Đồ án Thiết kế thi công mô hình đóng gói và phân loại sản phẩm gạo theo khối lượng dùng plc s7_200 và giao tiếp máy tính

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ NGÀNH ĐIỆN CÔNG NGHIỆP HỌ VÀ TÊN: HUỲNH DUY QUANG MSSV: 103103075 THIẾT KẾ THI CÔNG MÔ HÌNH ĐÓNG GÓI VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM GẠO THEO KHỐI LƯỢNG DÙNG PLC S7_200 VÀ GIAO TIẾP MÁY TÍNH CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HOÁ Giáo viên hướng dẫn: --------------------------------------------- Giáo viên phản biện: ---------------------------------------------- TP. HỒ CHÍ MINH – 19/01/2008 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... TP. HCM: Ngày Tháng Năm 2008 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... TP. HCM: Ngày Tháng Năm 2008 LỜI CẢM ƠN Qua bốn năm học tại trường em được sự giúp đỡ và dìu dắc tận tình của quí Thầy cô. Đến nay khóa học đã kết thúc và chúng em cũng đã hoàn thành Đồ Án Tốt Nghiệp. Đó chính là nhờ vào sự giúp đỡ của quí Thầy Cô, đặc biệt là thầy Bùi Thanh Luân đã hết lòng giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn thành chương trình Đồ Án Tốt Nghiệp này sau mười lăm tuần. Không những thế, các quí thầy cô còn chỉ bảo và truyền đạt những kiến thức cũng như kinh nghiệm quí báu của mình cho chúng em. Do kiến thức và thời gian còn hạn chế nên Đồ Án không thể tránh nhiều thiếu sót, mong quí Thầy Cô, và các bạn góp ý để Đồ Án của em được hoàn chỉnh tốt hơn. Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Ban Giám Hiệu Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ TP. HCM, và toàn thể quí Thầy, Cô giảng dạy khoa Điện - Điện Tử. MỤC LỤC BÌA LỜI CẢM ƠN Trang MỤC LỤC 5 MỞ ĐẦU 6 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 NỘI DUNG ĐỀ TÀI 7 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN 2.1 SƠ ĐỒ MACH NGUỒN +15V, -15V 8 2.2 SƠ ĐỒ MẠCH NGUỒN + 5V, +24V 9 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH HIỂN THỊ SỐ DÙNG 89C51 3.1 GIỚI THIỆU CẤU TRÚC 89C5 10 3.2 MẠCH XỬ LÝ TRUNG TÂM 12 3.3 TÍNH TOÁN MẠCH RESET` 13 3.4 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN HIỂN THỊ SỐ 15 CHƯƠNG 4 GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-200 4.1 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA PLC 17 4.1.1 ĐƠN VỊ XỬ LÝ TRUNG TÂM 17 4.1.2 BỘ NHỚ (MEMORY) 17 4.1.3 BỘ NHỚ GHI ĐỌC 17 4.2 HOẠT ĐỘNG CỦA PLC 18 4.3 PHÂN LOẠI PLC 19 4.4 CÁC BƯỚC THIẾT KẾ MỘT HỆ THỐNG DÙNG PLC 22 4.4.1 XÁC ĐỊNH QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ 22 4.4.2 XÁC ĐỊNH NGÕ VÀO, NGỠ RA 22 4.4.3 VIẾT CHƯƠNG TRÌNH 22 4.4.4 NẠP CHƯƠNG TRÌNH VÀO BỘ NHỚ 22 4.4.5 CHẠY CHƯƠNG TRÌNH 23 4.5 SƠ ĐỒ KẾT NỐI GIỬA PLC VÀ MÔ HÌNH 23 4.6 MÔ TẢ TOÁN HẠNG 24 4.7 MÔ TẢ HOẠT ĐỘNG 27 4.8 LẬP TRÌNH VI ĐIỀU KHIỂN 30 4.9 LẬP TRÌNH PLC 39 4.10 LẬP TRÌNH VB 66 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 MỞ ĐẦU Nước ta đang trong công cuộc hiện đại hoá để từng bước bắt kiệp sự phát triển trong khu vực Đông Nam Á và thế giới về mọi mặt kinh tế và xã hội, công nghiệp sản xuất hàng hoá đống vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế.Việc tự động hoá là sự lựa chọn không tránh khỏi trong mọi lĩnh vực nhằm tạo ra sản phẩm có chất lượng cao, tăng khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường. Ngày nay công nghệ điện tử và sinh học ngày càng phát triển đã góp phần nâng cao năng xuất lao động một cách đáng kể, đặc biệt là các bộ điều khiển, xuất hiện đã đáp ứng hầu hết các yêu cầu đề ra của nền sản xuất công nghiệp hiện đại Tốc độ sản xuất phải nhanh, chất lượng cao và ít phế phẩm, giá nhân công hạ, thời gian chết của máy móc là tối thiểu. Đất nước phát triển, nhu cầu của con người càng cao nên cần có những thiết bị máy móc có thể thay thế được sức lao động của con người, đặc biệt là trong công nghiệp sản xuất, vì vậy mà cần có những dây chuyền sản xuất tự động ra đời giúp chúng ta lao động nhẹ nhàng hơn. Hoà nhịp cùng sự phát triển đó rất nhiều thiết bị tự động ra đời đáp ứng ngày càng tốt hơn yêu cầu của cuộc sống “ MÔ HÌNH THI CÔNG ĐÓNG GÓI VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM GẠO THEO KHỐI LƯỢNG DÙNG PLC S7_200 VÀ GIAO TIẾP MÁY TÍNH ” củng được thiết kế dựa trên nền tảng của tự động hoá. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NỘI DUNG ĐỀ TÀI: MÔ HÌNH ĐÓNG GÓI VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM GẠO THEO KHỐI LƯỢNG DÙNG PLC S7_200 VÀ GIAO TIẾP MÁY TÍNH Băng chuyền có thể được điều khiển bằng các nút nhấn trên bảng điều khiển hoặc các nút nhấn trên giao diện trên máy tính. Trước khi khởi động băng chuyền ta phải truyền khối lượng xuống xuống Cho mõi thùng Khi truyền khối lượng ta có thể kiểm tra được tín hiệu đã được truyền hay chưa nhờ vào sự truyền lên của PLC và đuợc hiển thị trên máy tính Sau khi truyền số kg cho mỗi thùng đã được đặt trước trên máy tính ta nhấn Start băng chuyền hoạt động Khi băng chuyền bắc đầu đong sản phẩm ta có thể quan sát được trạng thái của băng chuyền trên máy tính , đang đong loại thùng nào, bao nhiêu kg , có thể quan sát được khối lượng khi đang đong từ lúc bắc đầu đến khi đủ khối lượng đã được đặt trước trên máy tính , Số thùng của mỗi loại sau khi đóng gói xong, được PLC truyền lên và hiển thị trên máy tính. Sau khi đóng gói xong thì từng loại thùng được phân loại ra theo từng ngăn và có thể quan sát được trên máy tinh Mạch vi điều khiển hiển thị số thùng của mỗi loại sau khi được phân loại. Ta có thể quan sát được giá trị loadcell đang cân trên máy tính PLC truyền lên trạng thái của 6 cảm biến , 3 van và động cơ, nên ta có thể quan sát được trạng thái hoạt động của băng chuyền trên máy tính, băng chuyền ở trạng thái nào START hay STOP , cảm biến nào đang tác động , CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MẠCH NGUỒN 2.1 SƠ ĐỒ MẠCH NGUỒN +15V, -15V: Mục đích: Cấp nguồn cho bộ khuyếch đại tín hiệu từ loadcell H2.1 Sơ đồ mạch nguồn +15V, -15V 2.2 SƠ ĐỒ MẠCH NGUỒN +5V, +24V: Mục đích: Cấp nguồn cho mạch điều khiển và động cơ, role , cảm biến … H2.2 Sơ đồ mạch nguồn +5V H2.3 Sơ đồ mạch nguồn +24V CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MẠCH HIỂN THỊ SỐ DÙNG VI ĐIỀU KHIỂN 89C51 3.1 GIỚI THIỆU CẤU TRÚC 89C51: Đặc điểm và chức năng hoạt động của các IC họ MCS – 51 hoàn toàn tương tự nhau, ở đây giới thiệu IC 89C51 là một họ IC vi điều khiển do hãng Intel của mỹ sản xuất chúng có các đặc điểm chung như sau: 4KB EPROM bên trong 128 Byte Ram nội 4 Port xuất nhập 8 bit Giao tiếp nối tiếp lập trình được 64KB vùng nhớ mả ngoài 64KB vùng nhớ dử liệu 210 vị trí có thẻ định vị bit 4us cho hoạt động nhân hoặc chia Khảo xát sơ đồ chân 89C51 H3.1 Sơ đồ chân IC 89C51 8951 có tất cả 40 chân có chức năng như các đường xuất nhập. Trong đó có 24 chân có tác dụng kép, mỏi đường có thể hoạt động như đường xuất nhập hoặc như đường điều khiển hoặc là thành phần của các bus dữ liệu và bus địa chỉ. Port 0: Là port có 2 chức năng ở các chân 32-39 của 8951. Trong các thiết kế cở nhỏ không dùng bộ nhớ mở rộng nó có chức năng như các đường I/O, Đối với các thiết kế cỡ lớn có bộ nhớ mỡ rộng, nó được kết hợp giữa bus địa chỉ và bus dữ liệu. Cần chú ý là khi Port 0 được dùng như một ngỏ I/O bình thường thì cần có điện trở kéo lên do port 0 có cấu tạo là cực thu hở. Port1: Là Port I/O trên các chân từ 1-8 có thể dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoài nếu cần. Port1 không có chức năng khác vì vậy chúng chỉ được dùng cho giao tiếp với các thiết bị ngoài. Port 2: Có tác dụng kép trên các chân 21- 28 được dùng như các đường xuất nhập. Port 3: Có tác dụng kép trên chân 10 - 17 các chân của port này có nhiều chức năng các công dụng chuyển đổi có liên hệ với các đặc tính đặc biệt của 89C51. 3.2 MẠCH XỬ LÝ TRUNG TÂM: H3.2 Sơ đồ mạch Vi Điều Khiển Mạch xử lý trung tâm dùng một IC AT89C51 với 4Kbyte EPROM dùng cho lập trình ứng dụng. Mạch làm nhiệm vụ nhận tín hiệu về xử lý và thực hiện yêu cầu của tín hiệu nhận được xuất dữ liệu ra bên ngoài theo yêu cầu Chân 31(EA) được mắc lên nguồn 5(V) cùng với chân cấp nguồn Vcc (40) để vi mạch thực hiện chương trình bên trong. Chân 20 được nối mass Chân 18, 19 nối với thạch anh 12MHz và các tụ C1, C2 tạo thành mạch dao động tạo xung cho vi mạch. 3.3 TÍNH TOÁN MẠCH RESET: H3.3 Sơ đồ mạch RESET Mạch RESET tạo đáp ứng mức 1 tại chân 9 của vi mạch sao cho thời gian tồn tại đáp ứng này lớn hơn 2 chu kỳ máy tạo xung thì thời gian tồn tại đáp ứng RESET tối thiểu là 2ns. Nguyên lý hoạt động của mạch RESET Ở thời điểm vừa cấp nguồn cho mạch tụ bắt đầu nạp lúc điện áp trên R2 giảm dần từ Vcc xuống 0 với đáp ứng theo đường cong Thời gian nạp của tụ tương ứng điện áp trên R2 giảm xuống đến 0.368 .Vcc, để đạt đến trạng thái xác lập cần khoảng thời gian là . Khi mạch RESET đã đạt đến trạng thái xác lập, nếu có một tín hiệu RESET từ công tắc nhấn làm điện áp trên tụ xã nhanh qua R1 và đáp ứng RESET bắt đầu lại từ đầu. Chọn C=10(nF) để đảm bảo đáp ứng RESET mức 1 (4.8-5V) trên điện trở R2 tồn tại hơn 2 chu ky máy (2(nF)) ta chọn R2 sao cho Tmay. Chọn thời gian tồn tại xung RESET là 300(ns). Ta có: (3.1) Ln(Vcc) = ln(Vcc) + ln() (3.2) (3.3) chọn R2=8,2K R1 được chọn sao cho thời gian tụ xã hết điện áp trên nó một cách nhanh chóng để đảm bảo khi nhấn công tắc RESET, trong thời gian ngắn cũng đủ để tụ xã hết điện. Đồng thời mức áp trên R2 khi nhấn công tắc qua cầu phân áp R1, R2 nằm trong khoảng 4,8 – 5v. (3.4) R1= (3.5) Nếu chọn thời gian tụ xã hết điện là khoảng 10(nF) ta có: Vc =Vcc. (3.6) R1 = ln (3.7) chọn R1= 100 H3.4 Mạch dao động thạch anh Tầng số của bộ cộng hưởng thạch anh có thể chọn từ 1 đến 12 (MHz). Bộ vi xử lý sẽ từ chối làm việt ở tầng số 20 (MHz) hoặc cao hơn. Tuy nhiên một số bộ vi xử lí có thể đạt đến tầng số làm việc lên đến 40 (MHz). Ở đây ta chọn tầng số cộng hưởng thạch anh là 12(MHz) kết hợp với cặp tụ 33pF tạo thành một bộ dao động cung cấp tầng số xung đồng hồ 12MHz cho vi mạch. Như vậy một chu kỳ máy của vi mạch sẽ là 1(us) 3.4 SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN HIỂN THỊ SỐ: H3.5 Sơ đồ mạch hiển thị số thùng Sơ đồ mạch gồm: Mạch RESET Để khởi động lại mạch điều khiển. Mạch dao động dùng thạch anh 12MHz Tạo dao động cho IC hoạt động . Mạch xử lý trung tâm thực hiện các lệnh điều khiển. Mạch hiển thị LED 7 đoạn, hiển thị số thùng của 3 loại thùng. Mạch điều khiển gồm 3 cảm biến CB1, CB2, CB3. CHƯƠNG 4 GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-200 CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA PLC: 4.1.1 Đơn vị xử lý trung tâm: Là bộ vi xử lý, liên kết với các hoạt động của hệ thống PLC, thực hiện chương trình, xử lý tín hiệu nhập xuất và thông tin liên lạc với các thiết bị bên ngoài. 4.1.2 Bộ Nhớ (Memory): Có nhiều loại bộ nhớ khác nhau, đây là nơi lưu trữ trạng thái hoạt động của hệ thống, và bộ nhớ của người sử dụng. Để dảm bảo cho PLC hoạt động, phải cần có bộ nhớ để lưu trữ chương trình, đôi khi cần mở rộng bộ nhớ để thực hiện các chức năng khác như: Vùng đệm tạm thời lưu trữ trạng thái của các kênh xuất/nhập được gọi là RAM xuất/ nhập. Lưu trữ tạm thời các trạng thái của các chức năng bên trong: Timer, Counter, Relay. Bộ nhớ gồm có những loại sau: Bộ nhớ chỉ đọc (ROM: read only memory): ROM không phải là một bộ nhớ khả biến, nó có thể lập trình chỉ một lần. Do đó không thích hợp cho việc điều khiển “mềm” của PLC. ROM ít phổ biến so với các loại bộ nhớ khác. Bộ nhớ ghi đọc (RAM ): RAM là một bộ nhớ thường được dùng để lưu trữ dữ liệu và chương trình của người sử dụng. Dữ liệu trong RAM sẽ bị mất đi nếu nguồn điện bị mất, tuy nhiên vấn đề này được giải quyết bằng cách gắn thêm vào RAM một nguồn điện dự phòng. Ngày nay trong kỹ thuật phát triển PLC người ta dùng CMOSRAM nhờ sự tiêu tốn năng lượng khá thấp của nó và cung cấp pin dự phòng cho các RAM này khi mất nguồn. Pin dự phòng có tuổi thọ ít nhất một năm trước khi cần thay thế, hoặc ta chọn pin sạc gắn với hệ thống, pin sẽ được sạc khi cấp nguồn cho PLC. Bộ nhớ chỉ đọc chương trình và xoá được: ( EPROM: Erasable Programmable Read Only Memory): EPROM kết hợp khả năng truy linh động của RAM và tính khả biến của EPROM, nội dung trên EPROM có thể bị xoá và lập trình bằng điện, tuy nhiên chỉ giới hạn trong một số lần nhất định. H4.1 Sơ đồ cấu trúc bên trong PLC 4.2 HOẠT ĐỘNG CỦA MỘT PLC: Về cơ bản hoạt động của một PLC cũng khá đơn giản đầu tiên hệ thống các cổng vào /ra ( còn gọi là các Module xuất/nhập ) dùng để đưa các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi vào CPU. Sau khi nhận được tín hiệu ở ngõ vào thì CPU sẽ xử lý, và đưa các tín hiệu diều khiển qua Module xuất ra các thiết bị điều khiển. Trong suốt quá trình hoạt động, CPU đọc hoặc quét dữ liệu hoặc trạng thái của thiết bị ngoại vi thông qua ngỏ vào, sau đó thực hiện các chương trình trong bộ nhớ như sau: một bộ đếm chương trình sẽ nhặt lệnh từ bộ nhớ chương trình đưa ra thanh ghi lệnh để thi hành. Chương trình ở dạng STL sẽ được dịch ra ngôn ngữ máy cất trong bộ nhớ chương trình, sau khi thực hiện xong chương trình, CPU sẽ gởi hoặc cập nhật tín hiệu tới các thiết bị, được thực hiện thông qua Module xuất. Một chu kỳ gồm đọc tín hiệu ở ngỏ vào, thực hiện chương trình và gởi cập nhật tín hiệu ở ngỏ ra được gọi là một chu kỳ quét. Trên đây chỉ là mô tả hoạt động đơn giản của một PLC, với hoạt động sẽ giúp cho người thiết kế nắm được nguyên tắc của một PLC. Nhằm cụ thể hóa hoạt động của một PLC. Thực tế khi PLC thực hiện chương trình, khi cập nhật tín hiệu ngỏ vào (ON/OF) các tín hiệu hiện nay không được truy xuất tức thời để đưa ra ở ngõ ra mà quá trình cập nhật tín hiệu ở ngõ ra phải theo hai bước: Khi xử lý thực hiện chương trình, vi xử lý sẽ chuyển đổi các bước logic ở ngỏ ra trong “chương trình nội” đả được lập trình, các bước logic này sẽ chuyển đổi ON/OF. Tuy nhiên lúc này các tín hiệu ở ngõ ra vẫn chưa được đưa ra. Khi kết thúc chương trình xử lý việc chuyển đổi các mức logic đã hoàn thành, thì việc cập nhật các tín hiệu ở ngõ ra mới thực sự tác động lên ngỏ ra để điều k