Thiết kế, chế tạo mô hình điều khiển và giám sát phân tán cho hệ thống dây chuyền rót, đóng nắp chai và dán nhãn sử dụng plc s7 1200

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬTKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT PHÂN TÁN CHO HỆ THỐNG DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP CHAI VÀ DÁN NHÃN

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN

VÀ GIÁM SÁT PHÂN TÁN CHO HỆ THỐNG DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP CHAI VÀ DÁN NHÃN SỬ DỤNG PLC S7-1200.

Người hướng dẫn: ThS Phan Thị Thanh Vân

Sinh viên thực hiện: Đinh Thiên Nhật Anh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN

VÀ GIÁM SÁT PHÂN TÁN CHO HỆ THỐNG DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP CHAI VÀ DÁN NHÃN SỬ DỤNG PLC S7-1200.

Người hướng dẫn: ThS Phan Thị Thanh Vân

Sinh viên thực hiện: Đinh Thiên Nhật Anh

Mã sinh viên: 1911505510101

Lớp: 19TDH1

Tên đề tài: “THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT PHÂNTÁN CHO HỆ THỐNG DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP CHAI VÀDÁN NHÃN SỬ DỤNG PLC S7-1200”

Sinh viên thực hiện: Đinh Thiên Nhật Anh

Mô hình trong đề tài sử dụng 3 PLC S7-1200 được mô phỏng một cách tương tự

và sát với thực tế trong công nghiệp, trong đó có 1 PLC điều khiển trung tâm và 2 PLCcòn lại điều khiển các dây chuyền nhỏ trong hệ thống Kết cấu và một số khâu của hệthống được nhóm thiết kế với những gì hiểu biết cũng như sẵn có để đáp ứng được môphỏng ý tưởng…

Nội dung của đề tài:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp và dán nhãn.

Chương 1 đã tìm hiểu tổng quan về hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp chai

và dán nhãn, nguyên lý hoạt động, các công nghệ trên hệ thống cũng như đưa raphương án thiết cho đề tài

Chương 2: Giới thiệu về PLC S7-1200 và phần mềm TIA Portal.

Chương 2 đã tìm hiểu lý thuyết về PLC S7-1200, phần mềm lập trình TIA Portal

và giới thiệu phương thức truyền thông được sử dụng cho đề tài

Chương 3: Thiết kế và thi công mô hình hệ thống.

Chương 3 đưa ra quy trình công nghệ cho hệ thống, sơ đồ khối và các sơ đồ đấunối dây cho hệ thống

Chương 4: Chương trình điều khiển và giám sát hệ thống.

lưu đồ thuật toán, chương trình điều khiển và thiết kế màn hình điều khiển trênWinCC.

Kết quả đạt được của đề tài:

Trong đề tài này, nhóm đã thiết kế được mô hình chiết rót, đóng nắp và dán nhãnđạt được kết quả như sau:

 Thiết kế thành công mô hình chiết rót, đóng nắp và dán nhãn bằng phương phápđiều khiển phân tán bằng 3 PLC, trong đó 2 PLC điều khiển 2 dây chuyền, 1 PLCtrung tâm điều khiển và giám sát thông qua kết nối Ethernet

 Đã lập trình cho 2 PLC khu vực và 1 PLC trung tâm thực hiện đúng các chứcnăng của hệ thống trong quy trình công nghệ đã đề ra

 Trong mô hình đề tài đã thực hiện được kết nối 3 PLC theo chuẩn truyềnthông công nghiệp Profinet Việc kết nối giữa các PLC trong mô hình hoạtđộng tốt

 Thiết kế thành công giám sát hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp và dánnhãn bằng kỹ thuật điều khiển phân tán sử dụng các PLC S7-1200 và WinCC

để giúp người giám sát theo dõi được số lượng chai thành phẩm

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPGiảng viên hướng dẫn : ThS Phan Thị Thanh Vân

Sinh viên thực hiện : Đinh Thiên Nhật Anh Mã SV: 1911505510101

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- PLC S7-1200, động cơ, cảm biến, xy-lanh,…

- Sách “Tự động hoá PLC S7-1200 với TIA Portal” – tái bản 2019, Trần Văn Hiếu

- Bài giảng “Mạng truyền thông công nghiệp và hệ SCADA”, Đỗ Văn Cần

3 Nội dung chính của đồ án:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp và dán nhãn.

Chương 2: Giới thiệu về PLC S7-1200 và phần mềm TIA Portal.

Chương 3: Thiết kế và thi công mô hình hệ thống.

Chương 4: Chương trình điều khiển và giám sát hệ thống.

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN CỦA ĐỀ TÀI

HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI

4 Các sản phẩm dự kiến:

- Mô hình hệ thống

- Báo cáo thuyết minh đề tài

- Chương trình điều khiển hệ thống trên TIA Portal và WinCC

5 Ngày giao đồ án: 02/01/2023.

6 Ngày nộp đồ án: 02/05/2023.

Đà Nẵng, ngày 02 tháng 01 năm 2023.

ThS Phan Thị Thanh Vân

Trong sự phát triển mạnh mẽ của kinh tế xã hội cùng đất nước, ngành tự độnghoá đã và đang đóng góp phần không nhỏ đáp ứng nhu cầu phát triển của đất nước.Ngày nay khi sự phát triển đang tăng dần một cách nhanh chóng của các lĩnh vực, đặcbiệt là công nghiệp đòi hỏi nhu cầu tự động hóa trong sản xuất là rất lớn Các dâychuyền sản xuất tự động không ngừng phát triển mở rộng về qui mô cũng như phứctạp.

Hiện nay, hiện nay việc đưa tự động hóa trong sản xuất của các công ty, xínghiệp trong công nghiệp đang được ưu tiên và là lựa chọn hàng đầu của các doanhnghiệp Tự động hóa trong quá trình sản xuất giúp hạn chế việc sử dụng nhân côngtrong sản xuất mà thay vào đó là các hệ thống máy móc tự động và hiện đại giúp giảm

sự phụ thuộc của con người và đặt biệt là mang lại sự chính xác cao, cũng như hạn chếrủi ro trong các công việc nguy hiểm sử dụng con người hiện nay

Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, việc chế tạo một hệ thống sản xuất tự động nào

đó là rất cần thiết để vận hành với độ tin cậy cao

Do thời gian làm đồ án có giới hạn và kiến thức chuyên môn còn nhiều hạn chếnên không thể tránh khỏi những thiếu sót Nhóm em rất mong nhận được sự đóng góp

ý kiến của các Thầy cô cũng như là của các bạn cùng khóa để đồ án này hoàn thiệnhơn nữa

Nhóm em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Ban Giám Hiệu, các Thầy cô trongKhoa Điện – Điện Tử đã dành cho nhóm, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho nhóm emhoàn thành đồ án tốt nghiệp này Đặc biệt, nhóm em xin chân thành cảm ơn tới ThS.Phan Thị Thanh Vân đã quan tâm, tận tình hướng dẫn và truyền đạt những kiến thức,kinh nghiệm vô cùng quý báu để nhóm em hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn!

Nhóm em xin cam đoan đây là báo cáo tốt nghiệp của chúng em được thực hiệntrong thời gian qua Các thông tin, số liệu và kết quả nghiên cứu của chúng em sửdụng trong báo cáo đồ án tốt nghiệp là trung thực Các dữ liệu và luận điểm được tríchdẫn nguồn và chú thích rõ ràng Nhóm em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước Nhàtrường, Khoa và Bộ môn về sự cam đoan này.

Sinh viên thực hiệnĐinh Thiên Nhật Anh Nguyễn Ngọc Dũng

Nhận xét của người hướng dẫn i

Nhận xét của người phản biện ii

Tóm tắt iii

Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp v

Lời nói đầu vi

Cam đoan vii

Mục lục viii

Danh sách các bảng, hình vẽ xi

Danh sách các ký hiệu, chữ viết tắt xiv

Mở đầu xv

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP CHAI VÀ DÁN NHÃN 1

1.1 Tổng quan hệ thống 1

1.1.1 Giới thiệu chung về hệ thống 1

1.1.2 Phân loại máy chiết rót 2

1.1.3 Chức năng chính của hệ thống 3

1.1.4 Phạm vi ứng dụng thực tiễn 4

1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 4

1.3 Các công nghệ sử dụng trên hệ thống 4

1.3.1 Công nghệ chiết rót 4

1.3.2 Công nghệ đóng nắp 5

1.3.3 Công nghệ dán nhãn 6

1.3.4 Dây chuyền chiết rót, đóng nắp và dán nhãn 7

1.4 Phương án thiết kế hệ thống 8

1.4.1 Phương án thiết kế tập trung 8

1.4.2 Phương án thiết kế phán tán 9

1.4.3 Phương án thiết kế phần cứng hệ thống 9

1.4.4 Lựa chọn phương án thiết kế 10

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM TIA PORTAL 13

2.1 Tổng quan về PLC 13

2.1.1 Bộ lập trình PLC 13

2.1.2 Lịch sử phát triển của PLC 13

2.1.3 Sự khác biệt của PLC 15

2.1.5 Ưu nhược điểm của PLC 16

2.1.6 Nguyên lý hoạt động 16

2.1.7 Các đầu vào đầu ra 17

2.1.8 Ứng dụng của PLC 17

2.2 Giới thiệu về PLC S7-1200 17

2.2.1 Cấu trúc phần cứng của PLC S7-1200 18

2.2.2 Cấu trúc phần mềm của PLC S7-1200 20

2.2.3 Module mở rộng của PLC S7-1200 21

2.2.4 Ngôn ngữ lập trình cho PLC S7-1200 22

2.2.5 Các tập lệnh cơ bản của PLC S7-1200 23

2.3 Giới thiệu về phần mềm TIA Portal 28

2.3.1 Tổng quan về phần mềm TIA Portal V16 28

2.3.2 Giao diện phần mềm TIA Portal 28

2.3.3 Sử dụng bảng Tag trong PLC 30

2.3.4 Tải chương trình xuống CPU 31

2.4 Giới thiệu về WinCC 32

2.4.1 Tổng quan về WinCC 32

2.4.2 Các ứng dụng của WinCC 32

2.5 Phương thức truyền thông Ethernet của các PLC 33

2.5.1 Giới thiệu phương thức truyền thông Ethernet 33

2.5.2 Ưu điểm và nhược điểm của Ethernet 34

2.5.3 Cách truyền nhận dữ liệu giữa các PLC 35

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP CHAI VÀ DÁN NHÃN 39

3.1 Quy trình công nghệ của hệ thống 39

3.2 Thiết kế phần cứng 39

3.2.1 Sơ đồ khối 39

3.2.2 Lựa chọn thiết bị 40

3.3 Sơ đồ đấu nối dây 51

3.3.1 Sơ đồ đấu nối PLC Slave 1 51

3.3.2 Sơ đồ đấu nối PLC Slave 2 52

3.3.3 Sơ đồ đấu nối PLC Master 54

3.4 Thi công mô hình hệ thống 54

3.4.1 Băng chuyền 54

3.4.2 Mâm xoay 55

3.4.4 Cơ cấu cấp và đóng nắp 56

3.4.5 Cơ cấu dán nhãn 56

3.4.6 Tủ điện 57

3.4.7 Mô hình sau khi hoàn thành 57

CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG 58

4.1 Bảng phân công đầu vào đầu ra 58

4.1.1 Bảng phân công đầu vào – đầu ra cho PLC Master 58

4.1.2 Bảng phân công đầu vào – đầu ra cho PLC Slave 1 58

4.1.3 Bảng phân công đầu vào – đầu ra cho PLC Slave 2 59

4.2 Giản đồ thời gian 59

4.2.1 Giản đồ thời gian cho PLC Master 59

4.2.2 Giản đồ thời gian cho PLC Slave 1 60

4.2.3 Giản đồ thời gian cho PLC Slave 2 60

4.3 Lưu đồ thuật toán 61

4.3.1 Sơ đồ thuật toán toàn hệ thống 61

4.3.2 Lưu đồ chọn chế độ điều khiển 61

4.3.3 Lưu đồ chương trình Manual 62

4.3.4 Lưu đồ thuật toán cho PLC Master 64

4.3.5 Lưu đồ thuật toán cho PLC Slave 1 64

4.3.6 Lưu đồ thuật toán cho PLC Slave 2 65

4.4 Chương trình điều khiển 65

4.5 Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát trên WinCC 66

4.5.1 Các bước kết nối WinCC với PLC 66

4.5.2 Thiết kế giao diện WinCC cho hệ thống 68

KẾT LUẬN 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

PHỤ LỤC 73

HÌNH 1.1 Quá trình chiết rót đóng nắp chai của công ty Tân Hiệp Phát 1

HÌNH 1.2 Máy chiết rót bằng bơm bánh răng 2

HÌNH 1.3 Máy chiết rót bằng bơm piston 2

HÌNH 1.4 Máy chiết rót bằng bơm trục vít 3

HÌNH 1.5 Máy chiết rót kiểu đối lưu 3

HÌNH 1.6 Chiết rót dạng mâm xoay 4

HÌNH 1.7 Chiết rót dạng tuần tự 5

HÌNH 1.8 Máy đóng nắp dạng thẳng 5

HÌNH 1.9 Máy đóng nắp dạng xoay 6

HÌNH 1.10 Máy dán nhãn chai tròn 6

HÌNH 1.11 Máy dán nhãn chai vuông 7

HÌNH 1.12 Dây chuyền chiết rót, đóng nắp chai và dán nhãn dạng thẳng 7

HÌNH 1.13 Dây chuyền chiết rót, đóng nắp chai và dán nhãn dạng xoay 8

HÌNH 1.14 Sơ đồ phương án thiết kế tập trung 8

HÌNH 1.15 Sơ đồ phương án thiết kế phân tán 9

HÌNH 2.1 Bộ PLC đầu tiên của Mỹ 13

HÌNH 2.2 Bộ PLC năm 1969 14

HÌNH 2.3 Bộ Module PLC năm 1970 14

HÌNH 2.4 Các loại PLC phổ biến hiện nay 15

HÌNH 2.5 Ứng dụng của PLC 17

HÌNH 2.6 PLC S7-1200 17

HÌNH 2.7 Cấu trúc PLC S7-1200 18

HÌNH 2.8 Cấu trúc phần mềm PLC S7-1200 21

HÌNH 2.9 Ngôn ngữ lập trình LAD 22

HÌNH 2 10 Phần mềm TIA PORTAL V16 28

HÌNH 2 11 Sử dụng Tag trong TIA Portal 30

HÌNH 2 12 Giao diện chương trình chính TIA Portal 31

HÌNH 2 13 Đổ chương trình vào PLC 31

HÌNH 2 14 Thiết lập liên kết giữa máy tính và PLC 31

HÌNH 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 40

HÌNH 3.2 PLC S7 – 1200 41

HÌNH 3.3 Bộ nguồn 24V – 5A 41

HÌNH 3.4 Bộ nguồn 12V – 5A 42

HÌNH 3.5 Cảm biến hồng ngoại E3F – DS30P1 42

HÌNH 3.6 Băng chuyền 43

HÌNH 3.7 ĐC bơm nước 44

HÌNH 3.8 ĐC giảm tốc 550 DC 12V 800 vòng/phút 44

HÌNH 3.9 ĐC giảm tốc 12VDC 740 vòng/phút 13W 45

HÌNH 3.10 ĐC giảm tốc 24V 55 vòng/phút Nhông kim loại 45

HÌNH 3.11 Xy lanh MAL 16x75 46

HÌNH 3.12 Xy-lanh TN10X50 46

HÌNH 3.13 Van điện từ 24V 47

HÌNH 3.14 Relay 48

HÌNH 3.15 Máy khí nén 48

HÌNH 3.16 Nút nhấn nhả 49

HÌNH 3.17 Bộ chuyển đổi Switch 50

HÌNH 3.18 Dây cáp mạng 50

HÌNH 3.19 Mạch DC 5 – 35V 5A 51

HÌNH 3.20 Sơ đồ đấu nối của PLC Slave 1 52

HÌNH 3.21 Sơ đồ đấu nối của PLC Slave 2 53

HÌNH 3.22 Sơ đồ đấu nối của Master 54

HÌNH 3.23 Băng chuyền 55

HÌNH 3.24 Mâm xoay 55

HÌNH 3.25 Cơ cấu chiết rót 55

HÌNH 3.26 Cơ cấu cấp nắp 56

HÌNH 3.27 Cơ cấu đóng nắp chai 56

HÌNH 3.28 Cơ cấu dán nhãn 56

HÌNH 3.29 Tủ điện 57

HÌNH 3.30 Mô hình hoàn thiện 57

HÌNH 4.1 Giản đồ thời gian PLC Master 59

HÌNH 4.2 Giản đồ thời gian PLC Slave 1 60

HÌNH 4.3 Giản đồ thời gian PLC Slave 2 60

HÌNH 4.5 Lưu đồ chọn chế độ điều khiển 61

HÌNH 4.6 Lưu đồ chế độ Manual 63

HÌNH 4.7 Lưu đồ thuật toán cho PLC Master 64

HÌNH 4.8 Lưu đồ thuật toán cho PLC Slave 1 64

HÌNH 4.9 Lưu đồ thuật toán cho PLC Slave 2 65

HÌNH 4.10 Giao diện điều khiển hệ thống trên WinCC 70

CHỮ VIẾT TẮT:

PLC : Programmable Logic Controller – Bộ điều khiển Logic có thể lập

trình được

LAD : Ladder Diagram – Sơ đồ bậc thang

FBD : Function Block Diagram – Khối chức năng

CPU : Central Processing Unit – Bộ xử lý trung tâm

SCADA : Supervisory Control And Data Acquisition – Hệ điều khiển, giám

sát và thu thập dữ liệu

HMI : Human Machine Interface – Màn hình hiển thị

IP : Internet Protocol – Giao thức Internet

WINCC : Windows Control Center là một phần mềm của hãng Siemens

PROFINET : Process Field Net là một tiêu chuẩn kỹ thuật công nghiệp để truyền

dữ liệu qua Ethernet công nghiệp

TCP : Transmission Control Protocol - Giao thức điều khiển truyền dẫnGPRS : General Packet Radio Service - Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp

LCD : Liquid Crystal Display - Màn hình tinh thể lỏng

AC : Alternating Current - Dòng điện xoay chiều

DC : Direct Current - Dòng điện một chiều

LAN : Local Area Network - Mạng lưới khu vực địa phương

WLAN : Wireless Local Area Network - Mạng lưới không dây khu vực địa

phươngSCL : Structured Control Language - Ngôn ngữ điều khiển có cấu trúcPTP : Point to Point Comunication Module - Mô-đun giao tiếp điểm tới

điểm

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay, quá trình tự động hoá trong công nghiệp là hết sức quan trọng đối với

sự phát triển của một quốc gia Đối với Việt Nam là một nước đang phát triển thì nhu

cũng như nhu cầu công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước.

Là sinh viên theo học ngành Tự động hoá cùng những nhu cầu và ứng dụng thực

tế cấp thiết của nền công nghiệp nước nhà, nhóm em mong muốn được tìm hiểu vànghiên cứu những thành tựu khoa học mới để có nhiều cơ hội biết thêm những kiếnthức thực tế, củng cố kiến thức đã học, phục vụ tốt cho sự nghiệp hoá công nghiệphoá

Đề tài tốt nghiệp nhằm vận dụng các kiến thức đã học từ các môn chuyên ngành

để thiết kế, chế tạo ra một mô hình nhỏ về các dây chuyền sản xuất, hệ thống côngnghiệp trong thực tế, giúp nhóm từng bước tiếp cận với nền công nghiệp hiện nay

Đồng thời, đề tài cũng nhằm giúp cho sinh viên có cái nhìn tổng quan về một dâychuyền sản xuất trong công nghiệp, cách vận hành, quy trình sản xuất,…

Đặc biệt là phương pháp điều khiển đơn giản, dễ hiểu, không quá phức tạp và cóthể thay đổi linh hoạt hệ thống sản xuất đối với những hàng hoá khác

4 Phạm vi, đối tượng và phương pháp nghiên cứu

- Phạm vi: nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống Hệ thống baogồm những phần chính như: băng tải, cơ cấu bơm nước, mâm xoay, cơ cấu cấpnắp, cơ cấu vặn nắp, cơ cấu dán nhãn, webcam, cơ cấu phân chai lỗi

- Đối tượng nghiên cứu: hệ thống chiết rót, đóng nắp chai và dán nhãn Chai nướcnhựa loại nắp vặn Hệ thống điều khiển bởi bộ điều khiển PLC Phương thứctruyền thông giữa hai PLC Nghiên cứu đặc tính sản xuất và lập trình điều khiển

hệ thống

- Phương pháp nghiên cứu: để giải quyết các mục nêu trên, đồ án này sẽ đưa ra cácphương pháp nghiên cứu như sau:

+ Tìm hiểu quy trình vận hành hệ thống đã có trong thực tế

+ Tài liệu về điều khiển tự động hoá, các thiết bị linh kiện sử dụng

+ Tìm hiểu số liệu của bộ điều khiển, các khí cụ điện liên quan.

+ Tìm hiểu và tính toán các thông số của các động cơ cũng như các cảm biến.+ Nghiên cứu về phần mềm TIA Portal V16 và giao diện điều khiển giám sát trênSCADA

+ Nghiên cứu và tìm hiểu các chức năng của hệ thống

+ Áp dụng các kiến thức chuyên ngành về điện cũng như các kiến thức về điềukhiển để thi công phần điện cho mô hình

5 Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp

Chương 1: Tổng quan về hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp chai và dán

nhãn

Chương 2: Giới thiệu về PLC S7-1200 và phần mềm TIA Portal.

Chương 3: Thiết kế và thi công mô hình hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp

chai và dán nhãn

Chương 4: Chương trình điều khiển và giám sát hệ thống.

KẾT LUẬN

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN CỦA ĐỀ TÀI

HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG DÂY CHUYỀN CHIẾT

RÓT, ĐÓNG NẮP CHAI VÀ DÁN NHÃN.

1.1 Tổng quan hệ thống

1.1.1 Giới thiệu chung về hệ thống

Hệ thống chiết rót, đóng nắp chai và dán nhãn là những khâu quan trọng trongdây chuyền sản xuất phục vụ cho các ngành đóng gói chất lỏng trong công nghiệp

Hình 1.1 Quá trình chiết rót đóng nắp chai của công ty Tân Hiệp Phát

Hệ thống chiết rót, đóng nắp chai và dán nhãn được sử dụng rộng rãi để phục vụcho các ngành: nước uống, dược phẩm, mỹ phẩm, hóa chất,… Sự ra đời của hệ thống

đã tiết kiệm rất nhiều cho các nhà sản xuất một khoản chi phí lớn, nâng cao năng suất,chất lượng làm việc

Hệ thống được kết hợp luân phiên giữa các khâu chiết rót, đóng nắp, dán nhãnđóng thùng tự động Bộ xử lý trung tâm thường sử dụng là PLC Mỗi khâu đều vậnhành tự động, nhân công chỉ tham gia vào một số công đoạn điều khiển, đầu vào vàđầu ra

Một hệ thống sản xuất đóng chai hiện đại được phân chia thành nhiều khâu nốitiếp nhau Chai dừng trong hệ thống thường là chai thành phẩm, nên thường khâu nàychỉ qua súc rửa để làm sạch bụi

Sau khi được rửa sạch, các chai được băng chuyền đưa đến hệ thống rót liệu, tới

vị trí rót, chai sẽ được dừng chính xác nhờ cảm biến Việc rót chất lỏng vào chaithường diễn ra với tốc độ cao Với thiết kế như vậy, tổng thời gian rót chỉ mất 2-3giây

Khi chai đạt mức quy định được băng tải vận chuyển đến vị trí đóng nắp

Khâu đóng nắp bao gồm cơ cấu cấp nắp chai và đóng nắp Cơ cấu đóng nắp cóthể dùng xy-lanh hoặc motor, cơ cấu cấp nắp dưới dạng gài sẵn trên băng tải hoặc kếthợp với cơ cấu dập

Sau đó là khâu dán nhãn, là khâu đơn giản nhất trong hệ thống Cơ cấu bôi keođược gắn ngay trên băng tải và bố trí sao cho tì vào mặt chai, ngoài chuyển động thẳngtrên băng tài, chai còn chuyển động quay tròn Với cơ cấu cấp nhãn, chai sau khi bôikeo, quay tròn, cuốn băng giấy 1 vòng quanh chai.

Khâu cuối cùng đóng gói sản phẩm Khâu kiểm tra bao gồm một loạt các cảmbiển để kiểm tra chất lượng sản phẩm (đủ định mức, đóng nắp dán nhãn đạt yêu cầu ).Các chai đủ tiêu chuẩn sẽ qua khâu đóng gói, chai được xếp thành khối nhờ các taymáy gạt và nâng hạ

Như vậy toàn bộ quy trình công nghệ được tự động hoàn toàn, với đầu vào lànguyên liệu và chai rỗng, đầu ra là sản phẩm có thể đem bán trực tiếp

1.1.2 Phân loại máy chiết rót

1.1.2.1 Máy chiết rót bằng bơm bánh răng

Hình 1.2 Máy chiết rót bằng bơm bánh răng

Máy chiết rót bằng bơm bánh răng thích hợp cho việc sản xuất các sản phẩmngành thực phẩm, hóa mỹ phẩm,…

Cấu tạo máy này được làm từ thép không gỉ và hợp kim nhôm với thiết kế thayđổi nhanh cho kích thước của chai Máy chiết rót bằng bơm bánh răng được thiết lậpdựa trên màn hình cảm ứng hiện thị LCD, rất tiện dụng và dễ dàng điều chỉnh.[3]

1.1.2.2 Máy chiết rót bằng bơm piston

Máy chiết rót bằng bơm piston có thiết kế đầu bơm piston phù hợp trong cáccông việc sản xuất các chất lỏng không hạt như dầu ăn, sữa tắm, dầu gội,…

Hình 1.3 Máy chiết rót bằng bơm piston

Máy chiết rót bằng bơm piston điều khiển bởi motor servo, cho độ chính xácchiết rót cao, dòng máy được sản xuất kèm thiết bị bảo vệ “không chai – không chiếtrót” với loại vòi ngâm không làm tràn chất lỏng Bơm piston hoạt động trơn tru và linhhoạt, màn hình cảm ứng điều khiển hỗ trợ tối đa các thao tác điều chỉnh.[3]

1.1.2.3 Máy chiết rót bằng bơm trục vít

Hình 1.4 Máy chiết rót bằng bơm trục vít.

Mỗi đầu bơm trục vít của dòng máy này được điều khiển bởi một motor ACriêng biệt nên độ chính xác khi rót rất cao Loại vòi ngâm sử dụng cho máy chiết rótnày hạn chế tối đa sản sinh bọt khí và tránh chất lỏng văng ra ngoài Người sử dụng cóthể dễ dàng điều chỉnh, cài đặt các thông số thông qua màn hình LCD cảm ứng.[3]

1.1.2.4 Máy chiết rót kiểu đối lưu

Hình 1.5 Máy chiết rót kiểu đối lưu

Máy chiết rót kiểu đối lưu hay còn gọi là đẳng áp được thiết kế thuận tiện choviệc rót nước khoáng hay nước ép trái cây

Dung tích chiết rót của dòng máy rơi vào khoảng 500 – 1500ml Thiết kế vòingâm hỗ trợ ổn định chất lỏng tránh đổ ra ngoài Bên cạnh đó, dòng máy này cũngđược tích hợp màn hình cảm ứng hiệu Proface với hệ thống điều khiển PLC hiệuMitsubishi.[3]

1.1.3 Chức năng chính của hệ thống

Toàn bộ hệ thống là một dây chuyền để hoàn thành các công đoạn ra thành phẩm.Các khâu trong dây chuyền được tự động hóa cao, con người chỉ tác động vào vậnhành, đầu vào và đầu ra Kết quả mang lại những ưu điểm:

 Nâng cao năng suất lao động, giảm giá thành

 Giảm số lượng và chi phí nhân công

Sử dụng với loại chai có dung tích từ 330 ml - 500 ml Trong đồ án này, nhóm

em chọn chai nước loại nắp vặn có dung tích 330 ml làm đối tượng nghiên cứu

1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Quy trình chiết rót và đóng nắp và dán nhãn tự động thường trải qua 3 khâu:

 Khâu 1: Các chai rỗng sẽ được sục rửa bằng các băng tải đưa chai vào và sau đónhờ vòi chuyên dụng rửa sạch bên trong chai

 Khâu 2: Sau khi được rửa sạch thì chai được đưa vào máy chiết rót và được chiếtrót đầy chai

 Khâu 3: Sau khi chiết rót xong chai đi tới khâu đóng nắp và cuối cùng dán nhãnhoàn thiện sản phẩm

1.3 Các công nghệ sử dụng trên hệ thống

1.3.1 Công nghệ chiết rót

1.3.1.1 Chiết rót dạng mâm xoay

Hình 1.6 Chiết rót dạng mâm xoay

Có năng suất cao nhất trong các dòng máy chiết rót Dây chuyền kết hợp liên kếtnhau bằng các bánh răng hoặc sên chuyên dụng để xoay hệ thống mâm ở trên, giúpđưa chai vào chiết rót theo kiểu liên tiếp Hệ thống bao gồm cấp phôi từ bàn lựa phôi,sau đó di chuyển đến bàn băng tải cấp chai vào bàn xoay xúc bình sau đó chuyển đếnbàn xoay chiết rót đến bàn xoay đóng nắp và dán nhãn thành phẩm.[3]

1.3.1.2 Chiết rót dạng tuần tự

Hình 1.7 Chiết rót dạng tuần tự.

Không phù hợp với các xưởng cần chiết rót công suất nhỏ, phù hợp với cácxưởng sản xuất nước rửa tay vừa và nhỏ, xưởng sản xuất mỹ phẩm, đồ uống vừa vànhỏ Dây chuyền được hoạt động tuần tự như sau: Phôi được cấp vào theo hệ thốngbàn lựa hoặc cấp phôi theo băng tải kéo cổ chai, phôi chai sau khi chạy vào sẽ đi đến 1khớp chặn sẽ xếp theo module 5 hoặc 8 chai tuỳ theo đầu vòi của nhà sản xuất Từ đóchai sẽ được chiết rót từ các đầu vòi cho đến khi đầy chai cảm biến sẽ tự ngắt Bướctiếp theo module chai đó sẽ chuyển qua hệ thống cấp nắp tự động, và chuyển qua dâychuyền đóng nắp Dây chuyền này phù hợp với chiết rót các loại chai thuỷ tinh, chaitheo hình dạng đặc biệt sẽ hiệu quả.[3]

1.3.2.2 Đóng nắp dạng xoay

Hình 1.9 Máy đóng nắp dạng xoay.

Máy siết nắp tự động dạng xoay kết hợp hoàn toàn giữa việc cấp chai, phân loạinắp, gắp đặt nắp, đóng nắp và ra chai trong một máy Cơ cấu quay, bắt nắp ở vị trí nhấtđịnh, ổn định và đáng tin cậy Nó không gây hại cho chai và nắp Hiệu suất đóng nắpcao, tỷ lệ đóng nắp đạt chất lượng cao, ứng dụng rộng rãi, có khả năng cạnh tranh tốt

Nó có thể áp dụng cho các kích thước khác nhau của chai và nắp thủy tinh và nhựa.Toàn bộ máy được điều khiển bằng PLC, giao diện màn hình cảm ứng và hoạt độngthuận tiện

Một cảm biến kiểm tra được lắp trên bộ phận chia chai Điều này có thể nhận rakhông có chai, không có nắp Máy sẽ tự động dừng nếu chai bị kẹt

Một bộ cảm biến ở phía đầu ra của chai có thể kiểm tra kết quả đóng nắp củachai, những chai đủ tiêu chuẩn có thể đi qua và những chai không đủ tiêu chuẩn sẽđược đưa ra băng tải khác Máy sẽ tự động dừng nếu bị kẹt ở phía đầu chai.[3]

các cơ sở sản xuất rất ưu chuộng nhờ cấu trúc nhỏ gọn, đơn giản nhưng vẫn đảm bảotốc độ dán nhanh và chính xác.[3]

1.3.3.2 Dán nhãn chai vuông

Thiết bị dán nhãn chuyên dụng cho chai có bề mặt vuông, thiết bị này đảm bảotốc độ dán nhãn siêu nhanh, chính xác và năng suất cao, tiết kiệm nhân công và thờigian sản xuất.[3]

Hình 1.11 Máy dán nhãn chai vuông

1.3.4 Dây chuyền chiết rót, đóng nắp và dán nhãn

1.3.4.1 Dây chuyền dạng thẳng

Hình 1.12 Dây chuyền chiết rót, đóng nắp chai và dán nhãn dạng thẳng

Quy trình hoạt động: cấp chai → chiết rót → cấp nắp → đóng nắp → dán nhãn →

thu sản phẩm.[2]

 Chiết rót và đóng nắp, dán nhãn được các loại chai có dung tích 200ml - 500 ml

 Có qui mô vừa và nhỏ phù hợp cho các nhà xưởng ít mặt bằng

 Sử dụng rộng dãi trong công nghiệp sản xuất hoá chất và dược phẩm

 Chi phí của hệ thống không quá cao

 Tốc độ và hiệu suất làm việc không cao

 Có màn hình điều khiển và giám sát

1.3.4.2 Dây chuyền dạng xoay

Quy trình hoạt động: cấp chai → chiết rót → cấp nắp → đóng nắp → dán nhãn →

thu sản phẩm.[2]

 Dây chuyền hoạt động liên tục nên ít xảy ra lỗi

 Điều khiển được tốc độ làm việc

 Dây chuyền hoạt động ổn định, năng suất cao

 Thiết kế hiện đại

 Có màn hình điều khiển và giám sát

 Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất nước lọc và đồ uống

Hình 1.13 Dây chuyền chiết rót, đóng nắp chai và dán nhãn dạng xoay.

1.4 Phương án thiết kế hệ thống

1.4.1 Phương án thiết kế tập trung

Hình 1.14 Sơ đồ phương án thiết kế tập trung

Ở phương án này, PLC là bộ não chịu trách nhiệm tiếp thu tín hiệu, suy nghĩ và

ra quyết định điều khiển các đối tượng “tay, chân” hoạt động theo ý mình Do đó,người thiết kế cần phải lập trình cho bộ não điều khiển đúng như yêu cầu đặt ra, và cóthể tuỳ ý chỉnh sửa, thêm bớt chức năng cho phù hợp với yêu cầu của người dùng.Tuy nhiên, khi sử dụng phương án điều khiển tập trung thì rủi ro về hư hỏng sẽlớn hơn so với phương án điều khiển phân tán Lý do là vào một thời điểm nào đó, bộnão điều khiển bỗng không hoạt động được, cả hệ thống sẽ bị dừng hoạt động và sẽcần một thời gian để chờ sửa chữa khắc phục

1.4.2 Phương án thiết kế phán tán

Hình 1.15 Sơ đồ phương án thiết kế phân tán

Ở phương án này, nhiệm vụ tiếp nhận và điều khiển được phân chia cho nhiềuPLC, bao gồm Master và các Slave Trong đó, PLC Master sẽ đảm nhận công việcđiều khiển và giám sát hoạt động của các PLC Slave, với các PLC Slave sẽ đảm nhậntừng công việc riêng biệt khác nhau

Với phương án điều khiển phân tán thì khi có rủi ro hư hỏng, xác suất cả hệthống bị dừng hoạt động sẽ thấp hơn, tính tin cậy cao hơn

1.4.3 Phương án thiết kế phần cứng hệ thống

 Phần cứng được chia thành hai dạng: dạng mâm xoay hoặc dạng đường thẳng

 Phần chiết rót: định lượng theo mức cố định hoặc định dạng theo thời gian

 Phần cơ cấu đóng nắp: xoay tròn hoặc dập thẳng

 Phần dán nhãn: chai tròn hoặc chai vuông

1.4.4 Lựa chọn phương án thiết kế

Để chọn ra phương án thiết kế phù hợp, ta sẽ đi so sánh giữa 2 phương án đượcnêu trên:

Ưu điểm của 2 phương án:

Với phương án thiết kế tập trung.

 Tiết kiệm được dây nối

 Tín hiệu ổn định

 Truyền dữ liệu nhanh.

 Độ kiểm soát và bảo mật cao

 …

Với phương án thiết kế phân tán.

 Chia nhỏ được nhiều hệ thống phức tạp

 Sửa chữa dễ dàng

 Tín hiệu ổn định

 Truyền dữ liệu khá nhanh

 Độ kiểm soát và bảo mật cao

 …

Nhược điểm của 2 phương án:

Với phương án thiết kế tập trung.

 Sửa chữa phức tạp, gặp nhiều khó khăn

 Không được gọn gàng phần đấu nối

 Mất một số tính năng di động

 …

Với phương án thiết kế phân tán.

 Chi phí tốn kém

 Tốn nhiều dây đấu nối

 Việc cài đặt truyền thông tương đối phức tạp

 …

Sau khi tham khảo và nghiên cứu các ưu nhược điểm của 2 phương án thiết kế,lựa chọn thiết kế phân tán cho hệ thống là phù hợp nhất

Và phần cứng hệ thống được thiết kế như sau:

 Sử dụng phương án thiết kế hệ thống dạng mâm xoay để dây chuyền hoạt độngliên tục và đạt sản lượng cao

 Sử dụng phương án chiết rót định lượng theo thời gian: do tính đơn giản và nhucầu đóng chai của nhóm là nước lọc nên không yêu cầu cao về tính chuẩn xác

 Sử dụng cơ cấu đóng nắp chai dạng xoay và dán nhãn chai tròn

Phần cơ khí:

 Sử dụng các thanh nhôm định hình để làm khung cho các băng tải, động cơ, vàcác xylanh

 Sử dụng mâm xoay dạng 2 tầng có 4 lỗ

 Sử dụng các cuộn tròn để làm dán nhãn.

Phần điện:

 Sử dụng nguồn điện 220V và nguồn tổ ong 24V và 12V để cấp nguồn cho hệthống

 Sử dụng động cơ giảm tốc cho băng tải, mâm xoay, đóng nắp, dán nhãn

 Sử dụng động cơ bơm để chiết rót

 Sử dụng PLC S7-1200 để điều khiển và giám sát các hoạt động của dây chuyền

 Sử dụng các xy lanh để đóng nắp và giữ chai dán nhãn

 Sử dụng các cảm biến để xác định vị trí chai

 Sử dụng các nút nhấn nhả và nút swich

 Các yếu tố về an toàn, vấn đề môi trường và toàn cầu:

Trong lĩnh vực Tự động hoá, hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp chai và dánnhãn được ra đời nhằm hỗ trợ doanh nghiệp thúc đẩy năng lực sản xuất và nâng caochất lượng sản phẩm Hệ thống dây chuyền là bước tiến mới của hoạt động sản xuấthiện đại, bằng việc áp dụng dây chuyền tự động vào sản xuất sẽ làm giảm được nguồnnhân lực con người và doanh nghiệp sẽ giảm được chi phí Do đó việc thiết kế dâychuyền chiết rót, đóng nắp chai và dán nhãn cũng rất được quan tâm và chú trọng bởinhững lợi ích mà nó đem lại, đồng thời phải đáp ứng được các yêu cầu về tính an toàn,môi trường cộng đồng và các vấn đề toàn cầu

 Con người: hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp chai và dán nhãn giúp công

nhân hạn chế tiếp xúc với hoá chất độc hại, vật nặng, lao động ngược, chất lượngkhông khí kém, nhiệt độ khắc nghiệt và các điều kiện làm việc nguy hiểm khác

Hệ thống dây chuyền làm tăng tính an toàn cho công nhân

 Môi trường: hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp chai và dán nhãn được

thiết kế chế tạo với vật liệu có tính thân thiện với môi trường, đảm bảo khônggây ô nhiễm môi trường

 Các vấn đề toàn cầu: toàn cầu hoá đang diễn ra mạnh mẽ và là một xu thế tất

yếu đối với sự phát triển của thế giới ngày nay Vậy nên, hệ thống dây chuyềnchiết rót, đóng nắp chai và dán nhãn phải có tính cạnh tranh và được cải tiến sovới mặt bằng chung của thế giới Nhưng đầu tiên, hệ thống vẫn phải đảm bảođược các yêu cầu cơ bản mà nhà sản xuất đã đặt ra

Như vậy, hệ thống chiết rót, đóng nắp chai và dán nhãn là một ứng dụng của Tựđộng hoá có ý nghĩa cao trong việc giải quyết các vấn đề của con người, vấn đề môitrường và vấn đề toàn cầu

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM TIA PORTAL.2.1 Tổng quan về PLC

2.1.1 Bộ lập trình PLC

PLC là từ viết tắt của “Programmable logic controller” được dịch sang tiếng việt

là bộ điều khiển logic khả trình PLC cho phép sử dụng linh hoạt các thuật toán điềukhiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình để thực hiện các công việc theo một quytrình Ngôn ngữ lập trình PLC rất phong phú và đa dạng, tuy nhiên phổ biến nhất làLadder, State Logic, C,

PLC được nhiều hãng chế tạo, và mỗi hãng có nhiều họ khác nhau, và có nhiềuphiên bản trong mỗi họ, chúng khác nhau về tính năng và giá thành, phù hợp với bàitoán đơn giản hay phức tạp Ngoài ra còn có các bộ ghép mở rộng cho phép ghépnhiều bộ PLC nhỏ để thực hiện các chức năng phức tạp, hay giao tiếp với máy tính tạo

thành một mạng tích hợp, việc thực hiện theo dõi, kiểm tra, điều khiển một quá trìnhcông nghệ phức tạp hay toàn bộ một phân xưởng sản xuất.[8]

2.1.2 Lịch sử phát triển của PLC

Trước khi có PLC thì việc điều khiển các cơ cấu máy móc thực hiện theo logicthì chỉ có thể sử dụng các Role trung gian, Timer, Counter…và cùng với đó, hệ thốngcàng phức tạp, càng nhiều quy trình thì có càng nhiều khí cụ điện như trên được dùng.Việc đó gây ra nhiều vấn đề trong quá trình lắp đặt, sử dụng và bảo trì, vì thế PLCđược phát minh là bước tiến lớn trong hoạt động sản xuất thời bấy giờ

Năm 1968, Bộ điều khiển lập trình đầu tiên (Programmable Logic Controller)hay còn có tên gọi là Modicon đã được Dick Morley và những kỹ sư của Công tyGeneral Motor – Hoa Kỳ sáng chế.[8]

Hình 2.1 Bộ PLC đầu tiên của Mỹ

Tuy nhiên vì là bộ vi điều khiển với thế hệ đầu tiên cùng với những hạn chế vềcông nghệ những năm 70, bộ điều khiển lập trình còn khá đơn điệu và đặc biệt cồngkềnh, do đó khiến người vận hành và các kỹ sư gặp khó khăn trong việc vận chuyển,lắp đặt, vận hành và lập trình trên bộ điều khiển lập trình Vì vậy các nhà thiết kế - chếtạo từng bước một cải tiến hệ thống trở gọn nhẹ, dễ vận hành cũng như ưu việt hơn vềnhiều mặt

Tiếp theo đó, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (Programmable ControllerHandle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969 nhằm đơn giản hóa việc lập trình Sự pháttriển này này đã tạo ra sự thuận lợi và phát triển thật sự cho kỹ thuật lập trình điềukhiển thời bấy giờ

Hình 2.2 Bộ PLC năm 1969.

Từ đầu năm 1970, sự phát triển của hệ thống phần cứng đã làm cho hệ thốngPLC phát triển mạnh mẽ hơn với nhiều các chức năng mở rộng:

 Số lượng Input và Output nhiều hơn và có khả năng điều khiển các đầu vào, đầu

ra từ xa bằng kỹ thuật truyền thông

 Bộ lưu trữ dữ liệu không còn hạn chế và được nhiều hơn

 Nhiều loại Module chuyên dụng hơn với từng yêu cầu kĩ thuật khác nhau

Cùng với sự phát triển của phần cứng, sự phát triển của công nghệ phần mềmcũng được đẩy lên một bậc mới, bộ lập trình điều khiển PLC không chỉ thực hiện cáclệnh Logic đơn giản mà còn có thêm các lệnh đếm sự kiện xảy ra, xử lý toán học, xử lýxung, thời gian thực…và dần trở thành một thiết bị không thể thiếu trong công nghiệp

tự động

Hình 2.3 Bộ Module PLC năm 1970

Ngày nay, khi mà khoa học công nghệ của loài người đã phát triển,vi mạch điện

tử và công nghệ thông tin phát triển vượt bậc, PLC không chỉ ngày càng nhỏ gọn từnhững cỗ máy cồng kềnh và khó vận hành, cùng với đó chức năng cũng được bổ sungkhá nhiều So sánh với những PLC đời đầu được sáng chế và phát minh những năm

1970, PLC thời nay đã có thêm các chức năng nâng cao hơn như truyền thông, PID,kết nối Internet, điều khiển Servo, động cơ Step, và đặc biệt có thể điều khiển và giámsát thông qua Webserver, cùng nhiều chức năng khác

Hình 2.4 Các loại PLC phổ biến hiện nay.

2.1.3 Sự khác biệt của PLC

Có một vài tính năng chính khiến PLC khác biệt so với máy tính công nghiệp, viđiều khiển và các giải pháp điều khiển công nghiệp khác như:

+ I/O: CPU lưu trữ và xử lý dữ liệu chương trình, còn các module đầu vào và đầu

ra kết nối PLC với phần còn lại của máy; các module I/O này cung cấp thông tin choCPU và kích hoạt các tiến trình cụ thể đã được lập trình trước đó I/O có thể là tương

tự hoặc số; thiết bị đầu vào có thể bao gồm cảm biến, công tắc và đồng hồ đo, trongkhi đầu ra có thể bao gồm rơle, đèn, van và động cơ

+ Truyền thông: ngoài các thiết bị đầu vào và đầu ra, PLC cũng có thể cần kếtnối với các loại hệ thống khác; ví dụ, người dùng có thể muốn xuất dữ liệu ứng dụngđược ghi lại bởi PLC sang hệ thống điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA),được theo dõi bởi nhiều thiết bị PLC cung cấp một loạt các cổng và giao thức truyềnthông để đảm bảo rằng PLC có thể giao tiếp với các hệ thống khác này

+ HMI: Để tương tác với PLC trong thời gian thực, người dùng cần có HMI hoặcGiao diện người máy Các giao diện vận hành này có thể là màn hình đơn giản, vớimàn hình đọc văn bản và bàn phím hoặc bảng điều khiển màn hình cảm ứng lớn tương

tự như thiết bị điện tử tiêu dùng,…

Có một số dòng sản phẩm PLC đơn giản hỗ trợ lập trình trực tiếp ngay trên thiết

bị (và máy tính) Tuy nhiên, đa phần các loại PLC còn lại thì đều hỗ trợ lập trình trên

máy tính và thường được kết nối thông qua cổng USB Mini, RS232/422/485,Ethernet,

2.1.5 Ưu nhược điểm của PLC

Ưu điểm

 PLC dễ dàng tạo luồng ra và 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 đổimột cách dễ dàng Có thể thực hiện và giải quyết tại chỗ những vấn đề liên quanđến sản xuất, các trạng thái thực hiện có thể nhận biết dễ dàng Được trang bị cáccông cụ phần mềm để tìm ra lỗi cả phần cứng và phần mềm, từ đó sửa chữa thaythế hay theo dõi được cả phần cứng và phần mềm 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 bộ điều khiển bằng rơle

 Phần mềm lập trình PLC dễ sử dụng: phần mềm dễ sử dụng được hiểu là khôngcần những người có kiến thức sử dụng quá chuyên nghiệp như sử dụng hệ thốngrơle tiếp điểm và không tiếp điểm

 Việc tạo ra PLC không những dễ cho việc chuyển đổi các tác động bên ngoàithành các tác động bên trong (tức chương trình), mà chương trình tác động nốitiếp bên trong còn trở thành một phần mềm có dạng tương ứng song song với cáctác động bên ngoài Việc chuyển đổi ngược lại này là sự khác biệt lớn so với máytính

2.1.7 Các đầu vào đầu ra

I/O: Digital, Analog, High Speed, nhiệt độ và trọng lượng là các I/O phổ cậpnhất Các tín hiệu từ bộ cảm biến, nút nhấn, công tắc, được nối vào các module đầuvào của PLC, các cơ cấu chấp hành được nối với các module đầu ra của PLC Đa số

các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiệu xử lý là 12/24VDC hoặc100/240VAC Và thường trên PLC sẽ được trang bị các đèn LED để báo hiệu trạngthái hoạt động của các I/O.

2.1.8 Ứng dụng của PLC

Bộ lập trình PLC được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành, nhiều lĩnh vực,nhiều loại máy móc như: máy in, máy đóng gói, máy đánh sợi, máy chế biến thựcphẩm, máy cắt tốc độ cao, hệ thống phân bổ giám sát trong dây chuyền sản xuất, bơm,

xử lý nước thải, giám sát năng lượng, hệ thống điện, dây chuyền đóng gói,…

Hình 2.5 Ứng dụng của PLC

Dùng trong công nghệ điều khiển cánh tay Robot: ví dụ như gắp phôi từ băng tải

bỏ qua bàn gia công của máy CNC, hay điều khiển Robot đưa vật liệu vào băng tải,hoặc thực hiện các việc đóng hộp, dán tem nhãn…

Ngoài ra, người ta còn sử dụng PLC trong các ứng dụng giám sát các quá trìnhtrong các nhà máy mạ, các dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử trong các nhà máy, dâychuyền kiểm tra chất lượng sản phẩm… bằng các công tắc hành trình hoặc các cảmbiến

2.2 Giới thiệu về PLC S7-1200

Hình 2.6 PLC S7-1200

PLC S7 – 1200 với nhiều CPU khác nhau được ra mắt vào năm 2009, mục đíchnhằm thay thế dần cho PLC S7–200 với nhiều tính năng nổi trổi hơn

S7 – 1200 có thể kiểm soát nhiều ứng dụng, thiết kế gọn, chi phí thấp, có tập lệnhmạnh, giúp người lập trình có giải pháp hoàn thiện với nhiều ứng dụng tùy thuộc vàomôi trường làm việc.

CPU của PLC S7 - 1200 được kết hợp với một Microprocessor, một nguồn cungcấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO), được thiết kế theo nền tảng Profinet,điều khiển vị trí (motion control), các bộ đến xung tốc độ cao, các ngõ AnalogInput/Output

Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chươngtrình điều khiển:

 Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC

 Tính năng “Know-How Protection” để bảo vệ các block đặc biệt

 S7-1200 cung cấp một cổng truyền thông mạng Profinet, hỗ trợ chuẩn Ethernet

và TCP/IP Ngoài ra, PLC S7 - 1200 có thể truyền thông Profibus, GPRS,RS485, RS232 thông qua các module mở rộng ngoài

Dòng sản phẩm PLC S7-1200 có nhiều CPU khác nhau như: CPU 1211, CPU

1212, CPU 1214, CPU 1215, CPU 1217…trong mỗi dòng CPU đều được phân biệtbởi ký hiệu như AC/DC/RLY, DC/DC/DC, AC/DC/DC…tương ứng với nguồn nuôicho CPU, dạng cổng Input, dạng Ouput Mỗi CPU có bộ nhớ làm việc, chu kỳ lệnh,cổng truyền thông giao tiếp, khối tổ chức chương trình OB, chức năng khác nhau…Tùy vào ứng dụng và hệ thống mà ta sẽ lựa chọn dòng CPU phù hợp để đáp ứng về tốc

độ xử lý, cũng như về giá thành của CPU

5 - Nơi gắn dây nối.

Phân loại CPU S7-1200

Bảng 2.1 Bảng phân loại CPU S7-1200Chức năng CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214CKích thước (mm) 90 x 100 x 75 90 x 100 x 75 110 x 100 x 75

Bộ nhớ bit (M) 4096 Byte 4096 Byte 8192 Byte

Board module mở rộng None 2 8

Board module truyền

Chức năng CPU 1215C CPU 1217C

Bộ đếm xung tốc độ cao 3 bộ đếm tối đa 100 kHz, 3 bộ đếm tối đa 30 kHz

 Bộ xử lý : là bộ xử lý trung tâm (CPU), chứa bộ vi xử lý, biên dịch các tín hiệunhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu trong bộnhớ của PLC Truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các thiết

bị xuất

Hình 2.8 Cấu trúc phần mềm PLC S7-1200

 Bộ nguồn : chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC (24V) cần thiết cho bộ xử

lý và các mạch điện trong các module giao tiếp nhập và xuất hoạt động

 Bộ nhớ : là nơi lưu trữ chương trình được sử dụng cho các hoạt động điều khiểndưới sự kiểm soát của bộ vi xử lý

 Các thành phần nhập và xuất (INPUT/OUTPUT) : là nơi bộ nhớ nhận thông tin

từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị điều khiển Tín hiệunhập có thể từ các công tắc, các bộ cảm biến,… Các thiết bị xuất có thể là cáccuộn dây của bộ khởi động động cơ, các van solenoid…

2.2.3 Module mở rộng của PLC S7-1200

Bảng 2.2 Module mở rộng của PLC S7-1200Module Input Output Cả Input/Output

Module tín hiệu (SM –

Signal Module)

Kiểu Digital

8 x DC In

8 x DC Out

8 x Rly Out

8 x DC In / 8 x DC Out

8 x DC In / 8 x Rly Out

16 x DCIn

16 x DC Out

16 x Rly Out

16 x DC In / 16 x

DC Out

16 x DC In / 16 x Rly Out

Kiểu Analog

None None 2 x DC In / 2 x DC

OutKiểu

Analog

None 1 x AI None

Module truyền thông (CM)

RS485: PTP (Point to Point Comunication Module)

RS232: PTP (Point to Point Comunication Module)

LAD (Ladder): là một ngôn ngữ lập trình dựa theo sơ đồ mạch điện, cực kì đơngiản, dễ hiểu và dễ chỉnh sửa

LAD là ngôn ngữ phổ biến được các kỹ sư sử dụng, mà ở đó các phần tử của một

sơ đồ mạch điện gồm các cuộn dây, các tiếp điểm thường đóng hay thường mở, đượcnối với nhau tạo thành bậc thang