Hiện nay việc pha màu sơn trên thị trường vẫn còn một số xưởng sản xuất sử dụng phương pháp thủ công với độ chính xác không cao, chất lượng và năng suất thấp.. Để loại bỏ những nhược điể
TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Hiện nay, đất nước ta đang đẩy mạnh quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập kinh tế, đặt ra yêu cầu phải đầu tư và ứng dụng dây chuyền sản xuất tự động để giảm chi phí, tăng năng suất lao động và sản xuất sản phẩm chất lượng cao Ngành xây dựng đang có tốc độ phát triển mạnh mẽ, việc ứng dụng công nghệ sản xuất tự động, đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất sơn, đóng vai trò quan trọng để đáp ứng nhu cầu thị trường và nâng cao năng lực cạnh tranh.
Sơn là vật liệu chính trong ngành xây dựng, dùng để sơn bề mặt các vật dụng và trang trí không gian sống Chất lượng và màu sắc của sơn đóng vai trò quan trọng hàng đầu trong việc tạo vẻ đẹp và độ bền cho công trình Chính vì vậy, chọn lựa loại sơn phù hợp, đạt tiêu chuẩn cao là yếu tố then chốt để đảm bảo tính thẩm mỹ và độ bền của bề mặt sơn.
Hiện nay, nhiều xưởng sản xuất sơn vẫn sử dụng phương pháp pha màu thủ công, dẫn đến độ chính xác không cao, chất lượng sản phẩm kém và năng suất thấp Việc trộn sơn bằng tay tiêu tốn nhiều nhân công và không thể đáp ứng được việc trộn số lượng lớn một cách hiệu quả Để nâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo chất lượng, các doanh nghiệp nên chuyển đổi sang phương pháp pha màu tự động hiện đại.
Hình 1.1 Sản xuất sơn thủ công
Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
PLC (Program Logic Control) đang được sử dụng phổ biến trong điều khiển hệ thống trộn sơn nhờ vào nhiều ưu điểm vượt trội như giá thành hợp lý, thi công lắp đặt dễ dàng, bảo trì thuận tiện và hoạt động ổn định với chất lượng đảm bảo Việc ứng dụng PLC giúp loại bỏ những nhược điểm truyền thống, đồng thời giảm thiểu nhân công lao động và đảm bảo an toàn cho công nhân khỏi tác động trực tiếp của sơn.
Hình 1.2 Dây chuyền sản suất sơn bằng PLC tại công ty sơn Hải Việt
Chúng tôi đã lựa chọn đề tài "Hệ thống trộn sơn và đóng nắp sử dụng PLC SIEMEN S7 1200" nhằm phản ánh tình hình thực tế và mong muốn hiểu rõ về công nghệ PLC Đề tài này giúp khám phá cách ứng dụng tự động hoá trong các quy trình sản xuất, nâng cao hiệu quả và chính xác trong trộn sơn cũng như đóng nắp Sử dụng PLC SIEMEN S7 1200 là giải pháp hiện đại, tối ưu hoá quá trình điều khiển tự động, phù hợp với xu hướng công nghiệp 4.0 Nội dung nghiên cứu tập trung vào phân tích hệ thống tự động hoá, cải thiện năng suất và đảm bảo chất lượng sản phẩm trong quá trình sản xuất sơn.
Với đề tài lần này, nhóm sẽ thực hiện các công việc sau:
- Tìm hiểu mô hình pha màu trong thực tế
- Tìm hiểu về PLC SIEMENS S7 – 1200
- Viết chương trình, chạy chương trình trên PLC
- Tìm hiểu phần mềm WIN CC, viết giao diện phần mềm bằng WIN CC, kết nối giao tiếp giữa WIN CC, HIM và PLC
- Thi công mô hình và phần cứng
Hướng thực hiện đề tài:
Nghiên cứu mô hình máy pha màu từ các bồn chứa vật liệu cơ bản (các màu cơ
Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
Chức năng của hệ thống bao gồm pha trộn các màu từ các màu cơ bản như đỏ, vàng, xanh dương để tạo ra màu sắc theo yêu cầu của người sử dụng Người dùng có thể nhập lượng sản phẩm mong muốn qua giao diện, lựa chọn tỷ lệ các thành phần màu để điều chỉnh màu sắc phù hợp Hệ thống sử dụng các bộ đếm thời gian để kiểm soát quá trình trộn và xả sản phẩm chính xác PLC đóng mở các van cấp nguyên liệu và điều khiển động cơ khuấy trộn, đảm bảo quá trình phối trộn hoạt động hiệu quả Giao diện người dùng được thiết kế với mô hình và bảng điều khiển kèm bảng mã màu để giám sát và điều chỉnh dễ dàng Hệ thống kết nối giữa WinCC, màn hình HMI và PLC giúp giám sát và điều khiển toàn diện, từ đó vận hành mô hình trộn màu hoàn chỉnh và chính xác.
Mục tiêu
Sơn là nguyên vật liệu chủ yếu trong ngành xây dựng, giúp bảo vệ bề mặt công trình và sản phẩm Yếu tố thẩm mỹ được xem trọng, trong đó màu sắc của sơn quyết định yếu tố này Trong khi các công trình lớn thường sử dụng phương pháp pha chế bằng máy với chi phí cao, vẫn còn nhiều công đoạn pha màu thủ công dựa trên kinh nghiệm của thợ xây dựng để tiết kiệm chi phí Tuy nhiên, phương pháp thủ công này dễ dẫn đến việc pha màu không chính xác và không đều, gây ra thất thoát về thời gian và công sức, ảnh hưởng đến năng suất lao động.
Nhóm em đã thiết kế và thi công hệ thống pha trộn sơn tự động cùng với quá trình đóng nắp lon, nhằm khắc phục những hạn chế trước đó Các cải tiến nổi bật bao gồm hệ thống điều chỉnh chính xác hơn, tốc độ thao tác nhanh hơn và hiệu quả sử dụng cao hơn Động thái này giúp nâng cao năng suất, giảm thiểu lỗi và đảm bảo chất lượng sản phẩm Giải pháp tự động hóa này là bước tiến quan trọng trong việc tối ưu quy trình sản xuất sơn và đóng gói lon.
Xây dựng mô hình hoàn chỉnh, phần cứng được thiết kế chắc chắn, ổn định
Lon và nắp được cấp hoàn toàn tự động
Pha chế nhiều màu sắc khác nhau
Màu sắc và thể tích đúng với yêu cầu, đồng đều giữa các lần pha
Mô hình được giám sát và điều khiển tự động từ hệ thống WinCC.
Nội dung thuyết minh
Đề tài: “Hệ thống trộn sơn và đóng nắp sử dụng PLC SIEMEN S7 1200” bao gồm các chương sau:
Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
Chương 1: Tổng quan về đồ án tốt nghiệp
Trình bày đặt vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Lý thuyết về sơn, các thiết bị trong hệ thống và lý thuyết chuẩn truyền thông Modbus trong công nghiệp
Chương 3: Tính toán thiết kế và lựa chọn thiết bị
Yêu cầu của hệ thống, tính toán thiết kế phần cứng, lựa chọn thiết bị, sơ đồ khối, lưu đồ giải thuật điều khiển
Chương 4: Thi công hệ thống
Kết quả thi công phần cứng, mô tả giải thuật, chương trình điều khiển
Chương 5: Kết quả thực hiện, kết luận và hướng phát triển
Trình bày kết quả vận hành và đánh giá kết quả thực hiện
Đề tài đã đạt được những kết quả nổi bật, góp phần quan trọng trong việc cải thiện và phát triển lĩnh vực nghiên cứu, tuy nhiên vẫn còn tồn tại một số hạn chế cần khắc phục để nâng cao hiệu quả Những ưu điểm của đề tài bao gồm khả năng ứng dụng thực tiễn cao và mang lại giá trị gia tăng cho cộng đồng Để phát huy tối đa những thành tựu đã đạt được, cần đề xuất các giải pháp cải thiện, như nâng cao chất lượng dữ liệu và mở rộng phạm vi nghiên cứu Trong thời gian tới, việc định hướng phát triển dựa trên các kết quả đã có sẽ góp phần thúc đẩy sự tiến bộ liên tục của đề tài, đáp ứng tốt hơn các yêu cầu và thách thức mới của lĩnh vực.
Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Cơ sở lý thuyết về màu sơn và pha trộn sơn
Sơn là một hỗn hợp lỏng đồng nhất, có thể hóa lỏng hoặc dạng mastic, khi quét lên bề mặt sẽ tạo thành một lớp màng rắn chắc Chất tạo màng liên kết với các chất màu để tạo màng liên tục bám chắc trên bề mặt vật liệu Hỗn hợp sơn được điều chỉnh bằng cách sử dụng phụ gia và dung môi phù hợp, tùy thuộc vào đặc tính của từng loại sản phẩm.
Sơn thường được sử dụng rộng rãi để:
Cung cấp kết cấu cho các đối tượng
Trên thị trường chủ yếu tập trung vào các loại sơn nước với nhiều màu sắc phong phú và đa dạng Sơn nước có đặc tính che phủ tốt và khả năng bám dính cao trên nhiều loại bề mặt khác nhau, giúp đáp ứng đa dạng nhu cầu trang trí và sửa chữa nội thất.
Hình 2.3 Hình ảnh về sơn
❖ Các thành phần chính của sơn:
Nhựa (40% - 60%): Alkyd, Acrylic, Epoxy, Polyurethane, Fluorocarbon
- Tạo độ kết dính cho sơn
- Tạo độ bền cho màn sơn
Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
- Tạo liên kết các thành phần của sơn
Bột màu (7% - 40%): bột màu gốc, bột màu bổ sung, bột chống gỉ
Tạo độ bền và độ cứng của màng sơn
Phụ gia (0% - 5%) là các chất được thêm vào sơn để nâng cao độ bền màu sắc, khả năng chịu thời tiết khắc nghiệt, tăng độ bóng cứng và khả năng phủ đều của lớp sơn Chúng góp phần kéo dài thời gian bảo quản, đồng thời mang lại các tính năng đặc biệt phù hợp với từng ứng dụng Việc chọn đúng phụ gia giúp cải thiện chất lượng sơn, tăng tuổi thọ và đáp ứng tốt các yêu cầu kỹ thuật.
Chất làm khô tạo sức căng bề mặt
Dung môi (10% - 30%): Hòa tan nhựa và bột màu
2.1.2 Công nghệ sản xuất sơn
Hình 2.4 Quy trình công nghệ sản xuất sơn
Dựa vào sơ đồ trên, ta có thể hiểu được một quy trình sản xuất sơn bao gồm các công đoạn như sau:
Quá trình sản xuất bắt đầu từ việc chuẩn bị nguyên liệu gồm bột tạo màu, nhựa, dung môi hòa tan và các chất phụ gia đã được nghiền và lọc kỹ càng Tiếp theo, các nguyên liệu này được pha trộn theo tỷ lệ chính xác, sau đó khuấy đều để đảm bảo hỗn hợp đồng nhất Quá trình pha loãng giúp điều chỉnh độ đặc phù hợp trước khi chiết rót vào các bình chứa Sản phẩm sau đó được dán nhãn cẩn thận và đóng thùng để chuẩn bị vận chuyển Cuối cùng, hàng hóa được vận chuyển đến các điểm tiêu thụ, đảm bảo chất lượng và đáp ứng nhu cầu thị trường.
Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
Quá trình sản xuất gồm 4 khâu chính, trong đó bước ủ muối giữ vai trò quan trọng Nguyên liệu bao gồm bột màu như oxit titan, thiếc, chì; bột độn như CaCO3, silica, đất sét; phụ gia như chất phân tán, hoạt chất bề mặt, chất tạo bọt; cùng chất tạo màng là nhựa latex ( vinyl-acrylic, styrene-acrylic) và dung môi hữu cơ là nước sạch Các thành phần này được đưa vào thùng muối ủ và khuấy đều ở tốc độ thấp trong vài giờ để đảm bảo nguyên liệu thấm đều dung môi và tạo thành dạng hỗn hợp nhão (paste), sẵn sàng cho công đoạn nghiền tiếp theo.
Nghiền sơn là bước quan trọng trong quy trình sản xuất sơn nước, giúp tạo ra dung dịch sơn mịn và nhuyễn Quá trình này diễn ra trong thiết bị nghiền, nơi hỗn hợp nguyên liệu dạng paste được nghiền để đạt độ mịn mong muốn Thời gian nghiền có thể kéo dài tùy thuộc vào loại bột màu, bột độn và yêu cầu về độ mịn của sản phẩm Để đảm bảo chất lượng, thiết bị nghiền sử dụng nhiều nước làm lạnh, giúp kiểm soát nhiệt độ và ngăn chặn nhiệt độ nóng lên quá cao, từ đó hạn chế bay hơi dung môi và bảo vệ thành phần của paste nghiền Nước làm lạnh phải được làm nguội đến 5 – 7°C trước khi đưa vào máy nghiền để đảm bảo quá trình nghiền hiệu quả nhất.
Khuấy sơn là giai đoạn cuối cùng trong quá trình sản xuất sơn, sau khi nguyên liệu paste đã được nghiền mịn đúng yêu cầu Nguyên liệu paste được chuyển vào bể khuấy, có thể hỗn hợp nhiều lô paste thành phẩm trong cùng một bể, nơi có máy khuấy liên tục để đảm bảo quá trình trộn đều Tại đây, paste đã đạt độ mịn sẽ được bổ sung các thành phần quan trọng như chất tạo màng, dung môi và phụ gia cần thiết để tạo thành sản phẩm sơn hoàn chỉnh Khi đạt độ đồng nhất, sản phẩm sẽ được chuyển sang công đoạn đóng gói, có thể thực hiện tự động hoặc thủ công, với bao bì thường là nhựa hoặc kim loại phù hợp với loại sơn Sản phẩm thành phẩm sau đó được luân chuyển vào kho chứa theo quy trình nhập kho chặt chẽ từng lô hàng, đảm bảo quản lý chất lượng và số lượng chính xác.
Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
9 được trang bị đầy đủ các phương tiện phòng chống cháy nổ vì nguy cơ cháy nổ rất cao đối với sản phẩm sơn dung môi hữu cơ
Các quá trình phụ trợ như vệ sinh thùng chứa sơn giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm, trong khi công đoạn làm mát giúp hạn chế bay hơi dung môi, góp phần nâng cao hiệu quả và an toàn trong quá trình sản xuất sơn.
❖ Một số dây chuyền, nhà máy sản xuất sơn hiện nay
Hình 2.5 Nhà máy sản xuất sơn Caparol, Dubai
Hình 2.6 Nhà máy sản xuất sơn ICI Dulux, KCN Mỹ Phước 2, Bình Dương
Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
Hình 2.7 Máy pha sơn hãng Dulux
2.1.3 Quy luật pha màu sơn
Khi ánh sáng trắng đi qua lăng kính, nó phân tách thành 7 màu sắc gồm đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm và tím, thể hiện sự phân chia của các tia sáng có bước sóng khác nhau Trong quang học, màu sắc chính là biểu hiện của ánh sáng, và màu sắc mà chúng ta nhìn thấy từ các vật là kết quả của quá trình phản chiếu ánh sáng từ vật đó vào mắt.
❖ Ba yếu tố cơ bản của màu sắc
- Sắc (Tone): Độ đậm hoặc nhạt của một màu nào đó khi pha trắng hoặc pha đen
Quang độ (giá trị độ sáng hoặc tối của một màu) là yếu tố xác định cách các màu sắc liên kết và thể hiện độ đậm nhạt khác nhau Trong vòng thuần sắc, màu vàng nổi bật với độ sáng cao nhất, trong khi màu tím lại có độ tối cao nhất do tác động gây chói mắt, giúp tạo nên sự phối hợp hài hòa và rõ nét trong thiết kế màu sắc.
- Cường độ (Intensity): Là mức độ mạnh hay yếu của một màu nào đó (thị giác cảm nhận được độ tươi thắm) do sự kích thích thị giác
Hình 2.8 Thang màu từ đỏ tới tím của 7 sắc cầu vồng
Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
Hình 2.9 So sánh tương quan giữa quang độ và cường độ của hai màu
Ví dụ: Vàng - Quang độ sáng Cam - Cường độ mạnh
❖ Các quy luật pha màu
Có 2 quy luật pha màu là: Cộng màu và trừ màu
Màu sơ cấp trong ánh sáng bao gồm đỏ (Red - R), lục (Green - G) và lam (Blue - B), là nền tảng để tạo ra các màu sắc khác Khi ánh sáng đỏ hòa với ánh sáng lục, sẽ tạo ra màu vàng tươi sáng, giúp mở rộng khả năng phối màu trong thiết kế đồ họa Sự kết hợp giữa ánh sáng lục và lam tạo ra màu màu da trời (Cyan - C), mang lại cảm giác mát mẻ và tươi mới cho các dự án sáng tạo Ngoài ra, hòa ánh sáng lam với đỏ sẽ cho ra màu tím hồng (Magenta - M), góp phần tạo ra các màu sắc phong phú trong công nghệ hiển thị.
Tím hồng là màu khá gần với màu tím (Violet) Tím hồng (Magenta) là màu không có trong phổ ánh sáng tự nhiên
Các màu tím hồng (M), vàng (Y), và da trời (C) là các màu thứ cấp của ánh sáng, được hình thành từ việc hòa trộn hai màu sơ cấp R, G, B Khi hòa đồng bộ cả ba màu sơ cấp R, G, B, ta sẽ thu được ánh sáng trắng, thể hiện rõ quy luật cộng màu trong hệ màu ánh sáng.
Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
Hình 2.10 Quy luật cộng màu hệ màu RGB
Trong màu hóa chất như mực in, phẩm nhuộm, sơn thì ngược lại: Ba màu sơ cấp là tím hồng (Magenta - M), da trời (Cyan - C), và vàng (Yellow - Y)
Tím hồng (M) hòa da trời (C) cho lam (Blue - B)
Da trời (C) hòa với vàng (Y) cho lục (Green - G)
Vàng (Y) hòa với tím hồng (M) cho đỏ (Red - R)
Trong màu hóa chất, đỏ, lục và lam là ba màu thứ cấp hình thành từ sự phối trộn của các màu sơ cấp M, C, Y; tuy nhiên, nguyên tắc phối trộn ba màu sơ cấp thường cho ra màu đen, nhưng do các màu hóa chất không hoàn toàn tinh khiết, nên cần có màu đen riêng để đạt độ chính xác cao trong in ấn Trong ngành in ấn, chỉ cần sử dụng bốn màu cơ bản là da trời (C), tím hồng (M), vàng (Y) và đen (K), giúp tái tạo hầu hết các màu sắc trừ màu trắng của giấy Màu sắc của vật thể tuân theo quy luật trừ màu vì bản chất của vật chất không có màu cố định, mà chỉ phản xạ hoặc hấp thụ các bước sóng ánh sáng khác nhau; ví dụ, vật có màu đỏ hấp thụ ánh sáng lục và lam, phản xạ ánh sáng đỏ để ta nhìn thấy, trong khi vật đen hấp thụ toàn bộ ánh sáng, còn vật trắng phản xạ tất cả các bước sóng ánh sáng.
Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
Hình 2.11 Sự khác biệt khi kết hợp 2 màu của sơn và ánh sáng (Vàng + Lam)
Hình 2.12 Sự khác biệt khi kết hợp 2 màu của sơn và ánh sáng (Lam + Đỏ)
Hình 2.13 Sự khác biệt khi kết hợp 2 màu của sơn và ánh sáng (Đỏ + Lục)
Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
❖ Lựa chọn quy luật pha màu cho đề tài
Trên thực tế các hạt màu trong màu sơn không phải là các màu sơ cấp lý tưởng
Bảng pha màu hay vòng tròn màu sắc chỉ có tác dụng định hướng trong quá trình phối màu Các hãng sản xuất sơn mới cần nghiên cứu và hiểu rõ cách phối trộn màu sắc để tạo ra các màu mới phù hợp Điều này dựa trên kinh nghiệm của các chuyên gia và sự sáng tạo trong việc tự tạo ra công thức pha màu sơn riêng biệt.
Trong đề tài, nhóm áp dụng nguyên tắc pha màu theo quy tắc trừ màu, lựa chọn 3 màu sơ cấp gồm đỏ (Red – R), vàng (Yellow – Y) và lam (Blue – B) Các màu này là những màu cơ bản, từ đó có thể pha chế ra các màu phụ khác, ngoại trừ đen và trắng vì không thể pha trộn ra các màu này.
Như vậy 3 màu thứ cấp là:
➢ Đỏ + Vàng -> Da cam (Orange)
❖ Trộn màu sơ cấp với màu thứ cấp cạnh nó thì được màu tam cấp (Tertiary)
Hình 2.14 Nguyên tắc pha trừ màu với 3 màu sơ cấp RYB
Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
Cơ sở lý thuyết về các thiết bị sử dụng trong đề tài
2.2.1 Tổng quan về PLC và PLC S7-1200
PLC, hay còn gọi là Bộ điều khiển logic khả trình, là thiết bị điều khiển tự động cho phép thực hiện các giải pháp điều khiển logic linh hoạt Nhờ vào ngôn ngữ lập trình, PLC có thể quản lý hàng loạt sự kiện theo yêu cầu của quá trình sản xuất, đồng thời dễ dàng thay đổi nhiệm vụ bằng cách chỉnh sửa chương trình trong bộ nhớ Với khả năng tùy biến cao, PLC đóng vai trò quan trọng trong tự động hóa công nghiệp và nâng cao hiệu quả sản xuất.
❖ Ưu điểm của hệ thống sử dụng PLC:
Thích ứng với nhiều nhiệm vụ điều khiển khác nhau
Khả năng thay đổi chương trình một cách linh hoạt
Tiết kiệm không gian lắp đặt
Dễ dàng kiểm tra chỉnh sửa lỗi
Khả năng truyền thông mạnh để điều khiển giám sát từ xa
Không cần các tiếp điểm…
Ứng dụng của PLC ngày càng mở rộng và phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt trong các ngành công nghiệp sản xuất như điều khiển các quy trình sản xuất trong ngành bia, xi măng, giấy, sữa và nhiều ngành công nghiệp khác.
Các dây chuyền: đóng gói bao bì, đóng thùng, lắp ráp sản phẩm… Điều khiển robot
Hệ thống cảnh báo, báo động…
Kiểm tra, kiểm soát quá trình sản xuất… Điều khiển hệ thống nâng hạ, thang máy…
Thiết bị sấy, khai thác
Hệ thống giữ xe, rửa xe tự động
Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
❖ 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 như sau:
S7-1200 là dòng bộ điều khiển logic lập trình (PLC) được thiết kế để kiểm soát đa dạng các ứng dụng tự động hóa Với kích thước nhỏ gọn, chi phí hợp lý và khả năng lập trình mạnh mẽ, S7-1200 mang lại các giải pháp tự động hóa hiệu quả và tối ưu cho nhiều lĩnh vực công nghiệp.
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 được trang bị tính năng bảo vệ bằng mật khẩu nhằm ngăn chặn truy cập trái phép vào PLC Bên cạnh đó, tính năng “know-how protection” giúp bảo vệ các block đặc biệt quan trọng của hệ thống, đảm bảo an toàn và bí mật dữ liệu trong quá trình vận hành.
S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP Ngoài ra có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232
Step7 Basic là phần mềm lập trình dành cho bộ điều khiển S7-1200, hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình chính là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trực tiếp trong nền tảng TIA Portal V11 của Siemens, giúp tối ưu hóa quá trình lập trình và thiết kế hệ thống tự động hóa.
Hình 2.17 Một số ứng dụng của PLC trong lập trình, gia công và cơ khí
Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
Để thực hiện dự án với PLC S7-1200, bạn chỉ cần cài đặt phần mềm TIA Portal, vì phần mềm này tích hợp đầy đủ môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI, giúp đơn giản hóa quá trình phát triển hệ thống tự động hóa.
Hình 2.18 Tổng quan về PLC S7-1200
1: Bộ phận kết nối nguồn
2: Các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau các nắp che)
3: Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên
4: Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp
5: Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU)
Các module CPU PLC S7-1200 đa dạng về kiểu dáng và tính năng, cung cấp dung lượng lớn để đáp ứng nhu cầu của nhiều ứng dụng khác nhau Việc chọn lựa các loại CPU phù hợp giúp tối ưu hóa hiệu suất, nâng cao hiệu quả vận hành và tạo ra giải pháp PLC linh hoạt, phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật đa dạng Nhờ đó, người dùng có thể dễ dàng tùy chỉnh hệ thống điều khiển để phù hợp với từng mục đích sử dụng, nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu thời gian và chi phí vận hành.
Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật các module CPU PLC S7 1200
The Compact CPU 1211C features a 25KB integral program/data memory and 1MB loading memory, ensuring efficient performance It offers quick execution times for boolean operations at 0.1 milliseconds, making it suitable for real-time applications The device includes integral I/O channels with 6 digital inputs, 4 digital outputs, and 2 analog inputs, providing versatile connectivity options Expandability is supported with up to 3 communication modules and 1 signal board, enabling customization for various automation needs Additionally, it supports digital inputs as High-Speed Counters (HSC) with 100kHz capability and features 24V DC digital outputs that can be used as PTO or PWM signals at 100kHz for precise control.
Compact CPU 1212c, 25kb integral PrROGRAM/DATA MEMORY, 1MB loading memory; execution times for booleam operations: 0.1às; integral I/Os: 8 digital input; 6 digital output,
This device features 2 analog inputs and can be expanded with up to 3 communication modules, 2 signal modules, and 1 signal board to enhance connectivity and functionality It includes digital inputs that can be configured as high-speed counters (HSC) with a capacity of 100 kHz, along with 24 V DC digital outputs that can operate as PTO or PWM signals at frequencies up to 100 kHz.
The Compact CPU 1214c features 50KB of integral program/data memory with 2MB loading memory, ensuring efficient operation It offers fast execution times for Boolean operations at 0.1ms and includes 14 digital inputs, 10 digital outputs, and 2 analog inputs for versatile control applications The system is expandable with up to 3 communication modules, 8 signal modules, and 1 signal board, providing flexible connectivity options Digital inputs can be configured as High-Speed Counters (HSC) capable of 100kHz, while digital outputs support PTO or PWM functions at frequencies up to 100kHz, making it suitable for demanding automation tasks.
Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
Các module mở rộng của họ S7-1200 giúp nâng cao khả năng mở rộng của hệ thống, với nhiều loại module tín hiệu và bảng tín hiệu phù hợp để tăng dung lượng của CPU Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module truyền thông hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông khác nhau, giúp cải thiện khả năng kết nối và tích hợp trong hệ thống tự động hóa.
Bảng 2.2 Bảng các module hỗ trợ PLC S7-1200
Module Ngõ vào Ngõ ra Kết hợp I/O
Kiểu số – – 2 x DC In / 2 x DC Out
Kiểu tương tự – 1 x Analog In –
SIMATIC S7-1200, CPU 1215C, compact CPU, AC/DC/RELAY, 2 profitnet port, I/O: 14 DI 24V DC; 10 DO RELAY 2A, 2 AI 0-10V DC, 2 AO 0- 20MA DC, Power supply: AC 85 – 264 V AC AT
47 – 63 HZ, Program/Data Memory: 100 KB
Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
Bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng mở rộng khả năng I/O cho CPU một cách linh hoạt Người dùng có thể thêm một SB với các loại I/O số hoặc kiểu tương tự nhằm nâng cao hiệu suất và khả năng mở rộng của hệ thống SB được kết nối vào phía trước của CPU, giúp tối ưu quá trình truyền dữ liệu và tăng tính tùy biến trong thiết kế hệ thống máy tính.
SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC)
SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự
Bảng 2.3 Bảng tín hiệu sử dụng cho PLC S7-1200
1, current sinking; 2 transistor output DC 24V, 0.5A, 5W; can be used as additional HSC with up to 30kHz
12 bits or 0 to 20 mA with 11 bits
1 Các led trạng thái trên SB
2 Bộ phận kết nối dây của người dùng có thể tháo ra
Người dùng có thể mở rộng chức năng của CPU bằng cách sử dụng các module tín hiệu, giúp tích hợp các chức năng cần thiết một cách dễ dàng Các module tín hiệu này thường được kết nối vào phía bên phải của CPU, tạo thành một hệ thống linh hoạt và tối ưu cho các ứng dụng khác nhau Việc sử dụng module tín hiệu không chỉ nâng cao hiệu suất hoạt động của CPU mà còn giúp tùy chỉnh các chức năng theo yêu cầu của người dùng, phù hợp với các tiêu chuẩn SEO về công nghệ và điện tử.
Hình 2.19 Bảng tín hiệu SB
Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
Bảng 2.4 Bảng các module tín hiệu sử dụng cho S7-1200
8 inputs, DC 24V, IEC type 1, current sinking; 8 relay outputs DC 5 to 30V /
8 inputs, DC 24V, IEC type 1, current sinking; 8 transistor outputs DC 24V 0.5A, 5W
8 inputs DC 24V IEC type 1, current sinking
16 inputs, DC 24V, IEC type 1, current sinking; 16 relay outputs DC 5 to 30V /
16 inputs, DC 24V, IEC type 1, current sinking; 16 transistor outputs DC 24V 0.5A, 5W
Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
16 inputs DC 24V IEC type 1, current sinking
2 analog output, ± 10V, 14 bits or 0 to
SM 1231 4 x analog inputs 4 analog inputs ± 10V, ±5V, ±2,5V or
2 analog output, ±10V, 14 bits or 0 to
1 Các LED trạng thái dành cho I/O của module tín hiệu
2 Bộ phận kết nối đường dẫn
3 Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra
Hình 2.20 Module tín hiệu
Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng bổ sung vào hệ thống Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485
CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông
Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một CM khác)
Bảng 2.5 Bảng các module truyền thông sử dụng cho S7-1200
CM 1241 RS 485 RS 485 point-to-point communication module
CM 1241 RS 232 RS 232 point-to-point communication module
1 Các LED trạng thái dành cho module truyền thông
2 Bộ phận kết nối truyền thông
Hình 2.21 Module truyền thông
❖ Lưu trữ dữ liệu, các vùng nhớ và việc ghi địa chỉ PLC S7-1200
CPU cung cấp một số các tùy chọn dành cho việc lưu trữ dữ liệu trong suốt sự thực thi chương trình người dùng:
Bộ nhớ toàn cục (Global Memory) là nơi CPU cung cấp các vùng nhớ chuyên môn hóa, bao gồm các ngõ vào (I), ngõ ra (Q) và bộ nhớ BIT (M) Đây là loại bộ nhớ có thể truy cập một cách tự do bởi tất cả các khối mã mà không gặp bất kỳ hạn chế nào, đảm bảo khả năng chia sẻ dữ liệu hiệu quả trong hệ thống.
Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp
Khối dữ liệu (DB) trong chương trình người dùng đóng vai trò quan trọng trong việc lưu trữ dữ liệu cho các khối mã, giúp duy trì thông tin cần thiết trong suốt quá trình thực thi Dữ liệu được lưu trữ trong DB vẫn giữ nguyên giá trị ngay cả khi khối mã liên quan đã kết thúc thực thi, đảm bảo tính nhất quán và linh hoạt trong xử lý dữ liệu Việc hiểu rõ về khối dữ liệu là yếu tố then chốt để tối ưu hóa hiệu suất và khả năng mở rộng của chương trình.