(Đồ án tốt nghiệp) điều KHIỂN và GIÁM sát mô HÌNH hệ THỐNG lưu KHO tự ĐỘNG sử DỤNG PLC s7 1200

TÓM TẮT Tên đề tài:” Điều khiển và giám sát mô hình hệ thống lưu kho tự động dùng PLC S7-1200” Lớp: 18TDH1 Để khắc phục những hệ thống lưu kho cũ, sản phẩm được tạo ra một cách thủ công

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

TÓM TẮT

Tên đề tài:” Điều khiển và giám sát mô hình hệ thống lưu kho tự động dùng PLC S7-1200”

Lớp: 18TDH1

Để khắc phục những hệ thống lưu kho cũ, sản phẩm được tạo ra một cách thủ công nên việc mang sản phẩm ra vào kho chủ yếu được thực hiện bằng sức lao động, cho nên không tận dụng hết được các khoảng không gian, sức chứa của kho hàng, việc quản lý hàng hoá kém hiệu quả dẫn đến tốn nhiều diện tích làm nhà kho chứa hàng Với sự ra đời của các hệ thống xếp hàng hóa tự động, chúng ta có thể quản lý tốt hàng hóa nhanh chóng trong việc lưu trữ và xuất hàng hóa ra khỏi kho, các hệ thống này được sử dụng robot để vận chuyển hàng hóa, điều này đồng nghĩa với việc đầu tư trang thiết bị hiện đại cho hệ thống kho tốn khá nhiều chi phí nhưng việc vận chuyển hàng hóa được bảo quản tốt, thuận tiện cho công việc quản lý và kiểm soát hàng hoá, tiết kiệm được nhân công…

Bài báo cáo này trình bày quá trình nghiên cứu “ Điều khiển và giám sát mô hình

hệ thống lưu kho tự động sử dung PLC S7_1200”, sử dụng CPU 1214C DC/DC/DC và được viết bằng ngôn ngữ lập trình LAD

Bài báo cáo này trình bày về quá trình nghiên cứu, điều khiển và giám sát mô hình hệ thống lưu kho tự động

Báo cáo về đề tài gồm 4 phần chính:

- Chương 1: Tổng quan về hệ thống lưu kho tự động

Giới thiệu tổng quan về hệ thống lưu kho tự động, trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống lưu kho tự động, giới thiệu một số công nghệ được sử dụng kết hợp PLC S7_1200CPU 1214 DC/DC/DC Kết quả chọn phương án thiết kế cho đề tài

- Chương 2: Giới thiệu về PLC S7-1200 và phần mềm TIA Portal

Trình bày tổng quan về PLC và giới thiệu PLC S7_1200, làm việc với TIA Portal V16, phương pháp kết nối Kết quả sử dụng PLC S7_1200 làm trung tâm điều khiển hệ thống

- Chương 3: Thiết kế và thi công mô hình điều khiển và giám sát hệ thống lưu kho tự động

Tính toán và chọn động cơ phù hợp với hệ thống, lựa chọn các thiết bị phù hợp

để lắp cho hệ thống, chế tạo được phần cơ khí và phần đấu nối tủ điện Kết quả hoàn thành được mô hình hệ thống lưu kho tự động

- Chương 4: Chương trình điều khiển và giám sát hệ thống lưu kho tự động Trình bày bảng phân công đầu vào đầu ra của hệ thống, thiết kế giản đồ thời gian, thiết kế lưu đồ thuật toán, lập trình chương trình hệ thống, thiết kế giao diện điều khiển và giám sát trên Wincc Kết quả hoàn thành chương trình điều khiển và giao diện giám sát trên Wincc để đáp ứng yêu cầu đặt ra

Kết luận

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn : ThS Phan Thị Thanh Vân

Lê Quốc Huy Mã SV: 1811505520120

1 Tên đề tài:

“Điều khiển và giám sát mô hình hệ thống lưu kho tự động dùng PLC S7-1200”

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- PLC S7-1200, động cơ, cảm biến, …

- 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 lưu kho tự đông

Chương 2: Giới thiệu về PLC S7-1200 và phần mềm TIA Portal

Chương 3: Thiết kế và thi công mô hình điều khiển và giám sát hệ thống lưu kho tự động

Chương 4: Chương trình điều khiển và giám sát hệ thống

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 lưu kho tự động

- Báo cáo thuyết minh đề tài

- Chương trình điều khiển hệ thống trên TIA Portal

5 Ngày giao đồ án: 21/02/2022

6 Ngày nộp đồ án: 30/05/2022

Đà Nẵng, ngày 21 tháng 02 năm 2022

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ và thời kỳ công nghệ 4.0 các cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật cũng có những bước đột phá mới, đời sống người dân ngày càng được nâng cao Cùng với xu hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa

ở nước ta cũng như các nước trên thế giới, các hệ thống tự động đã được đưa vào quá trình lao động sản xuất Tuy nhiên các hệ thống lưu kho ở nước ta vẫn chưa được áp dụng tự động hóa, vẫn còn sử dụng lao động tay chân

Với mục đích nghiên cứu có tính ứng dụng và có ý nghĩa thực tiễn nên nhóm chọn đề tài “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC S7-1200” để giải quyết vấn đề lưu kho tự động ở nước ta Đồ

án tốt nghiệp này là kết quả của sự vận dụng các kiến thức đã học vào thực tế để thiết

kế lập trình cho hệ thống Cũng nhờ đây mà người thực hiện có thể hiểu rõ hơn được những gì đã học ở lý thuyết, mà chưa có dịp để ứng dụng vào thực tế

Nhóm thực hiện đồ án xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến ThS Phan Thị Thanh Vân

- Giảng viên Khoa Điện - Điện Tử, đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn cho chúng em trong lựa chọn đề tài cũng như trong quá trình thực hiện đề tài này Trong quá trình thực hiện

đồ án cũng gặp nhiều khó khăn và thiếu sót nhưng được sự hỗ trợ và góp ý của cô nên nhóm đã hoàn thành được đồ án

Trong suốt thời gian được theo học tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật – Đại học Đà Nẵng, em đã nhận được nhiều sự quan tâm và giúp đỡ từ quý thầy cô và bạn bè Nhóm chúng em xin cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, cùng các quý thầy cô trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật đã hỗ trợ tận tình về tri thức, phần mềm, trang thiết bị, cơ

sở vật chất tạo điều kiện hoàn thành đồ án Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn tới quý Thầy Cô, những người đã truyền lại cho em rất nhiều kiến thức và kinh nghiệm quý báu, những sự giúp đỡ ấy đã tiếp thêm động lực cho em vững bước trên con đường mình đã chọn Và đặc biệt là Cô, Thầy khoa Điện - Điện tử đã truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cũng như tạo những điều kiện tốt nhất để nhóm chúng em hoàn thành đề tài

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Tên đề tài : “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC S7-1200.”

Sinh viên thực hiện:

Lớp: 18TDH1

“ Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp này là kết quả nghiên cứu khoa học của 2 chúng tôi trong thời gian theo học tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Dưới sự

hướng dẫn của ThS Phan Thị Thanh vân Các kết quả công bố, số liệu kỹ thuật, nội

dung nghiên cứu trong Đồ án tốt nghiệp là trung thực và không sao chép từ bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác Với một số nguồn tài liệu chúng tôi đã thực hiện trích dẫn

và ghi nguồn tài liệu theo đúng quy định của nhà trường ”

Sinh viên thực hiện

Hoàng Hải Hưng Lê Quốc Huy

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN i

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN ii

TÓM TẮT iii

LỜI NÓI ĐẦU vi

LỜI CAM ĐOAN vii

MỤC LỤC viii

DANH MỤC BẢNG x

DANH MỤC HÌNH xi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT xiv

MỞ ĐẦU 1

1.1 Đặt vấn đề 2

1.1.1.Tìm hiểu chung về hệ thống lưu trữ hàng hóa 2

1.1.2 Vấn đề đặt ra 3

1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 3

1.3 Các công nghệ sử dụng trong hệ thống 3

1.4 Phương án thiết kế 3

1.4.1 Yêu cầu thiết kế 3

1.4.2 Lựa chọn phương án thiết kế 4

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM TIA PORTAL V16 5

2.1 Tổng quan về PLC S7-1200 5

2.1.1 Nguồn gốc PLC 5

2.1.2 Một số nhóm PLC phổ biến hiện nay 5

2.2 Giới thiệu về PLC S7-1200 6

2.2.1 Tổng quan về họ PLC S7-1200 6

2.2.2 Các dòng CPU S7-1200 7

2.2.3 Lập trình 9

2.2.4 Cấu trúc phần cứng 10

2.2.5 Các tập lệnh cơ bản trong S7-1200 11

2.2.6 Kết nối I/O cho S7-1200 CPU1214C DC/DC/DC 17

2.3.1.Giới thiệu 19

2.3.2.Cách lập trình trong TIA Portal V16 19

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG 26

3.1 Quy trình công nghệ của hệ thống 26

3.2 Thiết kế phần cứng 26

3.2.1 Sơ đồ khối 26

3.2.2 Lựa chọn thiết bị 27

3.2.3 Sơ đồ nối dây 28

3.3 Thi công mô hình hệ thống 29

3.3.1 Mô hình tổng thể 29

3.3.2 Giới thiệu từng thiếu bị trong mô hình 31

CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG 46

4.1 Bảng phân công đầu vào đầu ra 46

4.2 Giản đồ thời gian 47

4.2.1 Giản đồ thời gian chế độ auto nhập hàng 47

4.2.2 Giản đồ thời gian chế độ auto xuất hàng 47

4.3 Lưu đồ thuật toán 48

4.3.1 Lưu đồ chọn chế độ 48

4.3.2.Lưu đồ chế độ Manual 48

4.3.3 Lưu đồ chế độ Auto 49

4.3.4 Lưu đồ chương trình con chế độ auto nhập hàng 50

4.3.5 Lưu đồ chương trình con chế độ auto xuất hàng 51

4.4 Chương trình điều khiển 52

4.4.1 Thiết lập địa chỉ IP 52

4.4.2 Viết chương trình 53

4.5 Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát trên Wincc 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC 1 (CHƯƠNG TRÌNH HỆ THỐNG )

PHỤ LỤC 2 (THÔNG TIN CỦA PLC)

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2 1 Các module mở rộng của S7-1200 7

Bảng 2 2 Đặc điểm các dòng CPU 8

Bảng 2 3 Bit Logic 11

Bảng 2 4 Cuộn dây ngõ ra 11

Bảng 2 5 Set và Reset 12

Bảng 2 6 Các lệnh timer 13

Bảng 2 7 Các lệnh counter 13

Bảng 2 8 Các lệnh so sánh 14

Bảng 2 9 Các lệnh toán học 15

Bảng 2 10 Các lệnh di chuyển 16

Bảng 2 11 Ngõ ra xung 17

Bảng 2 12 Sơ đồ kết nối chân của CPU 1214C DC/DC/DC 18

Bảng 3 1 Liệt kê các thiết bị 27

Bảng 3 2 Thông số kỹ thuật PLC S7-12001214C DC/DC/DC 31

Bảng 3 3 Thông số kĩ thuật cảm biến tiệm cận 32

Bảng 3 4 Thông số kỹ thuật SMC D-A93 33

Bảng 3 5 Thông số kỹ thuật rơle MY2N 34

Bảng 3 6 Thông số nguồn tổ ong 24 VDC - 10 A 34

Bảng 3 7 Thông số kĩ thuật động cơ bước TB6600 35

Bảng 3 8 Thông số kỹ thuất động cơ bước 42

Bảng 3 9 Thông số kĩ thuật của MCB 2P 10A 42

Bảng 3 10 Thông số kỹ thuật của van điện từ 5/2 43

Bảng 3 11 Thông số kỹ thuật xylanh khí nén 2 piston 44

Bảng 3 12 Thông số kỹ thuật nút dừng khẩn cấp 44

Bảng 3 13 Thông số kỹ thuật nút nhấn nhả có đèn 44

Bảng 3 14 Thông số kỹ thuật đèn báo tín hiệu 220VAC phi 22 45

Bảng 3 15 Thông số kỹ thuật đèn báo trạng thái 24 VDC phi 22 45

Bảng 4 1 Đầu vào của hệ thống 46

Bảng 4 2 Đầu ra của hệ thống 46

DANH MỤC HÌNH

Hinh 1.1 Các thiết bị bốc xếp hàng hóa cơ bản hiện nay 3

Hình 2 1 PLC S7-224 5

Hình 2 2 PLC S7-1200 CPU 1212C AC/DC/RLY 6

Hình 2 3 Các cổng kết nối S7-1200 7

Hình 2 4 CPU 1214C 7

Hình 2 5 Giao diện bắt đầu TIA Portal V16 9

Hình 2 6 Hình dáng bên ngoài S7-1200 10

Hình 2.7 Sơ đồ chân cáp Ethernet 11

Hình 2 8 Bit Logic 11

Hình 2 9 Cuộn dây ngõ ra 11

Hình 2 10 Set và Reset 12

Hình 2 11 Các lệnh timer 13

Hình 2 12 Các lệnh counter 13

Hình 2 13 Các lệnh so sánh 14

Hình 2 14 Các lệnh toán học 15

Hình 2 15 Các lệnh di chuyển 15

Hình 2 16 Lệnh xung PWM 16

Hình 2 17 Các lệnh Motion Control 17

Hình 2 18 Sơ đồ kết nối của S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC 18

Hình 2 19 Biểu tượng TIA Portal V16 19

Hình 2 20 Giao diện khởi động TIA Portal V16 19

Hình 2 21 Tạo Project mới 20

Hình 2 22 Add CPU 20

Hình 2 23 Giao diện cấu hình PLC S7-1200 21

Hình 2 24 Thiết lập địa chỉ IP cho PLC 21

Hình 2 25 Các địa chỉ I/O của CPU đang sử dụng 22

Hình 2 26 Giao diện lập trình 22

Hình 2 27 Nạp chương trình cho PLC_1 22

Hình 2 28 Nạp chương trình cho PLC_2 23

Hình 2 29 Nạp chương trình cho PLC_3 23

Hình 2 30 Nạp chương trình cho PLC_4 24

Hình 2 31 Nạp chương trình cho PLC_5 24

Hình 2 32 Xem chương trình chạy trên máy tính 25

Hình 3 1 Sơ đồ khối 27

Hình 3.2 Sơ đồ nối dây PLC 28

Hình 3 3 Mô hình tổng thể_1 29

Hình 3 4 Mô hình tổng thể_2 30

Hình 3 5 Tủ điện 31

Hình 3 6 PLC S7-1200 1214C DC/DC/DC 31

Hình 3 7 Sơ đồ kết nối của cảm biến NPN 32

Hình 3 8 Cảm biến tiệm cận NPN LJ12A3-4-Z/BX 32

Hình 3 9 Sơ đồ kết nối cảm biến từ 33

Hình 3 10 Cảm biến từ xy lanh SMC D-A93 33

Hình 3 11 Sơ đồ chân của rơle trung gian 33

Hình 3 12 Rơle Omron MY2N và đế 34

Hình 3 13 Nguồn tổ ong 24 VDC - 10 A 34

Hình 3 14 Driver điều khiển động cơ bước TB6600 34

Hình 3 15 Vị trí chỉnh Switch của Driver TB6600 35

Hình 3 16 Mạch cách ly 36

Hình 3 17 Sơ đồ nguyên lý mạch cách ly 36

Hình 3 18 Sơ đồ khối động cơ bước 38

Hình 3 19 Cuộn dây động cơ bước 39

Hình 3 20 Sơ đồ mạch điện động cơ bước 40

Hình 3 21 Sơ đồ cuộn dây các loại động cơ bước 40

Hình 3 22 Sơ đồ kết nối động cơ Step 41

Hình 3 23 Động cơ Step KH42JM2B210 42

Hình 3 24 MCB 2P 10A của hãng LS 42

Hình 3 25 Sơ đồ kết nối Van điện từ 43

Hình 3 26 Van điện từ 5/2 43

Hình 3 27 Xylanh khí nén 2 piston của hãng SMC 43

Hình 3 28 Nút nhấn dừng khẩn cấp của hãng SUNGHO 44

Hình 3 29 Nút nhấn nhả có đèn 44

Hình 3 30 Đèn báo tín hiệu 220VAC phi 22 45

Hình 3 31 đèn báo trạng thái 24 VDC phi 22 45

Hình 4 1 Giản đồ thời gian chế độ auto nhập hàng 47

Hình 4 2 Giản đồ thời gian chế độ auto xuất hàng 47

Hình 4 3 Lưu đồ chương trình chọn chế độ 48

Hình 4 4 Lưu đồ chương trình chế độ Manual 48

Hình 4 6 lưu đồ chương trình con chế độ nhập hàng 50

Hình 4 7 Lưu đồ chương trình con chế độ xuất hàng 51

Hình 4 8 Thiết lập địa chỉ IP_1 52

Hình 4 9 Thiết lập địa chỉ IP_2 52

Hình 4 10 Thiết lập địa chỉ IP_3 53

Hình 4 11Kích hoạt xung Clock và xung PTO_1 53

Hình 4 12 Kích hoạt xung Clock và xung PTO_2 54

Hình 4 13 Kích hoạt xung Clock và xung PTO_3 54

Hình 4 14 Kích hoạt xung Clock và xung PTO_4 55

Hình 4 15Giao diện viết chương trình cho PLC 55

Hình 4.16 Kết nối PLC với WinCC RT Advanced 55

Hình 4.17 Chọn Screen để tạo HMI 56

Hình 4.18 Add new screen để tạo giao diện 56

Hình 4.19 Giao diện thiết lập WinCC 56

Hình 4.20 Khối Basic objects 57

Hình 4.21 Khối Elements 57

Hình 4.22 Khối Controls 57

Hình 4.23 Giao diện giám sát WinCC của hệ thống 58

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

vận

Logic Controller

Bộ điều khiển logic khả trình

điều hành và máy móc

MỞ ĐẦU

 Mục đích thực hiện đề tài:

- Tiết kiệm sức lao động cho con người và tiết kiệm chi phí cho các nhà máy, xí nghiệp

- Chuyển hóa toàn bộ sức lao động của con người sang cho máy móc

 Mục tiêu của đề tài

- Hoàn thành đúng hạn mô hình và báo cáo

- Mô hình chạy ổn định và độ chính xác tương đối cao

 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu:

 Thiết kế phần cứng và tạo ra mô hình, sản phẩm hoàn chỉnh

 Lập trình trên PLC S7-1200 điều khiển và giám sát “Hệ thống lưu kho tự động

sử dụng PLC S7-1200 ”

Phương pháp nghiên cứu

 Tham khảo tài liệu trên trang chủ http://www.siemens.com kết hợp với thực hành trực tiếp trên CPU 1214C của Siemens trên mô hình

 Tham khảo một số tài liệu do GVHD cung cấp; tài liệu trên các diễn đàn liên quan

 Khảo sát một số mô hình thực tế và một số đề tài trước

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG

1.1 Đặt vấn đề

1.1.1.Tìm hiểu chung về hệ thống lưu trữ hàng hóa

Nền công nghiệp nước ta nói riêng và các nước trên thế giới nói chung đang có nhiều chuyển biến mạnh mẽ Ngày trước, sản phẩm được tạo ra một cách thủ công nên việc mang sản phẩm ra vào kho chủ yếu được thực hiện bằng sức lao động, cho nên không tận dụng hết được các khoảng không gian, sức chứa của kho hàng, việc quản lý hàng hoá kém hiệu quả dẫn đến tốn nhiều diện tích làm nhà kho chứa hàng

Trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá ngày nay sản xuất càng phát triển, hàng hóa làm ra càng nhiều đáp ứng nhu cầu tiêu dùng cho xã hội Từ đó đã nảy sinh cần có những kho hàng hiện đại để đáp ứng yêu cầu của sản xuất và khắc phục được những hạn chế của các kho hàng cũ hiện nay

Hiện tại, trên thế giới có rất nhiều hệ thống lưu trữ hàng hóa, các hệ thống này cực kỳ đa dạng và phong phú về thiết bị cũng như cách thức thực hiện Nhưng trong

đó chủ yếu là sử dụng sức lao động để bốc dỡ hàng hóa, các thiết bị bốc dỡ hàng là các máy nâng sử dụng người lái để sắp xếp hàng hóa vào kho

Hiện nay các nhà kho có các nhược điểm sau:

 Sử dụng nhiều nhân công và diện tích để chứa hàng hóa

 Không phân loại được các hàng hóa khác nhau (đa dạng hàng hóa thường để chung với nhau trong 1 kho rất khó để phân loại)

 Không bảo quản tốt hàng hóa khi có số lượng nhiều (Chất hàng chồng lên nhau dẫn đến hư hỏng móp méo)

 Rất khó kiểm soát số lượng hàng hóa xuất và nhập trong kho

Với sự ra đời của các hệ thống xếp hàng hóa tự động, chúng ta có thể quản lý tốt hàng hóa nhanh chóng trong việc lưu trữ và xuất hàng hóa ra khỏi kho, các hệ thống này được sử dụng robot để vận chuyển hàng hóa, điều này đồng nghĩa với việc đầu tư trang thiết bị hiện đại cho hệ thống kho tốn khá nhiều chi phí nhưng việc vận chuyển hàng hóa được bảo quản tốt, thuận tiện cho công việc quản lý và kiểm soát hàng hoá, tiết kiệm được nhân công…

Dưới đây Hình 1 1 là một vài hình ảnh về các thiết bị bốc xếp hàng hóa cơ bản

hiện nay:

Hinh 1.1 Các thiết bị bốc xếp hàng hóa cơ bản hiện nay

1.1.2 Vấn đề đặt ra

Từ những yếu tố trên và nhằm đáp ứng nhu cầu sắp xếp sản phẩm, hàng hóa một cách tự động giúp tiết kiệm thời gian và chi phí nhóm đã chọn đề tài “Điều khiển và giám sát mô hình hệ thống lưu kho tự động sử dụng PLC S7-1200 ”

1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Đề tài “Điều khiển và giám sát mô hình hệ thống lưu kho tự động sử dụng PLC S7_1200” là một mô hình hệ thống, hoạt động dưới sự điều khiển và giám sát qua Wincc Khi nhập hàng, hàng hóa sẽ được đưa vào khu vực nhập hàng nhờ hệ thống vận chuyển Khi hàng hóa đến vị trí lấy hàng, hệ thống robot sẽ lấy hàng rồi vận chuyển đến vị trí kho lưu trữ Khi xuất hàng, hàng hóa sẽ được hệ thống robot đưa ra

từ kho lưu trữ đến khu vực xuất hàng, sau đó hàng hóa sẽ được vận chuyển ra ngoài nhờ hệ thống vận chuyển

1.3 Các công nghệ sử dụng trong hệ thống

Hiện nay, có rất nhiều dạng hệ thống lưu kho tùy theo nhu cầu của khách hàng như:

- Hệ thống lưu kho tự động có phân loại sản phẩm bằng mã QR

- Hệ thống lưu kho tự động có phân loại sản phẩm bằng mã vạch

Đồng thời cũng có rất nhiều phần mềm hỗ trợ để giám sát và quản lý thuận tiện hơn như: GM Sales, KiotViet, Sapo…

Trong đề tài này sử dụng các công nghệ như sau:

- Sử dụng PLC S7 – 1200 để điều khiển hệ thống

- Sử dụng WinCC để giám sát quá trình hoạt động và hiện thị kết quả lên màn hình 1.4 Phương án thiết kế

1.4.1 Yêu cầu thiết kế

Sau quá trình tham khảo một số tài liệu liên quan đến tự động hóa, mô hình hệ

thống lưu kho tự động và qua khảo sát một số mô hình lưu kho trong thực tế, nhóm quyết định chọn đề tài “Điều khiển và giám sát mô hình hệ thống lưu kho tự động sử dụng PLC S7 _ 1200”

Nhóm chọn phương án thiết kế này vì nó dễ lắp đặt và thi công mô hình chi phí không cao, còn những phương án thiết kế khác thì chi phí lắp đặt cao, nhiều thiết bị vật liệu khó tìm kiếm

Mô hình của nhóm chỉ mô phỏng lại các hệ thống lưu kho thực tế Các thiết bị trong mô hình chỉ là các thiết bị được dùng trong học tập nghiên cứu

1.4.2 Lựa chọn phương án thiết kế

Trên yêu cầu kỹ thuật đã phân tích ở trên, chúng em đã lựa chọn phương án thiết

kế của mô hình hệ thống lưu kho tự động như sau:

˗ Sử dụng PLC S7 – 1200 để điều khiển hệ thống

˗ Sử dụng cảm biến để phát hiện vật

˗ Sử dụng Driver TB6600 để điều khiển động cơ bước

˗ Thiết kế giao diện WinCC để giám sát

˗ Sử dụng Xilanh để đưa vật vào vị trí kho lưu trữ

˗ Thiết kế và thi công tủ điện

 Sử dụng những phương án trên để thiết kế và thi công đề tài tốt nghiệp

Hệ thống lưu kho tự động của nhóm sẽ thiết lập một hệ thống bao gồm các nút nhấn Start để khởi động hệ thống, nút Stop để dừng hệ thống và nút nhấn E-stop để dừng hệ thống khẩn cấp

Trong quá trình vận hành hệ thống nếu có xảy ra lỗi thì nhấn nút E-stop để thực hiện dừng hệ thống khẩn cấp để đảm bảo an toàn cho người vận hành cũng như những người xung quanh

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM TIA

PORTAL V16 2.1 Tổng quan về PLC S7-1200

Hình 2 1 PLC S7-224

Năm 1968, công ty General của Mỹ đã cho ra đời thiết bị điều khiển lập trình được Tuy nhiên hệ thống còn khá cồng kềnh và đơn giản, người vận hành gặp nhiều khó khăn và không đáp ứng đủ yêu cầu sử dụng Hiện nay có nhiều loại PLC của nhiều hãng sản xuất khác nhau như: Siemens, Omron, Mitsubishi, Festo, Schneider, Hitachi, Koyo … trong một hãng lại có nhiều thế hệ khác nhau Ngoài ra các hãng còn sản xuất các thiết bị liên quan phục vụ cho quá trình tự động hoá như các module, cảm

S7-1200 cung cấp một cổng Profinet, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232

( Xem Hình 2 3 để biết các cổng kết nối của PLC S7-1200)

16 vào DC/16 ra DC

16 vào DC/16 ra Rơle Board tín hiệu

S7 – 1200 bao gồm các họ CPU 1211C, 1212C, 1214C, 1215C Mỗi loại CPU có

những tính năng khác nhau, thích hợp cho từng loại ứng dụng khác nhau (Hình 2 4

mô tả PLC S7-1200 1214C)

Hình 2 4 CPU 1214C

1 Kết nối nguồn

2 Kết nối hệ thống dây thao và khe gắn thẻ nhớ

3 Trạng thái led ngỏ vào

4 Cổng kết nối Profinet

Các kiểu cấp nguồn và đầu vào ra có thể là AC/DC/RLY, DC/DC/DC hay DC/DC/RLY.Đều có khe cắm thẻ nhớ, dùng cho khi mở rộng bộ nhớ cho CPU, copy chương trình ứng dụng hay cập nhật firmware.Chuẩn đoán lỗi online/offline Đồng hồ thời gian thực cho các ứng dụng thời gian thực

Bảng 2 2 Đặc điểm các dòng CPU

3 bộ 100kHz và

8 cạnh lên

và 8 cạnh xuống

12 cạnh lên và

12 cạnh xuống

Thời gian lưu trữ đồng hồ thời gian

thực

Được 10 ngày, nếu môi trường 40o C thì được tối thiểu 6 ngày

Sai số đồng hồ thời gian thực ± 60s/tháng

CPU Tốc độ thực hiện câu lệnh toán học 18µs/câu lệnh

Tốc độ thực hiện câu lệnh logic 0,1µs/câu lệnh

Tốc độ thực hiện lệnh chuyển dữ liệu

2.2.3 Lập trình

Bộ điều khiển S7–1200 được lập trình bằng Step 7 Basic có trong TIA Portal V10.5 hoặc cao hơn, không thể lập trình bằng các phần mềm Step 7 phiên bản cũ hơn

(Hình 2 5 mô tả giao diện TIA Portal V16 )

Hình 2 5 Giao diện bắt đầu TIA Portal V16

Các loại khối lập trình của S7-1200:

 Chu kỳ chương trình OB1

 Ngắt phát hiện lỗi OB82

 Đèn Ix.x-màu xanh: Chỉ định trạng thái On/Off của đầu vào số

 Đèn Qx.x-màu xanh: Chỉ định trạng thái On/Off của đầu ra số

Giao tiếp PLC S7 – 1200 với máy tính

 Để lập trình ta kết nối trực tiếp 1 PC với 1 PLC qua 1 dây cáp Ethernet

 Một PLC có thể kết nối trực tiếp với 1 thiết bị

 Để kết nối nhiều hơn 1 thiết bị với S7-1200 cần có cáp hay thiết bị chuyển đổi

 Sơ đồ chân cổng Ethernet của PLC (xem Hình 2 7):

Hình 2.7 Sơ đồ chân cáp Ethernet

2.2.5 Các tập lệnh cơ bản trong S7-1200

Tập lệnh tiếp điểm (Bit logic)

Tiếp điểm thường hở (NO), thường đóng (NC) (xem Hình 2 8 ):

Cuộn dây ngõ ra (OUT)

Hình 2 9 Cuộn dây ngõ ra

 Lệnh OUT: Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng

1 và ngược lại Toán hạng n : Q, M, L, D Chỉ sử dụng một lệnh OUT cho 1 địa chỉ

 Lệnh OUT NOT: Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 0 và ngược lại Toán hạng n : Q, M, L, D Chỉ sử dụng một lệnh OUT NOT cho 1 địa chỉ

Bảng 2 4 Cuộn dây ngõ ra

Các bộ định thời (Timer )

Kích thước và tầm của kiểu dữ liệu Time là 32 bit, lưu trữ như là dữ liệu Dint:

-2.147.483.648 ms đến 2.147.483.647 ms

Các loại Timer của S7-1200 (xem Hình 2 11 ):

 TP: bộ định thì xung phát ra một xung với bề rộng xung được đặt trước

 TON: ngõ ra của bộ định thời ON – delay Q được đặt lên ON sau một sự trì hoãn thời gian đặt trước

 TOF: ngõ ra Q của bộ định thì OFF – delay được đặt lại về OFF sau một sự

 trì hoãn thời gian đặt trước

 TONR: ngõ ra bộ định thì có khả năng nhớ ON – delay được đặt lên ON sau một trì hoãn thời gian đặt trước Thời gian trôi qua được tích lũy qua nhiều giai đoạn định thì cho đến khi ngõ vào R được sử dụng để đặt lại thời gian trôi qua

 RT: đặt lại một bộ định thì bằng cách xóa dữ liệu thời gian được lưu trữ trong khối dữ liệu tức thời của bộ định thì xác định

 Các bộ định thời TP, TON và TOF có các thông số ngõ vào và ngõ ra giống nhau

 Bộ định thời TONR có thông số ngõ vào đặt lại được thêm vào R

 Lệnh RT đặt lại dữ liệu định thời cho bộ định thời được chỉ định

Bảng 2 6 Các lệnh timer

TONR về 0

Chỉ ra bộ định thời nào để đặt lại với lệnh RT

Thông số Kiểu dữ liệu Miêu tả

(CTU,CTUD)

USInt, Uint, UDInt Giá trị đếm đặt trước

USInt, Uint, Giá trị đếm hiện thời

Lệnh so sánh

Hình 2 13 Các lệnh so sánh Các lệnh so sánh (xem Hình 2 13 )

Ta sử dụng các lệnh so sánh để so sánh hai giá trị của cùng một kiểu dữ liệu, nếu lệnh so sánh thỏa thì ngõ ra sẽ là mức 1 = TRUE tiếp điểm này được kích hoạt

Kiểu dữ liệu so sánh là: SInt, Int, Dint, USInt, UDInt, Real, LReal, String, Char,Time, DTL, Constant

Bảng 2 8 Các lệnh so sánh

Lệnh toán học

Ta sử dụng một lệnh hộp phép toán để lập trình các vận hành phép toán cơ bản

(xem Hình 2 14) :

 ADD: phép cộng (IN1 + IN2 = OUT)

 SUB: phép trừ (IN1 – IN2 = OUT)

 MUL: phép nhân (IN1 * IN2 = OUT)

 DIV: phép chia (IN1 / IN2 = OUT)

Hình 2 14 Các lệnh toán học Bảng 2 9 Các lệnh toán học

IN1, IN2 Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt, Real, Lreal,

OUT Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt, Real, Lreal Ngõ ra phép toán

 MOVE: sao chép một phần tử dữ liệu được lưu trữ tại một địa chỉ xác định đến một địa chỉ mới

 MOVE_BLK: di chuyển có thể ngắt mà sao chép một khối các phần tử dữ liệu đến một địa chỉ mới

 UMOVE_BLK: di chuyển không ngắt được mà sao chép một khối các phần tử

dữ liệu đến một địa chỉ mới

Bảng 2 10 Các lệnh di chuyển

MOVE

IN Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt,

Real, Lreal, Byte, Word, Dword, Char, Array, Struct, DTL, Time

Địa chỉ nguồn

MOVE_BLK, UMOVE_BLK

IN Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt,

Real, Lreal, Byte, Word, Dword Địa chỉ bắt đầu nguồn

sao chép

OUT Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt,

Real, Lreal, Byte, Word, Dword Địa chỉ bắt đầu đích

Lệnh Xung

Hình 2 16 Lệnh xung PWM

Hai máy phát xung có sẵn cho việc điều khiển các hàm ngõ ra xung tốc độ cao: PWM và PTO được sử dụng bằng các lệnh điều khiển chuyển động Ta có thể chỉ định mỗi máy phát xung đếm cả PWM hay PTO, nhưng không thể đếm cả hai cùng một lúc Hai máy phát xung được sắp xếp để xác định các ngõ ra kiểu số

 MC_Power cho phép và vô hiệu một trục điều khiển chuyển động

 MC_MoveVelocity làm cho trục di chuyển với tốc độ xác định

2.2.6 Kết nối I/O cho S7-1200 CPU1214C DC/DC/DC

Kết nối tín hiệu ra cho PLC: S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC có mạch điện đầu

ra tương đối hoàn thiện, có thể kết nối trực tiếp tới các tải công suất nhỏ Để mạch điện đầu ra hoạt động được, ta cần phải cấp nguồn cho nó Nguồn này là một nguồn 24VDC bất kì bên ngoài phải bảo đảm giá trị dòng điện định mức (tùy vào lượng tải) và dãy điện áp trong khoảng 20.4VDC tới 28.8VDC Cực nguồn dương (24VDC ) nối tới chân 3L+ và GND(24VDC ) nối tới 3M Theo tài liệu của hãng thì ở trạng thái tác động của một ngõ ra, tại dòng điện định mức 0.5 A thì đầu ra sẽ có mức điện áp cao 20VDC, nó

cho phép kết nối trực tiếp với các cảm biến (Xem chi tiết Bảng 2 12 )(xem Hình 2.18

)

Hình 2 18 Sơ đồ kết nối của S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC Bảng 2 12 Sơ đồ kết nối chân của CPU 1214C DC/DC/DC

Phần mềm cơ sở tích hợp tất cả phần mềm lập trình điều khiển cho các hệ thống

tự động hóa và truyền động điện, với tên gọi Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal) Đây là phần mềm lập trình điều khiển trực quan, hiệu quả và xác thực giúp người sử dụng thiết kế toàn bộ chương trình tự động hóa một cách tối ưu chỉ trong một giao diện phần mềm duy nhất

Không chỉ lập trình cho S7-1200, có thể sử dụng TIA Portal V16 để lập trình cho PLC S7-300/400 bình thường

2.3.2.Cách lập trình trong TIA Portal V16

Khởi động chương trình TIA Portal từ máy tính như sau:

 Double click vào biểu tượng Tia Portal V16 từ màn hình Desktop của máy

tính (Như Hình 2 19 )

Hình 2 19 Biểu tượng TIA Portal V16

 Sau khi khởi động chương trình TIA Portal( như Hình 2 20 ):

Hình 2 20 Giao diện khởi động TIA Portal V16

 Nhấp chọn “Create new Project ” để tạo một dự án mới, đặt tên dự án ở khung

“project name”, chọn nguồn lưu và sau đó nhấp “Create ” (Xem Hình 2 21 ):

Hình 2 21 Tạo Project mới

 Sau khi tạo project sẽ xuất hiện giao diện với các lựa chọn về thiết bị lập trình:

 Devices & Networks: Chọn thiết bị lập trình, xem và thay đổi thiết bị lập trình (bao gồm: PLC, HMI, PC system )

 PLC Programming: Lập trình cho PLC, xem và cập nhật chương trình mới

 Visualization: Cấu hình cho giao diện HMI

 Online & Diagnostics: kết nối trực tuyến PLC và chuẩn đoán lỗi

 Nhấp chọn Devices & Networks nhấp “Add new device” để chọn thiết bị để

lập trình như sau (xem Hình 2 22 ):

Hình 2 22 Add CPU

Hình 2 23 Giao diện cấu hình PLC S7-1200

 Sau khi click vào CPU cần kết nối sẽ xuất hiện giao diện với nhiều cửa sổ nhỏ

để thiết lập kết nối và chọn các cấu hình phù hợp với chương trình chuẩn bị tạo (xem

Hình 2.23 ):

 Để thiết lập cho kết nối Profinet ta làm như sau: Ở khung General (cấu hình

cho CPU ) ta chọn vào PROFINET Interface (Như Hình 2 24 )

Hình 2 24 Thiết lập địa chỉ IP cho PLC

Địa chỉ mặc định là:

 IP address: 192.168.0.1

 Subnet mask: 255.255.255.0

 Trong phần “Ethernet addresses”  IP protocol  Set IP address in project

 Thông tin chi tiết về địa chỉ I/O của PLC được xem trong phần “Overview of

Addresses” (Như Hình 2 25)

Hình 2 25 Các địa chỉ I/O của CPU đang sử dụng

Để viết chương trình cho PLC ta làm như sau:

 Trên “Project tree”  PLC_1 [CPU 1214C DC/DC/DC]  Program

blocks Main [OB1] (Xem Hình 2 26 )

 Trên thanh công cụ bên mép phải có hỗ trợ thêm một số lệnh cơ bản hoặc

ta có thể chọn các lệnh tắt trên Favorites  Empty box  rồi dùng kéo nhả chuột để chọn nhóm lệnh cần sử dụng hoặc có thể chọn ở phần Intructions

Hình 2 26 Giao diện lập trình

Để nạp chương trình cho PLC ta làm như sau:

 Click vào biểu tượng dowload trên màn hình (Như Hình 2 27 )

Hình 2 27 Nạp chương trình cho PLC_1

 Chọn Realtek PCIe GBE Family Controller, sau đó chọn Start search

(Như Hình 2 28 )

Hình 2 28 Nạp chương trình cho PLC_2

 Search xong thì máy tính sẽ tìm được PLC như hình bên dưới, ta chọn

Load để máy tính nạp chương trình xuống cho PLC (Như Hình 2 29 )

Hình 2 29 Nạp chương trình cho PLC_3

 Tiếp theo cửa sổ Load preview xuất hiện, tiếp tục chọn Load để nạp

chương trình cho PLC (Như Hình 2 30 )