Thiết kế mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng, đóng gói và quản lý thông tin sử dụng plc s7 1200

TẬP TỐT NGHIỆP BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH VIỆN KỸ THUẬT HUTECH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG, ĐÓNG GÓI VÀ QUẢN LÝ THÔNG TIN SỬ DỤNG PLC S7 – 1200 NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TS BÙI MINH DƯƠNG Sinh viên thực hiện MSSV LỚP Nguyễn Công Trường 1915781007 19HDCA2 Hồ Đình Vinh 1915781008 19HDCA2 Nguyễn Thanh Tùng 1916781002 19LDDCA2 Thành Phố Hồ Chí Minh, Ngày 26 Tháng 09 năm 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI.

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1.1 Lý Do Lựa Chọn Đề Tài

Với sự phát triển của công nghệ chuyển đổi số, máy móc tự động ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất và đời sống Doanh nghiệp không ngừng đề xuất ý tưởng cải tiến công nghệ và hệ thống máy móc nhằm tạo ra sản phẩm chất lượng, giá cả cạnh tranh, đáp ứng xu thế thị trường Điều này giúp nâng cao uy tín và vị thế cạnh tranh của doanh nghiệp trong cùng phân khúc thị trường.

Sau khi nhận được sự hướng dẫn từ Giảng viên hướng dẫn (GVHD) với các ví dụ mô hình ứng dụng thực tế trong nhà máy, nhóm đã nỗ lực suy nghĩ và phát triển ý tưởng từ một công đoạn sản xuất cụ thể: phân loại cà phê theo khối lượng tại nhà máy Vinacafé Biên Hòa Hiện tại, quy trình đóng gói sản phẩm chưa có hệ thống quản lý thông tin về số lượng và cân nặng, điều này tạo ra cơ hội cải tiến và tự động hóa Để hiểu rõ hơn về giải pháp mà nhóm đưa ra, cần tìm hiểu về quy trình sản xuất cà phê hòa tan tại Vinacafé Biên Hòa, bao gồm 7 công đoạn chính như sau:

Có 2 loại hạt để sản xuất tại nhà máy Vinacafé là hạt Arabica và hạt Robusta được sàng để tách vỏ, các tạp chất lẫn bên trong hạt khi nông dân và thương lái thu hoạch

Hình 1.1: Máy tách tạp chất công suất 1000 – 1200 Kg/h

Cà phê khi đã được sàng làm sạch, sẽ sử dụng máy thổi để đưa hạt vào máy rang Neuhaus Neotec rang chín ở 230 độ C

Hình 1.2: Máy Rang Neuhaus Neotec 1

Sau khi hạt cà phê được rang, quá trình tiếp theo là sử dụng máy thổi để đưa cà phê vào hệ thống trích ly Trích ly là quá trình thu nhận các chất hòa tan có trong bột cà phê, thông qua việc sử dụng hơi nước để làm sôi cà phê trong nước, từ đó thu hồi các chất hòa tan.

Hình 1.3: Hệ thống trích ly cà phê

Ly tâm là quá trình tách tạp chất, bã cà phê ra khỏi dịch cà phê trích ly bằng cách sử dụng máy Ly Tâm

Nồng độ dung dịch cà phê sau quá trình trích ly dao động từ 20-22%, chưa đủ để sấy khô, vì vậy cần cô đặc dịch trích ly lên 51% để thuận lợi cho quá trình sấy Dung dịch cà phê sẽ được bơm vào bộ trao đổi nhiệt PHE, nơi nước sẽ nhận nhiệt và bay hơi Độ chân không được tạo ra sẽ được ngưng tụ tại các tháp ngưng tụ.

Hình 1.5: Tháp ngưng tụ Cô Đặc

Sấy phun là quá trình sấy khô dịch cà phê sau khi đã cô đặc để ra bột cà phê hòa tan

Bước 7: Ra Cà Phê Bán Thành Phẩm

Sau khi cà phê được sấy khô thành bột, bột cà phê hòa tan sẽ được đóng gói và vận chuyển đến nhà máy chính của Vinacafé Tại đây, bột cà phê sẽ được trộn với đường và sữa trước khi được phân phối ra thị trường.

Hình 1.7: Xả cà phê ra bao bì

Nhận thấy quy trình sản xuất cà phê còn phụ thuộc vào yếu tố con người, nhóm đã nghiên cứu và phát triển giải pháp phân loại sản phẩm theo khối lượng, nhằm đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm và giảm thiểu hao hụt Việc áp dụng công nghệ PLC S7 trong đóng gói và quản lý thông tin sẽ giúp tối ưu hóa quy trình và giảm tổn thất chi phí sản xuất.

1200 Đề tài nhóm thực hiện khi áp dụng thực tế sẽ đem lại được các ưu điểm sau:

- Tự động hóa máy móc dây chuyền khả năng đo lường chính xác, an toàn vệ sinh thực phẩm;

- Tiết kiệm chi phí nhân công;

- Giảm tổn thất hao hụt cà phê;

1.1.2 Mục Tiêu Của Đề Tài

Nhóm nghiên cứu mong muốn áp dụng mô hình thực tế vào nhà máy Vinacafé Biên Hòa để cải tiến quy trình sản xuất, góp phần tự động hóa dây chuyền Giải pháp mà nhóm đề xuất có thể được áp dụng linh hoạt cho nhiều ứng dụng khác nhau trong các nhà máy, tùy thuộc vào mục đích sử dụng.

Trong quá trình thực hiện dự án, nhóm đã nhận diện và phát huy điểm mạnh, đồng thời khắc phục những điểm yếu của từng thành viên Qua đó, tất cả cùng nhau hiểu rõ nguyên lý hoạt động của hệ thống Mỗi thành viên đảm nhiệm các công việc khác nhau, nhưng khi hoàn thành, tất cả đều nắm vững quy trình lắp đặt và thiết kế mô hình, cũng như lập trình PLC S7-1200 và Web Server.

Đề tài đồ án tốt nghiệp do Giảng viên hướng dẫn giao phó không chỉ là một thách thức mà còn là cơ hội quý giá để nhóm phát triển và trau dồi các kỹ năng cần thiết, từ đó hoàn thiện bản thân một cách tốt nhất.

PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Lập trình Visual Studio Code;

- Các cảm biến phát hiện, cân Loadcell, Động cơ DC;

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Tìm hiểu các tài liệu về lập trình PLC S7 – 1200, lập trình Web Server;

- Tìm hiểu thông tin của các cảm biến, cân Loadcell, động cơ DC;

Nhà máy Vinacafé Biên Hòa đang đối mặt với một số vấn đề trong quy trình sản xuất cà phê, điều này cần được tìm hiểu kỹ lưỡng để phát triển một mô hình tối ưu nhất Việc phân tích thực trạng hiện tại sẽ giúp xác định những điểm yếu trong quy trình và từ đó đề xuất các giải pháp cải tiến hiệu quả.

- Thiết kế mô hình, vận hành thử và đưa ra kết quả đạt được;

TỔNG QUAN VỀ PLC S7 – 1200

TỔNG QUAN VỀ PLC S7 – 1200

2.1.1 PLC S7 – 1200 Lựa Chọn Cho Hệ Thống Vừa Và Nhỏ

Bộ điều khiển PLC S7 – 1200 là giải pháp lý tưởng cho các hệ thống tự động hóa vừa và nhỏ nhờ vào tính linh động và khả năng mở rộng của nó Với thiết kế nhỏ gọn và cấu hình linh hoạt, PLC S7 – 1200 hỗ trợ mạnh mẽ về tập lệnh, cho phép người dùng dễ dàng điều khiển và áp dụng vào nhiều ứng dụng khác nhau.

PLC S7-1200 được trang bị vi xử lý mạnh mẽ, bộ nguồn tích hợp, tín hiệu vào/ra, cổng Profinet và các bộ đếm/phát xung tốc độ cao, tạo nên một thiết bị điều khiển nhỏ gọn nhưng hiệu quả Sau khi tải chương trình vào CPU, PLC vẫn duy trì các logic cần thiết để giám sát và kiểm soát thiết bị trong ứng dụng CPU liên tục theo dõi ngõ vào và điều chỉnh ngõ ra dựa trên logic của chương trình, bao gồm các phép toán logic, bộ đếm, bộ định thì và giao tiếp với các thiết bị thông minh khác.

Bộ điều khiển PLC S7-1200 được trang bị cổng Profinet cho khả năng truyền thông mạng Profinet, đồng thời hỗ trợ các giao thức truyền thông khác như Profibus, GPRS, RS-485 và RS-232 thông qua các module mở rộng.

Hình 2.2: PLC S7 – 1200 Giải pháp tự động tối ưu cho ứng dụng vừa và nhỏ

Hình 2.3: Chi tiết các chức năng trên CPU S7 - 1200

2.1.2 Một Số CPU S7 – 1200 Thông Dụng

Hiện nay, tất cả các dòng PLC tiêu chuẩn đều có khả năng mở rộng thông qua các board tín hiệu và ba module truyền thông Số lượng I/O tích hợp và các module mở rộng sẽ khác nhau tùy thuộc vào từng loại CPU.

Bảng 2.1 Thông tin về CPU 1211C và 1212C Đặc điểm CPU 1211C CPU 1212C

Digital 6 DI/4 DO 8 DI/6 DO

Bộ đếm tốc cao HSC

Bộ phát xung Tổng cộng Lên tới 4

Lữu trữ thời gian thực: 20 ngày/nhỏ nhất 12 ngày tại 40 độ C

Tốc độ xử lý phộp toỏn số thực 2,3 às/lệnh

Tốc độ xử lý phộp toỏn Boolean 0,08 às/lệnh

Bảng 2.2 Thông tin về CPU 1214C và 1215C Đặc điểm CPU 1214C CPU 1215C

Bộ đếm tốc cao HSC

Bộ phát xung Tổng cộng Lên tới 4

Lữu trữ thời gian thực: 20 ngày/nhỏ nhất 12 ngày tại 40 độ C

Tốc độ xử lý phộp toỏn số thực 2,3 às/lệnh

Tốc độ xử lý phộp toỏn Boolean 0,08 às/lệnh

2.1.3 Khối Hàm, Bộ Định Thì, Bộ Đếm PLC S7 – 1200

Bảng 2.3 Khối hàm, bộ định thì, bộ đếm của PLC S7 – 1200

Kiểu OB, FB, FC, DB

- 64 KB (CPU 1214C, CPU1215C và CPU 1217C)

Số lần gọi lồng các hàm (nesting) 16 bắt đầu từ Main

Giám sát 2 Block cùng lúc

Khởi động Nhiều OB khởi động

Time of day Nhiều OB Time of day

Số lượng Phụ thuộc bộ nhớ

Lưu trữ Lưu trong DB, 16 Byte

Số lượng Phụ thuộc bộ nhớ

Phụ thuộc vào cấu trúc DB

MODULE PHẦN CỨNG PLC S7 – 1200

2.2.1 MODULE CPU Xử Lý Trung Tâm

Module CPU xử lý trung tâm bao gồm vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ và các cổng truyền thông Profinet, đồng thời lưu trữ chương trình người dùng Các module CPU S7-1200 hỗ trợ giao thức TCP/IP, ISO-on-TCP và S7 communication, cùng với các tập lệnh như USS, Modbus RTU và T-send/T-Receive Cổng Profinet tích hợp cho phép kết nối CPU với HMI, máy tính lập trình, các bộ I/O phân tán như ET 200SP, ET 200MP và các bộ điều khiển PLC khác.

Hình 2.4: Bộ I/O phân tán ET 200SP

Hình 2.5: Bộ I/O ET 200SP tại nhà máy Vinacafé Biên Hòa

Module nguồn cung cấp nguồn hoạt động cho các module phần cứng kết nối với CPU, viết tắt là PM 1207

Module PM 1207 yêu cầu điện áp đầu vào 120/230 VAC và cung cấp điện áp đầu ra 24VDC/2.5A, được thiết kế đặc biệt cho PLC S7-1200 mà không cần khai báo trong cấu hình phần cứng.

Module AI có khả năng đọc các tín hiệu tương tự khác nhau, bao gồm dòng 4 – 20 mA (được kết nối theo cách đấu 2 dây và 4 dây), điện áp 0 – 10 VDC, cũng như các tín hiệu từ cảm biến RTD và TC.

- Module AI/AO: Cho phép đọc/ghi (xuất) tín hiệu tương tự

- Module AO: Ghi tín hiệu tương tự tới thiết bị ngoại vi

- Module DI: Đọc tín hiệu số (ON/OFF)

- Module DO: Ghi tín hiệu số tới thiết bị ngoại vi

- Module DI/DO: Cho phép đọc/ghi tín hiệu số

2.2.4 Module Xử Lý Truyền Thông

Module xử lý truyền thông được gắn bên trái CPU và ký hiệu CM 124x hoặc CP 124x Tối đa gắn được 3 module truyền thông

2.2.4.1 Module Xử lý Truyền Thông CM 124x

Module truyền thông CM 124x hỗ trợ các giao thức theo các tiêu chuẩn như:

- Truyền thông ASCII: Được sử dụng để giao tiếp với những hệ thống của bên thứ

3 (third – party) để truyền những giao thức đơn giản như kiểm tra các ký tự đầu/cuối, hoặc kiểm tra các thông số của khối dữ liệu

- Truyền thông Modbus: Sử dụng truyền thông Modbus RTU

+ Modbus Master: Có thể giao thức với PLC S7 là Master

+ Modbus Slave: Có thể giao thức với PLC S7 là Slave

Không hỗ trợ trao đổi dữ liệu giữa slave với slave trong truyền thông

Truyền thông USS Drives cho phép kết nối giữa USS và biến tần, giúp trao đổi dữ liệu theo chuẩn RS-485 Tính năng này không chỉ hỗ trợ điều khiển biến tần mà còn cho phép đọc và ghi các thông số một cách hiệu quả.

Truyền thông PtP là phương thức kết nối đa điểm dựa trên công nghệ truyền thông nối tiếp, được áp dụng trong hệ thống tự động hóa SIMATIC S7 và các hệ thống tự động hóa khác Phương thức này cho phép liên kết hiệu quả với các thiết bị như máy in, robot, máy quét, và bộ đọc mã vạch QR Code, nâng cao khả năng quản lý và điều khiển trong môi trường tự động hóa.

- Truyền thông Profibus: Theo tiêu chuẩn Profibus DP hỗ trợ DPV1, có thể sử dụng hàm làm Master hoặc Slave tùy thuộc vào ứng dụng và Module sử dụng

- Module hỗ trợ truyền thông AS – I Master

2.2.4.2 Module Xử Lý Truyền Thông CP124x

Module xử lý truyền thông CP 124x hỗ trợ những chuẩn truyền thông về GPRS/GSM, Messages/Email, DNP3, SNMP, TeleService…

- Module CP 1243 – 1: Hỗ trợ kết nối Messages/Email, DNP3, SNMP, Redundancy…

- Module CP 1242 – 7: Hỗ trợ kết nối GPRS/GSM

2.2.5 Các Module Đặc Biệt Và Module SB

Module hỗ trợ kết nối tối đa 4 thiết bị I/O – Link, tương thích với các đặc tính kỹ thuật của I/O – Link Các thông số của I/O Link có thể được cấu hình thông qua phần mềm PTC phiên bản 3.2 trở lên.

Hình 2.10: Module SM 1278 IO – Link

Module cân Siwarex WP231 là giải pháp cân đa năng cho các ứng dụng từ đơn giản đến phức tạp, bao gồm cả đo lực Với thiết kế nhỏ gọn, module này dễ dàng lắp đặt với PLC S7-1200 và có khả năng hoạt động độc lập mà không cần đến PLC S7.

Hình 2.11: Mô hình sử dụng Module cân Siwarex WP231

- Module cân Siwarex WP231 có thể kết nối trực tiếp với PLC S7 thông qua

Ethernet (Modbus TCP/IP) và RS-485 (Modbus RTU) là hai giao thức truyền thông phổ biến Module này có khả năng tương thích với các PLC và thiết bị tự động của nhiều hãng khác nhau, mặc dù có một số hạn chế nhất định.

Module Siwarex có thể áp dụng cho mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng mà nhóm đang thực hiện Tuy nhiên, do chi phí cao của Module này, nhóm đã quyết định sử dụng giải pháp lập trình xử lý tín hiệu tương tự Analog từ Loadcell thay vì sử dụng Module Siwarex WP231 chuyên dụng để đọc Loadcell.

- Nhóm cũng lên kế hoạch sử Siwarex WP231 và lập trình sẵn để tìm hiểu một cách sử dụng khác khi đọc tín hiệu Loadcell

Hình 2.12: Khai báo phần cứng Siwarex WP231

Hình 2.14: Đọc ghi dữ liệu Loadcell vào Datalog

Hình 2.15: Ghi dữ liệu đã đọc vào DataLog

Module SB được lắp đặt trên đỉnh CPU nhằm mở rộng các đầu vào/đầu ra (DI/DO), đầu vào/đầu ra tương tự (AI/AO), và bổ sung pin lưu trữ dữ liệu thời gian thực (Battery board), đồng thời mở rộng khả năng truyền thông RS.

VÙNG NHỚ, ĐỊA CHỈ VÀ KIỂU DỮ LIỆU

2.3.1 Vùng Nhớ Chương Trình PLC S7 – 1200

CPU hỗ trợ những vùng nhớ để lữu trữ chương trình ứng dụng, dữ liệu và cấu hình hệ thống như sau:

Vùng nhớ Load Memory là loại bộ nhớ không mất dữ liệu (non-volatile storage) được sử dụng để lưu trữ chương trình ứng dụng, dữ liệu và cấu hình của PLC Khi một dự án được tải xuống PLC, nó sẽ được lưu trữ đầu tiên trong vùng nhớ Load Memory, nằm trong thẻ nhớ MMC hoặc trên CPU Để tăng dung lượng vùng nhớ, người dùng có thể sử dụng thẻ MMC.

Bộ nhớ làm việc (Work Memory) sẽ mất dữ liệu khi CPU bị mất điện Trong quá trình hoạt động, CPU có khả năng sao chép một phần hoặc toàn bộ chức năng của dự án từ bộ nhớ tải (Load Memory) sang bộ nhớ làm việc để thực hiện các tác vụ.

- Retentive Memory: Được sử dụng để lưu trữ những dữ liệu cần thiết/mong muốn khi CPU mất điện hoàn toàn

Một phương án thay thế để lưu trữ chương trình người dùng, tương tự như các vùng nhớ đã đề cập, là sử dụng thẻ nhớ SIMATIC MMC để lưu trữ hoặc sao chép chương trình này.

Khi sử dụng thẻ nhớ MMC, CPU sẽ thực thi chương trình từ thẻ nhớ thay vì từ bộ nhớ của CPU Thẻ nhớ SIMATIC MMC có nhiều chức năng, bao gồm làm thẻ nhớ chương trình, thẻ Transfer, lưu trữ dữ liệu Datalog, và hỗ trợ nâng cấp Firmware cho CPU.

Khi tải chương trình cho nhiều CPU trong cùng một dự án, việc sử dụng phần mềm có thể tốn thời gian Tuy nhiên, thẻ SIMATIC MMC với chức năng Transfer mang lại hiệu quả cao hơn Người dùng chỉ cần cắm thẻ vào khe MMC, chờ quá trình Transfer hoàn tất và sau đó lấy thẻ nhớ ra.

- Dùng thẻ nhớ với chức năng thẻ nhớ chương trình thì tất cả những chức năng CPU hoạt động sẽ được tải từ thẻ nhớ

Thẻ MMC có khả năng lưu trữ thông tin Datalog, mở rộng bộ nhớ cho Web Server và hỗ trợ nâng cấp Firmware cho CPU.

2.3.3 Kiểu Dữ Liệu Của PLC S7 – 1200

Kiểu dữ liệu hỗ trợ cho PLC S7 – 1200 được giải thích theo định dạng dữ liệu và kích thước dữ liệu thông qua bảng 2.4 dưới đây:

Bảng 2.4: Kiểu dữ liệu của PLC S7 – 1200

Kiểu Dữ Liệu Miêu Tả

Bit và chuỗi Bit - Bool gồm 1 bit đơn

- USInt (số interger không dấu 8 bit)

- SInt (số interger có dấu 8 bit)

- UInt (số interger không dấu 16 bit)

- Int (số interger có dấu 16 bit)

- UDInt (số interger không dấu 32 bit)

- DInt (số interger có dấu 32 bit)

Số thực – Real - Real – số thực dấu chấm động 32 bit

- Lreal – số thực dấu chấm động 64 bit

- Date là kiểu dữ liệu 16 Bit chỉ số ngày có tầm từ D#1990-1-1 đến D#2168-12-31

- DTL (Date and time long): Dữ liệu với Byte lưu giữ thông tin về ngày, tháng, năm

- Weekday (USInt): 1 => 7 (1 là ngày chủ nhật)

Step 7 Basic V1x của TIA Portal hỗ trợ việc lập trình bằng Tag nhớ (Symbolic) Người dùng có thể tạo Tag nhớ hay symbolic (tên gợi nhớ) cho các địa chỉ dữ liệu cần dùng, không phân biệt vùng nhớ toàn cục (global) hay cục bộ (local) Để truy xuất các Tag nhớ trong chương trình chỉ cần gọi tên Tag cho các tham số lệnh Để hiểu rõ hơn về cấu trúc CPU và vùng nhớ, nhóm sẽ trình bày sâu hơn về địa chỉ trực tiếp (absolute) là nền tảng cho việc sử dụng các Tag nhớ của PLC

- Time là kiểu dữ liệu 32 bit được miêu tả theo tiêu chuẩn IEC Time tầm giá trị lên đến T#24D20H31M23S647MS

- TOD (Time of day) là kiểu dữ liệu 32 bit có tầm giá trị từ TOD#0:0:0.0 đến

Char và String - Char là kiểu dữ liệu ký tự với 8 bit

- String là kiểu dữ liệu chuỗi lên tới 254 char

- Array là kiểu dữ liệu mảng bao gồm nhiều thành phần đơn giống nhau về kiểu dữ liệu, có thể tạo trong giao diện OB, FB, FC, DB

- Struct là kiểu dữ liệu định dạng theo cấu trúc thành phần có thể bao gồm nhiều kiểu dữ liệu khác nhau

PLC data types - PLC Data types hay UDT: là dạng dữ liệu cấu trúc có thể định nghĩa bởi người dùng

Pointer - Pointer hay con trỏ sử dụng để định địa chỉ gián tiếp

BCD - BCD16 có giá trị từ -999 => 999

- BCD32 có giá trị từ -9999999 => 9999999

Bảng 2.5: Bảng phân loại vùng nhớ PLC S7 – 1200

Process image I Được sao chép dữ liệu từ tín hiệu ngõ vào vật lý khi bắt đầu quét chương trình

Ngõ vào vật lý Ix.y:P Đọc địa chỉ ngay lập tức từ ngõ vào vật lý Có thể dùng chế độ Force với ngõ vào vật lý

Process image Q Chuyển dữ liệu tới tín hiệu ngõ ra vật lý khi bắt đầu quét chương trình

Ngõ ra vật lý Qx.y:P Ghi trực tiếp ngay lập tức tới ngõ ra vật lý Có thể dùng chế độ Force với ngõ vào vật lý

Lưu trữ dữ liệu/tham số trước khi đưa ra ngoại vi Có thể cài đặt để sử dụng chức năng Retentive Memory đối với vùng nhớ này

Vùng nhớ tạm thời được sử dụng trong các khối OB, FB và FC, với dữ liệu sẽ bị mất khi khối ngừng hoạt động Trong khi đó, khối dữ liệu DB phục vụ cho việc lưu trữ theo định dạng vùng nhớ toàn cục, cũng như chứa dữ liệu và tham số cho khối hàm FB Đặc biệt, vùng nhớ này có thể được cài đặt để sử dụng chức năng Retentive Memory, giúp bảo toàn dữ liệu ngay cả khi không còn hoạt động.

Vùng nhớ toàn cục (Global Memory) trong CPU bao gồm các vùng như I (input), Q (output) và vùng nhớ nội M (memory) Tất cả các khối trong hệ thống đều có khả năng truy cập vào những vùng nhớ này.

Khối dữ liệu DB là vùng nhớ toàn cục, được sử dụng với chức năng Instance DB để lưu trữ thông tin chỉ định cho FB, cấu trúc của nó được xác định bởi các tham số của FB.

Vùng nhớ tạm (Temp hay local) là khu vực lưu trữ dữ liệu cục bộ được sử dụng trong các khối chương trình OB, FC, và FB Vùng nhớ L được dành cho các biến tạm và để trao đổi dữ liệu giữa các biến hình thức và các khối chương trình gọi chúng Dữ liệu trong vùng nhớ này sẽ bị xóa khi chương trình kết thúc.

Vùng nhớ I và Q của PLC S7-1200 có thể được truy xuất dưới dạng Process Image, cho phép truy cập trực tiếp và ngay lập tức vào các ngõ vào và ra vật lý thông qua ký hiệu “:P”.

I0.0:P, Q0.0:P,…Chế độ cưỡng bức tín hiệu với Forcing chỉ có thể áp dụng cho các tín hiệu vào/ra vật lý.

PHẦN MỀM VÀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH

2.4.1 Phần Mềm Lập Trình PLC S7 – 1200

Năm 2009, Siemens giới thiệu PLC S7 – 1200 và phần mềm TIA Portal V10.5 tích hợp STEP 7 Basic để lập trình PLC S7 – 1200 và WinCC Basic thiết kế cho màn hình KTP

Từ năm 2010, Siemens đã liên tục nâng cấp phần mềm TIA Portal từ phiên bản V10.5 lên V15 Hiện nay, TIA Portal không chỉ hỗ trợ lập trình cho các bộ điều khiển PLC mà còn cho phép thiết kế giao diện HMI/SCADA và cấu hình biến tần của Siemens.

Trong mô hình thiết kế của nhóm sử dụng phần mềm TIA Portal V15.1

Hình 2.18 Phần mềm TIA Portal V15.1

2.4.2 Ngôn Ngữ Lập Trình PLC S7 – 1200

Bộ điều khiển PLC S7 – 1200 ứng dụng cho hệ thống vừa và nhỏ, Siemens phát triển và ưu tiên hỗ trợ cho 3 ngôn ngữ lập trình là:

- LAD – Ladder: Ngôn ngữ lập trình theo sơ đồ mạch Đơn giản, dễ hiểu, dễ chỉnh sửa và tiện lợi

- FBD – Function Block Diagram: Ngôn ngữ lập trình theo đại số Boolean

SCL (Structure Language Control) là một ngôn ngữ lập trình cấp cao dựa trên nền tảng Pascal, được phát triển dưới dạng Text Ngôn ngữ này có thể được xem như một ngôn ngữ hướng đối tượng cho PLC, nhờ vào sự gần gũi với tư duy của người dùng.

Có thể lập trình cho bất kỳ khối OB, FB hoặc FC bằng một trong ba ngôn ngữ lập trình Nhóm đã chọn ngôn ngữ LAD để thiết kế mô hình phân loại sản phẩm dựa trên khối lượng, đóng gói và quản lý thông tin sử dụng PLC S7-1200.

Hình 2.19: Ngôn ngữ lập trình LAD nhóm sử dụng

THIẾT KẾ MÔ HÌNH

SƠ ĐỒ KHỐI VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Hình 3.1: Lưu đồ giải thuật nguyên lý hoạt động của mô hình

Khi khởi động hệ thống, thùng hàng được đặt lên băng tải để nhận sản phẩm đóng gói Thùng hàng sẽ di chuyển đến cảm biến phát hiện và dừng lại tại vị trí mà cảm biến Loadcell sẽ đo trọng lượng Dựa vào kết quả đo, hệ thống sẽ xác định xem sản phẩm có đạt yêu cầu trong khoảng giá trị mà người sử dụng đã cài đặt hay không.

Trong trường hợp sản phẩm có trọng lượng không phù hợp, tay gạt sẽ hoạt động để loại bỏ sản phẩm lỗi Cảm biến phát hiện lỗi sẽ kiểm tra xem sản phẩm có đi qua hay không và đếm số lượng sản phẩm lỗi Nếu không có sản phẩm thực trên băng tải, tay gạt sẽ giữ nguyên vị trí cho đến khi có sản phẩm đi qua.

Khi sản phẩm đạt đúng khối lượng đã cài đặt trước, tay gạt không hoạt động, và sản phẩm trên băng tải thứ hai rơi xuống băng tải thứ nhất, nơi có thùng hàng đã dừng lại để chứa sản phẩm Quá trình đếm sản phẩm vào thùng bắt đầu Khi số lượng sản phẩm trong thùng đạt yêu cầu, băng tải thùng hàng sẽ di chuyển để lấy thùng chứa tiếp theo, trong khi băng tải cân sản phẩm dừng lại và khởi động lại quá trình ban đầu.

BẢN VẼ ĐIỆN

Hình 3.2: Sơ đồ đấu nối CPU 1214C

- CPU 1214C sử dụng nguồn cấp 24 VDC, nguồn (+) vào chân L+ và nguồn (-) vào chân M

- Chân 1M kết nối với 0 VDC

- Cảm biến phân loại đấu chân I0.1

- Nút nhấn Start đấu chân I0.3

- Nút nhấn Stop đấu chân I0.4

- Công tắc hành trình loại sản phẩm 1 đấu chân I0.5

- Công tắc hành trình loại sản phẩm 2 đấu chân I0.6

- Công tắc hành trình đẩy sản phẩm cân 1 đấu chân I0.7

- Công tắc hành trình đẩy sản phẩm cân 2 đấu chân I1.0

- Cảm biến sản phẩm trên bàn cân đấu chân I1.1

- Cảm biến thùng đóng gói đấu chân I1.2

- Loadcell đấu chân (+) vào chân AI0, chân (-) vào chân 2M

- RL1: Relay 1 điều khiển động cơ đẩy sản phẩm đấu chân Q0.0

- RL2: Relay 2 điều khiển băng tải loại sản phẩm đấu chân Q0.1

- RL3: Relay 3 điều khiển động cơ phân loại đấu chân Q0.2

- RL4: Relay 4 điều khiển băng tải thùng đóng gói đấu chân Q0.3

Hình 3.3: Sơ đồ đấu nối motor băng tải

Băng tải phân loại điều khiển theo RL2 hoạt động với thùng đóng gói tại băng tải Khi RL2 được kích, tiếp điểm của nó chuyển từ thường mở sang thường đóng, khiến băng tải chạy Khi đủ số lượng sản phẩm được đếm, RL2 ngắt điện, làm tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu và dừng băng tải.

Băng tải thùng đóng gói được điều khiển bởi RL4, khi nhấn nút Start, RL4 sẽ được kích hoạt, chuyển đổi tiếp điểm từ thường mở sang thường đóng và ngược lại, giúp băng tải hoạt động Khi thùng được phát hiện tại vị trí cảm biến, RL4 sẽ ngắt điện, làm cho tiếp điểm của RL4 quay lại trạng thái ban đầu, từ đó dừng băng tải.

Hình 3.4: Sơ đồ đấu nối motor đẩy, phân loại sản phẩm

Khi nhận tín hiệu từ RL1, tiếp điểm RL1 sẽ chuyển đổi trạng thái, cung cấp điện cho động cơ để quay thuận và đẩy sản phẩm ra băng tải phân loại Khi động cơ đến công tắc hành trình 2, RL1 sẽ ngắt điện, đưa tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu, khiến động cơ quay ngược lại vị trí ban đầu.

Động cơ phân loại sản phẩm hoạt động khi sản phẩm không đạt đủ trọng lượng, kích hoạt RL3 Tiếp điểm của RL3 thường đóng sẽ chuyển sang trạng thái mở và ngược lại Động cơ sẽ di chuyển thuận chiều để đẩy sản phẩm lỗi cho đến khi chạm công tắc hành trình 2, sau đó sẽ quay về vị trí ban đầu.

PHẦN MỀM

3.3.1 Phần Mềm Lập Trình PLC S7 – 1200 TIA PORTAL V15.1 Để có thể kết nối máy tính lập trình với PLC S7 – 1200, ta cần phải sử dụng kết nối TCP/IP Để máy tính và PLC S7 – 1200 có thể kết nối với nhau thì địa chỉ IP phải cùng

Bước 1: Chọn Start => Control Panel => Network and Internet => Network connections => Ethernet properties

Bước 2: Chọn giao thức truyền thông giao tiếp với PLC S7 – 1200: Internet Protocol Version 4 => Properties

Step 3: Configure the IP address for your computer by selecting "Use the following IP address." Set the IP address to 192.168.0.x, ensuring that 'x' is different from the default IP address of the S7-1200 CPU, which is 192.168.0.1 Then, choose the subnet mask as 255.255.255.0, and click "OK" followed by "Close."

Hình 3.5: Cài đặt IP cho máy tính giao tiếp với PLC S7 – 1200

3.3.2 Mạng Truyền Thông Ethernet Để có thể hiểu rõ hơn về mạng truyền thông Ethernet, nhóm sẽ trình bày vài vấn đề cơ bản: địa chỉ MAC, IP, Subnet, Gateway (Router) và mối quan hệ giữa địa chỉ IP, Router và Subnet

3.3.2.1 Địa Chỉ MAC Địa chỉ MAC address là địa chỉ phần cứng bao gồm một dải thông tin thay đổi

Địa chỉ MAC bao gồm một dải thông tin biến đổi và một phần thông tin cố định, thường được gọi là địa chỉ cơ bản Phần thông tin cố định này thể hiện nhà sản xuất như Siemens, Cisco, hay 3COM Mỗi địa chỉ MAC là duy nhất trên toàn cầu, đảm bảo không có hai địa chỉ nào giống nhau Dải địa chỉ MAC được quản lý bởi tổ chức InterNIC.

Địa chỉ IP là một số duy nhất được gán cho mỗi thiết bị trong mạng, bao gồm máy tính, router và card mạng Địa chỉ này, được gọi là Software Address, có giá trị từ 0 đến 255 và được biểu diễn bằng 4 con số thập phân, cách nhau bởi dấu chấm, ví dụ như 192.168.0.9.

Mỗi tổ chức, công ty hoặc quốc gia thường được InterNIC cấp một địa chỉ IP nhất định Để quản lý hiệu quả, các địa chỉ IP này nên được chia thành các mạng con, được kết nối với nhau thông qua router Các mạng con này được gọi là Subnet, và mặc dù vẫn là một phần của mạng lớn hơn, chúng cần được phân biệt với nhau bằng một định danh riêng, được gọi là Subnet address.

Không phải tất cả các mạng đều yêu cầu sử dụng Subnet, do đó có thể không cần thiết phải áp dụng Subnet Trong những trường hợp này, người ta thường sử dụng Subnet mask mặc định.

Router, hay còn gọi là thiết bị định tuyến, là thiết bị mạng có chức năng chuyển các gói dữ liệu qua các liên mạng và đến các điểm cuối Quá trình này được gọi là định tuyến, diễn ra ở tầng 3 (Network) của mô hình OSI.

Gateway (Router) đóng vai trò quan trọng trong mạng máy tính, với địa chỉ IP được cấu thành từ 4 số thập phân, mỗi số có giá trị từ 0 đến 255, ngăn cách bởi dấu chấm (.), ví dụ: 192.168.0.9.

3.3.2.5 Mối quan hệ giữa địa chỉ IP, Router và Subnet Địa chỉ IP và địa chỉ Gateway chỉ khác nhau tại một vị trí số “0” nằm trong subnet

Ví dụ: Địa chỉ subnet là 255.255.255.0, địa chỉ IP là 141.30.0.5 và địa chỉ router là

Địa chỉ IP 141.30.128.1 và địa chỉ Gateway cần phải có giá trị duy nhất khác nhau ở phần thứ tư của số thập phân Tuy nhiên, trong ví dụ trên, phần thứ ba đã khác nhau Do đó, cần sửa đổi ví dụ này theo một trong ba cách sau.

3.3.3 Cài Đặt Địa Chỉ IP Và Reset Factory CPU

3.3.3.1 Cài Đặt Địa Chỉ IP Cho PLC S7 – 1200

Bước 1: Mở phần mềm TIA PORTAL V15.1 và chọn Project View

Bước 2: Chọn kết nối Online & Diagnostics để kiểm tra thông tin CPU: Project tree

=> Device => Online accesses => Network Connection (đây là card mạng sử dụng để giao tiếp với PLC) => Update accessible devices => MAC =… => Online & Diagnostics

Nếu có một địa chỉ IP được cài đặt sẵn cho CPU thì ta sẽ thấy địa chỉ đó thay cho địa chỉ MAC

Bước 3: Cửa sổ giao diện Online & Diagnostics hiện, tiếp tục thực hiện các thao tác sau để gán địa chỉ IP cho CPU S7 – 1200:

Functions => Assign IP address => IP address chọn là 192.168.0.1 => Subnet mask chọn là: 255.255.255.0 => Assign IP address

Hình 3.6: Cài đặt địa chỉ IP cho PLC S7 – 1200

3.3.3.2 Thực Hiện Chế Độ Reset Factory

Khi cần thay đổi địa chỉ IP thì ta tiến hành Reset Factory

Bước 1 và bước 2: Thực hiện tương tự như bước 1 và 2 trong phần cài đặt địa chỉ IP cho S7 – 1200 mục 3.3.3.1

Bước 3: Chọn Reset to factory setting thực hiện thao tác sau:

Functions => Reset to factory settings => Retain IP address => Reset

Hình 3.7: Thực hiện Reset to factory settings Bước 4: Xác nhận cho phép thực hiện Reset factory chọn OK

3.3.4 Lập Trình Với TIA PORTAL V15.1

Sau khi mua PLC S7 – 1200 nhóm tiến hành đọc thông tin của CPU để có thể khai báo và tiến hành lập trình

Bước đầu tiên để khởi tạo Project trong TIA Portal là khởi động chương trình và chọn "Create New Project" Trong cửa sổ hiện ra, bạn cần điền các thông tin như tên Project, đường dẫn lưu Project, tên tác giả và thông tin mô tả Project Sau khi hoàn tất việc điền thông tin, hãy chọn "Create" để tiếp tục quá trình khởi tạo Project.

Hình 3.8: Cửa sổ Create new project

Bước 2: Chọn cấu hình CPU bằng cách vào Device & Network => Add new device, sau đó điền thông tin cần thiết về CPU trong cửa sổ Add new device, bao gồm thông số kỹ thuật và loại CPU đang sử dụng Cuối cùng, chọn OK để hoàn tất Thông tin về CPU S7-1200 là nhóm thiết bị được sử dụng trong Đồ án tốt nghiệp.

Bảng 3.1: Thông số CPU 1214C DC/DC/DC

CPU1214C DC/DC/DC Mã: 6ES7 214-1AE30-0XB0 Version: V2.2

Hình 3.9: Khởi tạo thông tin CPU S7 – 1200

Hình 3.10: CPU đã được khởi tạo

Để bắt đầu lập trình thiết kế điều khiển PLC, bạn cần mở giao diện lập trình ứng dụng và truy cập vào cây dự án Từ đó, chọn thiết bị PLC, sau đó vào các khối chương trình và chọn Main [OB1].

Hình 3.11: Lập trình điều khiển trong Main [OB1]

Hình 3.12: Khai báo địa chỉ I/O các khối cần điều khiển

Hình 3.14: Khai báo các biến nhớ Loại sản phẩm, đếm sản phẩm, đếm thùng

Hình 3.15: Lập trình khi bật hệ thống

Hình 3.16: Khối MOVE Reset biến đếm, kết quả trả về ở ngõ vào IN = 0

Hình 3.17: Xử lý tín hiệu Analog để đọc giá trị cảm biến cân nặng Loadcell

Khác với tín hiệu nhị phân chỉ có hai trạng thái, tín hiệu tương tự có nhiều giá trị trong một phạm vi nhất định, cho phép thể hiện thông tin phong phú hơn.

Hình 3.18: Mối quan hệ giữa mức tín hiệu và giá trị thực

Những tham số trong biểu diễn mối quan hệ giữa mức tín hiệu và giá trị thực tế đưa vào module AI có ý nghĩa như sau:

- K1 là mức tín hiệu nhỏ nhất tương ứng với tín hiệu tương tự nhỏ nhất

Lo_Lim đưa vào module AI

- K2 là mức tín hiệu tín hiệu lớn nhất tương ứng với tín hiệu tương tự lớn nhất Hi_Lim đưa vào module AI

Giá trị đọc từ module AI nằm trong khoảng K1 ≤ IN ≤ K2, trong đó IN là giá trị trả về từ module AI Phương trình này cho phép đọc và hiển thị giá trị tương tự, được biểu diễn qua công thức cụ thể.

OUT = [((FLOAT (IN) – K1) / (K2-K1)) * (HI_LIM – LO_LIM)] + LO_LIM

- IN là giá trị trả về cho các chân tín hiệu AIW (K1 ≤ IN ≤ K2)

- OUT là giá trị thực tế của tín hiệu tương tự đưa vào module AI (Lo_Lim ≤

PHẦN KHÍ CỤ ĐIỆN

Hình 3.27: LOADCELL YZC – 133 Bảng 3.2: Thông số cân Loadcell YZC – 133 Ứng dụng Cân điện tử

Rated Output (mV/V) 1.0 mV/V ± 15% Độ lệch tuyến tính (%) 0.05

Creep (5min) % 0.1 Ảnh hưởng nhiệt độ tới độ nhạy %RO/ độ

0.003 Ảnh hưởng nhiệt độ tới điểm không

0.002 Độ cân bằng điểm không %RO ± 0.1

Trở kháng cách ly (MΩ) 50V 2000 Điện áp hoạt động 5 V

Nhiệt độ hoạt động -20 ~ 65 độ C

Chất liệu cảm biến Nhôm Độ dài dây 180 mm

Dây xanh lá Ngõ ra +

3.4.2 Cảm Biến Phát Hiện Vật Cản Hồng Ngoại E3F – DS30C4

Hình 3.29: Miêu tả cảm biến E3F – DS30C4

Hình 3.30: Kích thước cảm biến E3F – DS30C4

Hình 3.31: Sơ đồ đấu dây cảm biến E3F – DS30C4

Bảng 3.3: Thông số cảm biến vật cản hồng ngoại E3F – DS30C4 Ứng dụng Sử dụng ánh sáng hồng ngoại để xác định vật cản phía trước cảm biến

Chân tín hiệu ngõ ra

Dạng NPN đã được kéo nội trở 10k lên

VCC, khi có vật cản sẽ ở mức thấp (Low- GND), khi không có vật cản sẽ xuất ra mức cao (High – VCC)

Nguồn điện cung cấp 6 ~ 36 VDC

Khoảng điều chỉnh cảm biến 7 ~ 30 cm

Khoảng cách phát hiện vật cản 0 ~ 30 cm

Góc khuếch tán (góc chiếu) 3 ~ 5 độ

Dòng kích ngõ ra 300 mA Đèn tín hiệu Led hiển thị ngõ ra màu đỏ

Chất liệu cảm biến Vỏ ngoài nhựa ABS, phía trong đổ keo chống nước, chống va đập

Hình 3.32: Cảm biến phát hiện vật cản

1: Cảm biến phát hiện sản phẩm cân

2: Cảm biến phát hiện sản phẩm loại

3: Cảm biến phát hiện thùng hàng

Động cơ DC giảm tốc JGB37 – 520 là một thiết bị quan trọng trong việc kéo băng tải và hỗ trợ tay gạt sản phẩm lỗi Động cơ này hoạt động với điện áp từ 12 đến 30 VDC, trong đó điện áp định mức là 24 VDC và điện áp không tải là 0,12 A.

Lực kéo Moment 0,6 Kg.cm

Hình 3.35: Băng tải chở thùng hàng

Hình 3.36: Băng tải cân, phân loại sản phẩm

Hình 3.37: Công tắc hành trình Bảng 3.5: Thông số công tắc hành trình Ứng dụng Phát hiện tay kéo sản phẩm chiều đi và về, tay gạt sản phẩm lỗi

Tải định mức 10 – 24 AC/DC Điện trở cách điện 100 MΩ

Tốc độ hoạt động 1 mm/s đến 1 m/s

Tần suất hoạt động Cơ: 15.000.000 lần/phút Điện: 750.000 lần/phút

Kiểu tiếp điểm NC, NO

Kiểu đấu nối Kết nối trực tiếp

QUẢN LÝ THÔNG TIN MÔ HÌNH

THIẾT KẾ WEB SERVER VỚI USER – DEFINED WEB PAGES

4.1.1 Chuẩn Của Trang Web – Standard Web Pages:

Web Server của S7 – 1200 cung cấp trang Web truy cập đến dữ liệu của CPU và dữ liệu quá trình (Process Data)

CPU S7 – 1200 hỗ trợ chuẩn Web mà có thể truy cập từ máy tính hoặc một thiết bị di động như sau:

- Introduction: Giới thiệu về Website

- Start Page: Giới thiệu chung về CPU

Hình 4.1: Giới thiệu thông tin CPU 1214C DC/DC/DC

Có thể chuyển trạng thái hoạt động của CPU hoặc cho flash các đèn LED hoạt động

- Identification – Trang định danh: hiển thị thông tin về các thuộc tính để xác định CPU như: Số Serial, mã đặt hàng – Oder, Version của CPU

Hình 4.2: Trang định danh của CPU S7 – 1200

Thông tin Module cung cấp cái nhìn tổng quan về tất cả các module liên kết với CPU, bao gồm trạng thái hoạt động, nhận diện và firmware.

Truyền thông là yếu tố quan trọng trong việc hiển thị thông tin mạng của CPU, bao gồm địa chỉ MAC và địa chỉ IP Để đảm bảo kết nối mạng hiệu quả, cần nắm rõ phương thức cài đặt địa chỉ IP cho CPU.

Hình 4.4: Thông tin về truyền thông CPU

Diagnostic Buffer là tính năng cung cấp thông tin chuẩn đoán cho PLC, hiển thị các sự kiện và lỗi tương tự như chức năng Diagnostics trên Project của STEP 7 Tính năng này có khả năng hiển thị tới 50 sự kiện, được sắp xếp theo thứ tự ngày giờ, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và phân tích các sự cố.

Trạng thái biến với Variable Status cho phép người dùng giám sát I/O hoặc vùng nhớ nội của CPU một cách hiệu quả Người dùng có thể sử dụng địa chỉ trực tiếp như I0.0 để thực hiện việc này.

M0.0 là tag PLC hoặc tag của khối dữ liệu DB, cho phép người dùng giám sát dữ liệu Sau khi đăng nhập, người dùng có thể chọn định dạng dữ liệu phù hợp để theo dõi hiệu quả hơn.

Modify giá trị giống như khi sử dụng phần mềm TIA Portal

Chức năng Xem thông tin Recipe và Data log trong File Browser cho phép người dùng truy cập vào vùng nhớ Load Memory của CPU hoặc thẻ nhớ MMC, nhằm giám sát các tập tin Recipe và data log đã được khởi tạo.

4.1.2 Kích Hoạt Chức Năng Và Cấu Hình User – Defined Web Pages

Web Server hỗ trợ những trình duyệt Web trên PC như:

- Apple Safari và Mobile Chrome cho iOS 9

- Trình duyệt hỗ trợ cho Android: o Jellybean v4.3 o Kitkat v4.4 o Lollipop v5.0 đến v5.1 o Marshmellow v6.0

- Mobile Chrome cho Google Android

Khi sử dụng chức năng điều khiển HTML Browser trong Project của WinCC, Web Server hỗ trợ các màn hình SIMATIC HMI sau:

- Basic Panels: Gen 2 KTP400 to KTP1200

- Comfort Panels: o TP700 to TP2200 o KP400 to KP1500 o KTP400 o TP700 Comfort Outdoor

- Mobile Panels: Gen 2 KTP700[F], KTP900[F]

Kích hoạt chức năng Web Server:

Bước 1: Chọn CPU trong cấu hình Device Configuaration

Hình 4.5: Cấu hình Device Configuaration Bước 2: Chọn Properties => Web Server

Hình 4.6: Chọn chức năng Web Server

Bước 3: Chọn thuộc tính “Activate web server on this module”

Bước 4: Để tăng cường chức năng bảo mật chọn “Permit access only with HTTPS” Bước 5: Lựa chọn thuộc tính Enable automatic update để trang web tự động cập nhật,

10s nó sẽ cập nhật (refresh) Thời gian này có thay đổi tại trường thông tin Update interval

Tạo khối DB cho User – Defined Web

STEP 7 khởi tạo khối dữ liệu DB từ HTML cho ứng dụng Web sau khi tác động nút

Khi khởi tạo khối dữ liệu DB, STEP 7 sẽ cập nhật các thuộc tính liên quan đến tham số điều khiển, hiển thị và nội dung của Web trong các khối DB này.

Hình 4.7: Khối dữ liệu DB

Hình 4.8: Khối dữ liệu DB 333 – DB 338

4.1.3 Lập Trình Khối WWW cho User – Defined Web

Chương trình người dùng trong STEP 7 phải gọi và thực thi lệnh WWW để User- Defined Web có thể truy cập Web: Instructions => Communication => Web Server

Hình 4.9: Tạo khối WWW cho User – Defined Web

Sau khi hoàn thành thiết kế và khởi tạo các khối dữ liệu cho cơ sở dữ liệu web, lập trình xử lý dữ liệu để tương tác với các trang web do người dùng định nghĩa là bước tiếp theo Chỉ cần tải chương trình xuống PLC và truy cập vào các trang web do người dùng định nghĩa từ trình duyệt web chuẩn.

TRUY CẬP TRANG WEB TỪ MÁY TÍNH

Trang Web chuẩn của PLC S7 – 1200 có thể truy cập từ máy tính hoặc một thiết bị di động thông qua địa chỉ IP của CPU S7 – 1200

- Thực hiện các bước sau để truy cập Web từ máy tính:

Bước 1: Đảm bảo rằng CPU S7 – 1200 và máy tính cùng lớp mạng Ethernet hoặc kết nối trực tiếp với nhau qua cáp Ethernet chuẩn

Step 2: Open a web browser and enter the URL http://192.168.0.1 This will lead you to the standard Introduction page or the default User-Defined Web page if it has been configured.

- Truy cập trang Web chuẩn bằng đường dẫn URL

Người dùng có thể truy cập các trang Web chuẩn chỉ định bằng đường dẫn URL Cách thực hiện đơn giản với định dạng URL như https://192.168.0.1/.html

- https://192.168.0.1/start.html: Trang giới thiệu chung CPU

- https://192.168.0.1/indentification.html: Trang thông tin chi tiết về CPU bao gồm serial, order và version

- https://192.168.0.1/module.html: Trang thông tin về các module của

PLC, I/O phân tán và khả năng nâng cấp firmware

- https://192.168.0.1/communnation.html: Trang thông tin về địa chỉ mạng, thuộc tính vật lý của giao thức truyền thông và trạng thái kết nối

- https://192.168.0.1/diagnostic.html: Trang thông tin về chuẩn đoán lỗi

- https://192.168.0.1/variable.html: Trang giám sát các biến

- https://192.168.0.1/watch.html: Trang đưa bảng giám sát biến Watch trên STEP 7 lên Web Server

- https://192.168.0.1/filebrowser.html: Trang lưu trữ tập tin data log và recipe

- https://192.168.0.1/index.html: Trang giới thiệu Web chuẩn

- https://192.168.0.1/login.html: Trang để user đăng nhập

Sử dụng mạng ảo cá nhân (VPN) để kết nối đến Web Server từ mạng ngoài là cách hiệu quả để bảo vệ hệ thống mạng Người dùng nên truy cập trang web thông qua https:// thay vì http:// để đảm bảo an toàn thông tin.

TRUY CẬP TRANG WEB TỪ THIẾT BỊ DI ĐỘNG

To access the S7-1200 from a mobile device, users must connect the PLC to the Internet, a local Wi-Fi network, or use a VPN to link the mobile device to the PLC's Web Server By utilizing port forwarding on the Wi-Fi router, users can assign the PLC's IP address to an accessible Internet address for mobile devices Without port forwarding, users can connect to the PLC, but only through local Wi-Fi signals.

Hình 4.10: Truy cập Web Server từ thiết bị di động

LẬP TRÌNH THIẾT KẾ WEB SERVER

4.4.1 Lưu Đồ Các Bước Thực Hiện Thiết Kế Web Server

Hình 4.11: Lưu đồ các bước thiết kế web server

4.4.2 Cơ Sở Về HTML Và Khởi Tạo Trang HTML

HTML là ngôn ngữ lập trình web cơ bản, bao gồm các thẻ Tag và nội dung dạng văn bản Mỗi thẻ định nghĩa một đối tượng và xác định các thuộc tính liên quan Để đảm bảo tính tương thích, các đoạn mã cần phải sử dụng mã ký tự UTF-8.

Hình 4.12: Cú pháp khai báo trang HTML

4.4.3 Cơ Sở Về AWP Và Các Tập Lệnh AWP Hỗ Trợ Cho WEB SERVER

AWP là các dòng ghi chú trong trang HTML mà PLC có khả năng biên dịch và hiểu Điều này cho phép dữ liệu từ PLC được truy cập thông qua các trang Web do người dùng định nghĩa.

Web Server của CPU S7 – 1200 cung cấp các lệnh AWP để thực hiện các tác vụ sau:

- Đọc giá trị biến dữ liệu

- Ghi giá trị biến dữ liệu

- Đọc giá trị biến đặc biệt (special variable)

- Ghi giá trị biến đặc biệt

- Thay thế giá trị số bằng văn bản (enum type)

- Gán dữ liệu cho biến văn bản

- Tạo các mảng dữ liệu trong DB

Hình 4.13: Cú pháp khai báo bằng AWP

4.4.4 Phần Mềm Visual Studio Code

Visual Studio Code là một trình biên tập mã nguồn mạnh mẽ do Microsoft phát triển, tương thích với Windows, Linux và macOS Nó cung cấp các tính năng như gỡ lỗi, tích hợp Git, làm nổi bật cú pháp, tự động hoàn thành mã thông minh, và hỗ trợ snippets VS Code cho phép người dùng tùy chỉnh giao diện, phím tắt và nhiều tùy chọn khác để nâng cao trải nghiệm lập trình.

Hình 4.14: Các chức năng phụ thuộc vào ngôn ngữ của VS Code

Hình 4.15: Lập trình Tiêu đề, khai báo

Hình 4.16: Lập trình tiêu đề và chức năng cài đặt thông số

Hình 4.17: Lập trình phần chức năng cài đặt thông số

Hình 4.18: Trang hiển thị tiêu đề, chức năng cài đặt thông số Web

Hình 4.20: Bảng trạng thái hiển thị lên Web

Hình 4.21: Lập trình chèn hình ảnh vào Web

Hình 4.22: Hình ảnh đã lên Web

Hình 4.23: Lập trình về khối lượng và số lượng cài đặt

Hình 4.24: Lập trình phân loại sản phẩm

Hình 4.25: Lập trình tín hiệu cảm biến sản phẩm và thùng hàng

Hình 4.26: Lập trình băng tải phân loại, băng tải thùng hàng

Hình 4.28: Trang Web hoàn thiện quản lý thông tin

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ KẾT LUẬN

ĐÁNH GIÁ CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Nhóm đã đặt ra mục tiêu giải quyết vấn đề thiếu tự động hóa và quản lý thông tin trong quá trình sản xuất cà phê tại nhà máy Vinacafé Biên Hòa Họ đã tối ưu hóa mô hình hoạt động để đạt hiệu quả liên tục và đúng nguyên lý Sau khi hoàn tất và thử nghiệm thành công, nhóm đã nêu ra một số vấn đề cần chú ý.

- Sử dụng PLC S7 – 1200 làm công cụ tự động hóa dây chuyền phù hợp với hệ thống vừa và nhỏ;

- Phân loại đúng các sản phẩm đạt và sản phẩm không đủ khối lượng;

Sử dụng Web Server giúp tối ưu hóa quản lý thông tin hệ thống mà không cần phụ thuộc vào các phần mềm nặng nề và phức tạp như TIA Portal hay WinCC.

- Nhóm nắm bắt được nguyên lý hoạt động, khả năng lập trình TIA Portal và Web Server;

- Giao diện Web còn đơn giản chưa quá chuyên nghiệp;

- Lập trình Web bằng VS Code còn phức tạp, các thành viên trong nhóm chưa nắm bắt được hết;

- Chưa tối ưu được lên Mobile Web;

- Cân Loadcell chưa ổn định;

Qua đó, nhóm đã rút được nhiều bài học để ngày càng hoàn thiện hơn về kiến thức, kỹ

KẾT LUẬN

Trong nghiên cứu về thiết kế mô hình phân loại sản phẩm dựa trên khối lượng, đóng gói và quản lý thông tin sử dụng PLC S7-1200, nhóm đã đưa ra những kết luận quan trọng Mô hình này không chỉ tối ưu hóa quy trình phân loại mà còn nâng cao hiệu quả quản lý thông tin sản phẩm, góp phần cải thiện năng suất và chất lượng trong sản xuất.

Chương 1 nhóm giới thiệu quy trình công nghệ sản xuất cà phê hòa tan để áp dụng mô hình vào công đoạn sản xuất chưa tự động còn sử dụng sức người là chính Lý do nhóm làm mô hình giải quyết được các vấn đề tồn đọng:

- Giảm hao hụt nguyên liệu

- Giảm sức lao động trực tiếp

- Tăng độ chính xác cân nặng của sản phẩm

- Năng suất, công suất sản xuất sản phẩm tăng lên

Chương 2 nhóm trình bày cơ sở lý thuyết về PLC S7 – 1200, bộ điều khiển này phù hợp với hệ thống vừa và nhỏ Hiểu rõ hơn về các thông số CPU Siemens, cụ thể CPU sử dụng trong mô hình là CPU 1214C, cùng với đó là các khối hàm, bộ định thì, bộ đếm, các vùng nhớ, địa chỉ và kiểu dữ liệu của PLC S7 – 1200

Giới thiệu phần mềm lập trình TIA Portal V15.1, sử dụng ngôn ngữ lập trình LAD: ngôn ngữ lập trình theo sơ đồ mạch

Chương 3 Thiết kế mô hình, chương này nhóm đã đưa các sơ đồ - bản vẽ - giải thích nguyên lý hoạt động – phần khí cụ điện và cách lập trình phần mềm Cách cài địa chỉ IP, mạng truyền thông Ethernet cho PLC S7 – 1200 Code và các khối lập trình mô hình, xử lý tín hiệu analog loadcell

Phần khí cụ điện giới thiệu các thiết bị sử dụng trong mô hình như loadcell, động cơ DC, cảm biến và băng tải

Chương 4 nhóm trình bày thiết kế web server, các bước thiết kế lập trình web, giới thiệu trang web Lập trình Visual Studio code, cơ sở về trang HTML, cú pháp AWP Các cách truy cập trang web server PLC Có thể sử dụng máy tính hoặc thiết bị di động thông qua Ethernet nhập địa chỉ IP của CPU

Thời gian thực hiện đồ án trong bối cảnh đại dịch Covid-19 là một thử thách lớn đối với từng thành viên trong nhóm Dù chỉ có thể chuẩn bị thiết bị và vật tư mô hình vào tháng 5, nhưng do giãn cách xã hội theo chỉ thị 16 của Chính Phủ trong tháng 6, 7 và 8, nhóm không thể gặp gỡ và thảo luận trực tiếp với Thầy hướng dẫn Tuy nhiên, nhóm đã nỗ lực vượt qua khó khăn và hoàn thiện gần 90% mô hình Qua quá trình làm việc, nhóm đã rút ra nhiều bài học quý giá.

- Cần tìm hiểu và học kinh nghiệm làm việc nhóm để nâng cao hiệu quả trong công việc;

- Đáp ứng và thực hiện đúng yêu cầu công việc được giao;

- Cũng cố cơ sở lý thuyết chuyên môn về PLC, lập trình Web;

- Luôn luôn chủ động, nhanh nhẹn trong công việc;

Những điều chưa đạt được và khó khăn:

- Mỗi thành viên đều có điểm mạnh yếu khác nhau nên khi kết hợp vẫn chưa đoàn kết đi đến thống nhất;

- Khả năng lập trình và ứng dụng thực tế còn chưa tốt;

- Phân phối công việc chưa được hợp lý, cần sắp xếp thời gian làm việc phù hợp;

Nhóm đã học được bài học quan trọng về việc hoàn thiện bản thân và áp dụng mô hình vào thực tế, với mục tiêu chính là tạo ra lợi nhuận cho doanh nghiệp Những bước nhỏ sẽ dẫn đến những thay đổi lớn, và nhóm đã tích lũy được kinh nghiệm quý giá trong dây chuyền sản xuất Điều này sẽ giúp họ tự tin hơn trong việc đề xuất các giải pháp tự động hóa cho các doanh nghiệp, không chỉ dừng lại ở việc phân loại sản phẩm cà phê.

Nhóm xin chân thành cảm ơn Trường Đại Học Công Nghệ TP Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho nhóm hoàn thành đồ án, cùng với những kỷ niệm đáng nhớ tại Hutech, nơi đã góp phần làm nên những trang sách đẹp đẽ trong tuổi thanh xuân của mỗi thành viên Đặc biệt, chúng tôi xin gửi lời cảm ơn tới GVHD, Thầy Bùi Minh Dương, người đã đồng hành cùng nhóm từ những môn học cơ bản cho đến khóa đồ án tốt nghiệp, giúp chúng tôi vượt qua những thử thách phức tạp trong xã hội Chúng tôi cũng xin cảm ơn Viện Kỹ Thuật Hutech đã hỗ trợ sinh viên, cùng với sự giúp đỡ của Công ty CP Vinacafé Biên Hòa trong việc cung cấp trang thiết bị cần thiết để hoàn thành mô hình.

Lời nói cuối cùng Nhóm xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 09 năm 2021

Nguyễn Công Trường Nguyễn Thanh Tùng Hồ Đình Vinh