(Đồ án tốt nghiệp) lập TRÌNH PLC s7 1200 điều KHIỂN máy bán nƣớc tự ĐỘNG

Sau thời gian tìm hiểu và thực hiện đồ án Tốt nghiệp này, nhóm chúng em đã hoàn thành được sản phẩm “Máy bán nước tự động” với thiết kế khá hoàn thiện về cơ cấu và cũng đã thực hiện được

Người hướng dẫn : ThS Võ khánh Thoại Sinh viên thực hiện : Trần Minh Bách

Người hướng dẫn : ThS Võ Khánh Thoại Sinh viên thực hiện : Trần Minh Bách

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

TÓM TẮT

Tên đề tài: Lập trình PLC S7-1200 điều khiển máy bán nước tự động

Sinh viên thực hiện : Trần Minh Bách, Võ Thế Toàn

Mã sinh viên : 1811505520201, 1811505520267

Lớp : 18TDH2

Nước ta là một nước đang phát triển với sự phát triển kinh tế đang lên thì ngành công nghiệp hoá cũng phát triển Do đó các loại máy móc và phần mềm liên lục được cập nhật và cải tiến để giúp tăng tốc độ làm việc nhằm nâng cao hiệu quả

Ngày nay với sự phát triển của khoa học công nghệ, nhất là trong lĩnh vực điều khiển và truyền thông, rất nhiều máy, hệ thống tự động thông minh ra đời,

đã làm thay đổi về mọi mặt cuộc sống của con người Cụ thể trong công nghiệp

là các máy tự động, các trạm sản xuất linh hoạt, các nhà máy thông minh Trong dân dụng là các thiết bị phục vụ trong các gia đình như máy giặt, tủ lạnh, các hệ thống bảo vệ, chiếu sáng tự động… Trong trao đổi, mua bán cũng xuất hiện các thiết bị tự động như các máy ATM, các máy thanh toán card, các máy bán cà phê…Với những chiếc máy đó việc mua bán, trao đổi của con người trở lên thuận tiện hơn Trong báo cáo này, nhóm muốn đề cập đến một trong những chiếc máy tự động ứng dụng trong giao thương, đó là máy bán hàng tự động Xuất phát từ lý do trên nhóm em muốn phát triển mô hình máy bán nước tự động điều khiển bằng PLC nên nhóm đã tìm hiểu và lựa chọn đề tài

Để thực hiện đề tài này, nhóm chúng em đã tiến hành nghiên cứu các máy bán nước tự động ở xung quanh khu vực sinh sống, sau đó tìm hiểu cách thức

và nguyên lý hoạt động, sau đó dự theo cơ chế hoạt động của máy thật để phác thảo lại mô hình cần thực hiện

Sau khi tìm hiểu và vẽ mô hình 3D thì chúng em bắt đầu vẽ sơ đồ thuật toán, nghiên cứu cách thức lập trình, cách thức kết nối, phần mềm lập trình, phần mềm mô phỏng PLC Siemens S7-1200 Sau đó nghiên cứu giải quyết vấn đề đặt ra cho chương trình, lập trình mô phỏng, kiểm tra Cuối cùng sau khi chương trình điều khiển đã thực hiện thì tiến hành thi công thiết kế cơ khí và chạy thử mô hình

Trong báo cáo đồ án tốt nghiệp lần này chúng em đã thực hiện cụ thể trong từng chương như sau:

 Chương 1: Tổng quan về máy bán nước tự động

 Chương 2: Tổng quan hệ thống điều khiển

 Chương 3: Thiết kế mô hình

 Chương 4: Viết chương trình điều khiển

Sau thời gian tìm hiểu và thực hiện đồ án Tốt nghiệp này, nhóm chúng em

đã hoàn thành được sản phẩm “Máy bán nước tự động” với thiết kế khá hoàn thiện về cơ cấu và cũng đã thực hiện được chức năng bán các loại nước khác nhau Tuy nhiên vì nhiều vấn đề chủ quan và khách quan nên đề tài vẫn còn một

số thiếu sót Chúng em mong nhận được sự đánh giá tận tình của thầy cô để có thể ngày càng hoàn thiện hơn trong tương lai

LỜI NÓI ĐẦU

Tự động hoá là một trong những hướng phát triển chủ yếu hiện nay Tự động hoá cho phép sử dụng tối đa các tiềm năng sẵn có, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao đối với trang thiết bị phục vụ sản xuất Tự động hoá cho phép thực hiện các quá trình công nghệ không có sự tham gia của con người Trong việc tự động hoá hoàn toàn thì vai trò của con người là quản lý và theo dõi hoạt động của các thiết bị và điều chỉnh các cơ cấu có liên quan đến quy trình công nghệ

Hiện nay, trong công nghiệp hiện đại hóa đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hóa ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt sản xuất Mặt khác với công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một kiểu loại thiết bị, thiết bị này đã đáp ứng được yêu cầu điều khiển nói trên,

đó là thiết bị điều khiển logic có thể lập trình gọi tắt là PLC (Programmable Logic Controller)

Ngày nay để tiết kiệm thời gian, công sức cho những nhu cầu sinh hoạt hàng ngày, họ vẫn chọn đi chợ hay vào những cửa hàng tạp hoá, để không những mua mà còn ngắm những loại mặt hàng mới m và đa dạng Bên cạnh đó, rất nhiều nơi tập trung rất đông dân cư, với mật độ dân số rất đông thì những cửa hàng tạp hóa, những xe hàng đi khắp nơi chào mời khách mua hàng đã trở nên

vô cùng phổ biến, đó là sự cạnh tranh không nhỏ đối với những gian hàng của máy bán hàng tự động

Ưu điểm: Máy bán hàng tự động có thể đặt ở mọi nơi và cung cấp hàng

nhanh chóng cho mọi người Bên cạnh đó máy bán hàng tự động với các sản phẩm với giá thành cạnh tranh sẽ thu hút một số lượng lớn người tiêu dùng với tính linh hoạt, tiện lợi và giá thành cạnh tranh

Với sự góp mặt của máy này con người có thêm một khoảng thời gian làm việc khác như học tập, nghiên cứu và làm các việc mà chúng ta chưa thể tự động hóa vv

Gần đây trên thị trường đã xuất hiện nhiều hệ thống bán hàng tự động, máy bán hàng tự động rất đa dạng về nguồn gốc và chủng loại Để đáp ứng được yêu cầu trên trong phạm vi đồ án tốt nghiệp Chúng em đã nghiên cứu và thực hiện

đề tài Máy bán nước tự động và sử dụng PLC để viết chương trình cho hệ thống

Trong quá trình thi công và hoàn thiện đề tài nhóm em đã cố gắng rất nhiều trong quá trình thi công và thực hiện Đồ án tốt nghiệp nhưng vẫn sẽ không tránh khỏi những sai sót, mong quý thầy cô bỏ qua và giúp đỡ để chúng em có thể hoàn thành tốt nhiệm vụ và củng cố kiến thức ngày càng vững vàng hơn để

có một hành trang vào đời với đầy đủ những kiến thức, kinh nghiệm

Bên cạnh sự nổ lực của các thành viên nhóm thì chúng em đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của thầy Võ Khánh Thoại Trong quá trình học thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ dạy các kinh nghiệm thực tế, các tài liệu liên quan cho chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài này

Do đó chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các thầy cô bộ môn Tự Động Hóa Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật - Đại học Đà Nẵng đặc biệt là

ThS Võ Khánh Thoại đã luôn quan tâm và tận tình giảng dạy trong suốt quá

trình học cũng như quá trình thực hiện đề tài

Nhóm em xin chân thành cảm ơn!

CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đề tài: “Lập trình PLC S7-1200 điều khiển máy bán nước

tự động” là một đề tài nghiên cứu độc lập dưới sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn: ThS Võ Khánh Thoại Các số liệu, hình ảnh, thông tin trong đồ án đều là trung thực, do chúng em tìm hiểu, tham khảo từ nhiều nguồn tư liệu Đồ

án này không sao chép các đồ án đã có từ trước

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

về nội dung đề tài của mình Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật – Đại học Đà Nẵng không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do em gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có)

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN 3

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN 4

TÓM TẮT 5

LỜI NÓI ĐẦU i

CAM ĐOAN iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ vii

DANH SÁCH CÁC BẢNG ix

MỞ ĐẦU 1

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY BÁN NƯỚC TỰ ĐỘNG 3

1.1 Giới thiệu chung: 3

1.1.1 Một số mô hình máy bán hàng tự động: 4

1.1.1.1 Mô hình máy bán thực phẩm chức năng dạng nước 4

1.1.1.2 Mô hình máy bán lon nước tự động 4

1.1.1.3 Mô hình máy bán sách tự động 6

1.1.1.4 Mô hình máy bán sandwich và bánh mì 6

1.2 Các vấn đề đặt ra: 7

1.3 Phương pháp nghiên cứu: 8

1.4 Phạm vi và giới hạn của nghiên cứu: 8

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 10

2.1 Tổng quan về hệ thống điều khiển: 10

2.2 Hệ thống điều khiển dùng PLC: 10

2.2.1 Giới thiệu về PLC S7-1200: 10

2.2.2 Cấu trúc bên trong: 12

2.2.3 Phân bộ vùng nhớ: 15

2.2.4 Tập lệnh PLC S7-1200: 15

2.2.5 Sơ đồ đấu dây: 18

2.2.6 Vòng quét và thứ tự lệnh thực thi trên PLC S7-1200 18

2.2.6.1 Giới thiệu về vòng quét trên PLC S7-1200 18

2.2.6.2 Thứ tự thực hiện các lệnh trên PLC S7-1200 18

2.2.7 Một số Ngôn ngữ lập trình của PLC S7-1200 19

2.2.7.1 Ngôn ngữ lập trình LAD 19

2.2.7.2 Ngôn ngữ lập trình PLC FBD 20

2.2.7.3 Ngôn ngữ lập trình PLC ST/STL 21

2.2.7.4 Ngôn ngữ lập trình C++ 23

2.3 Tổng quan về phần mềm SOLIDWORKS : 23

2.3.1 Tổng quan về phần mềm SOLIDWORKS : 23

2.3.2 Các chức năng chính của phần mềm SOLIDWORKS: 24

2.3.2.1 Khả năng thiết kế mô hình 3D hoàn hảo: 24

2.3.2.2 Tính năng lắp ráp các chi tiết: 25

2.3.2.3 Xuất bản trên phần mềm SOLIDWORKS: 25

2.3.2.4 Tính năng gia công trên SOLIDWORKS: 26

2.3.2.5 Phân tích động lực học trên SOLIDWORKS: 26

2.4 Cài đặt kết nối máy tính v: 26

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH 30

3.1 Xây dựng mô hình cơ khí: 30

3.2 Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển: 30

3.3 Định hướng mô hình bằng nguyên lý hoạt động 32

3.3.1 Nguyên lý hoạt động sau khi hoàn thiện 32

3.3.2 Cách thao tác máy bán nước tự động 32

3.3.2.1 Trình tự thao tác trên máy của khách hàng 32

3.3.2.2 Trình tự thực hiện của máy 32

3.4 Lưu đồ thuật toán: 33

3.5 Lựa chọn linh kiện 34

3.5.1 Mạch giảm áp DC – DC LM2596: 34

3.5.2 Đông cơ giảm tốc: 34

3.5.3 Công tắc hành trình: 35

3.5.4 PLC S7-1200 CPU 1212 DC/DC/DC: 36

3.5.5 Nguồn tổ ong: 37

3.5.6 Nút nhấn: 38

3.5.7 Rơ le đóng cắt: 39

3.6 Sơ đồ đấu dây: 40

3.7 Bảng phân công đầu vào – ra: 42

CHƯƠNG 4: VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 43

4.1 Thi công hệ thống điện: 43

4.1.1 Các tập lệnh sử dụng 43

4.1.2 Thiết kế tủ điện: 45

4.1.3 Thiết kế hệ thống nút nhấn lựa chọn loại nước 46

4.1.4 Thiết kế máy bán nước tự động: 47

4.2 Viết chương trình lập trình cho PLC 48

4.2.1 Lập bảng địa chỉ cho các chân PLC tương ứng đầu vào đầu ra 48

4.2.2 Viết chương trình lập trình cho PLC 48

4.3 Đánh giá kết quả thực hiện đề tài: 55

4.4 Hướng phát triển: 55

KẾT LUẬN 57

Tài liệu tham khảo 85

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mô hình máy bán thực phẩm chức năng 4

Hình 1.2 Mô hình máy bán nước sử dụng tiền mặt 5

Hình 1.3 Máy bán nước sử dụng th ATM VISA và tiền điện tử 5

Hình 1.4 Máy bán sách tự động 6

Hình 1.5 Máy bán bánh mì tự động ở Mỹ 6

Hình 2.1 Các khối chức năng của CPU 11

Hình 2.2 Hình dạng bên ngoài của S7-1200 và các modun mở rộng 11

Hình 2.3 Thiết bị giao tiếp 12

Hình 2 4 Cấu trúc của PLC 13

Hình 2 5 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/DC 18

Hình 2.6 Thứ tự thực hiện lệnh trên PLC S7-1200 19

Hình 2.7 Ngôn ngữ lập trình LAD 20

Hình 2.8 Ngôn ngữ lập trình FBD 21

Hình 2.9 Ngôn ngữ lập trình ST/SLT 23

Hình 2.11 Thiết kế mô hình 3D bằng phần mềm SolidWorks 25

Hình 2.12 Tính năng gia công ngay trên phần mềm SolidWorks 26

Hình 2.13: Biểu tượng TIA Portal V16 27

Hình 2.14: Giao diện chọn PLC của chương trình 27

Hình 2.15: Giao diện tạo dự án mới 28

Hình 2.16: Giao diện ban đầu 28

Hình 2.17: Giao diện IP trên PLC 29

Hình 2.18: Giao diện IP trên PLC 29

Hình 3.1 Bản vẽ mô hình cơ khí 30

Hình 3.2: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 31

Hình 3.3: Mạch giảm áp DC-DC LM2596 34

Hình 3.4: Động cơ giảm tốc JGB37-520 34

Hình 3.5: Công tắc hành trình 35

Hình 3.6: CPU 1212 DC/DC/DC 36

Hình 3.7: Chỉnh lưu tổ ong 37

Hình 3.8: Nút nhấn 38

Hình 3.9: Rơ-le 39

Hình 3.10 : Aptomat 40

Hình 4.1: Hình ảnh mặt trong tủ điện 45

Hình 4.2: Hình ảnh mặt ngoài tủ điện 45

Hình 4.3: Hình ảnh mặt ngoài tủ điện 46

Hình 4.4: Hệ thống nút nhấn và đèn báo khi khách mua nước 46

Hình 4.5: Mặt trước mô hình máy bán nước 47

Hình 4.6: Lò xo xoắn vị trí trả nước ra 47

Hình 4.7: Thiết lập bảng và các tag cho chân của PLC 48

Hình 4.8 - Hình 4.20: Chương trình lập trình của máy bán nước 54

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Một số CPU S7-1200 13

Bảng 2 2 Phân vùng bộ nhớ 155

Bảng 2.3: Tập lệnh xử lý bít 15

Bảng 2.4: Tập lệnh Timer 16

Bảng 2.5: Tập lệnh Counter 16

Bảng 2 6 Tập lệnh toán học 17

Bảng 2 7 Tập lệnh di chuyển 17

MỞ ĐẦU

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HÕA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: ThS Võ Khánh Thoại

Sinh viên thực hiện: Võ Thế Toàn Mã SV: 1811505520267

Trần Minh Bách Mã SV: 1811505520201

1 Tên đề tài:

“Lập trình PLC S7-1200 điều khiển máy bán nước tự động”

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Trần Văn Hiếu, “Tự Động Hóa PLC S7 – 1200 với TIA Portal”, năm 2019, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật

- Nguyễn Đức Hoàng, “PLC Programmable Logic Controller”, năm 2014, Đại học Bách Khoa Hồ Chí Minh

– Dương Minh Trí, “Sơ đồ chân Linh kiện bán dẫn”, nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật

- TS Nguyễn Minh Sơn, “Giáo trình Thiết kế Vi Mạch Số”, năm 2016, nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh

3 Nội dung chính của đồ án:

Chương 1: Tổng quan về máy bán hàng tự động

Chương 2: Tổng quan về PLC S7-1200 và LCD

Chương 3: Thi công mô hình sản phẩm

Chương 4: Thiết kế chương trình điều khiển máy bán nước tự động

Chương 5: Kết quả, đánh giá

4 Các sản phẩm dự kiến

- Mô hình máy bán hàng tự động thanh toán bằng các loại tiền giấy và polime của Việt Nam có mệnh giá dưới 50.000đ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY BÁN NƯỚC TỰ ĐỘNG

1.1 Giới thiệu chung:

Máy bán hàng tự động là một chiếc máy thông minh có thể tự động thực hiện giao dịch mua, bán các loại hàng có trong kho của nó với khách hàng Người mua là khách hàng, người bán là chiếc máy đó Thao tác mua, bán về cơ bản diễn ra bình thường như truyền thống

Với sự xuất hiện của máy bán hàng tự động trong những năm gần đây đã tạo

ra sự phát triển mạnh mẽ các dịch vụ công cộng như bán nước uống, đồ ăn nhanh… Những máy bán hàng tự động này xuất hiện chủ yếu ở những chỗ tập trung đông người như: siêu thị, ngân hàng, hoặc ở những khu vui chơi giả trí Những lợi ích mà máy bán hàng tự động đem lại cho chúng ta là rất lớn, cụ thể như:

Với một chiếc máy bán hàng, việc mua bán có thể diễn ra bất cứ thời gian nào, trong điều kiện thời tiết nào

Một chiếc máy bán hàng tự động có thể coi tương đương một quầy hàng nhỏ, chuyên bán một số mặt hàng Hơn nữa quầy hàng này không cần nhân viên bán hàng, nên tiết kiệm được tiền lương trả cho nhân viên

Máy bán hàng tự động có diện tích nhỏ nên có thể đặt được ở nhiều nơi, tận dụng được nhiều khoảng trống, và có thể tiết kiệm được tiền thuê mặt bằng

Mọi người thường có tâm lý e ngại khi mua một số mặt hàng ở các quầy hàng, thì việc mua ở các máy bán hàng tự động, hoàn toàn thoải mái

Các loại máy bán hàng tự động được thiết kế giao tiếp ngày càng thân thiện với người sử dụng Việc thực hiện mua sản phẩm rất dễ dàng, và không sai xót

Bằng việc sử dụng những đồng tiền xu sẽ làm thay đổi suy nghĩ của mọi người trong việc sử dụng và lưu thông những đồng tiền xu Các máy hiện đại có khả năng thanh toán bằng th tín dụng, nên có thể giảm được lượng tiền mặt lưu thông trên thị trường…

Từ nhu cầu thực tiễn và lợi ích của xã hội ta thấy máy bán hàng tự động là rất cần thiết trong một xã hội phát triển

Máy bán hàng tự động là một cụm từ chung, như các máy bán cà phê, máy nạp th điện thoại tự động, máy bán đồ ăn nhanh tự động… Nên trong đề tài này, nhiệm vụ cụ thể của nhóm là mô phỏng một mô hình máy bán nước

tự động dùng ba cảm biến tượng trưng cho 3 mệnh giá tiền và sử dụng để mua 3 loại nước khác nhau có trong máy

1.1.1 Một số mô hình máy bán hàng tự động:

1.1.1.1 Mô hình máy bán thực phẩm chức năng dạng nước

Hình 1.1 Mô hình máy bán thực phẩm chức năng

1.1.1.2 Mô hình máy bán lon nước tự động

Hình 1.2 Mô hình máy bán nước sử dụng tiền mặt

Hình 1.3 Máy bán nước sử dụng th ATM VISA và tiền điện tử

1.1.1.3 Mô hình máy bán sách tự động

Hình 1.4 Máy bán sách tự động

1.1.1.4 Mô hình máy bán sandwich và bánh mì

Hình 1.5 Máy bán bánh mì tự động ở Mỹ

Ở các hình từ 1.1 đến 1.5 là các mô hình sản phẩm máy bán hàng tự động phổ biến hiện nay với các thiết kế và chế tạo rất bắt mắt, có tính hiệu quả cao và rất dễ nhận biết nên các sản phẩm này đang càng ngày càng phủ rộng khắp trên Việt Nam và toàn thế giới Ngoài các sản phẩm bán hàng với nhiều loại sản phẩm nhu yếu phẩm phong phú phục vụ cuộc sống của chúng ta, thì với công nghệ hiện đại và nhu cầu sử dụng các hình thức thanh toán không tiền mặt ngày càng được phổ biến rộng rãi khắp nơi Rất nhiều các sản phẩm bán hàng với đa dạng hình thưc thanh toán như tiền mặt, thanh toán qua tài khoản Ngân hàng bằng mã QR, bằng ví điện tử hoặc thanh toán bằng ATM v.v

Với độ hoàn thiện và càng ngày càng đáp ứng nhu cầu phục vụ khách hàng với mục tiêu nhanh, tiện lợi thì chúng ta sẽ càng ngày càng được chứng kiến nhiều sản phẩm máy bán hàng nữa với sự đột phá về kết cấu, tính năng trong tương lai không xa

1.2 Các vấn đề đặt ra:

Sau khi tìm hiểu các loại máy bán hàng hiện có trên thì trường thì với mục tiêu thứ yếu nhất của con người đó là nước Vì vậy chúng em sẽ bắt tay vào thực hiện tìm hiểu và nghiên cứu chế tạo mô hình máy bán nước tự động, là sản phẩm đang phổ biến và phát triển hiện nay

Các máy bán hàng tự động được bán trên thị trường đã đạt độ hoàn thiện trong kết cấu cũng như trong tính năng Nhưng đó là những chiếc máy được phát triển bởi những công ty đã có kinh nghiệm trong việc chế tạo những sản phẩm dạng này Với một đề tài tốt nghiệp, việc thiết kế và chế tạo mô hình chiếc máy, nhóm gặp nhiều vấn đề cần giải quyết:

Trước tiên, đó là công nghệ dùng để nhận dạng tiền, cụ thể trong đề tài là nhận dạng các loại tiền giấy và tiền polime Việt Nam Các thiết bị nhận dạng bán trên thị trường sử dụng nhiều công nghệ khác nhau, với giá cả, độ tin cậy, tốc độ xử lý rất khác nhau Và đặc biệt rất khó mua tại Việt Nam

Trong việc thiết kế và chế tạo được hệ thống cơ khí phải chính xác, đảm bảo cho máy chạy êm, không bị kẹt trong quá trình hoạt động Đặc biệt là việc thiết kế hệ thống phân loại tiền, trả tiền, và hệ thống trả hàng

Việc xây dựng được thuật toán điều khiển và phương pháp điều khiển cho máy cũng gặp nhiều vấn đề khó khăn, vừa phải đảm bảo điều khiển cho máy hoạt động được chính xác, dự phòng được các lỗi xảy ra khi máy hoạt động, vừa phải làm sao cho việc lập trình đơn giản nhất có thể

Cơ cấu chấp hành sử dụng trong máy là động cơ DC và động cơ bước, cần được điều khiển chính xác

Máy phải tuyệt đối an toàn, có độ tin cậy cao

1.3 Phương pháp nghiên cứu:

Máy bán hàng tự động là một sản phẩm đã được phát triển trên thị trường, và

là một sản phẩm cơ điện tử, nên trong quá trình làm đồ án, nhóm đã áp dụng phương pháp nghiên cứu sau:

Nghiên cứu mô hình của các chiếc máy bán đã có sẵn trên thị trường, kết cấu, giao diện, tính năng của những chiếc máy đó Từ đó áp dụng để thiết kế trong giới hạn đề tài

Áp dụng phương pháp luận trong thiết kế cơ điện tử vào thiết kế máy, cụ thể là:

Thiết kế theo tuần tự, và đồng thời

Mô hình hóa phần cơ, mô phỏng hóa phần điện, tối ưu hóa trước khi hoàn thiện thiết kế trước khi chế tạo

Chế tạo mẫu các chi tiết chưa đảm bảo hoạt động như mong muốn, hoặc chưa được thiết kế trong các hệ thống thật trước đó, chế tạo mẫu mạch điện Sau cùng, chế tạo thật mô hình máy

1.4 Phạm vi và giới hạn của nghiên cứu:

Một chiếc máy bán hàng tự động thường có rất nhiều tính năng và công nghệ tiên tiến hiện có Tuy nhiên trong phạm vi một đề tài tốt nghiệp, với những giới hạn về thời gian, tài chính và tầm hiểu biết, nhóm chúng em chỉ chế tạo một mô hình máy bán hàng tự động với các tính năng sau:

Đề tài chỉ nghiên cứu mô hình máy bán nước loại nhỏ với 3 loại nước khác nhau và được nhận diện bằng công tắc hành trình thay vì nhận diện bằng cảm biến tiền và bộ xử lý hình ảnh Giả sử khi dùng các mệnh giá tiền tương ứng là 5.000 VNĐ, 10.0000VNĐ, 20.000VNĐ chạm vào các công tắc hành trình thì các loại nước tương ứng sẽ được đưa ra ngoài

Máy không có chức năng giữ lạnh đồ uống

Máy chỉ dùng một PLC loại CPU 1212 để điều khiển cho cả hệ thống

Vỏ máy được chế tạo bằng vật liệu đơn giản

Máy không có khả năng xử lý tiền và phân biệt đƣợc tiền thật, tiền giá cũng

nhƣ các mệnh giá tiền

Không thể trả lại tiền cho khách khi khách không muốn mua sản phẩm và

không thể trả lại tiền thừa

Không có nút ấn để hủy thao tác mua hàng đang thực hiện

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

2.1 Tổng quan về hệ thống điều khiển:

Yêu cầu:

Sơ đồ điều khiển đảm bảo đủ các quá trình công nghệ

Đơn giản, tin cậy, đầy đủ các đầu vào – ra

Đảm bảo thứ tự điểu khiển

Trong mạch điều khiển sử dụng bộ điều khiển logic lập trình PLC để điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm vì PLC được ứng dụng nhiều trong công nghiệp và sản xuất, có độ tự động hóa cao:

Không mất nhiều thời gian lắp đặt

Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển

Độ tin cậy cao

Dễ dàng trong bảo dưỡng, sửa chữa

Trên yêu cầu kỹ thuật đã phân tích ở trên, chúng em lựa chọn phương án thiết kế của mô hình phân loại sử dụng băng tải như sau:

Mô hình sử dụng băng tải được dẫn động bằng động cơ riêng biệt

Mô hình sử dụng cảm biến hồng ngoại phát hiện vật

Mô hình sử dụng một đầu đọc mã vạch được lắp ở độ cao và góc nghiêng cố định

Sử dụng hai xi-lanh khí nén thực hiện nhiệm vụ phân loại

Sử dụng bộ đ ều kh ển PLC S7-1200 và kết hợp cơ sở dữ l ệu trong SQL Server để đ ều kh ển hệ thống

2.2 Hệ thống điều khiển dùng PLC:

2.2.1 Giới thiệu về PLC S7-1200:

 PLC 1200 ra đời năm 2009 dùng để thay thế dần cho 200 So với

S7-200 thì S7-1S7-200 có những tính năng nổi trội hơn

 PLC S7-1200 được thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp



Các thành phần của PLC S7-1200 bao gồm: như Hình 2.1

 3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau

giống như điều khiển AC hoặc DC phạm vi rộng

 2 mạch tương tự và số mở rộng điều khiển mô-đun trực tiếp trên CPU làm

giảm chi phí sản phẩm

Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ chương trình khác nhau

 S7-1200 có 3 dòng là CPU 1211C, CPU 1212C và 1214C

Hình 2.1 Các khối chức năng của CPU

Hình 2.2 Hình dạng bên ngoài của S7-1200 và các modun mở rộng

S7-1200 hỗ trợ kết nối Profibus và kết nối PTP (point to point) Giao tiếp PROFINET với:

Các thiết bị lập trình

Thiết bị HMI

Các bộ điều khiển SIMATIC khác

Hình 2.3 Thiết bị giao tiếp

2.2.2 Cấu trúc bên trong:

Cũng giống như các PLC cùng họ khác, PLC S7-1200 gồm 4 bộ phận cơ bản: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao tiếp xuất / nhập

Bộ xử lý còn được gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), chứa bộ vi xử lý, biên dịch các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC Truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết bị xuất

Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC (24V) cần thiết cho bộ xử lý và các mạch điện trong các module giao tiếp nhập và xuất hoạt động

Bộ nhớ là nơi lưu trữ chương trình được sử dụng cho các hoạt động điều khiển dưới sự kiểm soát của bộ vi xử lý

Các thành phần nhập và xuất (input / output) là nơi bộ nhớ nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị điều khiển Tín hiệu nhập có thể từ các công tắc, các bộ cảm biến… Các thiết bị xuất có thể là các cuộn dây của bộ khởi động động cơ, các van solenoid…

Chương trình điều khiển được nạp vào bộ nhớ nhờ sự trợ giúp của bộ lập trình hay bằng máy vi tính

Hình 2 4 Cấu trúc của PLC Bảng 2.1 Một số CPU S7-1200

Tính năng CPU 1211C CPU

e

10 Kbytes 10 Kbytes 10 Kbytes 10 Kbytes

Tính năng CPU 1211C CPU

8 Inputs / 6 Out

14 Inputs /

10 Out

14 Inputs /

10 Out Kiểu

tương tự 2 inputs 2 inputs 2 inputs

2 inputs / 2 outputs Kích

thước bộ

đệm

Inputs 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes

Outputs 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes 1024 bytes Bit nhớ (M) 4096 bytes 4096 bytes 4096 bytes 4096 bytes Module mở rộng vào

SB

4 built – in I/O, 6 with

Singe phase

3 at 100kHz

SB: 2 at 30kHz

3 at 80kHz SB: 2 at 20kHz

3 at 80kHz

1 at 20kHz SB: 2 at 20kHz

Tính năng CPU 1211C CPU

1212C CPU 1214C CPU 1215C

Lưu trữ thời gian đồng

hồ thời gian thực

Chuẩn là 20 ngày, nhỏ nhất là 12 ngày ở nhiệt độ 400C

(duy trì bằng tụ điện có điện dung lớn) PROFINET

1 cổng truyền thông

Ethernet

2 cổng truyền thông

Ethernet Tốc độ thực thi

Load memory chứa bộ nhớ của chương trình khi down xuống

Work memory là bộ nhớ lúc làm việc

System memory thì có thể setup vùng này trong Hardware config, chỉ cần chứa các dữ liệu cần lưu vào đây

Bảng 2 2 Phân vùng bộ nhớ

1211C

CPU 1212C

CPU 1214C Load

Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng khi giá trị của bit có địa chỉ n là 0

Toán hạng n: I, Q, M, L, D

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

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

Giá trị của các bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 Khi đầu vào của lệnh bằng 0 thì bit này vẫn giữ nguyên trạng thái

Toán hạng n: Q, M, L, D

Giá trị của các bit có địa chỉ là n sẽ bằng 0 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 Khi đầu vào của lệnh bằng 0 thì bit này vẫn giữ nguyên trạng thái

Toán hạng n: Q, M, L, D

Bảng 2.4: Tập lệnh Timer

Timer trễ không nhớ – TON Khi ngõ vào IN ngừng tác động thì reset và dừng hoạt động Timer Thay đổi PT khi Timer vận hành không có ảnh hưởng

gì

Bảng 2.5: Tập lệnh Counter

Counter đếm lên – CTU

Giá trị bộ đếm CV được tăng lên 1 Khi tín hiệu ngõ vào

CU chuyển từ 0 lên 1 Ngõ ra Q được tác động lên 1 khi CV

>= PV Nếu trạng thái R = Reset được tác động thì bộ đếm

CV = 0

Bảng 2 6: Tập lệnh toán học

Lệnh so sánh dùng để so sánh hai giá trị IN1 và IN2 bao gồm IN1= IN2, IN1>= IN2, IN1<= IN2, IN1< IN2, IN1> IN2, IN1<> IN2

So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu lệnh so sánh thỏa mãn thì ngõ ra sẽ là mức 1 = TRUE (tác động mức cao) và ngƣợc lại Kiểu dữ liệu so sánh là: SInt, Int, Dint, USInt, UDInt, Real,

Lreal, String, Time, DTL, Constant

Lệnh cộng ADD: OUT = IN1 + IN2 Lệnh trừ SUB : OUT = IN1 - IN2

Tham số IN1, IN2 phải cùng kiểu dữ liệu: Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt, Real, Lreal, Constant

Tham số OUT có kiểu dữ liệu: Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt, Real, Lreal

Tham số ENO = 1 nếu không có lỗi xảy ra trong quá trình thực thi Ngƣợc lại ENO = 0 khi có lỗi, một số lỗi xảy ra khi thực thi lệnh này:

Kết quả toán học nằm ngoài phạm vi của kiểu dữ liệu Real/Lreal: Nếu một trong những giá trị đầu vào là NaN sau đó đƣợc trả về NaN

ADD Real/Lreal: Nếu cả hai giá trị IN là INF có dấu khác nhau, đây là một khai báo không hợp lệ và đƣợc trả về NaN Bảng 2.7: Tập lệnh di chuyển

Lệnh Move di chuyển nội dung ngõ vào IN đến ngõ ra OUT mà không làm thay đổi giá trị ngõ IN

Tham số:

EN: cho phép ngõ vào ENO: cho phép ngõ ra IN: nguồn giá trị đến OUT1: nơi chuyển đến

2.2.5 Sơ đồ đấu dây:

Hình 2 5 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/DC

2.2.6 Vòng quét và thứ tự lệnh thực thi trên PLC S7-1200

2.2.6.1 Giới thiệu về vòng quét trên PLC S7-1200

Trên PLC siemen s7-1200 chương trình chạy bên trong cpu sẽ thực hiện lặp lại chương trình liên tục từ trên xuống dưới Mỗi vòng lặp chương trình được gọi là vòng quét của PLC Trong mỗi vòng quét chương trình thì đọc trạng thái các ngõ vào sau đó thực hiện các lệnh có trong vòng quét xong, sau đó xuất tín hiệu tác động lên ngõ vào ra Vòng quét trên PLC Siemens thường là chương trình nằm trong khối OB1

Thời gian thực hiện hết 1 vòng quét phụ thuộc vào hai yếu tố như sau:

 Một là số câu lệnh có trong vòng quét của chương trình, càng nhiều câu lệnh thì thời gia thực hiện vòng quét sẽ càng lớn

 Tiếp theo là tốc độ xử lý lệnh của CPU Nếu tốc độ

xử lý lệnh của cpu càng nhỏ thì thời gian vòng quét càng ngắn

Việc tính toán thời gian quét để giúp chúng ta có thể tính toán sơ bộ được thời gian cập nhật các ngõ vào ra của PLC để có thể tính toán sai số của

hệ thống trong quá trình viết chương trình

Về mặt nguyên tắc chung thì thứ tự thực hiện trên PLC S7-1200 sẽ là

thứ tự từ trên xuống dưới và từ trái qua phải Tuy nhiên thường phải tuân theo

bạn có kiến thức tốt hơn trong qá trình lập trình

2.2.7 Một số Ngôn ngữ lập trình của PLC S7-1200

2.2.7.1 Ngôn ngữ lập trình LAD

Ladder còn được biết đến với nhiều tên gọi khác nhau như: sơ đồ bậc

thang (ladder diagram “LD”) hay là LAD và là ngôn ngữ lập trình được sử dụng

để lập trình PLC Nó là một ngôn ngữ lập trình PLC đồ họa nhằm thể hiện các

hoạt động logic với ký hiệu tượng trưng Lader logic được tạo ra từ các nấc

thang logic, tạo thành trông giống như một cái thang, do đó có tên là “Ladder

Logic” hay sơ đồ bậc thang

Ladder Logic “LAD” không chỉ là một ngôn ngữ lập trình cho PLC Nó là một trong những ngôn ngữ lập trình PLC được tiêu chuẩn hóa Điều này đơn giản có nghĩa là Ladder Logic đã được theo một tiêu chuẩn Tiêu chuẩn đó được gọi là IEC 61131-3

có thể sử dụng một ngôn ngữ FBD này để lập trình cho bất kỳ chức năng nào trong một chương trình PLC

FBD là ngôn ngữ lập trình PLC chính thức được mô tả theo tiêu chuẩn IEC 61131-3 và ngôn ngữ cơ bản cho tất cả các lập trình viên PLC FBD là ngôn ngữ lập trình tuyệt vời để triển khai mọi thứ từ logic đến timer, bộ điều khiển PID và thậm chí hệ thống SCADA, v.v

Ưu điểm:

 Hoạt động tốt với các chức năng điều khiển chuyển động

 Trực quan và dễ dàng hơn đối với một số người dùng

 Có thể gộp nhiều dòng chương trình thành một khối hoặc một số khối chức năng

Nhược điểm: Có thể trở nên vô tổ chức khi sử dụng ngôn ngữ này vì bạn có thể đặt các khối chức năng này ở bất kỳ đâu trên đầu trang Điều này cũng dẫn đến việc khắc phục sự cố khó khăn hơn

Một số hãng sản xuất PLC hỗ trợ ngôn ngữ lập trình FBD như: AB, Simens, v.v

Hình 2.8 Ngôn ngữ lập trình FBD

2.2.7.3 Ngôn ngữ lập trình PLC ST/STL

Structured Text “ST/STL” là ngôn ngữ lập trình PLC đạt chuẩn IEC

61131-3 Ngôn ngữ lập trình ST dựa trên nền tảng văn bản, trong khi ngôn ngữ lập trình LAD và FBD dựa trên nền tảng đồ họa ST là ngôn ngữ cấp cao giống như Basic và “C”