DATN - Ứng dụng plc kết hợp hmi trong Điêu khiển và giám sát hệ thống chiết rót trong sản xuất dung dịch dùng trong y tế

Zalo: 0936641078 Hỗ trợ đồ án, báo cáo, tiểu luận… DATN ỨNG DỤNG PLC KẾT HỢP HMI TRONG ĐIÊU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CHIẾT RÓT TRONG SẢN XUẤT DUNG DỊCH DÙNG TRONG Y TẾ FULL BÁO CÁO, CODE, KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA CÔNG NGHIỆP

ỨNG DỤNG PLC KẾT HỢP HMI TRONG ĐIÊU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG CHIẾT RÓT TRONG SẢN XUẤT DUNG DỊCH

DÙNG TRONG Y TẾ

Hưng Yên, năm 2025

Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện

Mã số sinh viên Lớp

: TS Lê Thị Minh Tâm : Trần Đình Hoan : 12221394

: 122211.4

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được đề tài tốt nghiệp này, em xin bày tỏ sự cảm kích và biết ơnđặc biệt đến giảng viên hướng dẫn – TS Lê Thị Minh Tâm, người đã định hướng và dẫndắt tận tình, đưa ra những góp ý và sửa chữa khắc phục để đạt được hiệu quả tốt nhấttrong quá trình thực hiện đề tài đồ án này

Lời tiếp theo, nhóm xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Ban giám hiệuTrường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên cùng toàn thể quý thầy/cô khoa Điện -Điện tử, đã giảng dạy và truyền đạt những kiến thức, những bài học không những trongsách vở mà ngay bên ngoài, những bài học quý giá nhất trong quá trình chúng em học tập

và rèn luyện tại trường Nhờ những bài học những kinh nghiệm được chia sẻ từ các quýthầy/cô đã tạo cho em được một nền tảng cơ bản và quan trọng nhất, tiếp với đó là nhữngkiến thức kinh nghiệm hành trang để chúng em có thể vững bước trong sự nghiệp trongtương lai cũng như thực thiện và hoàn thành tốt được đề tài tốt nghiệp này

Và quý giá hơn nữa là lòng biết ơn và lời cảm ơn đến bố mẹ, người thân trong giađình và bạn bè, những người đã nuôi dưỡng, ủng hộ và động viên em rất nhiều trong quátrình thực hiện ước mơ về cả mặt tinh thần lẫn vật chất để em có được một trong nhữngthành tựu đáng kệ như ngày hôm nay

Cuối lời, em rất mong nhận được những lời đóng góp và sửa chữa từ quý thầy/cô

để có thể hoàn thiện và tối ưu hơn về những sai sót còn có trong quá trình thực hiện đề tàinày và để em có thể có thêm được những kinh nghiệm kiến thức bổ ích cho bản thân vàcho tương lai

Em xin chân thành cảm ơn!

LỜI NÓI ĐẦU

Trong bối cảnh cuộc Cách mạng Công nghiệp lần thứ Tư đang diễn ra mạnh mẽ,

tự động hóa đã và đang trở thành yếu tố then chốt quyết định năng lực cạnh tranh và sựphát triển bền vững của các ngành công nghiệp Việc ứng dụng các công nghệ tự độngtiên tiến không chỉ giúp nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất

mà còn cải thiện điều kiện lao động và đảm bảo an toàn trong sản xuất Đặc biệt, trongngành công nghiệp sản xuất, các sản phẩm dạng lỏng như dung dịch tẩy rửa đòi hỏi quytrình chiết rót chính xác, nhanh chóng và đảm bảo vệ sinh nghiêm ngặt Tuy nhiên, cácphương pháp chiết rót thủ công truyền thống còn tồn tại nhiều hạn chế như độ chính xáckhông cao, năng suất thấp, tốn nhiều nhân công và tiềm ẩn rủi ro tiếp xúc với hóa chấtđộc hại Do đó, việc tự động hóa công đoạn chiết rót là một yêu cầu cấp thiết nhằm đápứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trường và nâng cao hiệu quả sản xuất

Bộ điều khiển khả trình PLC kết hợp HMI là những công cụ mạnh mẽ và phổ biếntrong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp hiện đại Sự kết hợp giữa PLC, một thiết bị điềukhiển linh hoạt và đáng tin cậy, với HMI, một giao diện trực quan dễ dàng giám sát vàvận hành, tạo nên một hệ thống điều khiển tự động hiệu quả cho nhiều ứng dụng khácnhau, bao gồm cả các hệ thống chiết rót

Xuất phát từ thực tế đó, cùng với mong muốn tìm hiểu sâu hơn về ứng dụng của

PLC và HMI trong các hệ thống tự động hóa thực tế, em đã lựa chọn thực hiện đề tài: “ Ứng dụng công nghệ PLC kết hợp HMI trong điều khiển và giám sát hệ thống chiết rót trong sản xuất dung dịch dùng trong y tế”

Nội dung của đồ án tập trung vào việc ứng dụng kiến thức đã học về điều khiển tựđộng, lập trình PLC/HMI để giải quyết một bài toán thực tế trong công nghiệp Mô hìnhsau khi hoàn thành sẽ là minh chứng cụ thể cho khả năng ứng dụng của công nghệ tựđộng hóa, đồng thời là công cụ hỗ trợ học tập và nghiên cứu

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI NÓI ĐẦU 2

MỞ ĐẦU 8

1 Tính cấp thiết của đề tài 8

2 Mục tiêu của đề tài 9

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 9

4 Phương pháp nghiên cứu 10

5 Nội dung của đề tài 10

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI CHIẾT RÓT TRONG NGÀNH DƯỢC 11

1.1 Giới thiệu về ngành Dược và xu hướng tự động hóa 11

1.2 Lý do chọn dung dịch nước muối sinh lý làm đối tượng nghiên cứu 12

1.3 Tổng quan về hệ thống chiết rót trong công nghiệp 12

1.4 Giới thiệu về PLC 13

1.4.1 Khái niệm và cấu tạo 13

1.4.2 Nguyên lý hoạt động 15

1.4.3 Ứng dụng trong công nghiệp 16

1.5 Giới thiệu về HMI 19

1.5.1 Khái niệm và vai trò 19

1.5.2 Giao tiếp PLC - HMI 20

1.6 Cơ sở lý thuyết liên quan 21

1.6.1 Cảm biến 21

1.6.2 Xi lanh khí nén và động cơ DC 21

1.6.3 Băng tải và thiết bị điều khiển 23

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT DUNG DỊCH NƯỚC MUỐI SINH LÝ 24

2.1 Chế tạo khung cơ khí và lắp đặt thiết bị 24

2.2 Thiết kế và lắp đặt tủ điện điểu khiển 24

2.3 Sơ đồ khối tổng thể hệ thống 26

2.4 Phân tích chức năng từng bộ phận 26

2.5 Lựa chọn thiết bị và thông số kỹ thuật 28

2.5.2 Màn hình HMI 38

2.5.3 Cảm biến 41

2.5.4 Thiết bị khí nén 43

2.5.5 Động cơ và thiết bị phụ trợ 48

2.5.6 Cơ cấu bơm nước 55

2.5.7 Cơ cấu thả nắp và xoáy nắp 56

2.5.8 Cơ cấu gắp chai 58

2.6 Sơ đồ đấu nối thiết bị 59

CHƯƠNG 3: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG 61

3.1 Lưu đồ thuật toán điều khiển 61

3.2 Lập trình PLC cho hệ thống 62

3.3 Thiết kế giao diện HMI 69

3.4 Kết nối và chạy thử nghiệm 72

3.4.1 Mục đích chạy thử 73

3.4.2 Quy trình chạy thử 73

3.5 Mô hình hoàn thiện 74

3.6 Thực nghiệm và đánh giá 75

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Ngành dược trong tự động hóa 11

Hình 1.2: Hình ảnh dung dịch nước muối sinh lý 12

Hình 1.3: Dây chuyền sản xuất thân vỏ xe của hãng Toyota 17

Hình 1.4: Dây chuyền chiết rót nước khoáng Lavie sử dụng PLC S7-1200 17

Hình 1.5: Dây chuyền sản xuất thuốc tiêm truyền nước muối sinh lý NaCl 0.9% 18

Hình 1.6: Dây chuyền xử lý nước thải 18

Hình 1.7: HMI (Human – Machine – Interface) 19

Hình 1.8: Màn hình HMI Siemens và bộ điều khiển khả dụng (PLC) 20

Hình 2.1: Khung cơ khí 24

Hình 2.3: Hình ảnh tủ điện thực tế 25

Hình 2.4: Sơ đồ khối hệ thống 26

Hình 2.5: PLC S7-1200 28

Hình 2.6: Sơ đồ kết nối của PLC S7-1200 29

Hình 2.7: Các bảng tín hiệu 29

Hình 2.8: Các module tín hiệu 30

Hình 2.9: Các module truyền thông 30

Hình 2.10: PLC S7-1200 33

Hình 2.11: Cấu trúc của plc 35

Hình 2.12: Module SM1222 RLY 37

Hình 2.13: Màn hình hiển thị HIM 38

Hình 2.14: Cảm biến quang 41

Hình 2.15: Cảm biến tiệm cận LJ12A3-4-Z/BX 42

Hình 2.16: Cảm biến hành trình 42

Hình 2 17: Sơ đồ kết nối với PLC 43

Hình 2.18: Xi lanh thanh kép có đệm khí 44

Hình 2.19: Xilanh khí nén tròn 44

Hình 2.20: Cấu tạo xilanh 45

Hình 2.21 : Xilanh kẹp 45

Hình 2.22: Van điện từ 46

Hình 2.23: Ký hiệu van điện từ 5/2 47

Hình 2.24: Van tiết lưu 48

Hình 2.25: Động cơ DC 48

Hình 2.26: Động cơ step 50

Hình 2.27: Cấu tạo động cơ bước 50

Hình 2.28: Hình ảnh Driver 52

Hình 2.30: Điều khiển chạy đủ bước 53

Hình 2.31: Điều khiển nửa bước 53

Hình 2.32: Điều khiển chạy bước nhỏ 53

Hình 2.33: Sơ đồ kết nối 54

Hình 2.34: Nguồn xung 24VDC 54

Hình 2.35: Relay trung gian 55

Hình 2.36: Động cơ bơm nước 56

Hình 2.37: Máng cấp nắp 57

Hình 2.18: Đầu vặn nắp chai 58

Hình 2.39: Đông cơ DC JGB37-520 58

Hình 2.40: Bộ truyền dây đai răng – puly răng 59

Hình 2.41: Sơ đồ kết nối 60

Hình 3.1: Phần mềm EasyBuilder Pro 69

Hình 3.2: Chọn Module HMI 70

Hình 3.3: Giao diện tổng quát 70

Hình 3.4: Giao diện chọn chế độ 71

Hình 3.5: Giao diện điều chỉnh thông số 71

Hình 3.7: Mô hình hoàn thiện 75

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Các loại PLC trong công nghiệp ứng dụng 14

Bảng 1.2: Bảng nguyên lý đọc ghi tín hiệu PLC 16

Bảng 2.1: Các led trạng thái 31

Bảng 2.2: Đèn báo lỗi 32

Bảng 2.3 Thông số kĩ thuật các thiết của cơ cấu gắp chai 59

Bảng 3.1: Thiết lập địa chỉ 72

Bảng 3.2: Bảng khảo sát 75

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong bối cảnh toàn cầu hóa và hội nhập kinh tế quốc tế sâu rộng, Việt Nam đangđẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Để nâng cao năng lực cạnh tranh vàtham gia sâu hơn vào chuỗi giá trị toàn cầu, việc ứng dụng các công nghệ tự động hóavào quy trình sản xuất là vô cùng cần thiết Tự động hóa giúp tăng năng suất, đảm bảochất lượng sản phẩm đồng đều, giảm thiểu chi phí nhân công và vật liệu, đồng thời cảithiện điều kiện làm việc và nâng cao an toàn lao động trong các nhà máy, xí nghiệp

Quy trình chiết rót là một công đoạn quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp,đặc biệt là trong ngành sản xuất dược phẩm, các quy trình như chiết rót, đóng nắp vàđóng gói sản phẩm yêu cầu sự chính xác cao, đảm bảo vệ sinh, an toàn và hiệu quả vậnhành Các phương pháp thủ công truyền thống ngày càng bộc lộ nhiều hạn chế như năngsuất thấp, sai số cao, không đảm bảo điều kiện vệ sinh Chính vì vậy, việc ứng dụng hệthống điều khiển tự động bằng PLC kết hợp giao diện giám sát HMI trong quá trình chiếtrót nước muối sinh lý là hết sức cần thiết, có tính thực tiễn và ứng dụng cao, phù hợp vớinhu cầu phát triển sản xuất hiện đại

Sự ra đời và phát triển mạnh mẽ của các thiết bị điều khiển tự động như Bộ điềukhiển khả trình (PLC) và Giao diện Người – Máy (HMI) đã mang đến giải pháp tối ưucho việc tự động hóa các quy trình sản xuất phức tạp PLC với khả năng xử lý thông tinnhanh chóng, linh hoạt và độ tin cậy cao trong môi trường công nghiệp, kết hợp với HMIcung cấp giao diện trực quan, cho phép người vận hành dễ dàng giám sát, điều chỉnhthông số và xử lý sự cố, tạo nên một hệ thống điều khiển tự động hiệu quả, dễ dàng vậnhành và bảo trì Việc ứng dụng PLC và HMI vào hệ thống chiết rót tự động khắc phụcđược những nhược điểm của phương pháp truyền thống, mang lại hiệu quả kinh tế và kỹthuật rõ rệt

Do đó, việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình chiết rót tự động sử dụng PLCkết hợp HMI không chỉ mang ý nghĩa quan trọng trong việc ứng dụng kiến thức lý thuyếtvào thực tiễn, làm quen với các thiết bị tự động hóa hiện đại được sử dụng rộng rãi trongcông nghiệp, mà còn trực tiếp giải quyết nhu cầu cấp thiết về tự động hóa quy trình chiếtrót trong sản xuất dung dịch tẩy rửa Mô hình này sẽ minh chứng cho tính hiệu quả củagiải pháp tự động hóa, cung cấp cái nhìn trực quan về cách thức hoạt động của một hệ

cao có khả năng thiết kế, vận hành và bảo trì các hệ thống tự động trong tương lai, phục

vụ cho sự phát triển của ngành công nghiệp nước nhà Chính vì những lý do trên, đề tàiđược đánh giá là có tính cấp thiết và phù hợp với xu hướng phát triển của ngành kỹ thuật

tự động hóa hiện nay

2 Mục tiêu của đề tài

- Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống chiết rót tự động có khả năng hoạt động ổnđịnh, chính xác và đáp ứng yêu cầu kỹ thuật trong sản xuất dung dịch y tế

- Ứng dụng bộ điều khiển PLC để tự động hóa toàn bộ quá trình chiết rót, từ khâukhởi động đến đóng chai

- Tích hợp giao diện HMI để giám sát, điều khiển trực quan và dễ dàng thay đổicác thông số vận hành hệ thống

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

a) Đối tượng nghiên cứu

- Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller): Nghiên cứucách lập trình, điều khiển và tích hợp PLC trong hệ thống chiết rót tự động

- Giao diện người – máy HMI (Human Machine Interface): Nghiên cứu cách thiết

kế giao diện trực quan để giám sát, điều khiển và thay đổi thông số vận hành của hệthống

- Hệ thống cảm biến và cơ cấu chấp hành: bao gồm cảm biến mức, cảm biến vị trí,bơm, van điện từ, và motor – các phần tử giúp hệ thống hoạt động chính xác và ổn định

- Quy trình chiết rót dung dịch: nghiên cứu quy trình thực tế trong sản xuất, từkhâu cấp liệu, định lượng, chiết rót cho đến đóng nắp (nếu có), từ đó mô phỏng lại trong

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu tài liệu chuyên ngành về hệthống điều khiển tự động, các dòng PLC phổ biến trong công nghiệp, nguyên lý hoạtđộng của màn hình HMI, cảm biến mức, và các thiết bị chấp hành như van điện từ, bơm,

… Đồng thời tìm hiểu các tài liệu tham khảo liên quan đến quy trình chiết rót trong côngnghiệp cũng như các ứng dụng thực tế của hệ thống chiết rót tự động

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Tiến hành thiết kế hệ thống, lựa chọnthiết bị phù hợp và lập trình điều khiển trên PLC kết hợp với giao diện HMI Thực hiệnlắp ráp mô hình chiết rót trên quy mô phòng thí nghiệm Thực nghiệm hệ thống, điềuchỉnh, hiệu chỉnh và đánh giá khả năng hoạt động của mô hình Dữ liệu thu thập trongquá trình vận hành được sử dụng để phân tích và kiểm chứng tính hiệu quả, độ chính xáccủa hệ thống Các kết quả được thể hiện trực quan qua giao diện HMI

5 Nội dung của đề tài

Mở đầu: Giới thiệu cơ sở lý luận đề tài

Chương 1: Cơ sở lý thuyết và tổng quan về đề tài chiết rót trong ngành dược

Chương 2: Phân tích và thiết kế hệ thống chiết rót dung dịch nước muối sinh lý

Chương 3: Lập trình điều khiển và giám sát hệ thống

Kết luận và hướng phát triển đề tài

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TỔNG QUAN

VỀ ĐỀ TÀI CHIẾT RÓT TRONG NGÀNH DƯỢC

1.1 Giới thiệu về ngành Dược và xu hướng tự động hóa

Ngành Dược là một phần quan trọng trong hệ thống chăm sóc sức khỏe Các sảnphẩm dược phẩm, bao gồm thuốc tiêm, thuốc uống và các dung dịch sinh lý, đóng vai tròthiết yếu trong việc điều trị và bảo vệ sức khỏe cộng đồng Xu hướng tự động hóa trongngành dược đang trở nên phổ biến, giúp nâng cao năng suất, giảm thiểu sai sót và đảmbảo chất lượng sản phẩm Các hệ thống chiết rót tự động ứng dụng công nghệ như PLC

và HMI giúp giám sát và điều khiển toàn bộ quy trình, từ việc cấp chai, chiết rót dungdịch cho đến đóng gói sản phẩm

Hình 1.1: Ngành dược trong tự động hóa

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, ngành dược đang chứng kiến một

xu hướng mạnh mẽ về tự động hóa trong các dây chuyền sản xuất Công nghệ tự độnghóa, đặc biệt là các hệ thống điều khiển bằng PLC (Programmable Logic Controller) vàHMI (Human-Machine Interface), đang được áp dụng để kiểm soát, giám sát, và tối ưuhóa quy trình sản xuất, từ việc chiết rót dung dịch, đóng nắp chai đến phân phối sản phẩm

Đặc biệt, trong sản xuất các sản phẩm như nước muối sinh lý, yêu cầu về độ chínhxác trong việc chiết rót và đóng gói là rất cao, vì chúng phải đáp ứng yêu cầu nghiêmngặt về chất lượng và độ an toàn Chính vì vậy, ứng dụng các hệ thống tự động hóa trongsản xuất nước muối sinh lý giúp đảm bảo sự chính xác và ổn định của quy trình

1.2 Lý do chọn dung dịch nước muối sinh lý làm đối tượng nghiên cứu

Nước muối sinh lý là một dung dịch đẳng trương, thường được sử dụng trong y tế

để làm sạch vết thương, rửa mũi, truyền dịch, và có vai trò quan trọng trong các thủ thuật

y khoa Nước muối sinh lý được sản xuất với yêu cầu rất cao về độ sạch và chính xáctrong thành phần Chính vì thế, việc chiết rót nước muối sinh lý phải đảm bảo độ chínhxác về cả lưu lượng và khối lượng dung dịch, đồng thời các quá trình như đóng nắp, đónggói cũng cần được thực hiện chính xác và nhanh chóng

Hình 1.2: Hình ảnh dung dịch nước muối sinh lý

Trong bối cảnh đó, việc nghiên cứu và ứng dụng công nghệ PLC kết hợp với HMItrong quá trình chiết rót dung dịch nước muối sinh lý không chỉ giúp giảm thiểu sai sót

mà còn tối ưu hóa quy trình sản xuất, mang lại hiệu quả cao và tiết kiệm chi phí Đồngthời, tự động hóa quy trình còn giúp cải thiện tính an toàn và đảm bảo chất lượng sảnphẩm trong mỗi giai đoạn sản xuất

1.3 Tổng quan về hệ thống chiết rót trong công nghiệp

Hệ thống chiết rót là một phần quan trọng trong dây chuyền sản xuất của nhiềungành công nghiệp, đặc biệt là trong sản xuất thực phẩm, dược phẩm và hóa chất Trongquy trình chiết rót, các sản phẩm như nước, dầu, thuốc, dung dịch đều phải được chiết ramột lượng chính xác vào bao bì, chai, hoặc lọ để đảm bảo chất lượng sản phẩm và yêucầu về quy chuẩn

Các hệ thống chiết rót tự động trong công nghiệp thường sử dụng các thiết bị nhưbăng tải, cảm biến, van điều khiển, động cơ điện, và xi lanh khí nén để đảm bảo sự vậnhành trơn tru và chính xác Một hệ thống chiết rót hoàn chỉnh không chỉ giúp giảm thiểusai sót trong quá trình sản xuất mà còn nâng cao hiệu quả và tiết kiệm chi phí vận hành.

Thông qua việc sử dụng PLC để điều khiển các thiết bị và HMI để giám sát quátrình, hệ thống chiết rót có thể tự động hóa hoàn toàn các công đoạn như cấp chai, chiếtrót, đóng nắp, và thả chai vào thùng, từ đó nâng cao chất lượng và năng suất sản xuất

1.4 Giới thiệu về PLC

1.4.1 Khái niệm và cấu tạo

PLC (Programmable Logic Controller), hay còn gọi là bộ điều khiển logic khảtrình, là một thiết bị điện tử chuyên dụng được thiết kế để điều khiển tự động các quátrình sản xuất trong công nghiệp PLC có khả năng thực hiện nhiều thao tác logic, số học,điều khiển thời gian thực và xử lý tín hiệu một cách nhanh chóng và chính xác

PLC được ưa chuộng nhờ những ưu điểm nổi bật như: độ tin cậy cao, chịu đượcmôi trường công nghiệp khắc nghiệt (nhiệt độ cao, bụi bẩn, nhiễu điện từ ), dễ dàng lậptrình, sửa đổi chương trình linh hoạt, dễ bảo trì và mở rộng hệ thống

Cấu tạo cơ bản của PLC gồm các khối chính:

CPU (Central Processing Unit): Trung tâm xử lý, điều khiển toàn bộ hoạt động, thực

hiện các lệnh trong chương trình điều khiển

Bộ nhớ:

- Bộ nhớ chương trình (Program memory) lưu trữ mã lệnh người dùng

- Bộ nhớ dữ liệu (Data memory) lưu các biến trạng thái, kết quả trung gian, bộ đếm, bộđịnh thời

Các module vào/ra (I/O Modules):

- Input: Nhận tín hiệu từ cảm biến, công tắc, nút nhấn

- Output: Gửi tín hiệu điều khiển đến động cơ, van điện từ, xi lanh khí nén

Nguồn cấp (Power Supply): Cấp nguồn cho PLC và các module liên quan, thường

dùng nguồn 24VDC hoặc 220VAC

Cổng truyền thông (Communication Ports): Hỗ trợ giao tiếp với thiết bị ngoại vi như

HMI, SCADA, các PLC khác qua các chuẩn Modbus, Profinet, Ethernet, RS485…

Bảng 1.1: Các loại PLC trong công nghiệp ứng dụng

điển hình

1 Siemens S7-1200 Hiệu suất cao, lập trình bằng TIA

Portal, hỗ trợ Ethernet TCP/IP

Máy chiết rót, máyđóng gói, hệ thốngHVAC

2 Siemens S7-1500 Dòng cao cấp, tốc độ xử lý cực

nhanh, bảo mật mạnh

Dây chuyền sảnxuất lớn, robotcông nghiệp

3 Mitsubishi FX3U Kích thước nhỏ gọn, tốc độ scan

nhanh, giá hợp lý

Băng tải tự động,máy dán nhãn,thang máy

4 Mitsubishi FX5U Phiên bản cải tiến của FX3U, tích

hợp sẵn Ethernet

Hệ thống nhà máythông minh, IoTkết nối

5 Omron CP1E Dễ lập trình, giao tiếp mạnh mẽ, chi

phí cạnh tranh

Điều khiển máytrộn, máy đóng góithực phẩm

6 Omron CJ2M Mở rộng module linh hoạt, tốc độ

cao

Tự động hóa phânxưởng, băng tảiphân loại

8 Allen-Bradley

CompactLogix

Phù hợp nhà máy lớn, kết nốiEthernet/IP mạnh

Tự động hóa dâychuyền ô tô, hóadầu

9 Delta DVP Series Giá rẻ, dễ sử dụng, thích hợp ứng

dụng vừa và nhỏ

Điều khiển đèn,quạt công nghiệp,máy ép nhiệt

1.4.2 Nguyên lý hoạt động

PLC hoạt động theo chu kỳ lặp lại liên tục gọi là chu kỳ quét (Scan Cycle) Một chu kỳquét cơ bản bao gồm 4 giai đoạn:

Khởi tạo (Start-up)

Khi cấp nguồn, PLC thực hiện tự kiểm tra hệ thống (Self-Test) như:

- Kiểm tra bộ nhớ chương trình, vùng lưu trữ dữ liệu

- Kiểm tra trạng thái module mở rộng (nếu có)

- Xác định các lỗi phần cứng (hardware faults) như mất nguồn, hỏng I/O

=> Nếu mọi thứ bình thường → PLC vào trạng thái RUN và bắt đầu scan

Đọc tín hiệu vào (Input Scan)

- PLC đọc toàn bộ trạng thái của các thiết bị đầu vào: cảm biến, công tắc, nút nhấn

- Các tín hiệu số (Digital Input) và tín hiệu tương tự (Analog Input) đều được đọc vàovùng bộ nhớ đệm (Input Image Table)

Lưu ý: PLC đọc toàn bộ input cùng lúc, không đọc riêng lẻ từng tín hiệu -> đảm bảo xử

lý nhanh, chính xác thời điểm

Ví dụ:

Nút nhấn Start ON -> PLC đọc vào biến %I0.0 = 1

Cảm biến vật cản không phát hiện -> %I0.1 = 0

Xử lý chương trình (Program Execution)

Dựa trên dữ liệu đã đọc từ Input Image Table, PLC tiến hành xử lý theo chương trìnhđiều khiển đã lập trình trước

Các dạng xử lý gồm:

- Logic (AND, OR, NOT…)

- sánh số liệu (>, <, = …)

- Timer (hẹn giờ bật/tắt thiết bị)

- Counter (đếm số lượng sự kiện)

- Các hàm đặc biệt: PID, PWM, PID Motion Control

Kết quả tính toán được ghi tạm vào vùng Output Image Table (không tác động trựctiếp đến thiết bị ngoại vi ngay lúc đó)

Ví dụ:

Nếu %I0.0 = 1 → PLC set %Q0.0 = 1 (Bật băng tải chạy)

Xuất tín hiệu ra (Output Scan)

- PLC lấy dữ liệu từ Output Image Table và cập nhật đến thiết bị ngoại vi thực tế (relay,motor, van khí, xi lanh )

- Nếu vùng nhớ Output bit = 1 → tín hiệu ra ON

- Nếu Output bit = 0 → tín hiệu ra OFF

Ví dụ:

%Q0.0 = 1 → PLC xuất 24VDC ra cổng Output điều khiển relay đóng -> motor băngtải quay

Nguyên lý đọc/ghi tín hiệu chi tiết:

Bảng 1.2: Bảng nguyên lý đọc ghi tín hiệu PLC

Digital Input Đọc trạng thái ON/OFF từ

thiết bị ngoại

Đọc tín hiệu điện áp(0V/24VDC) qua modulevào

Analog Input Đọc tín hiệu cảm biến đo

1.4.3 Ứng dụng trong công nghiệp

Trong bối cảnh cách mạng công nghiệp 4.0, PLC (Programmable Logic Controller) đãtrở thành một phần không thể thiếu trong việc tự động hóa các quá trình sản xuất, quản lý

và vận hành hệ thống Với khả năng xử lý nhanh, chính xác, dễ dàng lập trình và thay đổichương trình theo yêu cầu sản xuất, PLC hiện diện ở hầu hết mọi lĩnh vực công nghiệphiện đại

Trong ngành sản xuất ô tô:

PLC đóng vai trò trung tâm trong việc điều khiển các robot công nghiệp Các côngđoạn hàn thân xe, lắp ráp linh kiện, bôi keo kính chắn gió, sơn phủ hay kiểm tra chất

máy của Toyota hoặc BMW, hàng trăm robot được điều khiển đồng bộ nhờ PLCSiemens S7-1500, giúp đảm bảo độ chính xác từng chi tiết và nâng cao hiệu suất lắp ráplên mức tối ưu PLC còn được sử dụng để giám sát dây chuyền sản xuất theo thời gianthực, phát hiện lỗi ngay lập tức và tự động điều chỉnh quy trình nếu cần thiết.

Hình 1.3: Dây chuyền sản xuất thân vỏ xe của hãng Toyota

Trong ngành thực phẩm và đồ uống:

Yêu cầu cao về độ chính xác trong chiết rót, đóng gói và bảo quản thực phẩm khiếnPLC trở thành giải pháp điều khiển lý tưởng Tại các nhà máy sản xuất nước giải khát,sữa, bia hay nước khoáng như PepsiCo, Vinamilk, Lavie, các hệ thống PLC được lậptrình để kiểm soát chính xác tốc độ băng tải, lưu lượng chiết rót, lực đóng nắp và nhiệt độbảo quản Ngoài ra, PLC còn giúp tối ưu hóa quá trình trộn nguyên liệu, đảm bảo côngthức sản phẩm nhất quán qua từng mẻ sản xuất

Hình 1.4: Dây chuyền chiết rót nước khoáng Lavie sử dụng PLC S7-1200.

Trong nghành dược:

Ngành dược phẩm cũng là lĩnh vực sử dụng PLC rất rộng rãi, do yêu cầu cao về độchính xác, vệ sinh và kiểm soát chặt chẽ từng bước sản xuất Các dây chuyền chiết rótdung dịch thuốc, đóng gói vỉ viên nén, hay hệ thống HVAC phòng sạch đều được lậptrình và điều khiển bởi PLC để đảm bảo môi trường vô trùng và kiểm soát sai số cực kỳnhỏ Ví dụ, trong dây chuyền sản xuất nước muối sinh lý, PLC điều khiển lưu lượngdung dịch chiết rót, thời gian đóng nắp và tốc độ băng tải, đồng thời giám sát áp suất,nhiệt độ trong môi trường sản xuất để đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn y tế nghiêm ngặt

Hình 1.5: Dây chuyền sản xuất thuốc tiêm truyền nước muối sinh lý NaCl 0.9%.

Trong ngành xử lý nước thải và cấp nước:

Ứng dụng PLC để tự động điều khiển bơm nước, van xả, hệ thống đo lưu lượng,kiểm soát pH, độ đục và hàm lượng hóa chất trong nước Các trạm xử lý nước thải đô thịhiện đại sử dụng PLC để đảm bảo quy trình xử lý liên tục, hiệu quả và có khả năng phảnứng nhanh trước các thay đổi đột ngột của lưu lượng đầu vào

Từ những ứng dụng thực tiễn trên, có thể thấy rằng PLC đóng vai trò thiết yếutrong việc nâng cao năng suất lao động, đảm bảo chất lượng sản phẩm, tối ưu hóa chi phísản xuất và giảm thiểu sự phụ thuộc vào lao động thủ công Xu thế phát triển mạnh mẽcủa tự động hóa trong thời đại hiện nay càng khẳng định vị thế không thể thay thế củaPLC trong mọi ngành công nghiệp.

1.5 Giới thiệu về HMI

1.5.1 Khái niệm và vai trò

HMI (Human Machine Interface) hay còn gọi là "Giao diện người - máy", là mộtthành phần trung gian cho phép con người và máy móc có thể giao tiếp và trao đổi thôngtin với nhau một cách trực quan Trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp, HMI đóngvai trò là “cửa sổ” để người vận hành có thể quan sát, điều chỉnh và kiểm soát toàn bộ quátrình vận hành của máy móc, thiết bị thông qua các hình ảnh, biểu đồ, số liệu hiển thị trênmàn hình

Bản chất của HMI là một thiết bị phần cứng (như màn hình cảm ứng, máy tínhcông nghiệp, bảng điều khiển) đi kèm với phần mềm lập trình chuyên dụng để xây dựnggiao diện vận hành Thông qua HMI, người dùng có thể dễ dàng thực hiện các thao tácnhư: nhập lệnh điều khiển (start/stop hệ thống, đặt giá trị tốc độ, nhiệt độ, áp suất), theodõi trạng thái thiết bị (bật/tắt, báo lỗi, hoạt động bình thường), và nhận các cảnh báo hoặcthông báo về sự cố trong quá trình vận hành

Hình 1.7: HMI (Human – Machine – Interface)

Vai trò của HMI trong hệ thống tự động hóa là vô cùng quan trọng HMI giúpgiảm thiểu đáng kể sự phức tạp trong giao tiếp giữa con người và máy móc; thay vì phảiđọc các tín hiệu đèn, công tắc hay bảng đồng hồ rời rạc như trước kia, người vận hành chỉcần quan sát một màn hình duy nhất với đầy đủ thông tin tổng hợp, dễ hiểu và trực quan

Ngoài ra, HMI còn hỗ trợ chuẩn hóa quy trình vận hành, giảm thiểu sai sót do thao tác thủcông, và nâng cao hiệu quả giám sát, bảo trì hệ thống.

1.5.2 Giao tiếp PLC - HMI

Trong một hệ thống tự động hóa, PLC (Programmable Logic Controller) đóngvai trò là “bộ não” điều khiển các thiết bị đầu vào/ra (sensor, actuator), trong khi HMIđóng vai trò như “cửa sổ giao tiếp” để hiển thị trạng thái và nhận lệnh từ người vận hành

Để thực hiện được nhiệm vụ này, PLC và HMI phải được kết nối và trao đổi dữ liệu liêntục theo một giao thức truyền thông tiêu chuẩn

Quá trình giao tiếp giữa PLC và HMI diễn ra như sau:

- PLC liên tục cập nhật các giá trị trạng thái thiết bị, dữ liệu cảm biến, tín hiệu điềukhiển… vào bộ nhớ nội (Data Block, Memory Word )

- HMI sẽ đọc (Read) và/hoặc ghi (Write) dữ liệu vào các vùng nhớ này thông qua giaothức truyền thông đã thiết lập

- Khi người dùng nhập lệnh trên HMI (ví dụ nhấn nút Start Motor), HMI sẽ ghi giá trị

"1" vào ô nhớ quy định trong PLC; PLC đọc giá trị này và thực hiện hành động điềukhiển tương ứng

Hình 1.8: Màn hình HMI Siemens và bộ điều khiển khả dụng (PLC)

Quá trình đọc - ghi dữ liệu này diễn ra liên tục với tốc độ cao, đảm bảo rằng cácthay đổi trên HMI được PLC cập nhật ngay lập tức, và trạng thái thiết bị thực tế cũngđược phản hồi nhanh chóng về màn hình hiển thị cho người vận hành

Việc thiết lập truyền thông giữa PLC và HMI yêu cầu người lập trình phải khaibáo đúng địa chỉ biến (tag address), đúng giao thức truyền thông, và cấu hình tốc độbaudrate phù hợp để đảm bảo hệ thống vận hành ổn định.

Kết luận về vai trò HMI trong hệ thống tự động hóa

Có thể khẳng định rằng, HMI không chỉ đơn thuần là một thiết bị hiển thị trạngthái mà còn là cầu nối sống còn giữa con người và hệ thống tự động hóa Nhờ có HMI,việc vận hành và giám sát hệ thống trở nên dễ dàng, trực quan, an toàn và hiệu quả hơnrất nhiều Một giao diện HMI được thiết kế tốt sẽ giúp người vận hành dễ dàng kiểm soátquy trình, giảm thiểu lỗi thao tác, nhanh chóng phát hiện và xử lý sự cố, từ đó nâng caohiệu suất làm việc cũng như độ tin cậy của toàn bộ hệ thống

1.6 Cơ sở lý thuyết liên quan

Trong bất kỳ hệ thống tự động hóa công nghiệp nào, việc nắm vững và lựa chọnđúng các thiết bị phần cứng là yếu tố then chốt quyết định hiệu quả hoạt động, độ bền

Đối với hệ thống chiết rót dung dịch nước muối sinh lý, các thành phần như cảm biến, xi lanh khí nén, động cơ DC và băng tải đóng vai trò cực kỳ quan trọng, đảm bảo quy trình chiết rót – đóng nắp – xếp sản phẩm vào thùng diễn ra chính xác, nhanh chóng và an toàn

1.6.1 Cảm biến

Cảm biến là thiết bị dùng để phát hiện, đo lường, và biến đổi các đại lượng vật lý (như

vị trí, áp suất, lưu lượng, nhiệt độ ) thành tín hiệu điện tử để đưa vào PLC xử lý.Các loại cảm biến dùng trong đề tài:

- Cảm biến vật cản (quang điện): Phát hiện chai có mặt trên băng tải hay không.Nguyên lý hoạt động cơ bản:

- Cảm biến quang: Gồm bộ phát và bộ thu ánh sáng Khi vật (chai) cản tia sáng giữa 2 bộphận, tín hiệu điện sẽ thay đổi

- Thả nắp chai.

- Kẹp và thả chai vào thùng

Nguyên lý hoạt động: Khi khí nén được cấp vào buồng xi lanh, áp suất khí đẩy piston

di chuyển theo hướng mong muốn

1.6.3 Băng tải và thiết bị điều khiển

- Tải trọng yêu cầu (kg)

Công thức tính chọn motor băng tải:

Công suất motor:

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT DUNG DỊCH NƯỚC MUỐI SINH LÝ

2.1 Chế tạo khung cơ khí và lắp đặt thiết bị

Khung cơ khí của hệ thống được chế tạo nhôm định hình 30x30, có kết cấu vữngchắc và đảm bảo đủ không gian để lắp đặt các thiết bị như băng tải, xi lanh, cảm biến, cơcấu chiết rót, hệ thống kẹp thả và vặn nắp chai Toàn bộ khung được phủ sơn chống gỉnhằm đảm bảo độ bền trong môi trường hoạt động thường xuyên có tiếp xúc với nướcmuối sinh lý

Các vị trí được thiết kế khoa học, đảm bảo thao tác bảo trì thuận tiện và khả năng

mở rộng trong tương lai Băng tải dài 1m, được lắp giữa khung, phía trên có giá đỡ nắpchai, cảm biến, cơ cấu chiết, hệ thống xi lanh nâng, giữ và thả chai

Hình 2.1: Khung cơ khí

2.2 Thiết kế và lắp đặt tủ điện điểu khiển

Tủ điện là thành phần trung tâm giúp bảo vệ và tổ chức các thiết bị điều khiển,đóng cắt trong hệ thống một cách khoa học và an toàn Việc thiết kế tủ điện cần đảm bảocác tiêu chí về kỹ thuật, khả năng lắp đặt và dễ dàng bảo trì Sử dụng phần mềmAutoCAD, bản vẽ bố trí tủ điện được thể hiện trực quan, chi tiết vị trí các thiết bị nhưPLC, nguồn, relay trung gian, CB, cầu đấu, giúp quá trình lắp ráp thực tế được thuận tiện

và chính xác hơn

- Relay trung gian

- Các cầu đấu, CB bảo vệ, dây tín hiệu, dây nguồn

Bên ngoài tủ điện được lắp màn hình HMI Weintek để giám sát và điều khiển hệthống Các dây tín hiệu được đánh dấu và đi dây gọn gàng để dễ kiểm tra Tủ điện đặt ở vịtrí thuận tiện quan sát và tránh tiếp xúc trực tiếp với nước

2.3 Sơ đồ khối tổng thể hệ thống

Sơ đồ khối tổng thể trình bày mối quan hệ giữa các thiết bị chính trong hệ thốngchiết rót dung dịch nước muối sinh lý Qua sơ đồ này, có thể hình dung được quy trìnhvận hành chung của hệ thống từ khâu đưa chai vào băng tải, định vị vị trí, chiết rót dungdịch, đóng nắp, kiểm tra và cuối cùng là đưa chai vào thùng Các thiết bị như PLC, cảmbiến, van điện từ, xi lanh khí nén, động cơ và HMI được kết nối và phối hợp nhịp nhàngnhằm đảm bảo hoạt động tự động hóa hiệu quả, chính xác và an toàn

Hình 2.4: Sơ đồ khối hệ thống

2.4 Phân tích chức năng từng bộ phận

Hệ thống chiết rót dung dịch nước muối sinh lý gồm nhiều bộ phận phối hợp nhịpnhàng Mỗi khối chức năng đảm nhiệm một vai trò cụ thể trong chu trình vận hành:

Cấp chai lên băng tải

Chức năng: Cung cấp chai rỗng vào dây chuyền sản xuất.

Hoạt động: Người vận hành đặt chai vào băng tải hoặc tích hợp hệ thống cấp chai tự

động

Cảm biến vật cản tại vị trí chiết phát hiện chai, truyền tín hiệu về PLC xi lanh chặn chai 1đẩy ra chặn chai đúng ở vị trí chiết

Chiết rót dung dịch

Chức năng: Bơm chính xác lượng dung dịch nước muối vào chai.

Thiết bị chính:

Van điện từ hoặc bơm định lượng: điều khiển dòng dung dịch

Nguyên lý: Khi cảm biến phát hiện chai xi lanh hạ xuống bơm hoạt động 5s tín hiệugửi về PLC → ngắt van hoặc dừng bơm xi lanh đi lên

Thả nắp và vặn nắp bằng động cơ kết hợp xi lanh

Chức năng: Đóng kín nắp chai sau khi chiết.

Thành phần chính:

Cơ cấu thả nắp: dẫn từng nắp rơi xuống đúng vị trí

Động cơ xoáy nắp: thường dùng motor DC kết hợp đầu vặn nắp

Một xi lanh khí nén chặn đáy chai đảm bảo không xoay chai khi vặn nắp

Giữ chai bằng xi lanh đôi

Chức năng: Cố định thân chai trong quá trình chiết rót và xoáy nắp.

Thiết kế: Hai xi lanh khí nén tác động kép đặt đối diện, ép vào hai bên thân chai Đặc điểm kỹ thuật: Xi lanh chọn loại hành trình ngắn, lực ép vừa phải để không làm vỡ

Hệ dẫn động trục: sử dụng motor bước hoặc servo để điều khiển chính xác

Bệ đỡ chai: gắn lên bộ trượt chạy theo trục

Cảm biến tại đầu cuối: xác định vị trí cần thả

Trình tự hoạt động:

Khi chai đến cuối băng tải → xilanh nâng chai lên

Di chuyển ngang đến vị trí thùng chứa → hạ xuống → thả chai → quay về vị trí banđầu

2.5 Lựa chọn thiết bị và thông số kỹ thuật

2.5.1 PLC và mô đun mở rộng

a, Bộ điều khiển chính PLC S7-1200

Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạn

h để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động Sự kếthợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau

Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạchngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ.Sau khi người dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêucầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng CPU giám sát các ngõ

vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình người dùng, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp và việc tr

uyền thông với các thiết bị thông minh khác

Hình 2.5: PLC S7-1200

1 - Bộ phận kết nối nguồn

2 - Các bộ phận kết nối dây của người dùng có thể tháo được

3 - Các led trạng thái dành cho I/O tích hợp

4 - Bộ phận kết nối PROFINET (Phía trên của CPU)

Hình 2.6: Sơ đồ kết nối của PLC S7-1200

Các bảng tín hiệu:

Một bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU Người dùng

có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự SB kết nối vào phía trướccủa CPU

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

Hình 2.7: Các bảng tín hiệu

1- Các LED trạng thái trên SB

2- Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra

Các module tín hiệu:

Người dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chức năng Cácmodule tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU

Hình 2.8: Các module tín hiệu

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

Các module truyền thông:

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

Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một CMkhác)

Hình 2.9: Các module truyền thông

1- Các LED trạng thái dành cho module truyền thông

2- Bộ phận kết nối truyền thông

Các LED trạng thái:

CPU và các module I/O sử dụng các LED để cung cấp thông tin về cả trạng thái hoạtđộng của module lẫn của I/O CPU cung cấp các bộ chỉ thị trạng thái sau đây:

STOP/RUN

- Màu nhấp nháy (luân phiên giữa xanh lá và cam) chỉ thị rằng CPU đang khởi động.ERROR

- Màu đỏ nhấp nháy chỉ thị một lỗi, như một lỗi nội bộ trong CPU, một lỗi với thẻ nhớ,

hay một lỗi về cấu hình (các module không thích ứng).

- Màu đỏ thuần túy chỉ thị phần cứng bị hỏng

MAINT (Maintenance) nhấp nháy khi ta gắn vào một thẻ nhớ CPU sau đó chuyểnsang chế độ STOP Sau khi CPU đã chuyển sang chế độ STOP, thực hiện một trong cáchàm sau đây để bắt đầu sự định lượng thẻ nhớ :

- Thay đổi CPU sang chế độ RUN

- Thực hiện một sự đặt lại bộ nhớ (MRES)

- Chu trình cấp điện CPU

Nhấp nháy (luân phiên

-Được yêu cầu duy trì On (cả màu cam lẫn xanh

Kiểm tra LED hay

firmware CPU bị hỏng

Nhấp nháy (luân phiênmàu cam và xanh lá) Nhấp nháy Nhấp nháy CPU còn cung cấp hai LED chỉ thị trạng thái của truyền thông PROFINET Để xemcác LED PROFINET, ta mở tấm che dãy đầu nối ở dưới đáy

- Link (xanh lá) được bật lên chỉ thị một kết nối thành công

- Rx/Tx (màu vàng) bật lên chỉ thị hoạt động truyền phát

CPU và mỗi module tín hiệu (CM) kiểu số cung cấp một LED kênh I/O cho mỗi một

trong các ngõ vào và ngõ ra số Kênh I/O (xanh lá) chuyển sang bật hay tắt để chỉ thịtrạng thái của ngõ vào hay ngõ ra riêng lẻ

Thêm vào đó, mỗi SM kiểu số cung cấp một LED DIAG chỉ thị trạng thái của module:

- Màu xanh lá chỉ thị rằng module đang làm việc.

- Màu đỏ chỉ thị rằng module bị hỏng hay không làm việc

Mỗi SM kiểu tương tự cung cấp LED kênh I/O cho mỗi một trong các ngõ vào và ngõ

ra kiểu tương tự

- Màu xanh lá chỉ thị rằng kênh đã vừa được cấu hình và đang hoạt động

- Màu đỏ chỉ thị một điều kiện lỗi của một ngõ vào hay ngõ ra kiểu tương tự riêng lẻ

Module được cấu hình mà không

-Lỗi I/O (với các chẩn đoán được

Lỗi I/O ( với các chuẩn đoán được

Theo bộ vi xử lý, PLC S7-1200 được phân chia thành 5 dòng: CPU 1211C, CPU1212C, CPU1214C, CPU 1215C, CPU 1217C

- Theo nguồn nuôi cung cấp cho CPU, ngõ vào và ngõ ra tích hợp trên CPU:

+ Loại AC/DC/RLY: nguồn nuôi cấp cho CPU là xoay chiều, ngõ vào 1 chiều, ngõ

ra xoay chiều hoặc 1 chiều

+ Loại DC/DC/RLY: nguồn nuôi cấp cho CPU là một chiều, ngõ vào 1 chiều, ngõ

ra xoay chiều hoặc 1 chiều

+ Loại DC/DC/DC: nguồn nuôi cấp cho CPU, ngõ vào, ngõ ra đều là 1 chiều.

Hình 2.10: PLC S7-1200

Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ ba ngônngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal củaSiemens

Thông số cơ bản của PLC S7 – 1200:

- Trong giao thức enthernet có: TCP/IP, SNMP, DCP, LLDP

Ưu, nhược điểm khi lập trình hệ thống điều khiển PLC

Ưu điểm của PLC:

Từ thực tế sử dụng người ta thấy rằng PLC có những điểm mạnh như sau:

- PLC dễ dang tạo luồng ra và dễ dàng thay đổi chương trình

- Chương trình PLC dễ dàng thay đổi và sửa chữa: Chương trình tác động đến bên trong

bộ PLC có thể được người lập trình thay đổi dễ dàng bằng xem xét việc thực hiện và giảiquyết tại chỗ những vẫn đề liên quan đến sản xuất, các trạng thái thực hiện có thể nhận

biết dễ dàng bằng công nghệ điều khiến chu trình trước đây Như thế, người lập trìnhchương trình thực hiện việc nối PLC với công nghệ điều khiển chu trình.

- Người lập chương trình được trang bị các công cụ phần mềm để tìm ra lỗi cả phầncứng và phần mềm, từ đó sửa chữa thay thế hay theo dõi được cả phần cứng và phầnmềm dễ dàng hơn

- Các tín hiệu đưa ra từ bộ PLC có độ tin cậy cao hơn so với các tín hiệu được cấp từ bộđiều khiển bằng rơle

- Phần mềm lập trình PLC dễ sử dụng: phần mềm được hiểu là không cần những người

sử dụng chuyên nghiệp sử dụng hệ thống rơle tiếp điểm và không tiếp điểm

- Không như máy tính, PLC có mục đích thực hiện nhanh các chức năng điều khiển,chứ không phải mang mục đích làm dụng cụ để thực hiện chức năng đó

- Ngôn ngữ dùng để lập trình PLC dễ hiểu mà không cần đến khiến thức chuyên môn vềPLC Cả trong việc thực hiện sửa chữa cũng như việc duy trì hệ thống PLC tại nơi làmviệc

- Việc tạo ra PLC không những dễ cho việc chuyển đổi các tác động bên ngoài thànhcác tác động bên trong (tức chương trình), mà chương trình tác động nổi tiếp bên trongcòn trở thành một phần mềm có dạng tương ứng song song với các tác động bên ngoài.Việc chuyển đổi ngược lại này là sự khác biệt lớn so với máy tỉnh

- Thực hiện nối trực tiếp : PLC thực hiện các điều khiển nối trực tiếp tới bộ xử lý (CPU)nhờ có đầu nối trực tiếp với bộ xử lý đầu I/O này được đặt tại giữa các dụng cụ ngoài vàCPU có chức năng chuyển đổi tín hiệu từ các dụng cụ ngoài thành các mức logic vàchuyển đổi các giá trị đầu ra từ CPU ở mức logic thành các mức mà các dụng cụ ngoài cóthể làm việc được

- Dễ dàng nổi mạch và thiết lập hệ thống: trong khi phải chi phí rất nhiều cho việc hảnmạch hay nổi mạch trong cấp điều khiển rơle, thì ở PLC những công việc đó đơn giảnđược thực hiện bởi chương trình và các chương trình đó được lưu giữ ở băng catssete hayđĩa CDROM, sau đó thì chỉ việc sao trở lại

Nhược điểm của PLC:

- Do chưa tiêu chuẩn hoá nên mỗi công ty sản xuất ra PLC đều đưa ra các ngôn ngữ lậptrình khác nhau, dẫn đến thiếu tính thống nhất toàn cục về hợp thức hoá

- Trong các mạch điều khiển với quy mô nhỏ, giá của một bộ PLC đắt hơn khi sử dụngbằng phương pháp rơle.

Trong hệ thống PLC có nhiều loại bộ nhớ :

- Bộ nhớ chỉ để dọc ROM (Read Only Memory) cung cấp dung lượng lưu trở cho hệđiều hành và dữ liệu cố định được CPU sử dụng

- Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM ( Ramden Accept Memory) dành cho chương trìnhcủa người dùng

- Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên RAM dành cho dữ liệu Đây là nơi lưu trữ thông tin theotrạng thái của các thiết bị nhập, xuất, các giá trị của đồng hồ thời chuẩn các bộ đếm và cácthiết bị nội vi khác

RAM dữ liệu đôi khi được xem là bảng dữ liệu hoặc bảng ghi

Bộ nhớ chỉ đọc có thể xoá và lập trình được ( EPROM ) Là các ROM có thể được lậptrình, sau đó các chương trình này được thường trú trong ROM

Người dùng có thể thay đổi chương trình và dữ liệu trong RAM Tất cả các PLC đều

có một lượng RAM nhất định để lưu chương trình do người dùng cài đặt và dữ liệuchương trình Tuy nhiên để tránh mất mát chương trình khi nguồn công suất bị ngắt, PLC

sử dụng ác quy để duy trì nội dung RAM trong một thời gian Sau khi được cài đặt vàoRAM chương trình có thể được tải vào vì mạch của bộ nhớ EPROM, thường là module

có khoá nổi với PLC, do đó chương trình trở thành vĩnh cửu Ngoài ra còn có các bộ đệmtạm thời lưu trữ các kênh nhập/xuất (I/O)

Dung lượng lưu trữ của bộ nhớ được xác định bằng số lượng từ nhị phân có thể lưu trữđược Như vậy nếu dung lượng bộ nhớ là 256 từ, bộ nhớ có thể lưu trữ 256x8 = 2048 bit,nếu sử dụng các từ 8 bit và 256 × 16 = 4096 bit nếu sử dụng các từ 16 bit

b, Mô-đun SM1222 RLY

SM1222 RLY là mô-đun mở rộng ngõ ra dạng relay, cho phép điều khiển các thiết bịtải như van điện từ, động cơ DC, rơ-le trung gian Relay cho phép đóng ngắt dòng điệntrực tiếp tới thiết bị tải AC/DC, có cách ly điện tốt, thích hợp cho môi trường côngnghiệp

Hình 2.12: Module SM1222 RLY

Cấu tạo:

Vật liệu vỏ: Nhựa tiêu chuẩn công nghiệp

Số lượng ngõ ra: 8 kênh relay (NO – Normally Open)

- Dòng chịu tải:

Tối đa 2A tại 24VDC

Tối đa 5A tại 250VAC

- Tiếp điểm cơ học có độ bền cao (~10⁶ lần đóng/ngắt)

- Giao tiếp nội bộ với PLC thông qua bus mở rộng bên hông

- LED trạng thái cho từng relay

Nguyên lý hoạt động:

SM1222 RLY, nguyên lý hoạt động dựa trên cơ chế đóng ngắt tiếp điểm relay cơ học.Khi CPU của PLC gửi tín hiệu điều khiển ở mức logic “1” đến một kênh đầu ra, cuộn dâybên trong relay của mô-đun SM1222 sẽ được cấp điện và tạo ra lực từ hút, làm đóng tiếpđiểm thường mở (NO) Nhờ đó, nguồn điện được nối thông qua relay đến thiết bị tải nhưvan điện từ, động cơ hoặc rơ-le trung gian Khi tín hiệu điều khiển chuyển về mức “0”,cuộn dây mất điện, tiếp điểm mở ra và ngắt nguồn khỏi tải Relay cho phép mô-đun điềukhiển được cả tải AC và DC với dòng lớn, đồng thời cách ly hoàn toàn giữa mạch điềukhiển và mạch công suất, đảm bảo an toàn và độ tin cậy cao trong vận hành hệ thốngchiết rót

2.5.2 Màn hình HMI

Giới thiệu HMI Weintek MT8051iP

Trong hệ thống điều khiển và giám sát chiết rót dung dịch nước muối sinh lý, mànhình HMI Weintek MT8051iP được sử dụng để hiển thị trạng thái hệ thống và cho phépngười vận hành tương tác trực tiếp với thiết bị Đây là loại màn hình cảm ứng 4.3 inch, độphân giải 480x272 pixel, hỗ trợ hiển thị màu sắc rõ nét, cảm ứng điện trở và giao tiếp

được với nhiều dòng PLC, trong đó có PLC Siemens S7-1200 qua cổng RS-485 hoặc

Ethernet HMI MT8051iP sử dụng phần mềm EasyBuilder Pro để lập trình giao diện trựcquan, giúp dễ dàng điều khiển hệ thống, theo dõi thông số, cài đặt chế độ vận hành, cũngnhư hiển thị cảnh báo lỗi Với kích thước nhỏ gọn, HMI MT8051iP phù hợp cho các hệthống chiết rót quy mô vừa và nhỏ

Đa giao tiếp truyền thông: Ethernet, COM1 RS232/485(2 dây/4 dây), COM3RS485 2 dây

Khả năng kết nối HMI Weintek MT8071iE tới tất cả các loại thiết bị PLC và bộđiều khiển có trên thị trường như Siemens S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200, S7-1500,Mitsubishi PLC FX, PLC A, PLC Q, Omron, Delta,

Cấu tạo HMI:

Màn hình HMI Weintek MT8071iE là một thiết bị thuộc dòng HMI phổ biến củahãng Weintek, có cấu tạo hiện đại, phù hợp cho các hệ thống điều khiển giám sát côngnghiệp

Cấu tạo chính:

- Mặt trước (Front Panel):

- Màn hình cảm ứng LCD 7 inch: độ phân giải 800×480 pixel, cho phép hiển thịtrực quan thông tin vận hành

- Lớp cảm ứng điện trở: dễ thao tác, hoạt động tốt trong môi trường có găng tay,bụi bẩn

- Đèn LED nền: tiết kiệm năng lượng, tuổi thọ cao

- Bo mạch chính (Mainboard):

+ Vi xử lý RISC hiệu suất cao: đảm bảo phản hồi nhanh khi điều khiển

+ Bộ nhớ Flash và RAM tích hợp: lưu trữ chương trình và dữ liệu tạm thời khihoạt động

+ Mạch nguồn cấp tích hợp: sử dụng điện áp 24VDC

- Cổng giao tiếp (Communication Ports):

+ 1 cổng Ethernet (LAN) – dùng cho giao tiếp Modbus TCP/IP, kết nối với PLChoặc SCADA

+ 2 cổng COM (RS232/RS485) – cho giao tiếp Modbus RTU, hoặc với các thiết