sử dụng với sự linh động và khả năng mở rộng phù hợp đối với hệ thống tự động hóa nhỏ và vừa tương ứng với người dung cần.
Thiết kế nhỏ gọn, cấu hình linh động, hỗ trợ mạnh mẽ về tập lệnh đã làm cho PLC S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo trong việc điều khiển, chọn lựa phù hợp đối với nhiều ứng dụng khác nhau.
Để có thể làm rõ hơn vấn đề chúng ta muốn nói tới, tác giả sử dụng hình ảnh sau đây để minh họa chi tiết về vị trí, vai trò của PLC S7-1200 được siemens giới thiệu.
HÌNH 2. 7Vị trí của các PLC S7 sắp xếp theo ứng dụng
CPU của PLC S7-1200 được kết hợp với 1 vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các tín hiệu đầu vào/ra, thiết kế theo nền tảng Profinet, các bộ đếm/phát xung tốc độ cao tích hợp trên than, điều khiển vị trí ( motion control ), và ngõ vào analog đã làm cho PLC S7-1200 trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn nhưng mạnh mẽ. Sauk hi download chương trình xuống CPU vẫn lưu giữ những logic cần thiết để theo dõi và kiểm soát các thiết bị thông tin trong ứng dụng của người lập trình. CPU giám sát ngõ vào và những thay đổi của ngõ ra theo logic trong chương trình người dung, có thể bao gồm các phép toán logic của đại số Boolean, những bộ đếm, bộ định thì, các phép toán phức tạp, và những giao tiếp truyền thông với những thiết
Profinet. Ngoài ra, PLC S7-1200 có thể truyền thông Profibus, GPRS, RS485 hoặc RS232 thông qua các module mở rộng.
HÌNH 2. 8Các thành phần
1. Nguồn cấp PS
2.Thẻ nhớ MMC
3. Kết nối với các module mở rộng
4. Đèn Led hiển thị I/O trên board
5. Kết nối Profinet
2.1.2 Chế độ bảo mật của PLC S7-1200
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ truy cập vào CPU và chương trình điều khiển.
2.1.2.1. độ bảo mật về quyền truy cập vào CPU và khối hàm
CPU cung cấp các cấp độ bảo mật để hạn chế truy cập vào các chức năng cụ thể. Khi người dùng cấu hình mức độ bảo mật và mật khẩu cho CPU, người dùng có thể giới hạn các chức năng và vùng nhớ truy cập mà không dùng tới mật khẩu.
Mỗi cấp độ cho phép những chức năng nhất định để có thể truy cập mà không cần mật khẩu. Chế độ mặc định của CPU là được toàn quyền truy cập và không có mật khẩu bảo vệ. Để hạn chế quyền truy cập vào CPU, người dùng cần cấu hình thuộc tính “Protection” và mật khẩu bảo mật.
Mật khẩu bảo vệ không áp dụng cho chương trình sử dụng các chức năng về chuyền thông. Truyền thông PLC – PLC (sử dụng những tập lệnh truyền thông với các khối hàm) không bị giới hạn bởi các chế độ bảo mật trong CPU.
BẢNG 2. 1Mức độ bảo mật của CPU
|
Cấp độ bảo mật |
Mức độ truy cập |
|
|
|
|
Full access |
Toàn quyền truy cập |
|
Read access |
Cho phép HMI truy cập tới PLC và chỉ |
|
|
được đọc với TIA Portal. Muốn toàn quyền |
|
|
truy cập phải có password. |
|
HMI access |
Chỉ cho phép HMI truy cập tới PLC. Muốn |
|
|
toàn quyền truy cập phải có password. |
|
No access |
Bảo mật hoàn toàn kể cả với HMI. Muốn |
|
|
toàn quyền truy cập phải có password. |
Để cấu hình cho chế độ bảo mật và đặt mật khẩu, người dùng có thể thực hiện theo các bước sau: Device configuration → Chọn CPU → Properties → Protection và lựa chế độ bảo mật muốn dùng và đánh mật khẩu (password) sử dụng vào.
HÌNH 2. 9Hình ảnh chế độ bảo mật
2.1.2.2 Chế độ Know – how Protection
Chế độ Know – how protection cho phép người dùng ngăn chặn những truy cập trái phép vào các khối hàm, khối tổ chức OB, FB, FC, DB. Người dùng có thể tạo những password riêng lẻ để giới hạn truy cập tới các khối hàm. Nếu không có password thì người dùng chỉ có thể đọc những thông tin như sau:Tiêu đề khối, comment, và thuộc tính của khối hàm. Thông tin về các tham số vào/ra (IN, OUT, IN_OUT, Return). Cấu trúc của chương trình. Tag toàn cục trong cross references, tuy nhiên các tag cục bộ sẽ bị ẩn không quan sát được
HÌNH 2. 10 Hình ảnh define Password
Để cấu hình cho chế độ Know – how protection, người dùng có thể thực hiện theo các bước sau: Chọn block nào muốn bảo mật → Properties → Protection → Protection → Define và nhập password muốn đặt.
2.1.2.3.Chế độ Copy Protection
Thêm một tính năng về bảo mật cho phép người dùng ẩn (blind) các khối chương trình sử dụng vào thẻ nhớ hoặc CPU. Tính năng này đặc biệt hữu ích cho việc bảo vệ sở hữu trí tuệ của người lập trình. Chức năng Copy Protection có thể áp dụng cho các khối OB, FB và FC.
Để cấu hình cho chế độ Copy Protection, người dùng có thể thực hiện theo các bước sau: Chọn block nào muốn bảo mật → Properties → protection → Copy Protection. Chọn chế độ ẩn vào thẻ nhớ hoặc CPU.
HÌNH 2. 11 Hình ảnh Copy Protection
Sau đó chọn chế độ Copy Protection và nhập số serial của thẻ nhớ và CPU khi download xuống CPU hoặc thẻ nhớ thẻ nhớ hoặc CPU
Chú ý: Chế độ bảo mật/password là chế độ nhạy cảm do đó người dùng cần chú ý khi sử dụng những chế độ này.
2.1.3 Một số dòng CPU S7-1200 thông dụng
Hiện nay, PLC S7-1200 có nhiều dòng CPU khác nhau như: CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C, CPU 1215C, CPU 1217C và đồng thời người dùng có nhiều sự lựa chọn với các nguồn điện áp AC/DC, tín hiệu đầu vào/ra relay/DC …
Tuy nhiên, tùy ứng dụng và chương trình mà người dùng lựa chọn CPU cho phù hợp với cấu hình hệ thống và giá thành để làm cho hệ thống hoạt động tốt nhưng kinh tế nhất.
BẢNG 2. 2Thông tin về CPU 1211C/1212C
|
Đặc điểm |
CPU 1211C |
|
CPU 1212C |
|
|
|
|
|
|
|
|
Bộ nhớ chương |
Work |
50KB |
|
50KB |
|
trình |
|
|
|
|
|
Load |
1MB |
|
||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
Retentive |
10KB |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I/O tích hợp |
Digital |
6DI/4DO |
|
8DI/6DO |
|
|
|
|
|
|
|
|
Analog |
2AI |
|
|
|
|
|
|
||
|
Process image |
Input |
1024 Byte |
||
|
|
|
|
||
|
|
Output |
1024 Byte |
||
|
|
|
|
||
|
Vùng nhớ M |
|
4096 Byte |
||
|
|
|
|
|
|
|
Module mở rộng |
|
- |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
SB, BB, CB(*) |
|
1 |
|
|
|
Module truyền thông CM |
3 |
|
||
|
|
|
|
||
|
Bộ đếm tốc độ cao |
Tổng cộng |
Lên tới 6 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
1MHz |
- |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
100/180 KHz |
I0.0 – I0.5 |
||
|
|
30/120 KHz |
- |
|
I0.6 – I0.7 |
|
Bộ phát xung |
Tổng cộng |
Lên tới 4 |
||
|
PTO/PWM(2) |
|
|
|
|
|
1MHz |
- |
|
||
|
|
|
|||
|
|
|
|
||
|
|
100KHz |
Q0.0 – Q0.3 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
20KHz |
|
|
Q0.4 – Q0.5 |
|
|
|
|
|
|
|
Thẻ nhớ |
|
Hỗ trợ |
|
|
|
|
|
|
||
|
Lưu trữ thời gian thực: 20 ngày/nhỏ nhất 12 ngày tại 40oC |
|
|||
|
Tích hợp cổng Profinet |
1 |
|
||
|
|
|
|||
|
Tốc độ xử lý phép toán số thực |
2.3 µs/lệnh |
|||
|
|
|
|||
|
Tốc độ xử lý phép toán Boolean |
0.08 µs/lệnh |
|||
|
Module truyền thông CM |
3 |
|
||
|
|
|
|
||
|
Bộ đếm tốc độ cao |
Tổng cộng |
Lên tới 6 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
1MHz |
- |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
100/180 KHz |
I0.0 – I0.5 |
||
|
|
30/120 KHz |
- |
|
I0.6 – I0.7 |
|
Bộ phát xung |
Tổng cộng |
Lên tới 4 |
||
|
PTO/PWM(2) |
|
|
|
|
|
1MHz |
- |
|
||
|
|
|
|||
|
|
|
|
||
|
|
100KHz |
Q0.0 – Q0.3 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
20KHz |
|
|
Q0.4 – Q0.5 |
|
|
|
|
|
|
|
Thẻ nhớ |
|
Hỗ trợ |
|
|
|
|
|
|
||
|
Lưu trữ thời gian thực: 20 ngày/nhỏ nhất 12 ngày tại 40oC |
|
|||
|
Tích hợp cổng Profinet |
1 |
|
||
|
|
|
|||
|
Tốc độ xử lý phép toán số thực |
2.3 µs/lệnh |
|||
|
|
|
|||
|
Tốc độ xử lý phép toán Boolean |
0.08 µs/lệnh |
|||
|
|
|
|
|
|
BẢNG 2. 3 Thông tin về CPU 1214C/1215C
|
Đặc điểm |
CPU 1211C |
|
CPU 1212C |
|||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
Bộ nhớ chương |
Work |
100KB |
|
100KB |
|
|||
|
trình |
|
|
|
|
|
|||
|
Load |
|
4MB |
|
|||||
|
|
|
|||||||
|
|
Retentive |
|
10KB |
|
||||
|
I/O tích hợp |
Analog |
2AI |
|
2AI/2AO |
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Digital |
14DI/10DO |
|
|||||
|
|
|
|
|
|||||
|
Process image |
Input |
1024 Byte |
|
|||||
|
|
Output |
1024 Byte |
|
|||||
|
Vùng nhớ M |
|
8196 Byte |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
Module mở rộng |
|
|
8 |
|
||||
|
SB, BB, CB(*) |
|
|
1 |
|
||||
|
Module truyền thông CM |
|
3 |
|
|||||
|
Bộ đếm tốc độ cao |
Tổng cộng |
Lên tới 6 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
1MHz |
|
- |
|
||||
|
|
100/180 KHz |
I0.0 – I0.5 |
|
|||||
|
|
30/120 KHz |
I0.6 – I1.5 |
|
|||||
|
Bộ phát xung |
Tổng cộng |
Lên tới 4 |
|
|||||
|
PTO/PWM(2) |
|
|
|
|
|
|||
|
1MHz |
|
- |
|
|||||
|
|
|
|||||||
|
|
100KHz |
Q0.0 – Q0.3 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
20KHz |
Q0.4 – Q1.1 |
|
|||||
|
Thẻ nhớ |
|
Hỗ trợ |
|
|
||||
|
Lưu trữ thời gian thực: 20 ngày/nhỏ nhất 12 ngày tại 40oC |
|
|
|
|||||
|
Tích hợp cổng Profinet |
|
1 |
|
|||||
|
Tốc độ xử lý phép toán số thcupực |
2.3 µs/lệnh |
|
||||||
|
Tốc độ xử lý phép toán Boolean |
0.08 µs/lệnh |
|
||||||
Ghi chú:
(*) Signal board (SB), Battery board (B) và communication board (CB).
1-tốc độ xử lý HSC thấp khi sử dụng chế độ lệch pha 900
2-Khi CPU với ngõ ra relay thì có thể mua SB gắn vào mở rộng để sử dụng chế độ phát xung.
2.1.4 Khối hàm, bộ định thì, bộ đếm PLC S7-1200
Trong mục này, chúng ta sẽ cùng tổng quan về số lượng, định dạng … của những khối hàm, bộ định thì, bộ đếm được sử dụng trong PLC S7-120 thông qua bảng số liệu dưới đây
BẢNG 2. 4 Khối hàm, bộ định thì, bộ đếm của PLC S7-1200.
|
|
Thành phần |
Miêu tả |
|
|
Các Block |
|
Kiểu |
OB, FB, FC, DB |
|
|
|
Kích thước |
-30 KB (CPU 1211C) |
|
|
|
|
-50KB (CPU 1212C) |
|
|
|
|
-64KB (CPU 1214C, |
|
|
|
|
CPU 1215C, CPU |
|
|
|
|
1217C) |
|
|
|
Số lượng |
Lên tới 1024 |
|
|
|
Số lần gọi lồng các khối |
16 bắt đầu từ Main |
|
|
|
hàm |
|
|
|
|
Giám sát |
2 Block cùng lúc |
|
Các khối OB |
|
Main |
Nhiều OB Main |
|
|
|
Khởi động |
Nhiều OB khởi động |
|
|
|
Ngắt thời gian |
4 |
|
|
|
Ngắt chu kỳ |
4 |
|
|
|
Ngắt phần cứng |
50 |
|
|
|
Ngắt lỗi thời gian |
1 |
|
|
|
Ngắt chuẩn đoán lỗi |
1 |
|
|
|
Tháo/gắn module |
1 |
|
|
|
Lỗi rack hoặc station |
1 |
|
|
|
Time of day |
Nhiều OB Time of day |
|
|
|
Status |
1 |
|
|
|
Update |
1 |
|
|
|
Profile |
1 |
|
|
|
Kiểu |
IEC |
|
|
|
Số lượng |
Phụ thuộc bộ nhớ |
|
|
|
Lưu trữ |
Lưu trong DB, 16byte |
|
|
|
Kiểu |
IEC |
|
|
|
Số lượng |
Phụ thuộc bộ nhớ |
|
|
|
Lưu trữ |
Phụ thuộc cấu trúc DB. |
|
|
|
|
-SInt, UISnt: 3byte |
|
|
|
|
-Int, UInt: 6byte |
|
|
|
|
-Dint, UDInt: 12byte |
Để tìm hiểu kỹ hơn về PLC S7-1200 chúng ta cùng tìm hiểu chi tiết hơn về những module phần cứng mà PLC S7-120 hỗ trợ đến người dùng. Để từ đó, người dùng có những lựa chọn về sản phẩm phù hợp với ứng dụng theo yêu cầu khách hàng.
2.1.4.1 Module xử lý trung tâm CPU
Module xử lý trung tâm CPU chứa vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thì, bộ đếm, cổng truyền thông Profinet … module lưu trữ chương trình người dùng trong bộ nhớ của nó. Ngoài ra, module CPU có thể tích hợp một vài cổng vào/ra số, analog tùy thuộc vào mã hang (order number).
CPU S7-120 hỗ trợ các protocol như TCP/IP, ISO-on-TCP, S7 communication. Đồng thời, CPU tích hợp những tập lệnh hỗ trợ cho truyền thông như: USS, Modbus RTU, S7 communication „T-Send/T-Receive‟ hay Freeport …
Cổng Profinet tích hợp cho phép CPU có thể kết nối với HMI, máy tính lập trình, hay những PLC S7 thống qua Profinet.
2.1.4.2 Module tín hiệu SM
Module AI: module đọc analog với các loại tín hiệu khác nhau như dòng 4 đến 20 mA (theo cách đấu 2 dây và 4 dây), đọc tín hiệu điện áp 0 đến 10 VDC, đọc tín hiệu RTD, TC …
Module AI/AO: module đọc/xuất analog
Module AO: module xuất tín hiệu analog
Module DI: module đọc tín hiệu digital
Module DI/DO: module đọc/xuất tín hiệu digital
2.1.4.3 Module xử lý truyền thông
Module truyền thông được gắn bên trái CPU và được ký hiệu là CM 1241 CP 124x. Tối đa chỉ có thể gắn được 3 module mở rộng về truyền thông.
- Module xử lý truyền thông CM 1241
Module truyền thông CM 1241 hỗ trợ các protocol theo các tiêu chuẩn như: Truyền thông ASCII: được xử dụng để giao tiếp với những hệ thống của bên thứ 3 (third – party systems) để truyền những giao thức protocol đơn giản như kiểm tra các ký tự đầu và cuối hoặc kiểm tra các thông số của khối dữ liệu.
Truyền thông Modbus: được sử dụng truyền thông theo tiêu chuẩn ModbusRTU. Modbus Master: có thể giao thức với PLC S7 là master. Modbus Slave: có thể giao thức với PLC S7 là slave, không cho phép trao đổi dữ liệu giữa slave với slave trong truyền thông.
Truyền thông USS Driver: lệnh cho phép kết nối USS với Driver. Các Driver. Các Driver có thể trao đổi dữ liệu theo chuẩn RS485, trong truyền thông cho phép điều khiển Driver cũng như đọc và ghi các thông số cần thiết.Truyền thông Point – to – point: kết nối nối đa điểm được sử dụng theo truyền thông trao đổi dữ liệu nối tiếp. Truyền thông đa điểm được ứng dụng trong hệ thống tự động hóa Simatic S7 và những hệ thống tự động hóa khác để liên kết với máy in, điều khiển robot, máy scan, đọc mã vạch …Truyền thông Profibus: được sử dụng với tiêu chuẩn profibus DP hỗ trợ DPV1, có thể sử dụng làm master hoặc slave tùy thuộc vào ứng dụng mà module sử dụng.Module hỗ trợ AS – I Master.
b.Module xử lý truyền thông CP 124x
Module xử lý truyền thông CP 123x hỗ trợ những chuẩn truyền thông về GPRS/GSM, Messages/Email, DNP3, SNMP, Teleservice …
Module CP 1242 – 7: Hỗ trợ kết nối PLC S7 – 1200 với GPRS/GSM.
Module CP 1243 – 1: Hỗ trợ kết nối PLC S7 – 1200 với Messages/ Email,DNP3, SNMP, Redundancy …
2.1.5 Module nguồn cung cấp Power module
Module nguồn Power module cung cấp nguồn hoạt động cho các module phần cứng kết nối với CPU. Tên viết tắt của module nguồn S7 – 1200 là PM 1207. Module nguồn PM 1207 yêu cầu áp cung cấp đầu vào là 120/230 VAC và ngõ ra là 24 VDC / 2,5 A được thiết lập riêng dành cho S7 – 1200 và không cần cấu hình trong phần cứng.
2.1.6 Các module đặc biệt và Board tín hiệu
a. Module I/O link
Module được sử dụng có thể kết nối lên tới 4 thiết bị I/O – kink phù hợp với đặc tính kỹ thuật I/O – link V1.1. Các thông số của I/O – link có thể cấu hình phần mềm Port Configuration Tool (PCT) V3.2 hoặc phiên bản cao hơn.
b. Module cân SIWAREX
Module cân Siwres WP231 là module cân đa năng cho tất cả các ứng dụng cân đơn giản, phức tạp hay ứng dụng trong đo lực … Module nhỏ gọn dễ dàng lắp đặt với PLC S7 – 1200 và có thể hoạt động độc lập mà không cần PLC S7 – 1200. Module cân Siwares WP1 có thể kết nối trực tiếp với PLC S7 thông qua Ethernet (Modbus TCP/IP ) và RS485 ( Modbus RTU ). Đồng thời, module có thể hoạt động với những PLC hoặc thiết bị của các hãng tự động hóa khác
c. Module cân open
Để mở rộng tính năng kết nối, giao tiếp truyền thông với các thiết bị của nhiều hãng, Siemens phát triển module CM CANopen cho PLC S7 – 1200, cho phép cấu hình với cả hai chế độ Master và slave.
d. Sing Board
Sing Board được cắm phía trên than CPU để có thể mở rộng them DI/DO, AI/AO, Pin backup ( Battery board ) dữ liệu về thời gian thực, mở rộng truyền thông với RS485 ( Communications boards )
2.1.7 Vùng nhớ, địa chỉ và kiểu dữ liệu trong PLC S7 -1200
a. Vùng nhớ chương trình PLC S7 – 1200
CPU hỗ trợ những vùng nhớ để lưu trữ chương trình người dùng, dữ liệu và cấu hình hệ thống như sau: Load memory: Không mất đi ( non – volatile ) và được sử dụng để lưu trữ chương trình người dùng, dữ liệu và cấu hình PLC. Khi một project được download xuống PLC, nó được lưu đầu tiên tại vùng nhớ Load memory. Vùng nhớ này nằm trong thể nhớ MMC (nếu có) hoặc nằm trên CPU. Người dùng có thể tăng dung lượng vùng nhớ bằng thẻ MMC.
Work memory: Vùng nhớ sẽ bị mất dữ liệu khi CPU mất điện. Trong quá trình hoạt động, CPU có thể copy một số phần, chức năng của project từ vùng nhớ Load memory sang vùng nhớ Work memory để thực hiện.Retentive memory: là vùng nhớ được sử dụng để lưu trữ lại những dữ liệu cần thiết, mong muốn khi CPU mất điện hoàn toàn.
b. Thẻ nhớ MMC
Một lựa chọn khác để lưu trữ chương trình người dùng giống như những vùng nhớ được nói ở trên, đó là sử dụng Simatic MMC để lưu trữ chương trình người dùng hoặc transfer chương trình người dùng. Nếu người dùng sử dụng thẻ nhớ MMC, CPU sẽ chạy chương trình từ thẻ nhớ chứ không phải trên vùng nhớ của CPU.
Thẻ nhớ Simatic MMC được sử dụng như một thẻ nhớ chương trình, một thẻ transfer, lưu trữ dữ liệu data log hoặc sử dụng để nâng cấp firmware cho CPU.
Khi muốn download chương trình xuống nhiều CPU giống nhau và cùng một project. Việc sử dụng phần mềm làm tốn kém thời gian … thì việc sử dụng simatic MMC với chức năng là thẻ transfer giúp cho hiệu quả hơn rất nhiều. Người dùng chỉ cần cắm thẻ nhớ MMCvà đợi transfer xong và lấy thẻ nhớ ra.Dùng thẻ nhớ với chức năng thẻ nhớ chương trình thì tất cả những chức năng CPU hoạt động sẽ được load từ thẻ nhớ.
Ngoài ra, thẻ MMC cũng có thể sử dụng để lưu trữ thông tin về data log, mở rộng vùng nhớ lưu trữ cho Web server, hoặc có thể sử dụng để nâng cấp firmware cho CPU ( Ví dụ từ V1.0 lên V2.0, V2.0 lên V2.3 …
2.1.8 Kiểu dữ liệu của S7 – 1200
Kiểu dữ liệu hỗ trợ cho PLC S7-1200 sẽ được giải thích cách định dạng dữ liệu và kích thước dữ liệu thông qua bảng 2.5.
BẢNG 2. 5Kiểu dữ liệu của PLC S7-1200
|
Kiểu dữ liệu |
Miêu tả |
||||
|
Bit và chuỗi Bit |
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
Interger |
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
Số thực – Real |
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
Data and time |
|
|
|||
|
|
tầm từ D#1990-1-1 đến D#2168-12-31 |
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
Char và Sting |
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
Array và Structure |
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
PLC data types |
PLC Data types hay còn gọi là UDT là dạng dữ |
|
|||
|
|
liệu cấu trúc có thể định nghĩa bởi người dùng. |
|
|||
|
|
|
|
|||
|
Pointer |
Pointer hay con trỏ sử dụng để định địa chỉ gián |
|
|||
|
|
tiếp. |
|
|
||
|
|
|
|
|
||
|
BCD(*) |
|
BCD 16 có giá trị từ -999 → 999 |
|
||
|
|
|
BCD32 có giá trị từ -9999999 → 9999999. |
|
||
|
|
|
|
|
||
Ghi chú: (*) BCD không phải kiểu dữ liệu, tuy nhiên được đưa vào vì liên quan tới việc đến việc chuyển đổi dữ liệu sau này.
2.1.9 Vùng nhớ địa chỉ
Step 7 Basic V1x của Tia Portal hỗ trợ cho việc lập trình bằng tag nhớ (Symbolic). Người dùng có thể tạo tag nhớ hay Symbolic (tên gợi nhớ) cho các địa chỉ dữ liệu cần dùng, không phân biệt vùng nhớ toàn cục (global) hay vùng nhớ cục bộ (local). Để truy xuất các Tag nhớ trong chương trình chỉ cần gọi tên của Tag cho các tham số của lệnh.
Để hiểu rõ hơn về cấu trúc CPU và địa chỉ vùng nhớ, chúng ta sẽ đi tìm hiểu sâu hơn về địa chỉ trực tiếp (absolute) là nền tảng cho việc sử dụng các Tag nhớ của PLC.
Vùng nhớ toàn cục – Global memory: CPU cung cấp những vùng nhớ toàn cục như: I (input), Q(output), vùng nhớ nội M (memory). Những vùng nhớ toàn cục có thể được truy xuất ở tất cả các khối.
Khối dữ liệu DB: Cũng là vùng nhớ toàn cục. Ngoài ra vùng nhớ DB nếu được sử dụng với chức năng Instance DB để lưu trữ chỉ định cho FB và cấu trúc bởi các tham số của FB.
Vùng nhớ tạm – Temp ( hay vùng nhớ Local): Vùng dữ liệu cục bộ được sử dụng trong các khối chương trình OB, FC, FB. Vùng nhớ L được sử dụng cho các biến tạm (temp) và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với những khối chương trình gọi nó. Nội dung của mộ khối dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xóa khi kết thúc chương trình.
Vùng nhớ I, Q của PLC S7-1200 có thể truy xuất dưới dạng process image. Để có thể truy xuất trực tiếp và ngay lập tức với ngõ vào/ra vật lý, có thể them “:P”. Ví dụ như: I0.0:P, Q0.0:P.
Chế độ Forcing chỉ có thể ứng dụng cho các tín hiệu vào/ra vật lý (Ix.y:P,Qx.y:P).
BẢNG 2. 6 Bảng phân loại vùng nhớ PLC S7-1200.[4]
|
Vùng nhớ |
Miêu tả |
|
|
|
|
Process image I |
Được copy dữ liệu từ tín hiệu ngõ vào vật lý khi bắt |
|
|
đầu quét chương trình. |
|
|
|
|
Ngõ vào vật lý Ix.y:P |
Đọc địa chỉ ngay lập tức từ ngõ vào của CPU, SB, |
|
|
SM. Có thể dùng chế độ Force với ngõ vào vật lý. |
|
|
|
|
Process image Q |
Chuyển dữ liệu tới tín hiệu ngõ ra vật lý khi bắt đầu |
|
|
quét chương trình. |
|
|
|
|
Ngõ ra vật lý Qx.y:P |
Xuất trực tiếp tới ngõ ran gay lập tức tới ngõ ra vật lý |
|
|
của CPU, SB, SM. Có thể dùng chế độ Force với ngõ |
|
|
vào vật lý. |
|
|
|
|
Vùng nhớ nội M |
Lưu trữ dữ liệu/tham số trước khi đưa ra ngoại vi. Có |
|
|
thể cài đặt để sử dụng chức năng Retentive memory |
|
|
đối với vùng nhớ này. |
|
|
|
|
Vùng nhớ tạm Local |
Vùng nhớ được sử dụng để lưu trữ tạm thời trong các |
|
Memory |
khối OB, FB, FC. Dữ liệu sẽ mất khi ngừng gọi khối. |
|
|
|
|
Khối dữ liệu DB |
Được sử dụng theo định dạng vùng nhớ toàn cục, |
|
|
hoặc lưu dữ liệu và tham số cho khối hàm FB. Có thể |
|
|
cài đặt để sử dụng chức năng Retentive meory đối với |
|
|
vùng nhớ này. |
|
|
|
2.2 Giới thiệu về PLC S7-1200
Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động. Sự kết họp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7- 1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau.
Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích họp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ. Sau khi người dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng. CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình người dùng, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phức họp và việc truyền thông với các thiết bị thông minh khác.
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và chương trình điều khiển: Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép người dùng cấu hình việc truy xuất đến các chức năng của CPU.
Người dùng có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mã nằm trong một khối xác định.
HÌNH 2. 12 Các bộ phận PLC
Chú thích các số
1 Bộ phận kết nối nguồn
