Thiết kê mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao và hiển thị số lượng trên lcd sử dụng plc s7 200

PLC S7 - 200 với nhiều tính năng nổi bật như: Thích hợp cho ứng dụng điều khiển kiểu đơn giản lẫn phức tạp, kết nối dễ dàng tới các thiết bị giao diện như PC, HMI, Số lượng module đa dạn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

VIỆN KỸ THUẬT HUTECH

Chuyên ngành: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: ThS.Nghiêm Hoàng Hải

Sinh viên thực hiện: Từ Bá Bảo Long - 1811020144

Phạm Hồng Thiên - 1811020064 Đào Hiển Vinh - 1811020117 Lớp: 18DDCA1

TP Hồ Chí Minh, 2022

LỜI CAM ĐOAN

Nhóm xin cam đoan đồ án với đề tài “Thiết kế mô hình phân theo chiều cao và hiển thị số lượng trên LCD sử dụng PLC S7 – 200” là nghiên cứu độc lập của

nhóm Kỹ Thuật Điện Các số liệu được cung cấp từ báo cáo và kết quả nghiên cứu hoàn toàn trung thực, không sao chép từ bất kỳ một công trình nghiên cứu nào khác Tất cả tài liệu trích dẫn đều được ghi rõ nguồn gốc

Nhóm xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Nhà Trường nếu phát hiện bất cứ sự sai phạm hay sao chép trong đề tài này

Thành phố Hồ Chí Minh, Ngày 21 Tháng 07 Năm 2022

Sinh viên thực hiện

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên nhóm em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM nói chung, các thầy cô trong Viện Kỹ Thuật nói riêng đã dạy cho nhóm em những kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp nhóm em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ nhóm em trong suốt quá trình học tập

Nhóm em cũng xin gửi lời tri ân và biết ơn sâu sắc đến ThS Nghiêm Hoàng Hải người đã chỉ bảo, hướng dẫn tận tình để nhóm em có đủ kiến thức và vận dụng chúng vào đồ án này

Nhóm em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khoá luận tốt nghiệp

Lời cuối cùng, nhóm em xin kính chúc quý thầy cô trong Viện Kỹ Thuật có thật nhiều sức khỏe và thành công hơn trong sự nghiệp

TÓM TẮT

Đồ án này nhằm giới thiệu một cách khái quát về hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao và hiển thị trên LCD sử dụng PLC S7 – 200 Đây là hệ thống đã được rất nhiều doanh nghiệp nhà máy sử dụng và đang trở thành một trong những hệ thống rất phổ biến đối với đối với các nhà máy nhỏ lẻ cũng như các doanh nghiệp lớn từ vận tải, hàng hoá, hay sản xuất linh kiện điện tử, PLC S7 - 200 với nhiều tính năng nổi bật như: Thích hợp cho ứng dụng điều khiển kiểu đơn giản lẫn phức tạp, kết nối dễ dàng tới các thiết bị giao diện như PC, HMI, Số lượng module đa dạng (như analog,

xử lí nhiệt độ, điều khiển vị trí,…) tạo nên được các cấu hình khá phong phú, phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau,… Với tham vọng tìm hiểu, học hỏi nhưng công nghệ hữu dụng nên nhóm em mạnh dạn đăng ký đề tài này mong rằng sẽ một phần nào đó nắm bắt được những công nghệ hay và hữu ích trong thời đại số hiện nay

ABSTRACT

This project aims to briefly introduce the system of product sorting by height and LCD display using PLC S7 - 200 This is a system that has been used by many factory enterprises and is becoming more and more popular one of the very popular systems for small retail machines as well as large enterprises from transporting, goods, or manufacturing electronic components, PLC S7 - 200 with many features Listed on such as: Suitable for simple complex application, easy connection to device interfaces such as PC, HMI, Various quantity modules (such as analog, process temperature, control position, etc ) Create should be configured quite richly, suitable for many different applications, etc With the ambition to learn and learn, but art owners, we strongly subscribe to this topic hoping that there will be a That section are

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ 5

DANH MỤC HÌNH ẢNH 6

LỜI MỞ ĐẦU 8

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 9

1.1 Lý Do Chọn Đề Tài 9

1.2 Giới Hạn Đề Tài 10

1.3 Lựa Chọn Phương Án Thiết Kế 11

1.4 Mục Tiêu 13

1.5 Kết Cấu Của Đề Tài 13

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PLC S7-200 14

2.1 Tổng Quan Về PLC 14

2.1.1 Khái quát về PLC 14

2.1.2 Cấu trúc PLC 16

2.1.3 Nguyên lý hoạt động của PLC 18

2.1.4 Ưu điểm của PLC 19

2.1.5 Nhược điểm của PLC 20

2.1.6 Các ứng dụng của PLC 20

2.2 Tổng quan PLC S7 -200 21

2.3 Phần Mềm Và Ngôn Ngữ Lập Trình 25

2.3.1 Phần mềm lập trình S7- 200 25

2.3.2 Ngôn ngữ lập trình 26

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH 28

3.1 Sơ Đồ Khối Và Lưu Đồ Giải Thuật 28

3.1.1 Sơ đồ khối 28

3.1.2 Lưu Đồ Giải Thuật 28

3.2 Phần Mềm 30

3.2.1 Phần Mềm V4.0 Step7 Microwin SP9 30

3.2.2 Những tập lệnh cơ bản của Step7 Micro/Win 31

3.2.3 CáchLập Trình PLC 33

3.2.4 Chương Trình Điều Khiển PLC 37

3.3 Thiết Kế Sơ đồ đấu dây PLC 39

3.4 Thiết Kế Bản Vẽ Kỹ Thuật Của Mô Hình 40

3.4.1 Yêu cầu thiết kế 40

3.4.2 Xây dựng bản vẽ thiết kế theo yêu cầu 41

3.5 Thiết Kế Các Khối 42

3.5.1 Khối tín hiệu 42

3.5.2 Khối băng chuyền 42

3.5.3 Khối phân loại 43

3.5.4 Khối nguồn 44

3.6 Phần Cơ Khí 44

3.6.1 Băng tải 44

3.6.2 Cảm biến hồng ngoại 46

3.6.3 Nguồn tổ ong 47

3.6.4 Động cơ băng tải 48

3.6.5 Mạch giảm áp 50

3.6.7 Hệ thống Xi lanh 51

CHƯƠNG 4: THI CÔNG MÔ HÌNH 57

4.1 Thi Công Mô Hình 57

4.1.1 Thi công bộ phận nhận tin hiệu 57

4.1.2 Thi công bộ phận băng chuyền 58

4.1.3 Thi công bộ phận phân loại 59

4.1.4 Thi công bộ phận đếm số lượng 60

4.1.5 Thi công bộ phận cấp nguồn 61

4.2 Hoàn Thiện Và Trang Trí Mô Hình 61

4.2.1 Hoàn thiện mô hình 61

4.2.2 Trang trí mô hình 63

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 64

5.1 Kết Quả 64

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 65

6.1 Kết Luận 65

6.1.1 Những kết quả đạt được 65

6.1.2 Những khó khăn gặp phải 66

6.1.3 Kinh nghiệm và kiến thức đạt được sau khi hoàn thành đồ án 66

6.2 Hướng Phát Triển Đề Tài 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 67

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

LCD Liquid Crystal Display Màn hình tinh thể lỏng

PLC

Public Limited Company Bộ điều khiển lập trình

Only Memory

Chip bộ nhớ chỉ đọc

Programmable Read Only Memory

Chíp nhớ khôn bay hơi

phát ra ánh sáng

DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ

Bảng 3.1 Sơ đồ khối 28

Bảng 3.2 Lưu đồ giải thuật 29

Bảng 3.3 Lệnh nhập giá trị tiếp điểm 31

Bảng 3.4 Lệnh xuất giá trị cho tiếp điểm 32

Bảng 3.5 Lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm 32

Bảng 3.7 Bảng I/O 37

Bảng 3.8 Dòng và áp của các thiết bị ngoại vi PLC 44

Bảng 3.9 Thông số kỹ thuật của nguồn tổ ong 48

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Công nghiệp hoá trong thời kỳ 4.0 9

Hình 1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm Intech Group 11

Hình 1.3 Hệ thống phân loại lốp xe của công ty sản xuất lốp xe Bridgestone 12

Hình 2.1 Tổng quan về PLC 14

Hình 2.2 Các loại PLC phổ biến 15

Hình 2.3 PLC S7-200 CPU-224 15

Hình 2.4 Cấu trúc của PLC 16

Hình 2.5 Nguyên lý hoạt động của PLC 18

Hình 2.6 PLC S7-200 CPU 224 22

Hình 2.7 Đèn báo trên PLC 23

Hình 2.8 Công tắc trên PLC 24

Hình 2.9 Cáp RS 485 24

Hình 2.10 Chương trình Step 7 Micro Win 25

Hình 2.11 Ngôn ngữ lập trình LAD 27

Hinh 3.1 Phần Mềm V4.0 Step7 Microwin SP9 30

Hinh 3.2 Biểu tượng Step7 MicroWin SP9 trên màn hình desktop 33

Hinh 3.3 Giao diện phần mềm lập trình PLC Step7 MicroWinSP9 33

Hinh 3.4 Giao diện viết chương trình 34

Hinh 3.5 Mô phỏng trên phần mềm S7-Simulator 34

Hinh 3.6 Cáp lập trình S7-200 USB-PPI 35

Hinh 3.7 Kiểm tra cổng kết nối của cáp với máy tính 35

Hinh 3 8 Cài đặt kết nối PLC với máy tính 36

Hinh 3 9 Dowload chương trình từ PC xuống PLC 36

Hinh 3.10 Kiểm tra code PLC 38

Hinh 3.11 Sơ đồ đấu dây PLC 39

Hinh 3.12 Sơ đồ đấu dây ngõ vào của PLC 39

Hinh 3.13 Sơ đồ đấu dây ngõ ra của PLC 40

Hinh 3.14 Mặt trước bản vẽ được thiết kế trên phần mềm solidworks 41

Hinh 3.15 Mặt sau bản vẽ được thiết kế phần mềm solidworks 41

Hinh 3.16 Cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C4 46

Hinh 3.17 Nguồn tổ ong 47

Hinh 3.18 Đồng cơ JGA25-370 DC 49

Hinh 3.19 Mạch giảm áp DC LM2596 3A 50

Hinh 3.20 Xi lanh 2 ty 51

Hinh 3.21 Cấu tạo của xi lanh 51

Hinh 3.22 Van tiết lưu một chiều 52

Hinh 3.23 Ống dẫn khí nén PU 53

Hinh 3.24 Van Airtac 5/2 55

Hinh 3.25 Máy nén khí 56

Hinh 4.1 Bộ phận thu nhận tín hiệu 57

Hinh 4.2 Bộ phận băng chuyền 58

Hinh 4.3 Bộ phận mạch giảm áp 58

Hinh 4.4 Bộ phận phân loại 59

Hinh 4.5 Van điện tử 60

Hinh 4.6 Hai bộ đếm sử dụng trong mô hình 60

Hinh 4.7 Nguồn tổ ong 24V-5A 61

Hinh 4.8 Mô hình thực tế sau khi hoàn thiện 61

Hinh 4.9 Phôi phân dùng để phân loại 62

Hinh 4.10 Nút nhấn ON và OFF của mô hình 62

Hinh 4.11 Chạy thử mô hình 62

Hinh 4.12 Mô hình đồ án sau khi được trang trí 63

Hình 5 1 Mô hình hoàn chỉnh 64

LỜI MỞ ĐẦU

Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu vật chất và tinh thần của con người ngày càng cao, vì thế bài toán về cung – cầu đang được các nhà sản xuất tìm cách giải quyết Tự động hóa trong dây chuyền sản xuất là một phương án tối ưu, nó đòi hỏi sự nhanh chóng, chính xác và giảm thiểu được nhân công lao động Quá trình sản xuất càng được tự động hóa cao càng nâng cao năng suất sản xuất giảm chi phí tăng tính cạnh tranh cho các doanh nghiệp Xét điều kiện cụ thể ở nước ta trong công cuộc công nghiệp hóa hiện đại hóa sử dụng ngày càng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các quá trình sản xuất,gia công, chế biến sản phẩm Điều này dẫn tới việc hình thành các hệ thống sản xuất linh hoạt, cho phép tự động hóa ở mức độ cao đối với sản xuất hàng loạt nhỏ và loạt vừa trên cơ sở sử dụng các máy CNC, robot công nghiệp Trong đó có một khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng hàng hóa bán ra

là hệ thống phân loại sản phẩm

Đồ án “ Thiết kế mô hình phân theo chiều cao và hiển thị số lượng trên LCD

sử dụng PLC S7 - 200” được nghiên cứu nhằm củng cố kiến thức cho sinh viên,

đồng thời giúp cho học sinh sinh viên thấy được mối liên hệ giữa những kiến thức đã học ở trường với những ứng dụng bên ngoài thực tế Đề tài có nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực như vận chuyển sản phẩm,đếm sản phẩm và phân loại sản phẩm Với hệ thống tự động hóa này chúng ta có thể giảm thiểu nhân công đi kèm với giảm chi phí sản xuất Với một khối lượng kiến thức tổng hợp lớn, và có nhiều phần nhóm em chưa nắm vững, dù đã tham khảo nhiều tài liệu Khi thực hiện đồ án

“Thiết kế mô hình phân theo chiều cao và hiển thị số lượng trên LCD sử dụng PLC S7 – 200”, trong tính toán không thể tránh được những thiếu sót hạn chế Kinh

mong được sự chỉ bảo góp ý giúp đỡ của các quý thầy cô và các bạn Nhóm em xin

chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo trong Viện Kỹ Thuật và đặc biệt thầy ThS Nghiêm Hoàng Hải đã hướng dẫn tận tỉnh, tạo điều kiện thuận lợi và cho nhóm em

nhiều kiến thức quý báu cho việc hoàn thành đồ án môn học này Nhóm em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Lý Do Chọn Đề Tài

Ngày nay, việc tập trung hóa - tự động hóa công tác quản lí, giám sát và điều khiển các hệ thống tự động nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình sản xuất, tránh rủi ro tiết kiệm được chi phí Và hạn chế là một hướng tất yếu của quả trình sản xuất nào cũng không thể tránh khỏi, do thời gian cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ như hiện nay Cùng với sự phát triển vượt bậc của kỹ thuật vi điện tử , kỹ thuật truyền thông và công nghệ phần mềm trong thời gian qua Và lĩnh vực điều khiển tự động

đã ra đời, phát triển càng ngày đa đạng đáp ứng được các yêu cầu trong cuộc sống, đòi hỏi quá trình tự động trong các lĩnh vực công nghiệp Chính vì vậy phải lựa chọn quá trình điều khiển nào cho phù hợp với yêu cầu thực tế đặt ra cho ngành Đảm bảo điều kiện cơ sở vật chất cho phép, tiết kiệm chi phí vận hành, nâng cao hiệu quả sản xuất, dễ dàng bảo trì và sửa chữa hệ thống khi có sự cố

Hình 1 1 Công nghiệp hoá trong thời kỳ 4.0

Thực tiễn đó đã đặt ra làm sao để quản lí các nhà máy sản xuất một cách linh hoạt

ổn định và phù hợp nhất, tiết kiệm nhất và phải an toàn Trước thời cơ và thách thức của thời đại, do đó sự nhận biết nắm bắt và vận dụng các thành tựu một cách có hiệu

quả nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng Sự áp dụng kỹ thuật điều khiển tự động đã được ứng dụng rộng rãi ở các nghành sản xuất lớn, doanh nghiệp lớn một cách nhanh chóng bên cạnh đó những doanh nghiệp vừa và nhỏ quy mô sản xuất thì ngược lại hoàn toàn chưa được áp dụng đặc biệt ở khâu cân sản phẩm và đóng gói bao bì, vẫn còn sử dụng sức người, chính

vì vậy cho năng suất chưa hiệu quả Trên cơ sở thực tế khách quan, yêu cầu của xã hội của thế giới cũng như trong nước, đề tài này có nhiều tiềm năng nghiên cứu ứng dụng và khai thác một cách khả thi nhất tốt nhất có thể Việc ứng dụng kỹ thuật điều khiển vào “quá trình phân loại sản phẩm” là một trong những thành tựu đáng kể làm thay đổi một nền sản xuất cũ mang nhiều hạn chế Làm thay đổi cục diện của nền công nghiệp mạnh mẽ Chính vì vậy nó trở thành một vấn đề hứng thú đầy tiềm năng

cho nhóm em tìm hiểu xây dụng thiết kế đồ án Mô hình phân theo chiều cao và hiển thị số lượng trên LCD sử dụng PLC S7 – 200 với mong muốn sẽ tạo ra tạo ra

được một mô hình phân loại với nhiều tính năng và đặc biệt có giá thành rẻ dễ lắp đặt để có thể thay thế con người trong việc phân loại các phôi

1.2 Giới Hạn Đề Tài

Đề Tài: Thiết kế mô hình phân theo chiều cao và hiển thị số lượng trên LCD sử dụng PLC S7-200

Trong phạm vi đồ án này, nhóm em sẽ trình bày về cấu tạo cũng như nguyên lý

hoạt động và xây dựng Mô hình phân theo chiều cao và hiển thị số lượng trên LCD sử dụng PLC S7–200

Với đề tài này, nhóm sẽ thực hiện các công việc sau:

- Tìm hiểu các mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao trong thực tế

- Tìm hiểu về PLC S7–200

- Tìm hiểu phần mềm Step 7 Micro Win

- Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình LAD (Ladder logic)

- Viết chương trình, chạy thử chương trình trên PLC

- Thi công mô hình và phần cứng

1.3 Lựa Chọn Phương Án Thiết Kế

Sau khi nghiên cứu qua các hệ thống thực tế về phân loại sản phẩm theo chiều cao nhóm đã thấy có 2 phương án được sử dụng nhiều nhất bao gồm:

Phương án 1

Được tham khảo từ hệ thống phân loại tự động hoá của Công ty Intech Group

Hình 1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm Intech Group

- Sử dụng 1 băng tải để vận chuyển sản phẩm

- Sử dụng các sensor (đầu dò, cảm biến,…) đặt trước Xi lanh để nhận biết sản phẩm

- Sử dụng động cơ servo DC nằm dưới bằng tải phân loại sản phẩm

- Sử dụng bộ điều khiển PLC để nhận tín hiệu từ sensor và hoạt động của hệ thống

Ưu điểm: Hệ thống hoạt động độc lập hơn vì chỉ cần nguồn cấp điện, không cần thêm hệ thống cấp khí nén như khi dùng Xi lanh khí nén

Nhược điêm: Sử dụng động cơ servo kèm cần gạt làm giảm độ tin cậy, tốc độ, khả năng hoạt động ổn định của hệ thống, gây khó khăn trong việc điều khiển và tăng chi phí chế tạo, lắp đặt

Phương án 2

Được tham khảo từ hệ thống phân loại lốp xe của công ty TNHH sản xuất lốp xe Bridgestone

Hình 1.3 Hệ thống phân loại lốp xe của công ty TNHH sản xuất lốp xe Bridgestone

- Sử dụng 1 băng tải để vận chuyển sản phẩm

- Đặt sensor trước Xi lanh để nhận biết sản phẩm

- Sử dụng Xi lanh để cấp phôi và phân loại sản phẩm

- Sử dụng bộ điều khiển PLC để điều khiển hoạt động của hệ thống

Ưu điểm: Có khả năng vận chuyển sản phẩm nhanh hơn, năng suất cao hơn Sử dụng hệ thống Xi lanh khí nén cho tốc độ làm việc nhanh với độ tin cậy và chính xác cao hơn Điền khiển dễ dàng, hoạt động ổn định Lắp đặt dễ dàng, giá thành thấp Nhược điểm: Phụ thuộc vào hệ thống khí nén, không hoạt động được nếu không

có hệ thống cung cấp khí nén

Kết luận: Trong phạm vi yêu cầu của khóa luận này nhóm em sẽ chọn phương án

2, vì các ưu điểm nêu trên và thực tế trong việc xây dựng mô hình như dễ lắp đặt giá thành tốt và hầu như ở các nhà máy sản xuất hiện nay thường có lắp đặt sẵn hệ thống cung cấp khí nén nên sẽ khắc phục được phần nào những nhược điểm

1.4 Mục Tiêu

 Tính toán các thông số đáp ứng

 Thiết kế bản vẽ và mạch điều khiển

 Thi công mô hình phần loại sản phẩm theo chiều cao

 Lập trình PLC để phân loại sản phẩm theo 3 chiều cao khác nhau thông qua 2 nút

ấn

 Thiết kế lập trình chương trình PLC và màn hình LCD

1.5 Kết Cấu Của Đề Tài

Đề tài bao gồm 5 chương:

Chương 1: Giới Thiệu Đề Tài

Chương 2: Tổng Quan Về PLC S7-200

Chương 3: Thiết Kế Phần Cứng và Phần Mềm

Chương 4: Thi Công Mô Hình

Chương 5: Kết Quả Thực Hiện

Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển

bị [1]

Được sáng tạo từ những ý tưởng ban đầu của một nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motor vào năm 1968 Trong những năm gần đây, bộ điều khiển lập trình được sử dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp của nước ta như là 1 giải pháp lý tưởng cho việc tự động hóa các quá trình sản xuất Cùng với sự phát triển công nghệ máy tính đến hiện nay, bộ điều khiển lập trình đạt được những ưu thế cơ bản trong ứng dụng điều khiển công nghiệp Như vậy, PLC là một máy tính thu nhỏ nhưng với các tiêu chuẩn công nghiệp cao và khả năng lập trình logic mạnh PLC là đầu não quan trọng và linh hoạt trong điều khiển tự động hóa

Hình 2.1 Tổng quan về PLC

Hình 2.2 Các loại PLC phổ biến

 Hiện nay, một số PLC được sử dụng trên thị trường Việt Nam:

- Mỹ: Allen Bradley, General Electric, Square D, Texas Instruments, Cutter Hammer,…

- Đức: Siemens, Boost, Festo…

- Hàn Quốc: LG

- Nhật: Mitsubishi, Omron, Panasonci, Fanuc, Mashushita, Fuzi, Koyo,…

Và nhiều chủng loại khác như: Logo!, Easy, Zen, … cũng được chế tạo ra để đáp ứng những yêu cầu điều khiển đơn giản

 PLC của Siemens hiện có các loại sau: S7- 200, S7- 300, S7- 400, S7-1200, Riêng S7- 200 có các loại CPU sau: CPU 210, CPU 214, CPU 221, CPU

222, CPU

224, CPU 226, … Mới nhất có CPU 224 xp, CPU 226 xp có tích hợp analog

Trong tài liệu này trình bày cấu trúc chung họ S7 – 200, CPU 224

Hình 2.3 PLC S7-200 CPU-224

Hệ thống PLC thông dụng có 5 bộ phận cơ bản, gồm bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện nhập/ xuất (I/O), và thiết bị lập trình

Hình 2.4 Cấu trúc của PLC

 Bộ xử lý của PLC:

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

Ví dụ như ROM dùng để lưu một số lệnh điều khiển cơ bản của PLC không bị mất giá trị khi mất điện, còn RAM là bộ nhớ có thể dùng để lưu chương trình hay là bộ nhớ lưu tạm giá trị tính toán của CPU và bị mất giá trị khi bị mất điện, để khắc phục việc này thì một số loại PLC có dùng thêm pin để tránh việc mất giá trị khi bị mất điện

Đối với loại PLC có sử dụng pin cho bộ nhớ thì bạn nên lên kế hoạch định kỳ thay pin cho plc để tránh việc để hết pin có thể làm mất chương trình hoặc thông số của

hệ thống Khi thay pin cho PLC bạn chỉ cần tìm mua loại pin có thông số đúng dung lượng và điện áp là có thể thay thế được không bắt buộc phải cùng loại

 RAM: Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên được sử dụng trong máy tính và hầu hết các

thiết bị điện tử tại sao nó lại gọi như vậy? Bởi vì nó không bắt buộc phải phân bổ một vị trí vật lý của bộ nhớ khi thực hiện một thao tác hoặc chuyển đổi dữ liệu giúp tăng tốc quá trình và tiết kiệm thời gian Nhưng trong trường hợp điện bị cắt, tất cả dữ liệu lưu trong RAM sẽ bị mất

 ROM: Bộ nhớ chỉ đọc, nó có bộ nhớ không bay hơi, nơi lưu trữ có thể đọc được

nhưng có thể sửa đổi

 EPROM: Bộ nhớ chỉ đọc có thể xóa nó giống như ROM nhưng dữ liệu được lưu

trữ có thể được chỉnh sửa, xóa và lưu trữ các thay đổi mới bằng cách phơi nó ra ánh sáng cực tím Nhưng cách tiếp xúc với tia cực tím là một cách khó khăn và phức tạp

 EEPROM: Điện xóa được Programmable Read-Only Memory Nó trông giống

như EPROM nhưng cách chỉnh sửa, xóa và lưu trữ các thay đổi mới cho dữ liệu được thực hiện bằng điện không phải bằng tia UV, nhưng số lần xóa và chỉnh sửa

nó bị giới hạn bởi một số lần nhất định

 Flash EPROM: nó trông giống như EEPROM nhưng nó có thể bị xóa hoặc chỉnh

sửa bởi thời gian không giới hạn của các con số

2.1.3 Nguyên lý hoạt động của PLC

Đầu tiên các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi (như các sensor, contact, ) được đưa vào CPU thông qua module dầu vào Sau khi nhận được tín hiệu đầu vào thì CPU sẽ xử lý và đưa các tín hiệu điều khiển qua module đầu ra xuất ra các thiết bị được điều khiển bên ngoài theo 1 chương trình đã được lập trình sẵn

Hình 2.5 Nguyên lý hoạt động của PLC

Một chu kỳ bao gồm đọc tín hiệu đầu vào, thực hiện chương trình, truyền thông nội, tự kiểm tra lỗi, gửi cập nhật tín hiệu đầu ra được gọi là 1 chu kỳ quét hay 1 vòng quét (Scan Cycle)

Thường thì việc thực hiện một vòng quét xảy ra trong thời gian rất ngắn (từ 1ms- 100ms) Thời gian thực hiện vòng quét này phụ thuộc vào tốc độ xử lý lệnh của PLC,

độ dài ngắn của chương trình, tốc độ giao tiếp giữa PLC và thiết bị ngoại vi

2.1.4 Ưu điểm của PLC

Sở dĩ được sử dụng rộng rãi trong nhiều dây chuyền sản xuất công nghiệp, bởi ngành công nghiệp này đòi hỏi tính tự động hóa - hiện đại hóa cao nhằm nâng cao tuyệt đối chất lượng sản phẩm hay như ngành sản xuất thực phẩm thì lại độ an toàn vệ sinh của sản phẩm là vì PLC có những ưu điểm sau:

- Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển theo ý muốn của người lập trình bằng cách sử dụng máy tính hoặc điện thoại

- PLC có khả năng thực hiện các thuật toán phức tạp với yêu cầu độ chính xác cao theo chu kì lặp của chương trình đã được lập sẵn

PLC có kiểu dáng gọn nhẹ, kích thước nhỏ nên người dùng có thể dễ dàng việc bảo quản và sửa chữa thiết bị này

- Cấu trúc thiết bị điều khiển PLC có dạng module: người dùng có thể dễ dàng thay thế, hay mở rộng modul vào/ra, mở rộng các chức năng khác nhau tùy vào mục đích và nhu cầu sử dụng thiết bị

- PLC có khả năng chống nhiễu tốt: giúp hiệu quả công việc đạt chất lượng cao

là thiết bị đáng tin cậy trong môi trường sản xuất công nghiệp

- Có thể giao tiếp được với thiết bị thông minh như: máy tính, và nối mạng truyền thông với các thiết bị khác nên người dùng có thể dễ dàng sử dụng thiết bị linh hoạt

- Giá cả thiết bị PLC hợp lý, phù hợp với mọi công ty, doanh nghiệp, từ nhỏ đến lớn: thiết bị PLC được sản xuất đa dạng, nhiều dòng, nhiều thương hiệu khác nhau - người dùng có thể thỏa thích lựa chọn theo ngân sách, mục đích của mình!

- Đặc điểm của tất cả các loại PLC là khả năng có thể lập trình được, PLC có thể hoạt động tốt và có độ tin cậy cao trong môi trường khắc nghiệt công nghiệp, tỉ

lệ hư hỏng rất thấp, thay thế và điều chỉnh chương trình dễ dàng, thiết kế phần điều khiển trung tâm là một hệ thống hoạt động tự động

- PLC được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp như các lĩnh vực: dây chuyền sản xuất xe ôtô, dây chuyền may công nghiệp, dây chuyền lắp ráp thiết bị đồ dùng, điều khiển hệ thông đèn gia thông, … và còn rất nhiều ngành khác nữa

- Hiện nay, với nhu cầu bảo vệ sức khỏe cao, người dùng luôn tìm mua những loại khẩu trang đạt chuẩn, được sản xuất theo những dây chuyền đảm bảo vệ sinh, an toàn và hiện đại nhất Vì vậy, trong những dây chuyền sản xuất khẩu trang y tế 3D đã sử dụng những bộ điều khiển PLC giúp tự động hóa và nâng cao năng suất - chất lượng của sản phẩm

2.1.5 Nhược điểm của PLC

- Giá thành (tùy theo yêu cầu máy)

- Cần một chuyên viên để thiết kế chương trình cho PLC hoạt động

- Các yêu cầu cố định, đơn giản thì không cần dùng PLC

- PLC sẽ bị ảnh hưởng khi hoạt động ở môi trường có nhiệt độ cao, độ rung mạnh

- Điều khiển bơm

- Dây chuyền xử lý hoá học

- Công nghệ sản xuất giấy

- Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh

- Sản xuất xi măng

- Công nghệ chế biến thực phẩm

- Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn

- Dây chuyền lắp giáp Tivi

- Điều khiển hệ thống đèn giao thông

- Quản lý tự động bãi đậu xe

- Hệ thống báo động

- Dây chuyền may công nghiệp

- Điều khiển thang máy

- Dây chuyền sản xuất xe ôtô

- Hệ thống xử lý chất thải

2.2 Tổng quan PLC S7 -200

Bộ PLC S7-200 là thiết bị điều khiển logic lập trình loại nhỏ của hãng Siemens, có cấu trúc theo kiểu module và có các module mở rộng Các module này đươc sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau Tuy nhiên, PLC S7-200 lại được tích hợp sẵn các tính năng phong phú, do vậy nó có khả năng đáp ứng được các yêu cầu khác nhau của máy móc, thiết bị công nghiệp [1]

Tính năng nổi bật PLC S7-200:

- Bộ lập trình PLC S7-200 mang đến mức độ tự động hóa tối đa ở chỉ phí thấp

- Cực kỳ đơn giản trong lắp đặt, viết chương trình và vận hành

- Khả năng tích hợp lớn, tiết kiệm không gian và mạnh mẽ

- Có thể sử dụng cả trong điều khiển đơn giản và các chức năng tự động phức tạp

- Tất cả CPU có thể hoạt động độc lập, trong hệ thống mạng và trong cấu trúc phân phối

- Với điểm nổi bậc hiệu suất thời gian thực và các tùy chọn kết nối mạnh mẽ (PPI, Profibus DP, AS-Interface)

- PLC có thể sử dụng trong môi trường cực kỳ khắc nghiệt

- Với dãy nhiệt độ làm việc được mở rộng từ -25ºC – +70°C

- Sử dụng trong môi trường các khí gas ô nhiễm

- Môi trường ngưng tụ và khả năng chịu ứng suất cơ học

- Dễ dàng kiểm soát, viết chương trình, bảo dưỡng bảo trì

- Phù hợp cho cho các giải pháp đặc biệt đắt đỏ

một số lượng đầu vào và ra tương đối ít Có 2 kiểu ngõ ra là Relay và

Transitor cấp dòng

- Có từ 6 đầu vào/ 4 đầu ra số (CPU221) đến 24 đầu vào và 16 đầu ra số

(CPU226) Có thể mở rộng các đầu vào/ra số bằng các module mở rộng

- Kiểu đầu vào IEC 1131-2 hoặc SIMATIC Đầu vào sử dụng mức điện áp 24VDC, thích hợp với các cảm biến

- Tích hợp sẵn cổng Profibus hay sử dụng một module mở rộng, cho phép tham gia vào mạng Profibus như một Slave thông minh

- Có cổng truyền thông nối tiếp RS485 vơi đầu nối 9 chân Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 bauds, theo kiểu tự do là 300 – 38.400 bauds

- Tập lệnh có đủ lệnh bit logic, so sánh, bộ đếm, dịch/quay thanh ghi, timer cho phép lập trình điều khiển Logic dễ dàng

• Số đầu vào / ra số cực đại (nhờ lắp ghép thêm Modul số mở rộng) : DI/DO/MAX: 94 / 74 / 168

• Số đầu vào / ra tương tự (nhờ lắp ghép thêm Modul Analog mở rộng) : AI/AO/MAX: 28 / 7/ 35 hoặc 0 / 14 14

 Công tắc chọn chế độ làm việc:

- RUN: cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ, PLC sẽ chuyển từ

RUN qua STOP nếu gặp sự cố

- STOP: PLC dừng công việc thực hiện chương trình ngay lập tức Ở chế độ

này, PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp một chương trình mới

- TERM: cho phép máy lập trình quyết định chế độ làm việc của PLC Dùng

phần mềm điều khiển RUN, STOP

Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9.6 kbps Tốc độ truyền cung cấp cho PLC theo kiểu tự do là từ 300 baud đến 38400 baud Các chân của cổng truyền thông là: [7]

Để soạn thảo chương trình cho các S7-200, nhóm em sử dụng chương trình

Hình 2.10 Chương trình Step 7 Micro Win

a Chương trình chính

Đây là phần khung chương trình, chứa các lệnh điều khiển ứng dụng Với 1 số chương trình điều khiển nhỏ, đơn giản chúng ta có thể viết tắt các lệnh trong khối

này Chương trình ứng dụng được bắt đầu từ chương trình, các lệnh được xử lý lần lượt từ trên xuống dưới và chỉ 1 lần ở mỗi vòng quét Trong S7-200 chương trình được chứa trong khối OB1 [2]

b Chương trình con

Các lệnh viết trong chương trình con chỉ có thể được xử lý khi chương trình con được gọi (Call) từ các chương trình chính, từ 1 chương trình con khác hoặc từ 1 chươnh trình ngắt Sử dụng chương con khi chúng ta muốn phân chia nhiệm vụ điều khiển Mỗi chương trình con được viết cho 1 nhiệm vụ nhỏ hoặc khi có nhiệm vụ điều khiển tương tự nhau ( ví dụ: Điều khiển băng tải 1, điều khiển băng tải 2) thì chúng ta chỉ cần tạo chương trình con 1 lần và có thể gọi ra nhiều lần từ chương trình chính

Và cũng giống như PLC của hãng khác chúng ta có 3 dạng soạn thảo thông dụng

là LAD, FBD, STL Việc tùy chọn việc soạn thảo nào để viết chương trình là tùy thuộc vào người sử dụng Với những kiến thức đã học trên lớp nhóm em sẽ soạn thảo dạng thông dụng là LAD (Ladder logic) [2]

Hình 2.11 Ngôn ngữ lập trình LAD

Ladder Logic còn được biết đến với nhiều tên gọi khác như: sơ đồ bậc thang (ladder diagram “LD”) hay LAD và là một ngôn ngữ lập trình được sử dụng để lập trình PLC (Programmable Logic Controller) Nó là một ngôn ngữ lập trình PLC đồ họa nhằm thể hiện các hoạt động logic với ký hiệu tượng trưng

Ladder Logic được tạo ra từ các nấc thang logic, tạo thành thứ trông giống như một cái thang, do đó có tên là “Ladder Logic” hay sơ đồ bậc thang.- Ngôn ngữ lập trình LAD/LD (Ladder Logic/Ladder Diagram)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 mô tả theo một tiêu chuẩn Tiêu chuẩn đó được gọi là IEC 61131-3

Ưu điểm:- LAD với cấu trúc bậc thang dễ sắp xếp, tổ chức và tiện theo dõi- Cho phép ghi chú thích- Hỗ trợ chỉnh sửa online

Nhược điểm: một số lập trình chức năng không có sẵn, đặc biệt là khó khăn trong việc lập trình chyển động hoặc phân luồng

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ HÌNH 3.1 Sơ Đồ Khối Và Lưu Đồ Giải Thuật

- Khối phân loại: Có chức năng đưa sản phẩm được phân loại ra khỏi băng chuyền

- Khối xử lý: Có chức năng nhận, xử lý thông tin và điều khiển các khối khác

- Khối nguồn: Có chức năng cấp nguồn cho cả hệ thống [ 3 ]

3.1.2 Lưu Đồ Giải Thuật

Lưu đồ là một loại sơ đồ biểu diễn một thuật toán hoặc một quá trình, biểu hiện các bước công việc dưới dạng các loại hình hộp khác nhau theo thứ tự được biểu diễn

bởi các mũi tên Lưu đồ có thể được xem là một sơ đô mô tả toàn bộ quá trình xử lý của một hệ thống điều khiển

Nó giúp người lập trình kiểm tra tính khả thi của việc lập trình, nhanh chóng đưa

ra những giải thuật để viết chương trình một cách nhanh chóng và hiệu quả Một quá trình có các bước xử lý tuần tự sẽ thích hợp khi sử dụng lưu đồ để thiết kế chương trình Khiên cho các bước trong lưu đồ được thực hiện theo một trình tự đơn giản và thể thể hiện giải pháp cho vấn đề cần giải quyết từng bước từng bước một

Bảng 3.2 Lưu đồ giải thuật

Ở chương trình chính hệ thống sẽ đợi người dùng tác động vào nút START để khởi động hệ thống Cấp phôi để băng tải vận chuyển đi qua các cảm biến hồng ngoại

- Nếu đó là phôi cao thì cảm biến hồng ngoại cao sẽ nhận được tín hiệu và Xi lanh

sẽ được tác động để thực hiện đẩy vào hộp chứa phôi cao

- Nếu đó là phôi trung bình thì cảm biến hồng ngoại cao sẽ không nhận được tín hiệu và băng tải sẽ tiếp tục vận chuyển phôi đi qua cảm biển hồng ngoại trung bình Lúc này cảm biến trung bình nhận được tín hiệu và Xi lanh sẽ được tác động

để thực hiện đẩy vào hộp chứa phôi trung bình

- Nếu đó là phôi thấp thì cả hai cảm biến cao và trung bình đều không nhận được tín hiệu và băng tải sẽ tiếp tục vận chuyển phôi thấp đến hộp chứa phôi thấp

3.2 Phần Mềm

3.2.1 Phần Mềm V4.0 Step7 Microwin SP9

Hinh 3.1 Phần Mềm V4.0 Step7 Microwin SP9

Ở dạng soạn thảo này chương trình được hiển thị gần giống sơ đồ nối dây một mạch trang bị điện gồm các thiết bị Rơle, Contactor Chúng ta xem như 1 dòng điện

từ 1 nguồn điện chảy qua các chuỗi tiếp điểm logic ngõ vào từ trái qua phải rồi đến ngõ ra Chương trình cơ bản được chia ra làm nhiều Network, mỗi Network thực hiện

1 nhiệm vụ nhỏ cụ thể Các Network thực hiện từ trái qua phải và từ trên xuống dưới

Các phần tử chủ yếu dùng trong dạng soạn thảo này là:

- Tiếp điểm không đảo

- Tiếp điểm đảo

- Ngõ ra

- Các hộp chức năng các hộp biểu diễn các phép toán số học định thời, bộ đếm

Ưu điểm:

- Dễ sử dụng cho người mới học lập trình

- Biểu diễn đồ họa dễ hiểu và thông dụng

- Luôn có thể chuyển sang STL từ dạng LAD

3.2.2 Những tập lệnh cơ bản của Step7 Micro/Win

Lệnh nhập giá trị cho tiếp điểm: