Thiết Kế Hệ Thống Cân Định Lượng - Tài Liệu Text - 123doc

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.doc) (52 trang)

Trang chủ

Cao đẳng - Đại học

Kỹ thuật - Công nghệ

Thiết Kế Hệ Thống Cân Định Lượng

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.17 MB, 52 trang )

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNGMỤC LỤCLỜI NÓI ĐẦUPHẦN 1: Tổng quan về đề tàiChương 1: Giới thiệu hệ thống cân định lượngChương 2: Thiết bịChương 3: Giới thiệu PLC S7 300Chương 4: Tổng quan hệ thống SCADA phần mềm WINCCPHẦN 2: Mô phỏng và lập trìnhChương 1: Mô phỏng WINCCChương 2: Lập trình PLCPage 1ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNGLỜI NÓI ĐẦUTrong quá trình sản xuất tại các nhà máy, khu công nghiệp tập trung hiện nay khâuđịnh lượng vô cùng quan trọng. Khâu định lượng giúp xác định chính xác khối lượngnguyên vật liệu, thành phẩm và bán thành phẩm tronng sản xuất. Các thiết bị định lượngcó mặt trong hầu hết các khâu trong hệ thống, công đoạn sản xuất: cung ứng tồn trữnguyên vật liệu, cấp liệu cho từng giai đoạn, cân và đóng gói sản phẩm…Tự động điều khiển giám sát các quá trình sản xuất nói chung và cân định lượng nóiriêng là một trong những ưu tiên hàng đầu của cac doanh nghiệp nhằm nâng cao năngsuất hạ giá thành sản phẩm, giảm chi phí hoạt động tăng cường khả năng cạnh tranh trongquá trình hội nhập hiện nay.Những ứng dụng và lợi ích của hệ thống cân định lượng là rất lớn vì vậy em đã lựachọn để tài “ thiết kế hệ thống cân định lượng”. Thông qua những tìm hiểu của em về hệthống cân định lượng còn nhiều thiếu sót mong nhận được sự đánh giá và góp ý của thầycô.Em xin trân thành cảm ơn !Hà Nội, ngày tháng năm 2014Page 2ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNGPHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀICHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG1.1 Giới thiệu chungCùng với sự phát triển kinh tế, sự mở rộng sản xuất công nghiệp ứng dụng của hệ thốngcân định lượng ngày càng lớn. Yêu cầu cho hệ thống ngày càng đòi hỏi độ chình xác cao,sản lượng lớn. Những ứng dụng của hệ thống cân định lượng là rất nhiều, em đã chon cânđịnh lượng trong khâu định lượng bán thành phẩm nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi làhướng tìm hiểu sâu về đề tài của mình.1.1.1 Sản xuất thức ăn chăn nuôiThức ăn chăn nuôi là một nhân tố quan trọng trong phát triển chăn nuôi. Ở nước tahiện nay đã và đang sử dụng thức ăn chăn nuôi hỗn hợp công nghiệp bên cạnh sử dụngthức ăn chăn nuôi truyền thống. Thức ăn công nghiệp cần sản xuất tại các nhà máy thứcăn chăn nuôi quy mô lớn với hệ thống tự động hóa trong đó có hệ thống cân tự độngtrong phối trộn nguyên liệu thức ăn. Việc áp dụng cân định lượng trong khâu sản xuấtgiúp giảm lao động, nâng cao hiệu quả, giảm chi phí sản xuất hạ giá thành sản phẩmchăn nuôi.Thức ăn chăn nuôi gồm nhiều thành phần với tỷ lệ khác nhau vì vậy cân định lượng cầnđảm bảo tính chính xác và hiệu quả.Page 3ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP1.1.2HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNGSƠ ĐỒ CÔNG NGHỆCHƯƠNG 2: THIẾT BỊ2.1. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CHỈ THỊ KHỐI LƯỢNG:Thiết bị chỉ thị khối lượng (đầu cân) có nhiều loại, do nhiều hãng sản xuất khácnhau. Tuỳ mỗi loại và yêu cầu cho từng công việc mà đầu cân có nhiều chức năng khácnhau. Tuy nhiên các chức năng cơ bản của một đầu cân vẫn là lấy tín hiệu điện áp từPage 4ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNGloadcell, biến đổi A/D, xử lý và hiển thị khối lượng cân được ra đèn Led 7 đoạn hoặcmàn hình tinh thể lỏng, có thể truyền dữ liệu về máy tính hoặc ra máy in. Ngoài ra còn cócác chức năng như “Auto Zero”, “Tare”, “Clear”… Để thực hiện các chức năng như trênvới độ chính xác cao, đầu cân phải có một bộ nguồn chuẩn ổn định cấp cho loadcell vàA/D. Thông thường A/D sử dụng là loại 16 bits hoặc cao hơn sẽ cho độ phân giải là lớnhơn một phần 65536 (216) và như vậy độ chính xác sẽ rất cao. Ngoài bộ vi xử lý đủmạnh, đầu cân nhất thiết phải có bộ nhớ để lưu trữ số liệu sau khi cân chỉnh.Ngoài ra tuỳ theo yêu cầu của trạm cân mà có thể có thêm thiết bị hiển thị từ xa haykhông.Sau đây giới thiệu hình ảnh một số đầu cân và thiết bị hiển thị từ xa trong thực tế:Hình 2.1: Giới thiệu hình ảnh một số loại đầu cân có trong thực tế2.1.1. Đặc điểm đầu cân BDI –9301:- Điều chỉnh hoàn toàn dùng kỹ thuật số làm cho việc chỉnh điểm 0 và định bước cân(span) trở nên dễ dàng. Không cần phải nạp và xoá trọng lượng đặt một cách liên tục.Page 5ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG- Có 16 hàm chức năng được điều chỉnh thông qua 16 phím nhấn. Có thể sử dụng chorất nhiều ứng dụng cân tĩnh cũng như cân động.- Cho phép khởi động lại các giá trị mặc định tạo bởi nhà sản xuất khi có sự cố đốivới hoạt động bình thường.- Chức năng kiểm tra hệ thống sẽ kiểm tra từng bộ phận của hệ thống để bảo đảmhoạt động đúng.- Hai chương trình chứa các giá trị như: Final Weight (SETPOINT), Upper Limit(HI), Lower Limit (LO), Preliminary Weight (PRELIM) và tầm bù rơi tự do (FreeFall) cóthể được lưu trữ.2.1.2. Giải thích cách chỉnh cân:- Chỉnh độ phân giải: Khối lượng hiển thị lên màn hình thì dựa vào độ phân giải này.Đây là khoảng thay đổi nhỏ nhất mà thiết bị có thể nhận biết được. Ví dụ nếu đặt độ phângiải nhỏ nhất là 1 thì thiết bị sẽ hiển thị cách nhau 1 đơn vị như là 101, 102, 103.… Nếuđộ phân giải nhỏ nhất là 2 thì sẽ hiển thị 100, 102, 104… Có thể lựa chọn độ phân giảinày là 1, 2, 5, 10, 20 hay 50 và được giới hạn theo khối lượng tối đa được cho trongcatalogue của BDI-9301.- Chỉnh Zero: Đây là cách chỉnh khi trên bàn không có vật cần cân. Thực hiện việcnày là để BDI-9301 biết được một giá trị cơ sở để so sánh với khối lượng thêm vào. Cóthể phải chỉnh Zero theo một chương trình thường xuyên để tránh ảnh hưởng của việcthay đổi theo nhiệt độ hay các ảnh hưởng khác.- Khối lượng tối đa: Đây là cách chỉnh khối lượng lớn nhất mà người sử dụng muốncân. Điều này phụ thuộc vào tải trọng của loadcell hay là những giới hạn khác mà ngườidùng đặt. Độ phân giải sẽ phụ thuộc vào khối lượng lớn nhất này.- Cân chỉnh bước cân (Span Calibration): Với việc chỉnh Zero nhằm mục đích đặt giátrị ban đầu là không, cân chỉnh bước cân là xác định điểm giới hạn mà có thể cân được(khối lượng lớn nhất). Điều này là để cho BDI-9301 biết hai đầu mút mà có thể cân đượcchính xác. BDI-9301 sẽ tính toán giá trị cân được nếu khối lượng cần cân nằm trong haigiới hạn này. Tuy nhiên, trong thực tế có thể dùng các khối lượng chuẩn để cân chỉnh choviệc này mà không nhất thiết phải dùng khối lượng tối đa (nhưng khối lượng chuẩn cànggần giới hạn lớn nhất thì cho kết quả càng chính xác).- Sở dĩ cần cân chỉnh Zero là để A/D đọc giá trị sai lệch điện áp ban đầu khi không cóvật gì ở trên bàn cân. Chỉnh bước cân là cho A/D biết được giá trị điện áp ứng với mộtPage 6ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNGkhối lượng chuẩn đặt lên bàn cân. Từ đó, bộ xử lý sẽ lấy hiệu số hai giá trị điện áp này vàchia khối lượng chuẩn để ra một hệ số tương ứng cho mỗi đơn vị cân và lưu các giá trịnày vào bộ nhớ. Khi có khối lượng cần cân, bộ xử lý sẽ đọc giá trị điện áp và trừ đi điệnáp ở trạng thái Zero rối chia cho hệ số đã lưu trước đó sẽ ra được khối lượng cần cân.Ngoài ra, khi cần chỉnh cho đầu cân nếu điện áp ngõ ra loadcell quá lớn lúcchỉnh Zero thì thêm một điện trở giữa EXC+ và SIG- của Loadcell như hình 2.2a.Hoặc ngược lại nếu tín hiệu ra của Loadcell quá nhỏ (lệch âm) khi cân chỉnh Zerothì trong trường hợp này phải mắc thêm một điện trở phụ giữa EXC+ và SIG+ nhưtrong hình 2.2b.Các điện trở mắc thêm này phải có giá trị điện trở lớn (thường là từ 50KΩ đến 500KΩ); cóchất lượng cao và có hệ số nhiệt thấp. Các lỗi khi cân chỉnh trên đây và một số lỗi khác sẽ đượcbáo lên màn hình và cách xử lý đã được hướng dẫn trong “Operation Manual” của BDI-9301.Exc+Exc+Sig+Sig+Exc-Exc-Sig-Siga)b)Hình 2.2: Sơ đồ chỉnh điện áp đầu cân ngõ ra loadcell2.2. GIỚI THIỆU VỀ LOADCELL2.2.1. Lý thuyết về loadcell:Cảm biến lực dùng trong việc đo khối lượng được sử dụng phổ biến là loadcell. Đâylà 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. Sauđây là giới thiệu về loại cảm biến này.Bộ phận chính của loadcell là những tấm điện trở mỏng loại dán. Tấm điện trở làmột phương tiện để biến đổi một biến dạng nhỏ thành sự thay đổi tương ứng trong điệntrở. Một mạch đo dùng các miếng biến dạng sẽ cho phép thu được một tín hiệu điện tỉ lệvới mức độ thay đổi của điện trở. Mạch thông dụng nhất sử dụng trong loadcell là cầuWheatstone.Page 7ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG- Nguyên lý:Cầu Wheatstone là mạch được chọn dùng nhiều nhất cho việc đo những biến thiênđiện trở nhỏ (tối đa là 10%), chẳng hạn như việc dùng các miếng đo biến dạng. Phần lớncác thiết bị đo đạc có sẵn trên thị trường đều không ít thì nhiều dùng phiên bản của cầuWheatstone đã được sàng lọc. Như vậy, việc tìm hiểu nguyên lý cơ bản của loại mạchnày là một điều cần thiết.R1R2EmZmR4R3V+-Hình 2.3: Mạch cầu WheatstoneCho một mạch gồm bốn điện trở giống nhau R1, R2, R3, R4 tạo thành cầuWheatstone như trên hình trên. Đối với cầu Wheatstone này, bỏ qua những số hạng bậccao, hiệu thế đầu ra Em thông qua thiết bị đo với trở kháng Zm sẽ là:V∆R1 ∆R 2 ∆R3 ∆R 4Em =(V)[−+−]Với: - Ġ là biến đổi đơnRR1R2R3R44(1 +)vị của mỗi điện trở RiZm- R là điện trở danhnghĩa ban đầu của các điện trở R1, R2, R3, R4 (thường là 120 ohms, nhưng có thể là 350ohms dành cho các bộ cảm biến).- V là hiệu thế nguồn.Điện thế nguồn có thể thuộc loại liên tục với điều kiện là dùng một nguồn nănglượng cung cấp thật ổn định. Các thiết bị trên thị trường đôi khi lại dùng nguồn cung cấpPage 8ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNGxoay chiều. Trong trường hợp đó phải tính đến việc sửa đổi mạch cơ bản để có thể giảiđiều chế thành phần xoay chiều của tín hiệu.Trong phần lớn các trường hợp, Zm rất lớn so với R (ví dụ như Volt kế số, bộkhuếch đại với phần nối trực tiếp) nên biểu thức trên có thể viết lại là:Em =(V)V ∆R1 ∆R 2 ∆R3 ∆R 4[−+−]4 R1R2R3R4Phương trình trên chothấy là sự biến đổi đơn vị điện trở của hai điện trở đối mặt nhau, ví dụ là R1 và R3, sẽ làcộng lại với nhau trong khi tác động của hai điện trở kề bên nhau, ví dụ là R1 và R2, lạilà trừ khử nhau. Đặc tính này của cầu Wheatstone thường được dùng để bảo đảm tính ổnđịnh nhiệt của các mạch miếng đo và cũng để dùng cho các thiết kế đặc biệt .2.2.2. Một số Loadcell thực tế:Có nhiều loại loadcell do các hãng sản xuất khác nhau như KUBOTA (của Nhật),Global Weighing (Hàn Quốc), Transducer Techniques. Inc, Tedea – Huntleigh... Mỗi loạiloadcell được chế tạo cho một yêu cầu riêng biệt theo tải trọng chịu đựng, chịu lực kéohay nén. Tùy hãng sản xuất mà các đầu dây ra của loadcell có màu sắc khác nhau.Các màu sắc này đều được cho trong bảng thông số kỹ thuật khi mua từng loạiloadcell.Trong thực tế còn có loại loadcell sử dụng kỹ thuật 6 dây cho ra 6 đầu dây. Sơ đồnối dây của loại loadcell này có thể có hai dạng như sau:a. Dạng nối dây1b.Dạng nối dây 2Hình 2.4: Các dạng nối dây của loadcellNhư vậy, thực chất loadcell cho ra 6 dây nhưng bản chất vẫn là 4 dây vì ở cả hai cách nối ta tìmhiểu ở trên thì các dây +veInput (Exc+) và +veSense (Sense+) là nối tắt, các dây -veInput (Exc-) và-veSense (Sense-) là nối tắt.Có nhiều kiểu hình dạng loadcell cho những ứng dụng khác nhau. Do đó cách kếtnối loadcell vào hệ thống cũng khác nhau trong từng trường hợp.Thông số kỹ thuật của từng loại loadcell được cho trong catalogue của mỗi loadcellPage 9ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNGvà thường có các thông số như: tải trọng danh định, điện áp ra danh định (giá trị này cóthể là từ 2 miliVolt/Volt đến 3 miliVolt/Volt hoặc hơn tuỳ loại loadcell), tầm nhiệt độhoạt động, điện áp cung cấp, điện trở ngõ ra, mức độ chịu được quá tải... (Với giá trị điệnáp ra danh định là 2miliVolt/Volt thì với nguồn cung cấp là 10 Volt thì điện áp ra sẽ là 20miliVolt ứng với khối lượng tối đa).Tuỳ ứng dụng cụ thể mà cách chọn loại loadcell có thông số và hình dạng khácnhau. Hình dạng loadcell có thể đặt cho nhà sản xuất theo yêu cầu ứng dụng riêng. Sauđây là hình dạng của một số loại loadcell có trong thực tế.CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PLC S7-3003.1. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ KHẢ TRÌNH PLC:3.1.1. Giới thiệu chung:PLC là viết tắt của Programmable Logic Control là thiết bị điều khiển Logic lập trình hay khả trìnhđược, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình.Page 10ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNGTrong lĩnh vực tự động điều khiển, bộ điều khiển PLC là thiết bị có khả năng lậptrình được sử dụng rộng rãi. Kỹ thuật PLC được sử dụng từ những năm 60 cà được sửdụng chủ yếu để điều khiển và tự động hoá quá trình công nghệ hoặc các quá trình sảnxuất trong công nghiệp. Đặc trưng của PLC là sử dụng vi mạch để xử lý thông tin, nócũng giống như con vi xử lý xong việc lập trình và tốc độ thuận tiện hơn, xử lí nhanh hơnvà 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 dongười dùng lập nên và cài vào. Cùng với lí do này nên chúng ta giải quyết các bài toán tựđộng hoá một cách dễ dàng, khác nhau nhưng cùng chung một bộ điều khiển và chỉ thayđổi 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 chínhBus thànhđịa chỉ- Có thể tính toán chính xác giáBộđệm- Cần ít thời gian làm quen Bus điều khiển- 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 rộngBộnhớ hệdễdàngthốngROMBộnhớNguồnKhối- Dễ bảotrì, các chỉthị vào CPUra giúp xửClocklý sự cốvà nhanhhơnBộ nhớDữpinchươngbộ vivàoliêutrìnhlý phần cứng điều khiểnra- Độ tin cậy cao, chuẩn hoáxửđượcEEPROMRAMtuỳ chọnBộ nhớchươngtrìnhEEPROM- Thích ứng với môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động, tiếngBộBus địa chỉồn. đệmBộĐứng đầu về các hệ PLC hiệnphảivào/rakể đến các công ty AltanBrellay của Mỹ,Busnayhệ thốngđệmcông ty MitSubiShi, Omron của Nhật, Siemens của Đức, ABB của Thuỵ Sĩ, Schnider củaPháp…Mạch chốtBộ đệmPanelCấu trúc chung của một hệ thống PLC được thể hiện trên sơ đồ hình 3.1.Mạch giao tiếpMạch cách lyMạch cách lyPage 11Kênh ngõ vàoKênh ngõ raHình 3.1: Sơ đồ cấu trúc bên trong PLClập trìnhĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPPage 12HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNGĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG3.1.2. Bộ nguồn:Bộ nguồn cung cấp điện cho PLC hoạt động, việc chọn bộ nguồn dựa trên dòng tiêuthụ của điện áp một chiều (5 VDC hoặc 24 VDC). Dòng tiêu thụ của các phân tử PLCphải nhỏ hơn dòng điện cấp của bộ nguồn để không bị quá tải.3.1.3. CPU:Thành phần cơ bản của PLC là khối vi xử lý CPU. Sản phẩm của mỗi hãng có đặctrưng cho tính linh hoạt, tốc độ xử lý khác nhau. Về hình thức bên ngoài, các hệ CPU củacùng 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 hỏiCPU phải có tốc độ xử lý nhanh để có thể mô phỏng các hiện tượng logic vật lý xảy ranhanh trong thế giới thực, CPU có tần số nhịp càng cao thì xử lí càng cao. Tuy nhiên tốcđộ cũng bị ảnh hưởng bởi cách lập trình cho PLC.3.1.3.1. Module CPUModule CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thờigian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485)… và có thể còn có một vài cổng vào rasố. Các cổng vào ra số có trên moduleCPU được gọi là cổng vào ra onboard.PLC S7_300 có nhiều loạimodule CPU khác nhau. Chúng được đặtHình 3.2: Module CPUtên theo bộ vi xử lý có trong nó nhưmoduleCPU312, module CPU314, module CPU315…Những module cùng sử dụng 1 loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng vào/raonboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điềuhành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ được phân biệt với nhau trongtên gọi bằng thêm cụm chữ IFM (Intergrated Function Module). Ví dụ như ModuleCPU312 IFM, Module CPU314 IFM…Ngoài ra còn có các loại module CPU với 2 cổng truyền thông, trong đó cổng truyềnthông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán. Các loại modulenày phân biệt với các loại module khác bằng cụm từ DP (Distributed Port) như là moduleCPU315-DP.3.1.3.2. Module mở rộng:Thiết bị điều khiển khả trình SIMATIC S7-300 được thiết kế theo kiểu module. CácPage 13ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNGmodule này sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Việc xây dựng PLC theo cấu trúcmodule rất thuận tiện cho việc thiết kế các hệ thống gọn nhẹ và dễ dàng cho việc mở rộnghệ thống. Số các modul được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng ứng dụng nhưng tốithiểu bao giờ cũng phải có một module chính là module CPU, các module còn lại lànhững 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.Các module mở rộng chia thành 5 loại chính:3.1.3.2.1. Module nguồn nuôi (PS - Power supply):Có 3 loại: 2A, 5A, 10A.3.1.3.2.2. 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, 32tuỳ từng loại module.- DO (Digital output): Module mở rộng các cổng ra số. Số các cổng ra số mở rộngcó thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại module.- DI/DO (Digital input/Digital output): Module mở rộng các cổng vào/ra số... Số cáccổng vào/ra số mở rộng có thể là 8 vào/8ra hoặc 16 vào/16 ra tuỳ từng loại module.- AI (Analog input): Modulee mở rộng các cổng vào tương tự. Số các cổng vàotương 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 tươngtự có thể là 2, 4 tuỳ từng loại module.- AI/AO (Analog input/Analog output): Modulee 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 đềuphải được chuyển đổi thành tín hiệu số. Cũng như các module số, người sử dụng cũng cóthể thiết lập các thông số cho các module analog.3.1.3.2.3. Module ghép nối (IM - Interface module):Module ghép nối nối các module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quảnlý chung bởi 1 module CPU. Thông thường các module mở rộng được gắn liền với nhautrên một thanh đỡ gọi là rack. Trên mỗi rack có nhiều nhất là 8 module mở rộng (khôngkể module CPU, module nguồn nuôi). Một module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếpvới 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:Page 14ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG- IM 360: Là module ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứa 8 module trên đóvới khoảng cách tối đa là 10 m lấy nguồn từCPU.- IM 361: Là module ghép nối có thể mởrộng thêm ba tầng, với một tầng chứa 8module với khoảng cách tối đa là 10 m đòihỏi cung cấp một nguồn 24 VDC cho mỗitầng.- IM 365: Là module ghép nối có thể mởrộng thêm một tầng chứa 8 module trênHình 3.3: Module ghép nốiđó với khoảng cách tối đa là 1m lấy nguồn từ CPU.3.1.3.2.4. Module chức năng (FM - Function module):Module có chức năng điều khiển riêng. Ví dụ như module PID, module điều khiểnđộng cơ bước…3.1.3.2.5. Module truyền thông (CP - Communication module):Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLCvới máy tính.Page 15ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNGPSMàn hình PCHình 3.4: Mô hình kết nối của SIMATIC S7-3003.1.4. Bộ nhớ:Dung lương bộ nhớ nói lên khả năng nhớ của PLC đo bằng đơn vị Kbyte nhưngcũng 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 thuộcPage 16ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNGkiểu 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 hìnhthức 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 cókhả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác. Các dữ liệu nàyphải 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 chiathành 7 miền khác nhau:•••••••I (Process image input): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào sốQ (Process image output): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra sốM: Miền biến cờT: 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 baogồm kết quả của các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình bộ đệmtruyền thông. Một phần của bộ nhớ này thuộc kiểu đọc ghi được.Vùng dữ liệu chia thành 2 loại:• DB (Data block): Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối. Kích thướccũng 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 hìnhthức với những khối chương trình đã gọi nó. Nội dung của dữ liệu trong miền nhớ này sẽbị 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 trúcbộ nhớ CPU của PLC S7-300 bao gồm:+ Vùng nhớ chứa các thanh ghi+ Vùng system memory+ Vùng Load memoryPage 17ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG+ Vùng Work memoryKích thước các vùng nhớ này phụ thuộc vào chủng loại của từng module CPU.Load memory: là vùng nhớ chứa chương trình ứng dụng (do người sử dụng viết) baogồm tất cả các khối chương trình ứng dụng OB, FC, FB, các khối chương trình trong thưviện 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), thanhghi 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 nhữngtham số hình thức để các khối chương trình này trao đổi tham trị với hệ điều hành và vớicác khối chương trình khác (Local Block). Tại một thời điểm nhất định vùng Workmemory chỉ chứa một khối chương trình. Sau khi khối chương trình đó được thực hiệnxong thì hệ điều hành sẽ xoá nó khỏi Work memory và nạp vào đó khối chương trình kếtiếp đến lược thực hiện.AccumulatorACCU1ACCU2Address registerSysterm memoryBộ đệm ra sốBộ đệm vào sốVùng nhớ cờTimerCouterQIMTCAR1AR2Work memoryData block register• Logic blockDB (share)DI (instance)• Data blockStatus word• Local block, StackLoad memoryStatus• User program (EEPROM)• User program (RAM)Hình 3.5: Phân chia các vùng ô nhớ trong CPUPage 18ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG3.1.5. 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 tớivùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quétchương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1 (BlockEnd). Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệmảo Q tới các cổng ra số. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ vàkiểm 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 thựchiện trong một khoảng thời gian như nhau. Mà tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương trìnhđược thực hiện, vào khối lượng dữ liệu được truyền thông... trong vòng quét đó.Truyền thông vàkiểm tra nội bộChuyển dữ liệutừ cổng vào tới IVÒNGQUÉTChuyển dữ liệu từcổng vào QThực hiệnchương trìnhHình 3.6: Vòng quét chương trìnhNhư vậy, việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điềukhiển tới đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét. Nói cáchkhác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khiểntrong PLC. Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càngPage 19ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNGcao.Chương trình xử lí ngắt có thể xâm nhập vào bất kì giai đoạn nào của chu trình vòngquét. Vì thế, thời gian vòng quét sẽ càng lớn khi càng có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiệntrong 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 dụngchế độ ngắt trong chương trình điều khiển.Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thường lệnh không làm việc trực tiếp với cổngvào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo. Việc truyền thông gữa bộ đệm ảo với ngoại vi trongcác giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý. Ở một số module CPU, khi gặp lệnhvào/ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lýngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra.3.1.6. 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 thôngqua 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 vòngquét, nội dung của bộ đệm ra (process image output table-Q) lại được CPU chuyển tớicổng ra của các module ra số (DO). Việc thay đổi nội dung hai bộ đệm này được thựchiện bởi chương trình ứng dụng. Nếu trong chương trình ứng dụng có nhiều lệnh đọccổng vào số thì cho dù giá trị logic thực có của các cổng vào này có thể bị thay đổi trongquá trình thực hiện vòng quét, chương trình sẽ vẫn luôn đọc được cùng một giá trị từ I vàgiá trị đó chính là giá trị của cổng vào có tại thời điểm đầu vòng quét. Cũng như vậy, nếuchương trình ứng dụng nhiều lần thay đổi giá trị cho một cổng ra số thì do nó chỉ thay đốinội dung bit nhớ tương ứng trong Q nên chỉ có giá trị thay đổi cuối cùng mới thực sự đưatới cổng ra vật lý của module DO.Khác hẳn với việc đọc/ghi cổng số, việc truy nhập cổng vào/ra tương tự lại đượcCPU thực hiện trực tiếp với module mở rộng (AI/AO). Như vậy mỗi lệnh đọc giá trị từđịa chỉ thuộc vùng PI (peripheral input) sẽ thu được một giá trị đúng bằng giá trị thực cóở 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 vùngPQ (peripheral output), giá trị đó sẽ đươc gửi ngay tới cổng ra tương tự của module.Page 20ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNGPeripheral inputPeripheral outputPI (64K)PQ (64K)ModuleDI0Processimage inputtable (I):127Đọc/ghigián tiếp:ModuleAI256:Processimag outputtable (Q)Chương trìnhGhi trực tiếpĐọc trực tiếp ứng dụng767:(user program)0:127ModuleDO:256:767ModuleAO:Tuy nhiên miền địa chỉ PI và PQ lại được cung cấp nhiều hơn là số các cổng vào/ratương tự có thể có của một trạm. Điều này tạo khả năng kết nối các cổng vào/ra số vớinhững địa chỉ dôi ra đó trong PI/PQ giúp chương trình ứng dụng có thể truy nhập trựctiếp các module DI/DO mở rộng để có được giá trị tức thời tại cổng mà không cần thôngqua bộ đệm I và Q.3.1.7. Cấu trúc chương trình:- Lập trình tuyến tính:Kĩ thuật lập trình tuyến tính là phương pháp lập trình mà toàn bộ chương trình ứngdụng sẽ chỉ nằm trong một khối OB1. Kĩ thuật này có ưu điểm là gọn, rất phù hợp vớiPage 21ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNGnhững bài toán điều khiển đơn giản, ít nhiệm vụ.Lệnh 1Vòng quétLệnh 2OB1Lệnh cuối cùngHình 3.8: Lập trình tuyến tính.- Lập trình có cấu trúc:Chương trình được chia thành những phần nhỏ với từng nhiệm vụ riêng và các phầnnày nằm trong những khối chương trình khác nhau. Loại hình cấu trúc này phù hợp vớinhững bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ và phức tạp. PLC S7-300 có 4 loại khối cơbản:+ Loại khối OB (Oganization block): Khối tổ chức và quản lý chương trình điềukhiển. Có nhiều loại khối OB với những chức năng khác nhau, chúng được phân biệt vớinhau bằng một số nguyên đi sau nhóm kí tự OB, ví dụ OB1, OB35, OB40, OB80,..Trongkhi khối OB1 được thực hiện đều đặn ở từng vòng quét trong giai đoạn thực hiện chươngtrình (giai đoạn 2) thì các khối OB khác chỉ được thực hiện khi xuất hiện tín hiệu báongắt tương ứng, nói cách khác chương trình viết trong khối OB này chính là chương trìnhxử lý tín hiệu ngắt (event).+ Loại khối FC (Program block): Khối chương trình với những chức năng riêng giốngnhư một chương trình con hoặc một thủ tục (chương trình con có biến hình thức). Mộtchương trình ứng dụng có thể có nhiều khối FC và các khối FC này được phân biệt vớinhau 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 mộtPage 22ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNGlượng dữ liệu lớn với các khối chương trình khác. Các dữ liệu này phải được tổ chứcthành khối dữ liệu riêng có tên gọi là Data block. Một chương trình ứng dụng có thể cónhiều khối FB và các khối FB này được phân biệt với nhau bằng một số nguyên saunhóm ký tự FB, chẳng hạn như FB1, FB2,…+ Loại khối DB (Data block): Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiện chươngtrình. Các tham số của khối do người dùng tự đặt. Một chương trình ứng dụng có thể cónhiều khối DB và các khối DB này được phân biệt với nhau bằng một số nguyên saunhóm ký tự DB, chẳng hạn như DB 1, DB 2,…Chương trình trong các khối được liên kết với nhau bằng các lệnh gọi khối, chuyểnkhối. Xem những phần chương trình trong các khối như là chương trình con thì S7-300cho phép gọi chương trình con lồng nhau, tức là từ chương trình con này gọi đến mộtchương trình con khác và từ chương trình con này lại gọi tới chương trình con thứ 3... Sốcác lệnh gọi lồng nhau phụ thuộc vào từng chủng loại module CPU mà ta sử dụng. Ví dụnhư 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 độSTOP và đặt cờ báo lỗi.HệđiềuhànhFC1FB2OB1FB5FC3Số các lệnh gọi lồng nhau nhiều nhấtcho phép tuỳ từng loại module CPUHình 3.9: Lập trình có cấu trúcPage 23FC7FB9ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG3.1.8. Bộ thời gian (Timer):Bộ thời gian là bộ tạo thời gian trễ τ mong muốn giữa tín hiệu logic đầu vào u(t) vàtín hiệu logic đầu ra y(t).S7-300 có 5 loại Timer khác nhau. Thời ÷ gian trễ τ mong muốn được khai báo vớiTimer bằng 1 giá trị 16 bits trong đó 2 bits cao nhất không sử dụng, 2 bits cao kế tiếp làđộ phân giải của Timer, 12 bits thấp là 1 số nguyên BCD trong khoảng 0999 được gọi làPV (Preset Value).Thời gian trễ τ chính là tích:τ = Độ phân giải x PVKhông sử dụngGiá trị PV dưới dạng mã BCD0 ≤ PV ≤ 999Độ phân giải10ms100ms1s10sHình 3.10: Cấu hình giá trị thời gian trễ đặt trướccần khai báo với timerThời gian có thể được khai báo dưới dạng bằng kiểu S5T- Ví dụ:S5T#3sTrong đồ án sử dụng loại Timer SD là loại Timer trễ theo sườn lên không có nhớ (OnDelay Timer): Ngõ ra lên mức 1 khi ngõ vào EN=1 và giá trị CV (Current Value) = 0.3.1.9. Bộ đếm (Counter):Counter là bộ đếm có chức năng đếm ÷ sườn xung của tín hiệu đầu vào. Có tối đa256 Counter được kí hiệu từ C0C255. Có 2 loại:- Bộ đếm tiến:Đếm số sườn lên của tín hiệu logic đầu và tức là đếm số lần thay đổi trạng thái từ 0Page 24ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNGlên 1 của tín hiệu. Số sườn xung đếm được ghi vào thanh ghi 2 byte của bộ đếm. Nộidung của thanh ghi này gọi là giá trị đếm tức thời luôn so sánh với giá trị đặt trước của bộđếm. nếu giá trị đếm tức thời bằng hoạc lớn hơn Giá trị đặt trước thì bộ đếm dặt giá trịlogic bằng 1 và một bit đặc biệt của nó, còn nhỏ hơn thì đặt giá trị logic 0.Bộ đếm tiến đều có chân nối với tín hiệu điều khiển để đặt lại chế độ ban đầu. Bộ đếmđược Reset khi tín hiệu xoá này có giá trị logic1. Khi bộ đếm được Reset thì thanh ghi vàBit đều có giá trị logic 0.- Bộ đếm tiến lùi:Bộ đếm tiến khi gặp sườn lên của xung vào cổng tiến, đếm lùi khi gặp sườn lên củaxung vào cổng lùi. Bộ đếm cũng có Reset như bộ đếm tiến. Nó có giá trị tức thời lớn hơnhoặc bằng giá trị đặt trước khi thanh ghi 2 byte có giá trị logic 1 ngược lại có giá trị 0.Ví dụ:Hình 3.11: Bộ đếm tiến lùi-CU: tín hiệu dếm lên(BOOL)CD:tín hiệu đếm(BOOL)S:tín hiệu đặt(BOOL), khi có sườnlên thì giá trị đặt đượcnạp cho CVPV: giá trị đặt (WORD)R : tín hiệu xoá (BOOL), khi có sườn lên thì giá trị CV được xoá về 0.Q: ngõ raV: giá trị hiện tại của bộ đếm dạng IntegerCV_BCD: giá trị hiện tại của bộ đếm dạng BCD3.1.10. Truyền thông với thiết bị khác:3.1.10.1. Giới thiệu chung:Truyền thông là phần khá phức tạp trong việc làm chủ PLC. PLC họ S7 sử dụng cổngtruyền thông nối tiếp RS485 với phích cắm 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiếtbị lập trình (PC) hoặc với các trạm PLC khác. Ghép nối với PC qua cổng RS232 cần cócáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485.Page 25

Tài liệu liên quan

Thiết kế hệ thống cần trục
- 92
- 587
- 5
Khảo sát thiết kế hệ thống cân băng định lượng nhà máy gạch COTTO Đáy Giếng VIGLACERA Hạ Long
- 56
- 1
- 2
Báo cáo " Phương pháp đánh giá độ ổn định và độ chính xác của một hệ thống cân định lượng phối liệu trong sản xuất vật liệu xây dựng" doc
- 7
- 757
- 3
Phân tích thiết kế hệ thống quản lý lương trong công ty cổ phần dược phẩm AT-IG
- 56
- 677
- 1
Phân tích thiết kế hệ thống quản lý lương theo thời gian
- 54
- 368
- 1
Thiết kế hệ thống cân và đóng gói sản phẩm
- 119
- 891
- 2
Hệ thống cân định lượng
- 59
- 800
- 5
ứng dụng plc cho thiết kế hệ thống cân đóng bao
- 79
- 596
- 0
Thiết kế hệ thống cân dùng Plc
- 87
- 417
- 3
luận văn tốt nghiệp đại học '''' thiết kế hệ thống cân dùng plc ''''
- 96
- 694
- 0