Ứng dụng thực tiễn PLC - Máy bôi kem thiếc

ỨNG DỤNG THỰC TIỄN PLC Máy Bôi Kem Thiếc ĐÀO VĂN DŨNG – NGUYỄN VĂN LUẬN Trang 2 Email: dungk43@gmail.com hoặc luankck@gmail.com MỤC LỤC Chương 1. Các bước lập trình PLC ............................................................................................................4 1. Quy trình công nghệ .........................................................................................................................5 2. Chọn thiết bị .....................................................................................................................................5 3. Vẽ sơ đồ mạch điện. .........................................................................................................................5 4. Xác định đầu vào/ra..........................................................................................................................6 4.1. Đầu vào .....................................................................................................................................6 4.2. Đầu ra ........................................................................................................................................7 5. Lập cấu trúc cho bài lập trình ...........................................................................................................8 5.1. Chương trình tổng quan.............................................................................................................8 5.2. Lập trình PLC ............................................................................................................................9 5.3. Những điều cần lưu ý ............................................................................................................. 11 6. Kiểm tra chạy thử .......................................................................................................................... 12 Chương 2. Điều khiển động cơ servo .................................................................................................... 13 1. Động cơ servo là gì? ...................................................................................................................... 13 2. Các phương pháp điều khiển động cơ servo ................................................................................. 13 2.1. Điều khiển vị trí...................................................................................................................... 13 2.2. Điều khiển tốc độ ................................................................................................................... 14 3. Các bước lập trình động cơ servo .................................................................................................. 15 4. Chương trình ví dụ ........................................................................................................................ 15 Chương 3. Dự án lập trình máy bôi kem thiếc tự động ........................................................................ 21 1. Yêu cầu công nghệ ........................................................................................................................ 21 1.1 Yêu cầu công nghệ .................................................................................................................. 21 1.2. Phần cơ khí của máy .............................................................................................................. 22 2. Các thiết bị điện ............................................................................................................................ 27 3. Các đầu vào/ra ............................................................................................................................... 29 3.1. Đầu vào .................................................................................................................................. 29 3.2 Đầu ra ...................................................................................................................................... 31 4. Sơ đồ mạch điện ............................................................................................................................ 33 4.1 Bản vẽ điện .............................................................................................................................. 33 4.2. Đấu nối ................................................................................................................................... 38 5. Lập trình PLC ................................................................................................................................ 39 5.1. Lưu đồ thuật toán ................................................................................................................... 39 Trang 3 Email: dungk43@gmail.com hoặc luankck@gmail.com 5.2 Chương trình PLC ................................................................................................................... 45 5.3 Cài đặt tham số điều khiển vị trí ............................................................................................. 60 5.4 Thiết kế HMI ........................................................................................................................... 61 5.5 Cài đặt truyền thông PLC - HMI ............................................................................................. 66 5.6 Cài đặt driver MR-J4-10A ....................................................................................................... 68 Trang 4 Email: dungk43@gmail.com hoặc luankck@gmail.com Chương 1. Các bước lập trình PLC Các bước lập trình PLC gồm có: - Nắm rõ được quy trình công nghệ. - Chọn thiết bị. - Vẽ sơ đồ mạch điện. - Xác định đầu vào/ra. - Lập cấu trúc cho bài lập trình: + Sơ đồ lập trình. + Các điểm cần lưu ý. - Kiểm tra chạy thử. Trang 5 Email: dungk43@gmail.com hoặc luankck@gmail.com 1. Quy trình công nghệ Việc nắm rõ được quy trình công nghệ rất quan trọng. Khi nắm vững được quy trình công nghệ sẽ giúp người lập trình xác định được:  Máy móc hoạt động như thế nào?  Xác định được có bao nhiêu đầu vào: Có bao nhiêu nút bấm? bao nhiêu sensor?  Xác định được có bao nhiêu đầu ra: Có bao nhiêu van điện từ? bao nhiêu động cơ? Động cơ đó điều khiển như thế nào?....  Có giao tiếp HMI hay không?  Xác định được vấn đề an toàn khi điều khiển: + Nếu cái này bật mà cái kia chưa bật thì khi hoạt động chúng có bị va chạm với nhau hay không. Từ đó đưa ra các ràng buộc khi lập trình. + Động cơ có bị giới hạn hành trình hay không? + Tính toán an toàn tránh nguy hiểm cho người hoặc thiết bị. 2. Chọn thiết bị Chọn thiết bị theo một số căn cứ như: - Căn cứ vào số liệu tính toán thiết kế. - Chọn thiết bị đảm bảo tính lắp lẫn với các máy khác trong nhà máy. Mục đích là dễ dàng thay thế cho nhau, và giảm số lượng dự trữ trong kho. Ví dụ như theo thiết kế cơ khí thì tính chọn được động cơ có công suất 1Kw, nhưng trong nhà máy có sẵn động cơ 1.5Kw thì dùng luôn loại này. - Dễ dàng mua bán. - Giá thành hợp lý. 3. Vẽ sơ đồ mạch điện. Trong phần sơ đồ mạch điện nên có các mục sau: - Chú thích ký hiệu. - Sơ đồ một sợi. - Sơ đồ ba sợi. Trang 6 Email: dungk43@gmail.com hoặc luankck@gmail.com 4. Xác định đầu vào/ra 4.1. Đầu vào Phân loại các đầu vào đặc biệt được quy định sẵn. Ví dụ đối với PLC của hãng LS, nếu như có điều khiển động cơ bước thì phải tuân thủ đấu nối như sau: Phân loại các đầu vào thông thường rồi lập thành bảng. Các cụm chi tiết gần nhau nên đặt tên gần nhau. Ví dụ lập trình dùng PLC hãng LS: STT Đầu vào Mô tả 1 P0008 Sensor up Xilanh A. 2 P0009 Sensor down Xilanh A. 3 P000A Sensor up Xilanh B. 4 P000B Sensor down Xilanh B. Trang 7 Email: dungk43@gmail.com hoặc luankck@gmail.com 4.2. Đầu ra Phân loại các đầu ra đặc biệt được quy định sẵn. Ví dụ đối với PLC của hãng LS, nếu như có điều khiển động cơ bước thì phải tuân thủ đấu nối như sau: Phân loại các đầu ra thông thường rồi lập thành bảng. Các cụm chi tiết gần nhau nên đặt tên gần nhau. Ví dụ lập trình dùng PLC hãng LS: STT Đầu ra Mô tả 1 P0028 Van điều khiển Xilanh A. 2 P0029 Van điều khiển Xilanh B. Ngoài ra, còn có đầu vào/ra là các biến truyền thông với HMI, đối với các biến truyền thông này cũng phải được quy định trước. Trang 8 Email: dungk43@gmail.com hoặc luankck@gmail.com 5. Lập cấu trúc cho bài lập trình 5.1. Chương trình tổng quan Các chương trình lập trình như Pascal, C, C++ thường có cấu trúc như sau: ----------------------------------------- Phần khai báo Khai báo 1 Khai báo 2 Khai báo n ----------------------------------------- Phần chương trình chính Bắt đầu chương trình chính Các lệnh điều khiển Các lệnh gọi chương trình con. Kết thúc chương trình chính. ---------------------------------------- Chương trình con Bắt đầu chương trình con. Các lệnh. Kết thúc chương trình con. Trang 9 Email: dungk43@gmail.com hoặc luankck@gmail.com 5.2. Lập trình PLC Dựa theo cấu trúc tổng quan của các ngôn ngữ lập trình, việc lập trình PLC cũng có cấu trúc tương tự như vậy. 5.2.1. Đối với phần khai báo. Trong chương trình PLC không bắt buộc phải khai báo. Tuy nhiên, trong thực tiễn lập trình có phần khởi tạo dữ liệu chạy máy. Việc khởi tạo này có thể nói là tương đương với phần khai báo trong chương trình tổng quan phía trên. Ví dụ như có chương trình sấy sản phẩm trong 5s. Nếu trong timer ta chọn giá trị bộ timer nằm trong biến M10, thì ở đầu chương trình ta có lệnh MOV giá trị 5 vào M10. Việc khai báo này là không bắt buộc vì trong timer có thể đặt luôn giá trị thì máy vẫn làm việc bình thường. Tuy nhiên nếu trong thực tế sản xuất cần thay đổi mà không có phần khởi tạo này thì việc sửa chữa chương trình rất mất thời gian. 5.2.2. Chương trình chính  Căn cứ vào yêu cầu công nghệ, ta tiến hành lập sơ đồ thuật toán đưa ra các việc cần phải làm. Nếu như có công việc nào đó làm đi làm lại nhiều lần thì ta căn cứ vào đó để gộp thành một chương trình con. Ví dụ: Máy A là máy sấy sản phẩm tại 2 vị trí. Ta có sơ đồ thuật toán như sau: Bắt đầu Đưa sản phẩm vào máy Di chuyển đến vị trí 1 Sấy khoảng 5s Di chuyển đến vị trí 2 Sấy khoảng 5s Trở về vị trí đầu, lấy sản phẩm ra ngoài Kết thúc Trang 10 Email: dungk43@gmail.com hoặc luankck@gmail.com Trong ví dụ trên ta có thể viết chương trình chính theo sơ đồ thuật toán. Và chọn công việc sấy sản phẩm là chương trình con. Như vậy, một chương trình chính được chia nhỏ ra làm nhiều bước, mỗi bước có thể có một thao tác hoặc nhiều thao tác, nhưng nếu quá nhiều thao tác trong một bước thì việc kiểm soát chương trình sẽ khó khăn, do đó trong một bước nên có từ 1~3 thao tác. Trong ví dụ trên chia mỗi bước là 1 thao tác.  Trong khi lập trình, ở trước và sau mỗi bước ta phải đưa ra tín hiệu bắt đầu và kết thúc cho bước. Căn cứ vào tín hiệu bắt đầu và kết thúc này để xác định bước đó đã hoàn thành và đủ điều kiện chuyển bước hay chưa. Ví dụ: Bắt đầu Đưa sản phẩm vào máy Di chuyển đến vị trí 1 Sấy khoảng 5s Di chuyển đến vị trí 2 Sấy khoảng 5s Trở về vị trí đầu, lấy sản phẩm ra ngoài Kết thúc S00.1 S00.2 S00.3 S00.4 S00.5 S00.6 S00.7 Trang 11 Email: dungk43@gmail.com hoặc luankck@gmail.com Khi đủ điều kiện chuyển bước cần bật tín hiệu đầu vào cho bước tiếp theo đồng thời tắt tín hiệu đầu ra trước đó. Ví dụ: sau khi thực hiện xong bước “Đưa sản phẩm vào máy” thì S00.01 =0, còn S00.02=1. Dựa vào việc chia chương trình thành các bước nhỏ, ta kiểm soát chương trình bằng cách kiểm soát các giá trị gán ở đầu vào và đầu ra mỗi bước. 5.2.3. Chương trình con Đối với một số dòng PLC như SIEMENS thì tạo chương trình con rất đơn giản. Nhưng nhiều dòng PLC khác không có cách tạo chương trình con như vậy. Để viết chương trình con ta lập sơ đồ thuật toán, rồi gán tín hiệu bắt đầu và kết thúc chương trình con. Trong ví dụ trên có thể quy định như sau: Trong ví dụ trên để gọi chương trình con, ta làm như sau: Lập sơ đồ theo cách trên ta đã thực hiện lập trình theo đúng cấu trúc của một chương trình lập trình chung. Lập trình theo phương pháp này có ưu điểm là bài lập trình có cấu trúc rất rõ ràng. Viết chương trình không bị rối, dễ sửa chữa, dễ kiểm soát. 5.3. Những điều cần lưu ý Phân chương trình ra thành các chế độ như Auto, Manual, Test, Alarm. Lập trình Alarm trong các chương trình lớn rất quan trọng, nếu không có phần Alarm này thì quá trình vận hành, sửa chữa rất khó khăn. Chẳng hạn đối với máy lớn 5 vị trí khác nhau có nút E-Stop, nếu 1 nút bị ấn mà không có thông báo trên HMI thì sửa chữa những lỗi nhỏ này rất mất thời gian. Đối với các máy móc nhỏ thì có thể không cần lập trình Alarm. Đảm bảo khóa chéo giữa Auto và Manual. Và khi chuyển chế độ từ Manual về Auto thì chương trình chạy lại từ đầu. Sấy Sản Phẩm S01.2 S01.1 Trang 12 Email: dungk43@gmail.com hoặc luankck@gmail.com Chú ý các trạng thái an toàn, đưa ra các trạng thái cấm để tránh và đập trong khi vận hành Auto và Manual. 6. Kiểm tra chạy thử Sau khi lập trình xong. Kết nối download chương trình PLC và tiến hành chạy thử. Có các chế độ sau: - Chạy bình thường: Cho nguyên liệu vào chạy theo yêu cầu công nghệ. - Chạy tắc: Trong thực tế làm việc có những lúc công đoạn phía sau bị tắc, do đó máy phải chạy chậm lại để chờ, công đoạn trước chuyển được 1 sản phẩm thì máy tự động cho 1 sản phẩm đi qua, rồi lại lấy 1 sản phẩm từ đầu vào để làm việc. Trong ví dụ lập trình phía trên ta chỉ cần đưa tín hiệu kiểm soát đầu ra S00.7 là đạt yêu cầu. - Đầu vào bão hòa: Có những lúc nguyên liệu đầu vào quá nhiều, lúc này phải có cách hạn chế nguyên liệu đầu vào. Lúc chạy thử nên đưa nguyên liệu vào đến mức bão hòa để kiểm tra phần tử hạn chế nguyên liệu đầu vào này. - Chế độ ngủ: Thực tế sản xuất có những lúc phải chờ nguyên liệu đầu vào một khoảng thời gian ngắn như 1 phút, 3 phút, 5 phút,. Chế độ này duy trì một số phần tử làm việc bình thường. Ví dụ: Đầu bôi keo phải tự động di chuyển vào bình cồn bảo vệ tránh bị khô keo khi không có sản phẩm trong 1 phút. - Chế độ an toàn: Kiểm tra các phần tử an toàn như nút E-Stop, các sensor bảo vệ, công tắc cửa Các phần tử an toàn phải dùng tiếp điểm thường kín. Dùng tiếp điểm thường hở rất nguy hiểm vì nếu trong quá trình làm việc mà dây tín hiệu bị đứt thì các phần tử an toàn này sẽ mất tác dụng dừng. - Thử các tín hiệu Alarm nếu lập trình Alarm. Trang 13 Email: dungk43@gmail.com hoặc luankck@gmail.com Chương 2. Điều khiển động cơ servo 1. Động cơ servo là gì? Động cơ servo là một thiết bị truyền động cho phép điều khiển chính xác vị trí, vận tốc và gia tốc. Nó bao gồm một động cơ và một encoder. Nó yêu cầu có một bộ driver chuyên dụng đi kèm. 2. Các phương pháp điều khiển động cơ servo Để điều khiển động cơ servo cần có: PLC, drive, động cơ. PLC có nhiệm vụ cấp tín hiệu xung và hướng đến bộ driver. Bộ driver này nhận tín hiệu xung và hướng quay từ PLC để điều khiển động cơ. Các phương pháp điều khiển động cơ servo: 2.1. Điều khiển vị trí. Khi có tín hiệu khởi động thì cơ quay đến một vị trí chính xác mà ta cài đặt trước với tốc độ cài đặt. Trang 14 Email: dungk43@gmail.com hoặc luankck@gmail.com Cách điều khiển vị trí Có hai loại tọa độ trong điều khiển động cơ servo là tọa độ tuyệt đối và tọa độ tương đối.  Đối với tọa độ tuyệt đối thì động cơ servo di chuyển lấy một tọa độ chuẩn làm gốc. Tọa độ gốc chuẩn này xác định bằng sensor gắn trên trục máy. Chiều quay được xác định bằng cách so sánh tọa độ tuyệt đối của vị trí bắt đầu và vị trí đích. Nếu vị trí bắt đầu < vị trí đích: Động cơ quay thuận. Nếu vị trí bắt đầu > vị trí đích: Động cơ quay ngược.  Đối với tọa độ tương đối thì động cơ di chuyển lấy vị trí hiện tại làm gốc. Vị trí đích được so sánh với vị trí hiện tại. Ví dụ về tọa độ tương đối là mỗi lần nhấn nút thì cần động cơ quay 2 vòng. Chiều quay trong tọa độ tương đối xác định bằng dấu (+,-). Nếu dấu tọa độ tiếp theo là “+”: Quay thuận. Nếu dấu tọa độ tiếp theo là “-“: Quay ngược. 2.2. Điều khiển tốc độ Điều khiển tốc độ có nghĩa là động cơ di chuyển với một tốc độ không đổi cho tới khi có tín hiệu dừng. Chiều quay của động cơ phụ thuộc vào dấu (+,-) của tọa độ đích. 0 A B Trang 15 Email: dungk43@gmail.com hoặc luankck@gmail.com 3. Các bước lập trình động cơ servo - Xác định yêu cầu công nghệ. - Chọn thiết bị. - Vẽ sơ đồ đấu nối. - Lập bảng I/O. - Viết chương trình: + Chương trình về gốc. + Các lệnh điều khiển. + Thiết lập tham số. + Download chương trình xuống PLC. - Chạy thử. 4. Chương trình ví dụ 4.1. Yêu cầu công nghệ Giả sử cần điều khiển động cơ servo như sau: Động cơ gắn với trục vít X bằng khớp nối. Trên trục X gắn 1 sensor gốc. Yêu cầu có 3 nút điều khiển. Nhấn nút 1 thì động cơ đưa con trượt về gốc (nhận điểm tại sensor là gốc 0), nhấn nút 2 thì con trượt di chuyển đến điểm P0, nhấn nút 3 thì con trượt di chuyển đến điểm P1. 4.2.Thiết bị Để làm ví dụ này, cần có các thiết bị sau:  1 động cơ servo HF-KP13.  1 bộ điều khiển MR-J3-10A.  1 PLC XBM-DN32S. Động cơ Sensor gốc P0 P1 Trang 16 Email: dungk43@gmail.com hoặc luankck@gmail.com 4.3. Sơ đồ nguyên lý P24 N24 220V M PLC XBM-DN32S SMPS 24V 50W L N CB-10A Servo driver MR-J3-10A 24V 0V Trang 17 Email: dungk43@gmail.com hoặc luankck@gmail.com Sơ đồ kết nối giữa driver và PLC: XBM-DN32S T/B Tên P0020 Xung P0022 Hướng P0004 Gốc P0005 HOME PP 10 PG 11 NP 35 NG 36 LZ 8 LZR 9 OPC 12 EMG 42 SON 15 RES 19 PC 17 TL 18 LSP 43 LSN 44 DOCOM 47 OP 33 DICOM 21 RD 49 ALM 48 ZSP 23 TLC 25 INP 24 DOCOM 46 DICOM 20 SERVO MOTOR DRIVER MR-J3-10A P24 P24 P24 N24 N24 N24 P0025 P0026 P0006 Cable: C50MO-20S N24 Trang 18 Email: dungk43@gmail.com hoặc luankck@gmail.com Sơ đồ IN/OUT của PLC XBM-DN32S: XBM-DN32S TG7-1H20S IN TB P0000 B10 P0001 B9 P0002 B8 P0003 B7 P0004 B6 P0005 B5 P0006 B4 P0007 B3 P0008 A10 P0009 A9 P000A A8 P000B A7 P000C A6 P000D A5 P000E A4 P000F A3 COM B1/B2 COM A1/A2 Sensor gốc 8-LZ P24 P24 Gốc P0 P1 N24 XBM-DN32S TG7-1H20S OUT TB P0020 B10 P0021 B9 P0022 B8 P0023 B7 P0024 B6 P0025 B5 P0026 B4 P0027 B3 P0028 A10 P0029 A9 P002A A8 P002B A7 P002C A6 P002D A5 P002E A4 P002F A3 COM B1/B2 COM A1/A2 N24 P24 Xung-10 Hướng-35 SON-15 RES-19 Trang 19 Email: dungk43@gmail.com hoặc luankck@gmail.com 4.4 Lập trình PLC Do bài ví dụ đơn giản nên không lập bảng I/0 mà tiến hành lập trình PLC như sau: Trang 20 Email: dungk43@gmail.com hoặc luankck@gmail.com Cài đặt tham số điều khiển vị trí: Cài đặt tham số trong driver MR-J3-10A: PA1 0000 PA11 100.0 PA2 0000 PA12 100.0 PA3 0000 PA13 0010 PA4 0000 PA14 0 PA5 3000 PA15 _4000 PA6 _1 PA16 0000 PA7 _1 PA17 0000 PA8 0003 PA18 0000 PA9 12 PA19 000B PA10 100 Đến đây có thể download PLC và chạy chương trình. Trang 21 Email: dungk43@gmail.com hoặc luankck@gmail.com Chương 3. Dự án lập trình máy bôi kem thiếc tự động 1. Yêu cầu công nghệ 1.1 Yêu cầu công nghệ Cho sản phẩm có kích thước sau: Sản phẩm được đặt trên khay liệu có kích thước sau: Khay liệu có 2 chốt định vị Ø4, trên khay đặt 4 sản phẩm, mỗi sản phẩm có 2 vị trí hàn như trên hình. Trước khi hàn cần bôi một lớp kem để mối hàn đạt chất lượng tốt. Yêu cầu thiết kế máy để tự động hóa quá trình bôi kem thiếc. 20mm 25mm 0 10 20 55 90 125 170 180 0 20 30 40 60 Trang 22 Email: dungk43@gmail.com hoặc luankck@gmail.com 1.2. Phần cơ khí của máy Máy có kết cấu cơ khí như sau: Máy có thể được chia thành các phần như: trục