(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống chiết rót và đóng nắp sử dụng PLC S71200(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống chiết rót và đóng nắp sử dụng PLC S71200(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống chiết rót và đóng nắp sử dụng PLC S71200(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống chiết rót và đóng nắp sử dụng PLC S71200(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống chiết rót và đóng nắp sử dụng PLC S71200(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống chiết rót và đóng nắp sử dụng PLC S71200(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống chiết rót và đóng nắp sử dụng PLC S71200(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống chiết rót và đóng nắp sử dụng PLC S71200(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống chiết rót và đóng nắp sử dụng PLC S71200(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống chiết rót và đóng nắp sử dụng PLC S71200(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống chiết rót và đóng nắp sử dụng PLC S71200(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống chiết rót và đóng nắp sử dụng PLC S71200(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống chiết rót và đóng nắp sử dụng PLC S71200(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống chiết rót và đóng nắp sử dụng PLC S71200(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống chiết rót và đóng nắp sử dụng PLC S71200(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống chiết rót và đóng nắp sử dụng PLC S71200(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống chiết rót và đóng nắp sử dụng PLC S71200(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống chiết rót và đóng nắp sử dụng PLC S71200(Đồ án tốt nghiệp) Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ thống chiết rót và đóng nắp sử dụng PLC S71200
TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Các sản phẩm tiêu dùng hiện nay chủ yếu được đóng gói trong các chai lọ, đặc biệt trong ngành thực phẩm như bia, rượu, nước giải khát và hóa mỹ phẩm, nhờ vào ưu điểm về giá thành thấp, độ cứng cáp cao, tính thẩm mỹ và dễ sản xuất Do đó, hệ thống máy chiết rót, đóng chai tự động ngày càng được sử dụng rộng rãi với nhiều chủng loại khác nhau Trong đề tài này, tôi sẽ thiết kế hệ thống trộn, chiết rót và đóng nắp chai sử dụng PLC S7-1200 và hệ thống điều khiển giám sát trên WinCC, phản ánh một phần của dây chuyền sản xuất nước giải khát và các sản phẩm khác.
Trong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa, tự động hóa đóng vai trò không thể thiếu trong mọi lĩnh vực của ngành kinh tế quốc dân Tự động hóa giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, thúc đẩy năng suất lao động và tăng khả năng cạnh tranh trên thị trường quốc tế Việc áp dụng tự động hóa là yếu tố then chốt để phát triển bền vững, đáp ứng yêu cầu của nền công nghiệp hiện đại và đáp ứng nhu cầu của xã hội ngày càng cao.
Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, lĩnh vực kỹ thuật Điện - Điện tử cũng đạt nhiều tiến bộ vượt bậc Tự động hóa được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và sản xuất, đóng vai trò không thể thiếu trong công nghiệp hiện đại Các dây chuyền tự động hóa ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu về công nghệ cao và khả năng thay thế con người, từ đó giúp tăng năng suất lao động rõ rệt.
Lý do chọn đề tài
Trong thời đại ngày nay, sự ứng dụng của khoa học kỹ thuật đã thúc đẩy sự chuyển biến rõ rệt và không ngừng tiến bộ của thế giới Phát triển công nghệ, đặc biệt là công nghệ tự động, đã tạo ra hàng loạt dây chuyền sản xuất và thiết bị máy móc hiện đại, nổi bật với độ chính xác cao, tốc độ nhanh và khả năng kích ứng tối ưu.
Chương I: Tổng Quan Về Dây Chuyền 2
Công nghệ tự động hóa đang trở thành một lĩnh vực kỹ thuật đa nhiệm, đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao của các ngành công nghiệp, xây dựng, y tế và lâm nghiệp Nhờ vào tính linh hoạt và hiệu quả, tự động hóa đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong đời sống hàng ngày, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng công việc trong nhiều lĩnh vực.
Trong ngành công nghiệp sản xuất nước uống đóng chai, dây chuyền chiết rót đóng vai trò cực kỳ quan trọng và không thể thiếu trong quy trình sản xuất Nhận thức rõ tầm quan trọng đó, tôi đã thiết kế và xây dựng chương trình “Thiết kế mô hình giám sát và điều khiển hệ chiết rót và đóng nắp sử dụng PLC – S7 1200” nhằm tối ưu hóa quá trình vận hành của dây chuyền Việc ứng dụng PLC S7 1200 giúp kiểm soát chính xác, nâng cao hiệu suất và đảm bảo chất lượng sản phẩm trong nhà máy nước uống đóng chai.
Đối tượng nghiên cứu
Hiện nay tại Việt Nam có nhiều nhà máy và xí nghiệp sử dụng hệ thống tự động hóa trong sản xuất, tuy nhiên chưa có sự liên kết chặt chẽ giữa các hệ thống này khiến hiệu quả sản xuất chưa đạt mức tối ưu Để nâng cao năng suất và giảm bớt gánh nặng trong công tác điều khiển, giám sát hệ thống tự động, việc triển khai phần mềm quản lý và giám sát tự động là vô cùng cần thiết Sử dụng phần mềm phù hợp giúp kết nối các thiết bị tự động, tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả hoạt động của doanh nghiệp.
Hiện nay, có nhiều phần mềm SCADA của các hãng như Mitsubishi, Wonderware, Siemens, trong đó WinCC là phần mềm hỗ trợ hữu ích trong hệ thống tự động hóa Phần mềm WinCC nổi bật với tính năng đồ họa đẹp mắt, chuyên nghiệp, cho phép trình bày dữ liệu bằng ngôn ngữ lập trình như C hoặc Visual Basic, giúp các kỹ sư tùy biến và thiết kế hệ thống SCADA một cách tối ưu, nâng cao hiệu quả vận hành.
Mục tiêu của đề tài
Hoàn thành đề tài giúp lắp đặt mô hình dây chuyền chiết rót và đóng nắp chai, đồng thời nắm vững cách đấu nối và lập trình các thiết bị cảm biến, PLC và tự động hóa Áp dụng phần mềm WinCC Comfort để giám sát hệ thống, điều khiển qua màn hình, xuất dữ liệu lên website, nhận thông tin và cảnh báo khi xảy ra sự cố Sử dụng PLC CPU S7-1200 để thu tín hiệu từ cảm biến, điều khiển hệ thống van khí nén và động cơ bước, nâng cao hiệu quả và độ chính xác của quá trình sản xuất tự động.
Ưu điểm và thiếu sót khi thực hiện đề tài
Với kiến thức còn hạn chế và việc SCADA vẫn chưa phổ biến tại Việt Nam, thời gian thực hiện đề tài ngắn cùng hạn chế về kinh tế đã khiến mô hình còn nhiều thiếu sót Mặc dù mô hình chưa thể cung cấp hình ảnh rõ ràng về quá trình sản xuất nước uống đóng chai trong thực tế, nhưng đề tài đã thể hiện rõ nhu cầu thực tế và đáp ứng cơ bản yêu cầu sản xuất.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Điều khiển tự động là xu hướng tất yếu trong các lĩnh vực công nghiệp và sinh hoạt nhờ các ứng dụng vượt trội của nó Trong các hệ thống tự động quy mô vừa và lớn, việc tích hợp PLC và SCADA, đặc biệt là phần mềm WinCC kết hợp với SIMATIC S7 300, cho phép điều khiển và giám sát từ xa chính xác tại trung tâm xử lý Việc sử dụng SCADA trong hệ thống tự động hóa không những nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn mở rộng khả năng vận hành, góp phần xây dựng hệ thống tự động hoàn chỉnh về chức năng và hiệu quả kinh tế, đáp ứng yêu cầu của công nghiệp hiện đại.
Dựa trên nhu cầu thực tế từ các nhà máy và dây chuyền sản xuất đang được nâng cấp và mở rộng, đề tài này mang tính thực tiễn cao Ưu điểm nổi bật của đề tài là khả năng ứng dụng vào các nhà máy, xí nghiệp có quy mô vừa và lớn, giúp nâng cao hiệu quả sản xuất trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất nước.
Phương pháp nghiên cứu
- Tìm tài liệu liên quan đến đề tài mà mình nghiên cứu
- Đưa ra các giải pháp tối ưu cho việc thiết kế chế tạo sản phẩm thực tế
Chương I: Tổng Quan Về Dây Chuyền 4
- Tìm hiểu các thiết bị và khí cụ điện sử dụng cho mô hình
- Tìm nguồn cung cấp điện áp và dòng điện ổn định cho mô hình hoạt động
- Tiến hành viết chương trình điều khiển.
Nội dung nghiên cứu
• Các thiết bị được sử dụng trong hệ thống chiết rót nước đóng chai
• Thiết bị điều khiển plc s7-1200 và phần mềm
- Hệ thống dựa trên cơ sở lý thuyết và các hệ thống có sẵn trong thực tế
- Thiết kế mô hình, giám sát và điều khiển hệ chiết rót và đóng nắp sử dụng PLC – S7 1200
- Kết quả và hướng phát triển hệ thống chiết rót nước đóng chai.
CƠ SỞ LÍ THUYẾT
Tổng quan về thiết bị vận tải
Các loại thiết bị vận tải phổ biến thường dùng để vận chuyển thể hạt, có kích thước nhỏ, chuyên chở các chi tiết thành phẩm và bán thành phẩm, cũng như vận chuyển hành khách theo một quỹ đạo cố định không có điểm dừng giữa chừng Trong đó, các loại băng chuyền như băng tải, băng chuyền, băng gầu, đường goòng treo và thang chuyền được sử dụng rộng rãi do năng suất cao và hiệu quả vượt trội, đặc biệt tại các khu vực có địa hình phức tạp.
2.1.2 Giới thiệu tổng quan về cơ cấu truyền động
Băng chuyền là thiết bị vận tải quan trọng trong các nhà máy sản xuất, dùng để chuyển các hạt thành phẩm và bán thành phẩm trong dây chuyền sản xuất Thiết bị này hoạt động theo phương nằm ngang hoặc góc nghiêng nhẹ, giúp tối ưu hóa quá trình vận chuyển và nâng cao hiệu suất làm việc Cấu tạo của băng chuyền cố định chắc chắn, đảm bảo vận hành ổn định và bền bỉ trong môi trường sản xuất.
• Những yêu cầu đối với hệ truyên động băng chuyền:
Nguồn cung cấp cho động cơ truyền động băng chuyền cần có dung lượng lớn, đặc biệt là đối với các động cơ công suất ≥ 30 kW để đảm bảo quá trình khởi động diễn ra dễ dàng và nhẹ nhàng hơn Việc này giúp hạn chế tác động đến lưới điện khi mở máy, đảm bảo an toàn và ổn định trong hoạt động của hệ thống Hệ thống khống chế tự động cũng được tích hợp để tối ưu hóa quá trình vận hành và kiểm soát công suất một cách hiệu quả.
Hình 2 1 Sơ đồ hệ thống băng chuyền
Chương II: Cơ sở lí thuyết 6 hệ thống băng chuyền phải theo yêu cầu công nghệ của đối tượng mà băng chuyền phục vụ
- Thứ tự khởi động các băng tải
- Có thể dừng băng tải theo yêu cầu
- Phải có cảm biến phát hiện vật trên băng chuyền
Ngày nay, nhờ sự phát triển của khoa học và công nghệ, việc điều khiển băng chuyền trong dây chuyền sản xuất đã chuyển từ việc sử dụng rơle tự động sang các thiết bị chuyên dụng PLC hiện là giải pháp điều khiển số mạnh mẽ nhất, nổi bật với thiết kế nhỏ gọn, tốc độ điều khiển nhanh, khả năng chống nhiễu cao, giá thành cạnh tranh và khả năng lập trình linh hoạt.
Giới thiệu các thiết bị và khí cụ điện sử dụng trong hệ thống chiết rót nước đóng chai
2.2.1.1 Động cơ điện một chiều
Gồm hai phần chính là phần tĩnh và phần quay, ngoài ra còn có các bộ phận khác
Cực từ chính là bộ phận tạo ra từ trường trong máy móc, gồm lõi thép và dây quấn kích từ Lõi thép được chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện mỏng cho các động cơ công suất lớn, giúp tối ưu từ thông và độ cứng chắc Đối với các động cơ có công suất nhỏ, lõi thép được đúc thành các khối để đảm bảo hiệu quả hoạt động cao.
Cực từ phụ là thành phần đặt giữa các cực từ chính trong các động cơ lớn nhằm cải thiện quá trình đổi chiều, với cấu tạo gồm lõi thép khối trên thân cực từ có cuộn dây, không có mặt cực Dây quấn kích từ, quấn quanh thanh cực từ và nối tiếp nhau, đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh từ trường và nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ.
Hình 2 2 Sơ đồ nối dây động cơ kính từ nối tiếp
Lõi thép được chế tạo từ những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm nhằm giảm tổn hao do dòng điện xoáy, với các rãnh bên ngoài để đặt dây quấn phần ứng Dây quấn gồm các dây đồng được bọc cách điện, đặt bên trong các rãnh của phần ứng, gồm nhiều phần tử được nối với nhau qua hai phiến góp để tạo thành mạch điện kín, giúp tối ưu hiệu suất hoạt động của máy.
Cổ góp, hay còn gọi là vành góp hoặc vành đổi chiều, là thiết bị dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều trong máy thành dòng điện một chiều ra ngoài hoặc ngược lại, từ dòng một chiều bên ngoài thành dòng xoay chiều vào trong máy Cổ góp gồm nhiều miếng đồng ghép cách điện bằng mica dày từ 0,4 đến 1,2 mm, tạo thành hình tròn giúp chuyển đổi dòng điện hiệu quả trong các máy điện quay.
Vỏ máy được chế tạo bằng gang cho các động cơ có công suất lớn và bằng thép cuộn thành ống cho các động cơ có công suất nhỏ, nhằm cố định lõi thép của cực từ, giúp đảm bảo độ bền và hiệu suất hoạt động của máy.
+ Nắp máy: Thường làm bằng gang để bảo vệ dây quấn và đỡ trục của rôto nhờ các ổ bi
+ Trục: Được gắn với rôto làm bằng thép
+ Chổi than: Dùng để dẫn điện từ ngoài vào trong dây quấn phần ứng và ngược lại
❖ Phương trình đặc tính cơ của động cơ điện kích từ nối tiếp
Chương II: Cơ sở lí thuyết 8
- Động cơ hay Motor: là bộ phận có vai trò kết nối, khiến cánh quạt quay và tạo ra áp lực để đưa nước lên trên cao
- Cánh quạt: Được thiết kế với hình tròn và nhiều rãnh công, có vai trò quạt nước để đẩy nước ở ống đầu vào tới ống đầu ra máy bơm
Tốc độ quay 100 vòng/phút
Hình 2 3 Động cơ điện một chiều
- Máy bơm nước mini là dòng máy bơm nước, được dùng để bơm nước cho hồ cá hoặc non bộ
Máy bơm nước mini hoạt động dựa trên nguyên lý áp lực, trong đó nước chảy từ khu vực có sức ép cao đến khu vực có sức ép thấp hơn Nguyên tắc này giúp máy bơm mini dễ dàng vận hành hiệu quả, mang lại dòng chảy ổn định Sử dụng máy bơm nước mini phù hợp trong các ứng dụng nhỏ gọn, tiết kiệm năng lượng và tiện lợi cho người dùng Đảm bảo lựa chọn máy bơm có công suất phù hợp để tối ưu hiệu quả và kéo dài tuổi thọ sản phẩm.
Hình 2 4 Hình ảnh thực tế của bơm nước
Chương II: Cơ sở lí thuyết 10
- Gồm có hai phần chính: phần quay (Rotor) và được bao xung quanh là phần tĩnh (Stator)
Hai bộ phận chính của Stator là lõi thép (mạch từ) và dây quấn
Lõi thép được chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện dập theo khuôn, ghép lại thành hình trụ rỗng có mặt trong được phay rãnh chứa dây quấn máy điện, có thể là dây quấn 2 pha, 3 pha, 4 pha hoặc 5 pha Phần ngoài của Stator được bảo vệ bằng vỏ làm bằng nhôm hoặc hợp kim nhôm, với hai nắp đầu làm bằng cùng vật liệu được bắt chặt vào vỏ, trong đó có lắp ổ trục (ổ trượt hoặc vòng bi) để hỗ trợ trục quay của Rotor.
Dây quấn Stator của động cơ bước nam châm vĩnh cửu là loại dây điện từ, có tiết diện hình tròn hoặc hình chữ nhật nhằm tối ưu hoá khả năng dẫn điện và truyền từ trường Dây quấn Stator được chia thành nhiều pha dây quấn, mỗi pha có một tổ bối dây, giúp cải thiện hiệu suất hoạt động của động cơ Mỗi tổ bối dây có W số vòng dây và được lồng vào cực từ của Stator, đảm bảo tạo ra từ trường ổn định và mạnh mẽ cho động cơ bước nam châm vĩnh cửu.
Rotor của động cơ bước nam châm vĩnh cửu thường không có răng cực từ, mà được từ hóa vĩnh cửu vuông góc với trục quay và lồng vào phía trong của Stator Cực từ của Rotor thường gồm 2 hoặc 6 cực từ (N - S) xen kẽ nhau, giúp tạo ra từ trường đều và ổn định cho động cơ hoạt động chính xác.
Nguyên lý hoạt động của động cơ này dựa trên tác dụng của từ trường lên một hoặc nhiều nam châm vĩnh cửu, tạo ra lực đẩy và tạo moment xoắn Rotor trong động cơ hình thành các cặp từ và nhận tác động từ trường quay do các cuộn dây sinh ra, giúp chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học hiệu quả.
Các cuộn dây của Stator được gọi là các pha, và động cơ bước có thể có 2, 3, 4 hoặc 5 pha Động cơ hoạt động bằng cách cấp điện cho các cuộn dây theo thứ tự nhất định và đảo chiều dòng điện sau mỗi bước quay, giúp điều khiển chính xác vị trí của trục quay Chiều quay của động cơ phụ thuộc vào thứ tự cấp điện cho các cuộn dây và hướng của từ trường sinh ra Việc điều chỉnh thứ tự cấp điện và hướng từ trường là yếu tố chủ chốt để xác định hướng quay của động cơ bước.
Góc bước của động cơ thường thay đổi từ 60 đến 450 trong chế độ điều khiển bước đầy đủ, đảm bảo hoạt động chính xác và ổn định Mô-men hãm của động cơ dao động từ 0,5 đến 25 Ncm, phù hợp với nhiều ứng dụng công nghiệp và tự động hóa Tần số khởi động tối đa đạt 0,5 KHz, giúp khởi động nhanh chóng và hiệu quả, trong khi tần số làm việc tối đa ở chế độ không tải lên đến 5 KHz, mang lại hiệu suất cao và khả năng hoạt động liên tục.
Hình 2 5 Hình ảnh động cơ bước trong thực tế
Chương II: Cơ sở lí thuyết 12
2.2.2 Các thiết bị đóng ngắt relay
Module 1 Relay với opto cách ly nhỏ gọn, có opto và transistor cách ly giúp cho việc sử dụng trở nên an toàn với board mạch chính Mạch được sử dụng để đóng ngắt nguồn điện công suất cao AC hoặc DC, có thể chọn đóng khi kích mức cao hoặc mức thấp bằng Jumper
Tiếp điểm đóng ngắt bao gồm 3 loại chính: NC (thường đóng), NO (thường mở) và COM (chân chung), được cách ly hoàn toàn với bo mạch chính Trong trạng thái bình thường, tiếp điểm NC sẽ nối với COM, giữ mạch kín Khi có tín hiệu kích hoạt, tiếp điểm COM sẽ chuyển sang nối với NO và mất kết nối với NC, đảm bảo hoạt động chính xác của hệ thống tự động.
Hình 2 6 Hình ảnh relay trung gian Omron
2.2.2.2 Van điện từ khí nén AIRTAC 4V110-06
Van điện từ là thiết bị điều khiển bằng điện, có nhiều loại và cấu tạo khác nhau phù hợp với từng ứng dụng Chúng hoạt động dựa trên dòng điện và lực điện từ để mở hoặc đóng các cửa van, giúp kiểm soát dòng chảy chất lỏng hoặc khí một cách chính xác Van điện từ hai cửa cho phép luồng đi qua lại theo quy trình đóng mở xen kẽ, trong khi van ba cửa có thể điều chỉnh luồng theo các vị trí khác nhau để phù hợp với hệ thống phức tạp Đặc biệt, các hệ thống lớn thường sử dụng nhiều van điện từ ghép lại để điều khiển mọi hoạt động một cách linh hoạt và hiệu quả Điện áp của cuộn coil thường là 24 VDC, đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn trong các ứng dụng công nghiệp.
Số cặp tiếp điểm 4 cặp Đèn báo Có
Hình 2 7 Van khí điện từ
Chương II: Cơ sở lí thuyết 14
1 Thân van bằng đồng hoặc inox, nhựa
2 Lưu chất chất lỏng ( Dầu , nước ) , khí ( gas, khí nén, ….)
4 Vỏ ngoài cuộc hút ( Dùng để bảo vệ cuộn điện)
5 Cuộn từ - cuộn coil ( Cuộn từ sinh ra lực hút )
7 Trục van làm kín ( Trạng thái bình thường lò xo sẽ tác động ép kín , giúp van ở trường thái thường đóng )
9 Khe hở lưu chất khi van mở
TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN ĐÓNG NẮP CHAI
Tổng quan về dây chuyền chiết rót và đóng nắp chai trên thị trường
Công nghệ chiết rót và đóng nắp chai tự động là giải pháp tiên tiến được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp sản xuất nước giải khát Công nghệ này giúp nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo chất lượng sản phẩm Các nhà máy sử dụng hệ thống tự động hóa để rót, đóng nắp và đóng chai nhanh chóng, chính xác Nhờ đó, nó góp phần giảm thiểu công đoạn thủ công, tiết kiệm thời gian và tăng năng suất Công nghệ chiết rót và đóng nắp chai tự động là chìa khóa để đáp ứng nhu cầu thị trường ngày càng cao và giữ vững vị thế cạnh tranh trong ngành công nghiệp đồ uống.
Dây chuyền đóng nắp chai tự động đa dạng về kích thước, phù hợp cho nhiều quy mô sản xuất khác nhau Thiết bị này thường được kết hợp với dây chuyền chiết rót chất lỏng để tối ưu hoá quy trình đóng gói Nhờ tính linh hoạt và tự động hóa, dây chuyền đóng nắp chai phù hợp không chỉ cho các doanh nghiệp lớn mà còn cho các cơ sở sản xuất tư nhân nhỏ.
Một số công ty sản xuất và phân phối dây chuyền đóng nắp chai ở Việt Nam:
Công Ty THHH Tự Động Việt Quang & KHS
Các mô hình chiết rót và đóng nắp chai có sẵn trên thị trường
Hình 3 1 Dây chuyền đóng chiết rót KHSb
Dây chuyền chiết rót 3 trong 1 của công ty KHS tích hợp các công đoạn thổi căng chai, chiết rót nước và đóng nắp chai, mang lại hiệu quả sản xuất tối ưu Với quy trình liên hoàn này, một dây chuyền có khả năng sản xuất lên đến 72.000 chai mỗi giờ, đáp ứng nhanh chóng nhu cầu thị trường Hệ thống tiên tiến của KHS đảm bảo chất lượng sản phẩm, nâng cao năng suất và giảm chi phí sản xuất cho doanh nghiệp.
1 Dây chuyền làm mát chai
4 Băng tải outfeed Đầu tiên các chai được thổi căng sau đó sẽ được đưa vào dây chuyền làm mát chai
Hình 3 2 Tổng quan máy chiết rót KHS
Chương III: Tổng Quan Về Dây Chuyền Đóng Nắp Chai 30 đóng nắp và chuyển đến băng tải outfeed Băng tải outfeed sẽ chuyển các chai đầy và được đóng nắp ra ngoài.
Dây chuyền làm mát chai
Chai được làm mát dọc theo đường đi của chúng từ máy đúc đến hệ thống chiết rót Vòi phun phun nước lên đế chai
Hình 3 3 Dây chuyền làm mát chai
Hệ thống chiết rót
Khi làm đầy các chai, lượng nước phải được xác định chính xác để đảm bảo chất lượng sản phẩm Có hai phương pháp định lượng cơ bản: định lượng bằng chiều cao và định lượng bằng thể tích nước Phương pháp định lượng bằng chiều cao dựa trên thiết kế của van điền, nơi khoảng cách giữa mức đổ đầy và vành chứa được đo để xác định lượng nước Trong khi đó, định lượng bằng thể tích sử dụng đồng hồ đo lưu lượng để xác định khối lượng nước đã lấp đầy, và quá trình bơm nước dừng lại khi đạt thể tích mong muốn Các phương pháp này giúp đảm bảo độ chính xác trong quá trình đóng chai.
3.4.1 Đồng hồ đo lưu lượng (flow meter) Đồng hồ đo lưu lượng được lắp vào đường kết nối tương ứng giữa vòng đệm và vòng phân phối cho mỗi van nạp Đồng hồ đo lưu lượng được sử dụng để đo chính xác thể tích chiết trên mỗi chai Khối lượng nạp cho các chai được đặt trên bảng điều khiển vận hành
Hình 3 4 Phương pháp định lượng nước trong chai
Chương III: Tổng Quan Về Dây Chuyền Đóng Nắp Chai 32 và tạo thành điểm đặt cho đồng hồ đo lưu lượng Quá trình làm đầy được chấm dứt khi khối lượng chiết được đo bằng đồng hồ đo lưu lượng đạt đến điểm đặt
Quá trình làm đầy được kiểm soát bởi van nạp, đảm bảo an toàn và chính xác Đồng hồ đo lưu lượng tích hợp giữa tô chuông và van nạp giúp xác định chính xác tốc độ dòng chảy Khi đạt đến giá trị thể tích đã được thiết lập trước, quá trình chiết tự động dừng lại, đảm bảo quá trình diễn ra hiệu quả và chính xác.
Hình 3 5 Vị trí của van và flow meter
Hệ thống đóng nắp
6 Khung trong đó được gắn cáp
Hình 3 6 Hệ thống đóng nắp
Chương III: Tổng Quan Về Dây Chuyền Đóng Nắp Chai 34
Các máng nắp truyền tải nắp để động cơ đóng nắp Nắp được nhận bởi các nón trên các cọc đóng nắp
Vòng xoay chai giữa hệ thống chiết rót và đóng nắp chuyển các chai chưa được đóng nắp vào hệ thống đóng nắp Vòng trung tâm nhận được chai
Các động cơ đóng nắp sẽ đóng nắp chai sau đó các chai được đóng nắp kín sẽ được truyền tới băng tải outfeed
Hình 3 7 Bố cục của drive
9 Bánh răng 3 Động cơ servo điều khiển bánh răng 1 thông qua bánh răng 2 Các bánh răng 1 quay các trục đưa các chai đi bằng các dây đai và hầm cáp quay các bánh răng 3 Hầm cáp xoay các cọc đóng nắp thông qua các bánh răng 2
Hình 3 8 Máng cấp nắp
Chương III: Tổng Quan Về Dây Chuyền Đóng Nắp Chai 36
Bánh răng giám sát giữ lại các nắp có vị trí không chính xác
Bộ phận lưu trữ nắp giữ lại các nắp khi một hoặc nhiều chai bị thiếu, đảm bảo quá trình đóng gói diễn ra liên tục Hệ thống cung cấp không khí qua các vòi phun khí để đẩy nắp chai vào tay quay hình sao, giúp tự động hóa quá trình đóng nắp Bánh xe hình sao chia nắp ra đều đặn và cung cấp vào các khối trục quay, tăng hiệu quả và năng suất trong quá trình đóng gói chai.
Băng tải outfeed
Các băng tải outfeed nhận chai từ máy và chuyển chúng vào các thùng chứa một cách hiệu quả Được trang bị thiết bị điều chỉnh chiều cao, các băng tải này giúp định hướng và đưa chai đi bằng cổ chai chính xác Khi chiều cao của thùng chứa và băng tải outfeed chênh lệch nhau, người vận hành có thể dễ dàng điều chỉnh chiều cao của băng tải để đảm bảo khoảng cách cân đối, tối ưu hóa quá trình vận chuyển chai.
Trong trường hợp xảy ra tắc nghẽn chai trên băng tải, các chai vẫn đang trong quá trình thoát khỏi hệ thống qua máng xả vào thùng chứa do khách hàng cung cấp, giúp duy trì quá trình sản xuất liên tục Cảm biến báo cáo tình trạng tắc nghẽn chính xác, từ đó giúp hệ thống tự động dừng hoặc điều chỉnh vận hành để tránh gây nghẽn hàng loạt Việc sử dụng cảm biến phù hợp là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu quả hoạt động của dây chuyền đóng gói và giảm thiểu thời gian gián đoạn sản xuất.
Hình 3.9 thể hiện quá trình thay thế các chai trên băng tải outfeed tại máng xả Khi quá trình này diễn ra, máy sẽ tạm dừng để thực hiện thay thế, sau đó tiếp tục hoạt động khi các chai còn lại đã được loại bỏ khỏi băng tải Quá trình này giúp đảm bảo quá trình sản xuất diễn ra liên tục và hiệu quả.
Hình 3 10 Hệ thống phát hiện sản phẩm lỗi
Chương IV: Tổng Quan Về PLC S7-1200 38
TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200
Giới thiệu về PLC S7-1200
4.1.1 Khái niệm chung về PLC S7-1200
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200
So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội
S7-1200 là dòng bộ điều khiển logic lập trình (PLC) phù hợp để kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa khác nhau Thiết kế nhỏ gọn, chi phí hợp lý cùng với khả năng lập trình mạnh mẽ giúp cung cấp giải pháp tối ưu cho các hệ thống tự động hóa sử dụng S7-1200.
S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO)
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển:
• Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC
• Tính năng “know-how protection” và “copy protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình
S7-1200 hỗ trợ một cổng PROFINET cùng chuẩn Ethernet và TCP/IP, đảm bảo kết nối mạng ổn định và linh hoạt Ngoài ra, hệ thống còn có thể mở rộng kết nối với các module truyền thông RS485 hoặc RS232 giúp tích hợp đa dạng thiết bị Phần mềm lập trình chính cho S7-1200 là Step 7 Basic, hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình phổ biến gồm FBD, LAD và SCL, được tích hợp sẵn trong phần mềm TIA Portal để tối ưu hoá quá trình lập trình và vận hành.
Để thực hiện dự án với S7-1200, bạn chỉ cần cài đặt phần mềm TIA Portal, vì phần mềm này tích hợp đầy đủ môi trường lập trình PLC và thiết kế giao diện HMI TIA Portal là công cụ tối ưu giúp lập trình và vận hành hệ thống tự động hóa một cách dễ dàng và hiệu quả Việc sử dụng TIA Portal giúp tiết kiệm thời gian và công sức trong quá trình phát triển dự án với S7-1200, đảm bảo tính đồng bộ và tích hợp liền mạch giữa các thành phần.
Hình 4 1 Sơ khối kết nối CPU
4.1.2 Cấu hình và điều hành SIMATIC S7-1200
2 Kết nối hệ thống dây dẫn
1 Trạng thái đèn LED của module I/O
3 Kết nối hệ thống dậy nối
1 Tráng thái đèn LED cho các module giao tiếp
Chương IV: Tổng Quan Về PLC S7-1200 40
4.1.3 Một số dòng CPU S7-1200 thông dụng
Hiện nay, PLC S7-1200 có nhiều dòng CPU như CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C, CPU 1215C và CPU 1217C, mang đến sự đa dạng trong lựa chọn phù hợp với từng ứng dụng Người dùng có thể chọn các nguồn điện áp như AC/DC và các tín hiệu đầu vào/ra relay hoặc DC để phù hợp với yêu cầu hệ thống Việc lựa chọn CPU phù hợp dựa trên ứng dụng, cấu hình hệ thống và ngân sách giúp đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và tối ưu về mặt kinh tế.
Bảng 4 1 Thông tin về CPU 1211C/1212C
• (*) Signal board (SB), Battery board (B) và communication board (CB)
• Tốc độ xử lý HSC thấp khi sử dụng chế độ lệch pha 900
• Khi CPU với ngõ ra relay thì có thể mua SB gắn vào mở rộng để sử dụng chế độ phát xung
Bảng 4 2 Thông tin về CPU 1214C/1215C
Chương IV: Tổng Quan Về PLC S7-1200 42
Nguyên lý làm việc của PLC
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC, đọc và kiểm tra chương trình chứa trong bộ nhớ để thực thi theo thứ tự các lệnh Bộ xử lý đóng hoặc ngắt các đầu ra dựa trên lệnh trong chương trình, và các trạng thái của ngõ ra được truyền tới các thiết bị liên kết để thực hiện công việc Tất cả các hoạt động này đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ của PLC.
PLC hoạt động dựa trên mã máy sử dụng hệ thống số nhị phân, giúp tốc độ quét vòng lặp chương trình đạt đến vài phần nghìn giây Các phần mềm lập trình PLC tích hợp cả chức năng biên dịch, chuyển đổi mã nguồn sang mã máy trước khi ghi vào PLC Khi lập trình, trình biên dịch chuyển đổi các lệnh thành mã nhị phân “0” hoặc “1” và ghi chính xác vào các địa chỉ đã định trước trong PLC Quá trình thực thi diễn ra ngược lại, đảm bảo chương trình được thực hiện đúng theo mã máy đã biên dịch trước khi được hiển thị trên màn hình monitor.
Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song:
✓ Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau
✓ Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu
✓ Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC
Trong PLC, các dữ liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các module vào ra thông qua các bus dữ liệu Một trong các thành phần quan trọng là Data Bus và Address Bus, mỗi bus gồm 8 đường truyền dữ liệu, cho phép truyền đồng thời 8 bit của 1 byte một cách song song Điều này đảm bảo hiệu suất truyền dữ liệu nhanh chóng và chính xác trong hệ thống tự động hóa.
Khi mô-đun đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus, nó sẽ chuyển tất cả trạng thái đầu vào vào Data Bus, đảm bảo dữ liệu được truyền tải chính xác Mô-đun đầu ra tương ứng sẽ nhận dữ liệu từ Data Bus khi địa chỉ byte của nó xuất hiện trên Address Bus, tạo điều kiện cho việc truyền dữ liệu hiệu quả Control Bus chịu trách nhiệm chuyển các tín hiệu điều khiển để theo dõi và điều phối chu trình hoạt động của PLC, đảm bảo hoạt động đồng bộ Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một khoảng thời gian hạn chế, giúp tối ưu hóa quá trình truyền dữ liệu và xử lý trong hệ thống tự động hóa.
Hệ thống Bus chịu trách nhiệm trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và các thiết bị I/O, giúp đảm bảo hoạt động trơn tru của PLC CPU được cung cấp một xung Clock với tần số từ 1-8 MHz, quyết định tốc độ hoạt động của PLC và thiết lập các yếu tố về định thời và đồng hồ của hệ thống Xung Clock đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì đồng bộ và hiệu quả của hệ thống tự động hóa.
4.2.1 Vòng quét của chương trình
PLC thực hiện các công việc và chương trình điều khiển theo chu trình lặp, còn gọi là vòng quét (scan cycle) Mỗi vòng quét bắt đầu bằng việc chuyển dữ liệu từ các cổng vào số vào vùng bộ đệm ảo (virtual buffer) Tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình, trong đó PLC thực thi các lệnh từ đầu đến cuối của khối OB1 Quá trình này giúp đảm bảo hoạt động liên tục và chính xác của hệ thống tự động hóa.
Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo
Trong quá trình hoạt động, hệ thống quét các cổng ra số và kết thúc vòng quét bằng việc xử lý các yêu cầu truyền thông, nếu có, đồng thời kiểm tra trạng thái của CPU Mỗi vòng quét đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo xử lý dữ liệu chính xác và liên tục của hệ thống, giúp duy trì hiệu suất hoạt động ổn định và tối ưu.
Chú ý rằng bộ đệm I và Q không liên quan đến các cổng vào/ra tương tự, vì vậy các lệnh truy cập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý mà không qua bộ đệm.
Thời gian cần thiết để PLC hoàn thành một vòng quét gọi là thời gian vòng quét (Scan time) Thời gian này không cố định và có thể thay đổi, vì không phải vòng quét nào cũng thực hiện trong cùng một khoảng thời gian Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và khả năng phản hồi của hệ thống tự động Chính xác xác định thời gian vòng quét giúp tối ưu hóa hoạt động của PLC, đảm bảo các quá trình điều khiển diễn ra hiệu quả và ổn định.
Hình 4 2 Vòng quét của chương trình
Chương IV: Tổng Quan Về PLC S7-1200 44 được thực hiện, vào khối lượng dữ liệu truyền thông Trong vòng quét đó Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượngđể xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiển đến đối tượng có một khoảngthời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khiển trong PLC Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao
Việc sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt như OB40, OB80 giúp chương trình được thực thi trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng loại, bất kể vòng quét đó đang ở giai đoạn nào Các khối này có thể thực hiện ở mọi vòng quét, không bị giới hạn trong giai đoạn thực thi chương trình; ví dụ, khi tín hiệu ngắt xuất hiện trong quá trình truyền thông và kiểm tra nội bộ, PLC sẽ tạm dừng các hoạt động này để xử lý ngắt, làm tăng thời gian vòng quét nếu nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện Để đảm bảo tính thời gian thực trong điều khiển tự động, cần hạn chế viết các chương trình xử lý ngắt dài hoặc lạm dụng chế độ ngắt quá mức trong chương trình điều khiển.
Trong quá trình thực hiện lệnh vào/ra, lệnh thường không giao tiếp trực tiếp với cổng vào/ra mà qua bộ nhớ đệm của cổng trong vùng nhớ tham số Việc truyền dữ liệu giữa bộ đệm ảo và các thiết bị ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành và CPU kiểm soát chặt chẽ Một số mô-đun CPU sẽ tạm dừng tất cả các công việc khác, kể cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh vào/ra một cách chính xác và an toàn.
4.2.3 Sự thực thi chương trình của người dùng
PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình, giúp người dùng lập trình các trình tự sự kiện phản ứng với tác nhân kích thích hoặc các hoạt động có trễ PLC thay thế các mạch relay truyền thống, hoạt động theo phương thức quét trạng thái và phản hồi nhanh khi có sự thay đổi ở đầu vào Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder hoặc State Logic, phù hợp với nhiều ngành công nghiệp Hiện nay, các hãng sản xuất PLC hàng đầu gồm Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron, Honeywell, đáp ứng tiêu chuẩn đa dạng và uy tín trên thị trường.
Khi sự kiện được kích hoạt thực sự, nó sẽ bật hoặc tắt thiết bị điều khiển bên ngoài gọi là thiết bị vật lý Bộ điều khiển lập trình hoạt động liên tục trong chương trình, chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra theo các thời điểm đã được lập trình sẵn.
Module phần cứng của PLC S7-1200
Để hiểu rõ hơn về PLC S7-1200, cần nắm bắt các module phần cứng mà dòng PLC này hỗ trợ, giúp người dùng có cái nhìn tổng thể về khả năng mở rộng và linh hoạt của hệ thống Việc tìm hiểu các module này giúp người dùng đưa ra các lựa chọn phù hợp với từng ứng dụng và yêu cầu khách hàng, đảm bảo tối ưu hóa hiệu suất vận hành của hệ thống điều khiển tự động.
4.3.1 Module xử lý trung tâm CPU
Module xử lý trung tâm CPU chứa vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thì, bộ đếm và cổng truyền thông Profinet, đồng thời lưu trữ chương trình người dùng trong bộ nhớ của nó CPU S7-120 hỗ trợ các giao thức truyền thông như TCP/IP, ISO-on-TCP, S7 communication và tích hợp các tập lệnh hỗ trợ truyền thông như USS, Modbus RTU, T-Send/T-Receive hay Freeport Cổng Profinet tích hợp cho phép CPU kết nối dễ dàng với HMI, máy tính lập trình và các PLC S7 thông qua giao thức Profinet, đảm bảo khả năng mở rộng và linh hoạt trong hệ thống tự động hóa.
Module AI là thiết bị đọc analog đa dạng, phù hợp với các loại tín hiệu như dòng 4-20mA, điện áp 0-10VDC, và các tín hiệu RTD Nó hỗ trợ các phương pháp đấu dây 2 dây và 4 dây, giúp đo lường chính xác và linh hoạt trong các hệ thống tự động hóa Với khả năng xử lý nhiều loại tín hiệu khác nhau, Module AI đảm bảo tích hợp dễ dàng và hiệu quả trong các giải pháp công nghiệp hiện đại.
TC … Module AI/AO: module đọc/xuất analog Module AO: module xuất tín hiệu analog
Chương IV: Tổng Quan Về PLC S7-1200 46
4.3.3 Module xử lý truyền thông
Module truyền thông được gắn bên trái CPU và được ký hiệu là CM 1241 CP 124x Tối đa chỉ có thể gắn được 3 module mở rộng về truyền thông
4.3.3.1 Module xử lý truyền thông CM 1241
Module truyền thông CM 1241 hỗ trợ các protocol theo các tiêu chuẩn như:
Truyền thông ASCII được sử dụng để giao tiếp với các hệ thống bên thứ ba, giúp truyền các giao thức đơn giản như kiểm tra ký tự đầu/cuối hoặc xác nhận các thông số của khối dữ liệu Điều này giúp đảm bảo sự liên lạc dễ dàng và hiệu quả giữa các hệ thống khác nhau trong quá trình trao đổi dữ liệu.
Truyền thông Modbus sử dụng tiêu chuẩn Modbus RTU để đảm bảo khả năng kết nối và truyền dữ liệu hiệu quả giữa các thiết bị công nghiệp Trong hệ thống này, Modbus Master thường là PLC S7 đóng vai trò là thiết bị điều khiển chính, thực hiện các lệnh truy cập và thu thập dữ liệu từ các thiết bị Modbus Slave Trong khi đó, Modbus Slave cũng tương thích với PLC S7 nhưng chỉ hoạt động theo chế độ phản hồi, không cho phép trao đổi dữ liệu trực tiếp giữa các Slave với nhau, giúp hệ thống duy trì tính ổn định và bảo mật cao.
Truyền thông USS Driver cho phép kết nối giữa USS và Driver thông qua lệnh điều khiển Các Driver có khả năng trao đổi dữ liệu theo chuẩn RS485, đảm bảo truyền tải dữ liệu ổn định và an toàn Hệ thống truyền thông này cho phép điều khiển Driver từ xa và đọc, ghi các thông số cần thiết để vận hành phù hợp, nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong quá trình hoạt động.
Truyền thông Point-to-Point là phương thức kết nối đa điểm qua truyền thông trao đổi dữ liệu nối tiếp, giúp liên kết nhiều thiết bị trong hệ thống tự động hóa Trong các hệ thống tự động hóa như Simatic S7, truyền thông đa điểm được sử dụng để kết nối với máy in, robot, máy scan và đọc mã vạch, nâng cao hiệu quả vận hành và tích hợp dữ liệu.
Truyền thông Profibus sử dụng tiêu chuẩn Profibus DP, hỗ trợ giao tiếp DPV1, cho phép module hoạt động linh hoạt như master hoặc slave tùy vào yêu cầu của hệ thống.
✓ Module hỗ trợ AS – I Master
4.3.3.2 Module xử lý truyền thông CP 124x
The CP 123x communication processing modules support various communication standards including GPRS/GSM, Messaging/Email, DNP3, SNMP, and Teleservice, ensuring versatile connectivity options The CP 1242-7 module enables connection between Siemens S7-1200 PLCs and GPRS/GSM networks, facilitating reliable remote communication Additionally, the CP 1243-1 module provides support for connecting S7-1200 PLCs with Messaging/Email, DNP3, SNMP protocols, and redundancy features, enhancing system redundancy and communication robustness.
4.3.4 Module nguồn cung cấp Power Module
Module nguồn Power module cung cấp nguồn hoạt động cho các module phần cứng kết nối với CPU Tên viết tắt của module nguồn S7 – 1200 là PM 1207 Module nguồn
PM 1207 yêu cầu áp cung cấp đầu vào là 120/230 VAC và ngõ ra là 24 VDC / 2,5 A được thiết lập riêng dành cho S7 – 1200 và không cần cấu hình trong phần cứng
4.3.5 Các module đặc biệt và board tín hiệu
Module I/O Link V1.1 hỗ trợ kết nối đồng thời lên tới 4 thiết bị I/O, phù hợp với đặc tính kỹ thuật của tiêu chuẩn I/O-Link Các thông số kỹ thuật của module có thể dễ dàng cấu hình qua phần mềm Port Configuration Tool (PCT) phiên bản 3.2 trở lên, giúp tối ưu hóa quá trình thiết lập và vận hành hệ thống tự động hóa.
Module cân Siwares WP231 là giải pháp cân đa năng phù hợp cho nhiều ứng dụng, từ cân đơn giản đến phức tạp, đo lực và các nhu cầu công nghiệp khác Với thiết kế nhỏ gọn, dễ lắp đặt cùng khả năng tích hợp dễ dàng với PLC S7-1200, module giúp tối ưu hóa hiệu suất vận hành Ngoài ra, WP231 còn có khả năng hoạt động độc lập mà không cần kết nối với PLC S7-1200, mang lại sự linh hoạt cao cho hệ thống của bạn.
Module cân Siwares WP1 dễ dàng kết nối trực tiếp với PLC S7 qua Ethernet (Modbus TCP/IP) và RS485 (Modbus RTU), giúp mở rộng khả năng tích hợp trong hệ thống tự động hóa Ngoài ra, module còn tương thích với nhiều loại PLC và thiết bị từ các hãng tự động hóa khác, đảm bảo linh hoạt và đa dạng trong quá trình lắp đặt và vận hành.
Chương IV: Tổng Quan Về PLC S7-1200 48
4.3.5.3 Module CANopen Để mở rộng tính năng kết nối, giao tiếp truyền thông với các thiết bị của nhiều hãng, Siemens phát triển module CM CANopen cho PLC S7 – 1200, cho phép cấu hình với cả hai chế độ Master và slave
The Sing Board is installed above the CPU core to enable expansion of DI/DO, AI/AO modules, and provides a backup battery (Battery board) for real-time data retention It also supports communication extension with RS485 (Communications boards), enhancing system flexibility and connectivity.
Vùng nhớ, kiểu dữ liệu và địa chỉ trong PLC S7-1200
4.4.1 Vùng nhớ chương trình PLC S7-1200
CPU hỗ trợ những vùng nhớ để lưu trữ chương trình người dùng, dữ liệu và cấu hình hệ thống như sau:
Vùng nhớ Load memory là loại lưu trữ không mất dữ liệu khi mất điện (non-volatile), dùng để lưu trữ chương trình người dùng, dữ liệu và cấu hình PLC Khi người dùng tải một dự án xuống PLC, nó đầu tiên được lưu trữ tại vùng nhớ này Vùng nhớ Load memory nằm trong thể nhớ MMC (nếu có) hoặc trên CPU, và người dùng có thể mở rộng dung lượng lưu trữ bằng cách thêm thẻ MMC.
Vùng nhớ làm việc (Work Memory) là nơi dữ liệu sẽ bị mất khi CPU mất điện, khiến thông tin không được lưu trữ lâu dài Trong quá trình hoạt động, CPU có thể sao chép các phần hoặc chức năng của dự án từ vùng nhớ Load Memory sang vùng nhớ làm việc để thực thi các nhiệm vụ Do đó, Work Memory đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý dữ liệu tạm thời trong hệ thống máy tính.
✓ Retentive memory: là vùng nhớ được sử dụng để lưu trữ lại những dữ liệu cần thiết, mong muốn khi CPU mất điện hoàn toàn
Sử dụng thẻ nhớ Simatic MMC là một lựa chọn hiệu quả để lưu trữ hoặc chuyển chương trình người dùng, giúp CPU chạy chương trình trực tiếp từ thẻ nhớ thay vì vùng nhớ nội bộ Thẻ nhớ MMC của Simatic đóng vai trò như một thẻ lưu trữ chương trình, thẻ chuyển dữ liệu, lưu trữ dữ liệu log hoặc để nâng cấp firmware cho CPU, mang lại sự linh hoạt và tiện ích cao trong vận hành hệ thống tự động hóa.
Để tải chương trình xuống nhiều CPU cùng một dự án một cách hiệu quả hơn, việc sử dụng phần mềm có thể tốn thời gian Giải pháp tối ưu là sử dụng thẻ transfer MMC của Siemens, giúp quá trình chuyển đổi nhanh chóng và tiết kiệm thời gian Người dùng chỉ cần cắm thẻ nhớ MMC vào thiết bị, đợi quá trình transfer hoàn tất, rồi rút thẻ ra để sử dụng cho các CPU tương ứng This method nâng cao hiệu quả công việc, giảm thiểu thời gian chờ đợi và tối ưu hóa quy trình lập trình và triển khai hệ thống tự động hóa.
✓ Dùng thẻ nhớ với chức năng thẻ nhớ chương trình thì tất cả những chức năng CPU hoạt động sẽ được load từ thẻ nhớ
Thẻ MMC có khả năng lưu trữ dữ liệu log, mở rộng dung lượng bộ nhớ cho Web server, và còn có thể dùng để nâng cấp firmware cho CPU, ví dụ như từ V1.0 lên V2.0 hoặc V2.3, giúp nâng cao hiệu suất và khả năng hoạt động của hệ thống.
Chương IV: Tổng Quan Về PLC S7-1200 50
Bảng 4.3 Kiểu dữ liệu của PLC S7-1200
Ghi chú: (*) BCD không phải kiểu dữ liệu, tuy nhiên được đưa vào vì liên quan tới việc đến việc chuyển đổi dữ liệu sau này
Step 7 Basic V1x của Tia Portal hỗ trợ cho việc lập trình bằng tag nhớ (Symbolic) Người dùng có thể tạo tag nhớ hay Symbolic (tên gợi nhớ) cho các địa chỉ dữ liệu cần dùng, không phân biệt vùng nhớ toàn cục (global) hay vùng nhớ cục bộ (local) Để truy xuất các Tag nhớ trong chương trình chỉ cần gọi tên của Tag cho các tham số của lệnh Để hiểu rõ hơn về cấu trúc CPU và địa chỉ vùng nhớ, chúng ta sẽ đi tìm hiểu sâu hơn về địa chỉ trực tiếp (absolute) là nền tảng cho việc sử dụng các Tag nhớ của PLC
Vùng nhớ toàn cục (Global Memory) trong CPU bao gồm các khu vực như I (Input), Q (Output) và vùng nhớ nội bộ M (Memory), cung cấp khả năng truy xuất dữ liệu dễ dàng và nhanh chóng Những vùng nhớ này có thể được truy cập từ mọi khối trong quá trình xử lý, đảm bảo tính linh hoạt và hiệu quả trong quản lý dữ liệu của hệ thống Việc hiểu rõ về vùng nhớ toàn cục là yếu tố quan trọng để tối ưu hoá hiệu suất của hệ thống máy tính.
Khối dữ liệu DB là vùng nhớ toàn cục quan trọng trong hệ thống, giúp lưu trữ dữ liệu một cách hiệu quả Vùng nhớ DB còn được sử dụng với chức năng của Instance DB để lưu trữ các chỉ định dành riêng cho Function Block (FB) và cấu trúc của chúng, dựa trên các tham số của FB Việc quản lý dữ liệu trong vùng nhớ DB đảm bảo tính linh hoạt và hiệu suất cao cho hệ thống tự động hóa.
Vùng nhớ tạm (hay còn gọi là vùng nhớ Local hoặc Temp) là khu vực dữ liệu cục bộ được sử dụng trong các khối chương trình OB, FC, FB để lưu trữ biến tạm và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với các khối chương trình gọi nó Nội dung của vùng nhớ này sẽ bị xóa khi chương trình kết thúc, đảm bảo bộ nhớ được quản lý hiệu quả và an toàn.
Vùng nhớ I, Q của PLC S7-1200 có thể truy xuất dưới dạng process image giúp xử lý dữ liệu một cách hiệu quả Để truy cập trực tiếp và ngay lập tức với các ngõ vào/ra vật lý, có thể thêm hậu tố ":P" vào địa chỉ, ví dụ I0.0:P hoặc Q0.0:P Điều này đảm bảo phản hồi nhanh chóng và chính xác trong hệ thống tự động hóa.
Chế độ Forcing chỉ có thể ứng dụng cho các tín hiệu vào/ra vật lý (Ix.y:P, Qx.y:P)
Chương IV: Tổng Quan Về PLC S7-1200 52
Bảng 4.4 Bảng phân loại vùng nhớ PLC S7-1200.
Chế độ bảo mật của PLC S7-1200
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ truy cập vào CPU và chương trình điều khiển
4.5.1 Chế độ bảo mật về quyền truy cập vào CPU và khối hàm
CPU cung cấp các cấp độ bảo mật giúp hạn chế truy cập vào các chức năng nhất định, nâng cao an ninh hệ thống Người dùng có thể cấu hình mức độ bảo mật và đặt mật khẩu cho CPU để giới hạn quyền truy cập, đảm bảo chỉ những người có quyền mới có thể truy cập các chức năng và vùng nhớ quan trọng Việc này giúp kiểm soát truy cập một cách linh hoạt mà không cần sử dụng mật khẩu cho mọi thao tác, nâng cao hiệu quả bảo mật và quản lý hệ thống.
Mỗi cấp độ truy cập cung cấp những chức năng nhất định mà không cần sử dụng mật khẩu Chế độ mặc định của CPU cho phép truy cập toàn quyền, không có hệ thống bảo vệ mật khẩu nào Để hạn chế quyền truy cập vào CPU, người dùng cần thực hiện cấu hình phù hợp cho các thuộc tính bảo mật.
“Protection” và mật khẩu bảo mật
Mật khẩu bảo vệ không áp dụng cho các chương trình sử dụng chức năng truyền thông Truyền thông PLC – PLC, sử dụng các tập lệnh truyền thông kết hợp với các khối hàm, không bị giới hạn bởi các chế độ bảo mật trong CPU, đảm bảo tính liên tục và hiệu quả của quá trình truyền dữ liệu.
Table 4.5 outlines the security levels of the CPU To configure security mode and set a password, users should navigate to Device Configuration, select the CPU, go to Properties, and then choose the Protection tab From there, they can select the desired security level and enter a password to enhance system security.
4.5.1 Chế độ Know – How Protection
Chế độ Know-how protection giúp người dùng ngăn chặn truy cập trái phép vào các khối hàm, khối tổ chức OB, FB, FC, DB, đảm bảo an toàn dữ liệu Người dùng có thể thiết lập mật khẩu riêng biệt để giới hạn quyền truy cập vào các khối hàm quan trọng, tăng cường bảo mật hệ thống Trong trường hợp không có mật khẩu, người dùng chỉ có thể xem các thông tin ở dạng đọc nhằm bảo vệ dữ liệu nhạy cảm.
✓ Tiêu đề khối, comment, và thuộc tính của khối hàm
✓ Thông tin về các tham số vào/ra (IN, OUT, IN_OUT, Return)
✓ Cấu trúc của chương trình
✓ Tag toàn cục trong cross references, tuy nhiên các tag cục bộ sẽ bị ẩn không quan sát được
Chương IV: Tổng Quan Về PLC S7-1200 54 Để cấu hình cho chế độ Know – how protection, người dùng có thể thực hiện theo các bước sau: Chọn block nào muốn bảo mật → Properties → Protection → Protection → Define và nhập password muốn đặt
Một tính năng bảo mật mới cho phép người dùng ẩn (blind) các khối chương trình khi sử dụng vào thẻ nhớ hoặc CPU, giúp bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ của lập trình viên Chức năng Copy Protection có thể áp dụng cho các khối OB, FB và FC, mang lại sự an toàn cao hơn cho mã nguồn của bạn Để cấu hình chế độ Copy Protection, người dùng chỉ cần chọn khối cần bảo vệ, vào Properties → Protection → Copy Protection, rồi chọn chế độ ẩn vào thẻ nhớ hoặc CPU để đảm bảo tính bảo mật tối ưu.
Sau đó chọn chế độ Copy Protection và nhập số serial của thẻ nhớ và CPU khi download xuống CPU hoặc thẻ nhớ
Hình 4 3 Chế độ Know – How Protection
Chú ý: Chế độ bảo mật/password là chế độ nhạy cảm do đó người dùng cần chú ý khi sử dụng những chế độ này.
Ngôn ngữ lập trình
Siemens chú trọng phát triển dòng sản phẩm PLC S7-1200 phù hợp cho các hệ thống nhỏ và vừa, đồng thời ưu tiên hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình chính gồm LAD, FBD và SCL để nâng cao tính linh hoạt và hiệu quả trong quá trình lập trình và vận hành hệ thống tự động hóa.
✓ LAD – Ladder: Đây là ngôn ngữ lập trình dựa theo sơ đồ mạch Nó đơn giản, dễ hiểu, dễ chỉnh sửa và tiện lợi
✓ FBD – Function Block Diagram: Đây là ngôn ngữ lập trình dựa theo đại số Bool
SCL – Structure Language Control là ngôn ngữ lập trình dạng văn bản cao cấp dựa trên nền tảng Pascal, được phát triển để lập trình PLC Ngôn ngữ này hướng tới đối tượng, giúp các lập trình viên dễ dàng thao tác và quản lý dự án tự động hóa SCL có khả năng giúp tối ưu quá trình lập trình nhờ tính linh hoạt và dễ hiểu, phù hợp với tư duy người dùng trong các hệ thống tự động.
Khi viết code cho một khối hàm nào đó ( OB, FB, FC ) thì người dùng có thể sử dụng
1 trong 3 ngôn ngữ trên để có thể lập trình
Hình 4 4 Chế độ Copy Protection
Chương IV: Tổng Quan Về PLC S7-1200 56
Cấu trúc lập trình
4.7.1 Khối tổ chức OB – Oganization Blocks
Các tổ chức khối (OBs) đóng vai trò là giao diện trung gian giữa hoạt động hệ thống và chương trình người dùng, giúp kết nối và điều phối các tác vụ Chúng được hệ thống gọi ra để thực hiện các chức năng cụ thể và hoạt động theo một quy trình logic nhất định, đảm bảo sự mượt mà trong vận hành của hệ thống tự động Tổ chức khối đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý luồng dữ liệu và kiểm soát quá trình xử lý, góp phần nâng cao hiệu quả hoạt động tổng thể của hệ thống tự động hóa.
✓ Xử lý chương trình theo quá trình
✓ Báo động – kiểm soát xử lý chương trình
Startup OB, Cycle OB, Timing Error OB và Diagnosis OB là các khối có thể được chèn và lập trình trực tiếp vào các dự án tự động hóa Chúng không yêu cầu phải gán tham số hay gọi trong chương trình chính, giúp tối ưu hóa quá trình lập trình và nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống tự động Việc sử dụng các khối này dễ dàng, linh hoạt, hỗ trợ tích hợp dễ dàng trong các dự án tự động hóa công nghiệp, đảm bảo xử lý lỗi và giám sát hiệu quả.
Process Alarm OB và Time Interrupt OB là các khối OB cần được tham số hóa khi tích hợp vào chương trình PLC để đảm bảo hoạt động chính xác Quá trình báo động OB giúp phát hiện và xử lý các trạng thái cảnh báo, nâng cao độ tin cậy của hệ thống tự động hóa Việc gán các OB này phù hợp giúp tối ưu hóa quá trình vận hành, đảm bảo phản ứng nhanh chóng với các sự cố trong hệ thống.
Hình 4 5 Cấu trúc lập trình một sự kiện tại thời gian thực hiện bằng cách sử dụng các lệnh ATTACH, hoặc tách biệt với lệnh DETACH
OB ngắt thời gian trễ (Time Delay Interrupt OB) có thể được tích hợp vào dự án và lập trình, giúp quản lý các tác vụ trì hoãn hiệu quả Để sử dụng OB này, cần gọi trong chương trình bằng lệnh SRT_DINT, với tham số không cần thiết, đảm bảo hoạt động chính xác của hệ thống tự động hóa.
Khi một số OB bắt đầu hoạt động, hệ điều hành đọc ra thông tin đã được xác thực trong chương trình người dùng, giúp dễ dàng chẩn đoán lỗi Thông tin này, dù được cung cấp trong các mô tả của các khối, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chính xác nguyên nhân sự cố hệ thống.
Các Function (FCs) là các khối mã không cần bộ nhớ, giúp tối ưu hóa hiệu suất lập trình Dữ liệu của các biến tạm thời trong FCs sẽ bị mất sau mỗi lần thực thi, đòi hỏi lập trình viên quản lý dữ liệu một cách cẩn thận Ngoài ra, các khối dữ liệu toàn cầu có thể được sử dụng để lưu trữ dữ liệu của FC, đảm bảo dữ liệu vẫn tồn tại sau khi FC đã xử lý xong, phù hợp cho các ứng dụng cần truy cập dữ liệu liên tục.
Functions có thể được sử dụng với mục đích
✓ Trả lại giá trị cho hàm chức năng được gọi
✓ Thực hiện công nghệ chức năng, ví dụ: điều khiển riêng với các hoạt động nhị phân
Trong các chương trình, Function Call (FC) có thể được gọi nhiều lần tại các thời điểm khác nhau, giúp lập trình viên dễ dàng thực hiện các chức năng lặp lại phức tạp một cách linh hoạt và hiệu quả Điều này tối ưu hóa quá trình lập trình và cải thiện khả năng mở rộng của phần mềm, đồng thời đáp ứng tốt hơn các yêu cầu chương trình đa dạng.
In each function block (FB) call, a dedicated memory area is required When an FB is invoked, a Data Block (DB) is assigned to the instance DB, storing the relevant data This ensures proper data management and organization within the control system, facilitating efficient execution and data handling for each FB instance.
Trong quá trình xử lý, DB sẽ truy cập vào các biến của Facebook (FB), đồng thời các khu vực bộ nhớ khác nhau được gán cho một FB khi nó được gọi nhiều lần Việc này giúp tối ưu hóa hiệu suất và quản lý bộ nhớ hiệu quả trong hệ thống.
Trong hệ thống lập trình, Data Block (DB) thường được sử dụng để cung cấp bộ nhớ cho các biến dữ liệu, giúp quản lý hiệu quả thông tin trong chương trình Có hai loại chính của khối dữ liệu DB: một là Global DB, nơi tất cả các OB, FB và FC đều có thể truy xuất và đọc dữ liệu một cách linh hoạt, đảm bảo khả năng chia sẻ thông tin trong toàn bộ hệ thống PLC.
Chương IV: Tổng Quan Về PLC S7-1200 58 dữ liệu lưu trữ, hoặc có thể tự mình ghi dữ liệu vào DB, và instance DB được gán cho một FB nhất định
4.7.3 Lệnh CTRL_HSC (High Speed Counter)
Lệnh CTRL_HSC điều khiển các bộ đếm tốc độ cao để đếm các sự kiện xảy ra nhanh hơn tốc độ thực thi của OB Tốc độ đếm của các lệnh bộ đếm như CTU, CTD và CTUD bị giới hạn bởi tốc độ xử lý của OB chứa chúng Điều này giúp nâng cao hiệu quả trong việc theo dõi các sự kiện nhanh trong hệ thống tự động hóa.
Một ứng dụng phổ biến của các bộ đếm tốc độ cao là đếm các xung được sinh ra bởi máy phát xung, đặc biệt khi máy phát này có trục điều khiển chuyển động Bộ đếm tốc độ cao giúp theo dõi chính xác số xung, từ đó xác định tốc độ của trục máy một cách hiệu quả Ứng dụng này rất cần thiết trong các hệ thống điều khiển tự động, đo lường chuyển động chính xác và các thiết bị công nghiệp yêu cầu tốc độ cao.
Các chi tiết thông số CTRL_HSC:
Nếu một cập nhật của một giá trị thông số không được yêu cầu, các giá trị ngõ vào tương ứng sẽ bị bỏ qua
Thông số DIR chỉ có hiệu lực khi mệnh lệnh đếm được cấu hình ở chế độ "User program (internal direction control)" Để sử dụng thông số này trên thiết bị HSC, bạn cần xác định cách cấu hình phù hợp Đối với HSC S7-1200, dù trên CPU hay Signal Board, thông số BUSY luôn có giá trị bằng 0, đảm bảo hoạt động chính xác của hệ thống.
Các mã điều kiện: trong trường hợp có lỗi, ENO được đặt về 0 và ngõ ra STATUS chứa một mã điều kiện
Bảng 4.6 Giá trị trạng thái CPU cho phép bạn cấu hình lên đến 6 bộ đếm tốc độ cao
Bảng 4.7 Bộ đếm tốc độ cao
Chương IV: Tổng Quan Về PLC S7-1200 60
Hình 4 6 Thông số Step motor
- Các thiết bị lập trình
- Các bộ điều khiển SIMATIC khác
❖ Hỗ trợ giao thức kết nối:
4.7.6 Tổng quan về phần mềm
TIA Portal – phần mềm cơ sở tích hợp tất cả các phần mềm lập trình cho các hệ thống
Hình 4 7 Kết nối PLC với HMI
Chương IV: Tổng Quan Về PLC S7-1200 62 phát triển, tích hợp các hệ thông tự động hóa một cách nhanh chóng, do giảm nhiều thời gian trong việc tích hợp, xây dựng tất cả các bộ điều khiển PLC, màn hình HMI, các bộ truyền động của Siemens đều được lập trình, cấu hình trên TIA portal Việc này giúp giảm thời gian, công sưc trong việc thiết lập truyền thông giữa các thiết bị này Ví dụ người sử dụng có thể sử dụng tính năng “kéo và thả” một biến trong chương trình điều khiển PLC và một màn hình của chương trình HMI Biến này sẽ được gán vào chương trình HMI và sự kế nối giữa PLC – HMI đã được tự động thiết lập, không cần bất cứ sự cấu hình nào thêm