Đồ án tốt nghiệp nâng cấp hệ thống giám sát chất lượng cho khu bao gói nhà máy massan hải dương

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Nâng cấp hệ thống giám sát chất lượng chokhu bao gói nhà máy Massan Hải Dương.

VÕ VĂN NAM

Ngành Cử nhân Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và tự động hóaChuyên ngành Tự động hóa công nghiệp

Chữ kí của GVHD

Trang 2

ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

gói nhà máy Masan Hải Dương.

Giáo viên hướng dẫn

Kí và ghi rõ họ tên

Trang 3

Lời cảm ơn

Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến, sự chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, các bạn Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến TS Đào Qúy Thịnh , giảng viên Bộ môn Tự động hóa công nghiệp- trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, người trực tiếp hướng dẫn đồ án, tận tình giải đáp các thắc mắc quá trình làm đồ án để em nhận được đầy đủ thông tin, hướng đi cho đồ án của mình.

Em cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong trường Đại học Bách Khoa Hà Nội nói chung, thầy cô trong Bộ môn Tự động hóa nói riêng đã dạy em những kiến thức đại cương cũng như chuyên ngành, luôn tạo điều kiện cho sinh viên học hỏi, để có một nền tảng, giúp sinh viên có thể hoàn thành đồ án cũng như phục vụ cho công việc sau này.

Cuối cùng, em xin được cảm ơn gia đình, bạn bè, các anh chị, đã luôn ủng hộ, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập, giúp em tiếp tục với sự nghiệp học tập.

Em xin chân thành cảm ơn!

Tóm tắt nội dung đồ án

Trong giai đoạn hiện nay, với sự phát triển công nghiệp ngày càng hiện đại với các tiêu chuẩn tự động hóa ngày càng cao , đòi hỏi doanh nghiệp đầu tư nhiều vào hệ thống điều khiển và giám sát để gia tăng hiệu quả , thu nhập dữ liệu và hạn chế rủi ro Để nâng cao hiểu biết về công nghệ giám sát, thu nhập dữ liệu trong công nghiệp và thuận lợi cho công việc sau này, em đã chọn đề tài “Nâng cấp hệ thống giám sát chất lượng cho khu bao gói nhà máy Massan Hải Dương” làm đồ án tốt nghiệp của mình.

Sau khi đồ án hoàn thành, em đã biết thêm được nhiều kiến thức mới về hệ thống giám sát, cách thu thập dữ liệu sản xuất của nhà máy, biết sử dụng các công cụ, phần mềm lập trình, thiết kế, phục vụ cho công việc, hướng đi sau này Bởi vì một số điều kiện chưa cho phép nên hiện tại, đồ án của em vẫn chỉ đang dừng lại ở mức mô phỏng với các kết quả được đánh giá tốt Hi vọng trong thời gian tới, em có thể hoàn thiện hơn đồ án, và mong rằng, các thầy cô và nhà trường sẽ tạo điều kiện cho sinh viên chúng em được thực hiện trên các mô hình sát với thực tế hơn nữa.

Tuy nhiên, hiện nay kiến thức cũng như kinh nghiệm còn hạn chế, nên trong quá trình hoàn thiện đồ án sẽ không tránh khỏi những sai sót nhất định Nên mong

Trang 4

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH……… 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Giới thiệu về công ty Masan Hải Dương 1

1.3 Giới thiệu mô hình hệ thống 2

1.3.1 Mô hình tổng quan hệ thống 2

1.3.2 Mô hình chi tiết từng máy 3

1.4 Yêu cầu ghi nhận thông số bao gói hệ thống từ nhà máy Masan Hải Dương 6

CHƯƠNG 2 CÁC PHẦN MỀM SỬ DỤNG VÀ KÊT NỐI……… 9

2.1 Phân tích lựa chọn phương án 9

2.2 Phần cứng và biến vào ra của hệ thống 9

2.2.1 Giới thiệu thiết bị điều khiển lập trình PLC 9

2.2.2 Liệt kê các biến vào ra 11

2.2.3 Bộ điều khiển S7-1200 CPU 1214C-6ES7214-1AG40-0XB0 18

2.2.4 Modules mở rộng tín hiệu vào/ra 19

3.1 Yêu cầu đặt ra 33

3.2 Thuật toán điều khiển chương trình đếm sản phẩm 33

3.3 Tổng quan phần mềm giám sát bao gói 34

3.4 Giao diện chương trình form Đăng nhập 35

3.5 Giao diện form “Cài Đặt Chung” 36

3.6 Giao diện form “Thay Đổi Mật Khẩu” 36

3.7 Giao diện form “Cài Đặt Ca Sản Xuất” 37

Trang 5

3.8 Giao diện form “Nhập Sản Lượng” 38

3.9 Giao diện form “Cài Đặt Thông Số Hệ Thống” 39

3.10 Giao diện Form “Giám Sát” 41

3.11 Giao diện form “Báo Cáo” 42

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN……… 46

4.1 Kết luận 46

4.2 Hướng phát triển đề tài 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 47

PHỤ LỤC……… 48

Trang 6

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Bảng các thông số, chỉ số yêu cầu ghi nhận từ nhà máy 7

Bảng 2.1 Danh sách địa chỉ đầu vào cảm biến 1của PLC 1 11

Bảng 2.2 Danh sách địa chỉ đầu vào cảm biến 2 của PLC 1 12

Bảng 2.3 Danh sách các biến đầu vào cảm biến tiệm cận của PLC 1 13

Bảng 2.4 Danh sách các biến đầu ra PLC 1 14

Bảng 2.7 Danh sách các biến đầu vào cảm biến tiệm cận của PLC 2 17

Bảng 2.8 Danh sách các biến đầu ra PLC 2 18

Trang 7

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mô hình tổng quan hệ thống 2

Hình 1.2 Mô hình chi tiết của mỗi máy 3

Hình 1.3 Băng tải vận chuyển sản phẩm 3

Hình 2.6 Cấu hình các thiết bị phần cứng trong Tia portal V15 21

Hình 2.7 Giao diện lập trình trên Tia portal V15 21

Hình 2.8 Giao diện lập trình trên Visual studio 2019 22

Hình 2.9 Phần mềm Crystal report 2019 23

Hình 2.10 Giao diện phần mềm Microsoft SQL Server Management Studio 18 23

Hình 2.11 Giao diện làm việc của Eplan Electric P8 2.7 24

Hình 2.12 Sơ đồ mạch cấp nguồn 25

Hình 2.13 Sơ đồ cấp nguồn cho thiết bi và module mở rộng của PLC 1 25

Hình 2.14 Sơ đồ đầu vào PLC 1 26

Hình 2.15 Sơ đồ kêt nối giữa PLC và máy tính 26

Hình 2.16 Sơ đồ đầu vào SM1223 của PLC1 27

Hình 2.17 Sơ đồ đầu vào SM1221 (1) của PLC 1 27

Hình 2.18 Sơ đồ đầu vào SM1221 (2) của PLC 28

Hình 2.19 Đầu ra PLC 1 28

Hình 2.20 Sơ đồ đầu ra module SM1223 của PLC 1 29

Trang 8

Hình 2.26 Sơ đồ đầu ra của PLC 2 32

Hình 2.27 Sơ đồ đầu ra của module SM1223 của PLC 2 32

Hình 3.1 Lưu đồ thuật toán đếm sản phẩm 33

Hình 3.2 Tổng quan quyền đăng nhập 34

Hình 3.3 Giao diện form đăng nhập 35

Hình 3.4 Giao diện form cài đặt chung 36

Hình 3.5 Giao diện form thay đổi mật khẩu 36

Hình 3.6 Giao diện form cài đặt ca sản xuất 37

Hình 3.7 Giao diện form nhập sản lượng 38

Hình 3.8 Giao diện form cài đặt thông số hệ thống 39

Hình 3.9 Hiển thị tham số đã cài đặt trước đó 40

Hình 3.10 Giao diện form giám sát 41

Hình 3.11 Giao diện chính form báo cáo 42

Hình 3.12 Tổng quan báo cáo 43

Hình 3.13 Báo cáo theo quy mô nhà máy 43

Hình 3.14 Báo cáo theo thời gian 44

Hình 3.15 Mẫu báo cáo được hiển thị 45

Trang 10

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH

Trong những năm gần đây, với sự phát triển kinh tế xã hội của Việt Nam, kèm theo đó những nhà máy doanh nghiệp đang mọc lên ngày càng nhiều, nên nhu cầu thu thập dữ liệu, kiểm tra, giám sát trong quá trình sản xuất để quản lí doanh thu doanh nghiệp là yêu cầu cần thiết của mỗi doanh nghiệp.

Với sự ra đời của Internet of Things, ngành công nghiệp bắt đầu thu thập dữ liệu dựa trên cảm biến để giải quyết những thách thức lớn nhất của nó, chủ yếu trong số đó là thời gian ngừng hoạt động và thời gian trì hoãn bảo trì.

Thông qua các thiết bị thu thập dữ liệu (cảm biến, đồng hồ, bộ đếm ), phần mềm giám sát máy sản xuất lưu trữ thông tin phục vụ cho việc phân tích, chẩn đoán, từ đó nhà máy đánh giá hiệu quả vận hành thiết bị, máy móc sản xuất trong toàn nhà máy.

Nhiều nhà máy lựa chọn một hệ thống không chỉ thu thập dữ liệu liên tục mà còn cho phép truyền dữ liệu ở khoảng cách xa Truyền dữ liệu và đưa ra cảnh báo đến các thiết bị cảnh báo như đèn còi, màn hình PC, điện thoại để tìm cách xử lý vấn đề trước khi máy dừng sản xuất Điều này có thể được thực hiện thông qua Ethernet, Wi-Fi, FTP, modem di động, v.v Lưu trữ dựa trên đám mây là một tùy chọn khả thi khác.

Hệ thống phần mềm giám sát máy từ xa cũng được sử dụng để cảnh báo lập tức qua tin nhắn văn bản SMS trong trường hợp vi phạm giới hạn, ví dụ, nhiệt độ bể cao hoặc động cơ quá nóng Trong trường hợp nguy cấp, cần có bước xử lý ngay tại hiện trường, nhà máy cân nhắc giải pháp kết nối phần mềm giám sát máy với hệ thống điều khiển, chẳng hạn PLC để kiểm soát hoạt động sản xuất.

Tóm lại, phần mềm giám sát máy từ xa có các tính năng ứng dụng là: thu thập, lưu trữ dữ liệu tự động theo các khoảng thời gian định sẵn thông qua bộ lập lịch, báo động tức thời qua đèn chuông, email, tin nhắn SMS về tất cả dữ liệu đo lường và thông tin trạng thái máy Vì mỗi phút đều có giá trị, nhà máy cần đảm bảo rằng người ta ngay lập tức nhận thức được thời gian sản xuất quá trình bị đe dọa Về lâu dài, việc thống kê số lần tình trạng lỗi hỏng thiết bị giúp nhà máy đánh giá hiệu suất sử dụng thiết bị tổng thể để có phương án thay thế hoặc sửa chữa.

Masan Hải Dương là một thành viên của Masan Group, được thành lập và đi vào sản xuất năm 2009 Công ty có trụ sở tại Lô 22, KCN Đại An, TP Hải Dương Tại nhà máy Masan Hải dương, nhà máy sản xuất những thương hiệu hàng đầu trong lĩnh vực hàng tiêu dùng như Mì tôm Omachi, Mì tôm Kokomi, Sagami, Cháo Kokomi Những thương hiệu này gắn bó mật thiết với cuộc sống và thói quen tiêu dùng của Người Việt Nam.

Masan HD thuộc Masan consumer, với cơ cấu 9 công ty có trụ sở tại rất nhiều tỉnh thành trên khắp Việt nam Tất cả nhằm đáp ứng nhanh và hiệu quả hơn cho

Trang 11

người tiêu dùng bằng các hoạt động nghiên cứu và phát triển sản phẩm , sản xuất, tiếp thị, bán hàng.

Những giải thưởng Masan đã được các tổ chức, cơ quan nổi tiếng, uy tín trao tặng như “Top 50 thương hiệu giá trị nhất Việt Nam”, “Thương hiệu vàng thực phẩm Việt Nam”, “Hàng Việt Nam chất lượng cao”, “Thương hiệu An toàn vệ sinh thực phẩm”…

Các sản phẩm của Masan có mặt trên toàn quốc, với hàng trăm đơn vị phân phối Ngoài ra, công ty còn xuất khẩu sản phẩm qua Mỹ, Trung Quốc, Canada, Pháp, Cộng hòa Séc, Nga, Ba Lan, Đức, các nước châu Á…

Cơ sở vật chất, hệ thống dây chuyền sản xuất, các máy móc, thiết bị của Masan được hiện đại hóa, cải tiến liên tục nhằm đáp ứng tối đa nhu cầu sản xuất, giảm thiểu các sản phẩm lỗi, rủi ro trong quá trình sản xuất…

Đội ngũ công, nhân viên được tạo cơ hội học hỏi, nâng cao kiến thức, kinh nghiệm, môi trường làm việc thân thiện giúp họ thoải mái sáng tạo, phát triển bản thân và tạo ra nhiều sản phẩm mới tốt cho Masan như: Thiết bị báo cháy, thiết bị báo trộm, hệ thống bãi đỗ xe thông minh,…

Khu vực giám sát bao gói của nhà máy Masan Hải Dương có tổng cổng 8 dây chuyền (32 máy), được chia thành 2 khu vực, mỗi khu vực gồm 4 dây chuyền, mỗi dây chuyền sẽ có 4 máy có cấu tạo, nguyên lí hoạt động giống nhau để quản lí số lượng sản phẩm được sản xuất.

Trang 12

1.3.2Mô hình chi tiết từng máy.

Mỗi máy trong dây chuyền sản xuất đều có 2 cảm biến, 1 quạt, 1 xi lanh, 1 băng tải được sắp xếp như hinh vẽ Cảm biến bên trái được gọi là cảm biến 1, cảm biến bên phải được gọi là cảm biến 2.

Sản phẩm được sản xuất ra sẽ cho chạy qua băng tải để đóng gói Quạt và xi lanh là những thiết bị dùng để gạt bỏ sản phẩm lỗi trước khi đưa sản phẩm hoàn thiện ra thị trường.

1.3.2.1 Băng tải

Băng tải là thiết bị chuyển tải có tính kinh tế cao và được ứng dụng trong vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệu với mọi khoảng cách Băng tải giúp tiết kiệm thời gian, chi phí, sức lao động, giúp đạt hiệu quả cao trong quá trình sản xuất.

Băng tải được ứng dụng để vận chuyển hàng hóa, bao bì từ vị trí sản xuất đến lúc đóng thành thùng sản phẩm để xuất ra thị trường.

1.3.2.2 Hệ thống cảm biến.

Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái hay quá trình vật lý, hóa học hay sinh học của môi trường cần khảo sát, và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin về trạng thái hay quá trình đó Ở trong hệ thống, cảm biến là thiết bị dùng để phát hiện sản phẩm.

Hình 1.2 Mô hình chi tiết của mỗi máy

Hình 1.3 Băng tải vận chuyển sản phẩm

Trang 13

Mỗi máy trong dây chuyền sẽ có 2 sensor Sensor 1 dùng để xác định tổng số lượng bao bì (tổng sản phẩm), sensor 2 dùng để xác định chất lượng sản phẩm Khi sản phẩm là tốt, sensor 2 sẽ có tín hiệu khoảng 0,2 ms Khi sản phẩm bị dính vào nhau, sensor 2 sẽ có tín hiệu lên khoảng 0.5ms Các tham số để xác định chất lượng sản phẩm gói sẽ được kĩ thuật điện của nhà máy thao tác.

Ngoài ra, trong hệ thống còn có cảm biến hành trình để điều khiển chuyển động của xilanh, giúp xác định vị trí hiện tại của xi lanh để dễ dàng điều khiển.

Cảm biến hành trình được gắn trực tiếp lên thân xi lanh để điều khiển hoạt

Hình 1.4 Cảm biến quang

Hình 1.5 Cảm biến hành trình

Trang 14

1.3.2.3 Xi lanh

Xi lanh khí nén là một thiết bị trong hệ thống khí nén Nó đóng vai trò chấp hành quan trọng khi chuyển hóa nguồn năng lượng của khí nén thành động năng để thực hiện tác động lực đóng, mở, kéo, đẩy, ép…tùy vào công việc thực tế.

Tùy vào độ rộng của băng tải, ta sẽ chọn được những xi lanh có hành trình phù hợp.

1.3.2.4 Solenoid Valve

Solenoid valve là van điện từ gọi chung của van Van hoạt động chủ yêu dựa vào cuộn hút điện từ (cuộn coil van điện từ) Chúng kích hoạt và điều khiển chiếc van hoạt động Van điện từ khi nén có cơ chế đóng mở nhanh, độ bền cao, hoạt động ổn định.

Khi cuộn coil điện từ được cấp điện, từ trường được tạo ra và tác động trực tiếp lên piston của thân van làm cho piston di chuyển, tùy thuộc vào thiết kế của van thì piston sẽ đóng hoặc mở và khi ngưng cấp điện vào cuộn hút điện từ thì piston sẽ trở về trạng thái ban đầu.

Hình 1.6 Xi lanh khí nén

Hình 1.7 Van điện từ

Trang 15

1.3.2.5 Quạt

Thiết bị dùng để gạt bỏ những sản phẩm chỉ có bao bì mà không chứa phôi ở trong giúp đảm bảo chấp lượng sản lượng của nhà máy.

Bao bì có khối lượng không đáng kể nên chỉ cần dùng quạt có công suất nhỏ là có thể giải quyết được vấn đề sản phẩm là gói rỗng.

Trong quá trình sản xuất hàng ngày, nhà máy có thể sản xuất được một lượng rất lớn những sản phẩm Vì thế nhà máy có nhu cầu muốn kiểm soát được số lượng sản phẩm tốt, sản phẩm hỏng, cũng như các chỉ số để đánh giá cách thức hoạt động của nhà máy.

Vì những tiêu chí ở trên, nhà máy đã quyết định yêu cầu thiết kế một phần mềm có thể giải quyết được các vấn đề, yếu tố ở trên đối với những sản phẩm là mì gói (Mì Omachi, Mì Tiến Vua,…) Đó là những thông tin gói tốt, gói lỗi, gói rỗng, và các chỉ số sản xuất trong công nghiệp,…

Ngoài ra, phần mềm có thể thu thập được dữ liệu theo ngày, theo từng khoảng thời gian hoặc có thể theo ca Báo cáo được in ra có được đầy đủ thông tin yêu cầu và chi tiết để thuận lợi cho việc đánh giá.

Các yêu cầu của nhà máy được thể hiện trong bảng dưới đây:

Hình 1.8 Quạt

Trang 16

Bảng 1.1 Bảng các thông số, chỉ số yêu cầu ghi nhận từ nhà máy 5 Tổng thời gian dừng máy (phút) T1

6 Tổng thời gian dừng máy lớn

9 Tốc độ máy chạy (gói / phút) V 10 Tổng thời gian có để chạy máy

Trang 17

Có những chỉ số ở trong bảng được lấy ra từ những công thức đã có sẵn hoặc được xác định từ một vị trí nào đó trong mô hình dây chuyền.Tiến hành xác định các chỉ số bằng các lấy tín hiệu từ cảm biến là cách tốt để giúp xác định một cách chính xác các chỉ số đó Các chỉ số sẽ lần lượt được xác định như sau:

 Tổng số gói sản xuất: sensor 1, số lần sensor 1 có tín hiệu chính là tổng số sản phẩm sản xuất được.

 Tổng số gói tốt: sensor 2, số lần sensor 2 có tín hiệu trong khoảng thời gian 1 gói sản phẩm chạy qua (mặc định khoảng 0,2ms).

 Tổng số gói bị cấn gia vị: sensor 2, số lần sensor 2 có tín hiệu trong khoảng thời gian 2 gói sản phẩm chạy qua (mặc định khoảng 0.5ms).

 Tổng thời gian dừng máy: sensor 2, Tổng thời gian mà sản phẩm không chạy qua sensor 2 quá 5 giây.

 Tổng thời gian dừng máy lớn hơn 5 phút: sensor 2, tổng thời gian mà sản phẩm không chạy qua sensor 2 quá 5 phút.

 Số lần dừng máy: sensor 2, số lần sản phẩm không chạy qua sensor 2 quá 5 giây.

 Số lần dừng máy lớn hơn 5 phút: sensor 2, số lần sản phẩm không chạy qua sensor 2 quá 5 phút.

 Tốc độ máy chạy: sensor 1, tổng số sản phẩm chạy qua sensor 1 trong khoảng thời gian 1 phút.

 Tổng thời gian có thể chạy máy: số lượng thời gian trong một ca (mặc định 480 phút).

 Các chỉ số sẵn sàng, chỉ số ổn định, chỉ số chất lượng, hiệu suất là những chỉ số được thể hiện bởi các công thức thông qua các số liệu được nêu ở bảng như: tổng số sản phẩm sản xuất, tổng số sản phẩm tốt, tổng số sản phẩm rỗng,… Với các chỉ số ở trên, yêu cầu đặt ra phải thiết kế được phần mềm có thể giám sát trực tiếp tại từng thời điểm các thông số như: tốc độ máy, tổng số gói sản xuất, tổng số gói tốt, tổng số gói cấn gia vị, tổng số gói rỗng, hiệu suất chạy máy,… và có thể lấy báo cáo của từng sản phẩm, từng giây chuyền, từng máy theo từng khoảng thời gian để đánhgiá chất lượng sản xuất của từng máy nói riêng và của cả nhà máy nói chung.

Trang 18

CHƯƠNG 2 CÁC PHẦN MỀM SỬ DỤNG VÀ KÊT NỐI

Dựa vào yêu cầu của nhà máy ở Bảng 1.1, ta lựa chọn phương án giải quyết vấn đề

như sau:

- Ngôn ngữ C#, phần mềm Visual Studio 2019.

- Cơ sở dữ liệu, phần mềm Microsoft SQL Server Management Studio 18 - Làm báo cáo, Crystal Report 2019.

- Bộ điều khiển PLC S7 1200, phần mềm Tia Portal V15 - Vẽ sơ đồ mạch điện, phần mềm Eplan.

- Các thiết bị khác trong công nghiệp như cảm biến, xi lanh,…

Thiết bị điều khiển logic khả trình (Programmable Logic Control) viết tắt là PLC, là loại thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình thay cho việc phải thể hiện thuật toán đó.

Bộ điều khiển PLC S7-1200, được sử dụng với sự linh động và khả năng mở rộng phù hợp đối với hệ thống tự động hóa nhỏ và vừa tương ứng với người dung cần.

Thiết kế nhỏ gọn, cấu hình linh động, hỗ trợ mạnh mẽ về tập lệnh đã làm cho PLC S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo trong việc điều khiển, chọn lựa phù hợp đối với nhiều ứng dụng khác nhau.

Hình 2.1 Tổng quan thiết bị

Trang 19

Để thực hiện được một chương trình điều khiển, PLC phải có tính năng như một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và các cổng vào/ra để giao tiếp được với đối tượng điều khiển và để trao đổi thông tin với môi trường xung quanh Bên cạnh đó nhằm phục vụ bài toán điều khiển số PLC còn phải có thêm các khối chức năng đặc biệt như: Bộ đếm (Counter) bộ thời gian (Timer) và những khối hàng chuyên dụng.

Cấu trúc của một PLC gồm 06 thành phần cơ bản: mô đun nguồn, mô đun vào, mô đun xử lý tín hiệu, mô đun nhớ, mô đun ra, thiết bị lập trình.

Ưu điểm của PLC:

 Logic của quá trình điều khiển được thực hiện bằng chương trình chứ không phải bằng dây nối.

 Độ bền dẻo cao.

 Nhờ có những Module đã được thiết kế chuẩn hóa mà người dùng có khả năng giải quyết gần hết các quá trình có trong điều khiển tự động một cách đơn giản và thuận tiện độ xử lý của PLC khá cao.

 Tiêu tốn ít năng lượng.

 Việc lập trình tương đối đơn giản nhờ sự trợ giúp của hệ lập trình PG (Programer) và các khối chức năng cứng như trên máy PG.

 Dễ dàng thiết lập trao đổi thông tin với PLC khác và máy tính PC thông qua mạng LAN.

Hình 2.2 Thành phần cơ bản của một PLC

Trang 20

2.2.2Liệt kê các biến vào ra.

2.2.2.1 Các biến vào ra của PLC 1

- Các biến đầu vào

 Địa chỉ đầu vào cảm biến 1

Bảng 2.1 Danh sách địa chỉ đầu vào cảm biến 1của PLC 1

Stt Tên biến Địa chỉ Chú thích

1 SS_L1_M1_1 I0.0 Cảm biến 1 line 1 máy 1 2 SS_L1_M2_1 I0.1 Cảm biến 1 line 1 máy 2 3 SS_L1_M3_1 I0.2 Cảm biến 1 line 1 máy 3 4 SS_L1_M4_1 I0.3 Cảm biến 1 line 1 máy 4 5 SS_L2_M1_1 I0.4 Cảm biến 1 line 2 máy 1 6 SS_L2_M2_1 I0.5 Cảm biến 1 line 2 máy 2 7 SS_L2_M3_1 I0.6 Cảm biến 1 line 2 máy 3 8 SS_L2_M4_1 I0.7 Cảm biến 1 line 2 máy 4 9 SS_L3_M1_1 I1.0 Cảm biến 1 line 3 máy 1 10 SS_L3_M2_1 I1.1 Cảm biến 1 line 3 máy 2 11 SS_L3_M3_1 I1.2 Cảm biến 1 line 3 máy 3 12 SS_L3_M4_1 I1.3 Cảm biến 1 line 3 máy 4 13 SS_L4_M1_1 I1.4 Cảm biến 1 line 4 máy 1 14 SS_L4_M2_1 I1.5 Cảm biến 1 line 4 máy 2 15 SS_L4_M3_1 I6.0 Cảm biến 1 line 4 máy 3 16 SS_L4_M4_1 I6.1 Cảm biến 1 line 4 máy 4

Tín hiệu cảm biến đếm số lượng sản phẩm được lắp đặt vào từng máy để xác định tổng số lượng gói (bao bì) chạy qua Hiện tại nhà máy sẽ cung cấp cho chúng ta tín hiệu này để chúng ta có thể thuận tiện lập trình tính toán.

Ở đây, đã thay thế tín hiểu để đếm sản phẩm thành tín hiệu của cảm biến 1.

Trang 21

Bảng 2.2 Danh sách địa chỉ đầu vào cảm biến 2 của PLC 1

Tín hiệu cảm biến 2 dùng để xác định chất lượng của gói thành phẩm Dựa vào thời gian sản phẩm chạy qua cảm biến 2 là lớn hay nhỏ, chúng ta có thể biết được sản phẩm chạy qua cảm biến 2 đã tốt hay đã bí dính vào nhau.

Các sản phẩm lỗi chạy qua cảm biến 2 sẽ được xử lí ở ngay sau đó bằng xi lanh gạt Khoảng cách của xi lanh gạt đến vị trí của cảm biến 2 cũng sẽ được xác định để xi lanh có thể gạt được đúng sản phẩm lỗi chạy qua.

Để biết được thời gian cảm biến 2 đạt được sản phẩm tốt hoặc thời gian bắt đầu xi lanh gạt sản phẩm lỗi thì cần dựa vào thực tiễn mà bao gói đi qua cảm biến 2, khoảng cách giữa cảm biến 2 và xi lanh và sự điều chỉnh của các kĩ sư điện tại nhà máy.

Trang 22

 Địa chỉ đầu vào cảm biến tiệm cận của xi lanh

Bảng 2.3 Danh sách các biến đầu vào cảm biến tiệm cận của PLC 1

1 SS_L1_M1_Cyl_forw I4.0

Cảm biến tiệm cận xi lanh dừng tiến line 1 máy 1

Trang 23

- Các biến đầu ra

Bảng 2.4 Danh sách các biến đầu ra PLC 1

Đầu ra là hệ thống các xi lanh dùng để đấy sản phẩm lỗi, được thiết kế đặt sau cảm biến 2 Khi cảm biến 2 có tín hiệu của sản phẩm lỗi, xi lanh sẽ đẩy sản phẩm ngay sau đó.

Tùy thuộc vào khoảng cách của cảm biến 2 và xi lanh để xi lanh có thể đẩy đúng thời điểm sản phẩm lỗi chạy qua Nếu xi lanh đẩy sớm, ta có thể chỉnh thời gian bắt đầu đẩy của xi lanh lên, nếu xi lanh đẩy muộn, ta có thể chỉnh thời gian bắt đầu đẩy xi lanh xuống.

Chúng ta có thể lựa chọn độ dài hành trình của xi lanh dựa vào độ dài của băng tải đã được đặt trước đó.

1 Cyl_L1_M1_forw Q0.0 Xi lanh tiến line 1 máy 1 2 Cyl_L1_M2_forw Q0.1 Xi lanh tiến line 1 máy 2 3 Cyl_L1_M3_forw Q0.2 Xi lanh tiến line 1 máy 3 4 Cyl_L1_M4_forw Q0.3 Xi lanh tiến line 1 máy 4 5 Cyl_L2_M1_forw Q0.4 Xi lanh tiến line 2 máy 1 6 Cyl_L2_M2_forw Q0.5 Xi lanh tiến line 2 máy 2 7 Cyl_L2_M3_forw Q0.6 Xi lanh tiến line 2 máy 3 8 Cyl_L2_M4_forw Q0.7 Xi lanh tiến line 2 máy 4 9 Cyl_L3_M1_forw Q1.0 Xi lanh tiến line 3 máy 1 10 Cyl_L3_M2_forw Q1.1 Xi lanh tiến line 3 máy 2 11 Cyl_L3_M3_forw Q2.0 Xi lanh tiến line 3 máy 3 12 Cyl_L3_M4_forw Q2.1 Xi lanh tiến line 3 máy 4 13 Cyl_L4_M1_forw Q2.2 Xi lanh tiến line 4 máy 1 14 Cyl_L4_M2_forw Q2.3 Xi lanh tiến line 4 máy 2 15 Cyl_L4_M3_forw Q2.4 Xi lanh tiến line 4 máy 3 16 Cyl_L4_M4_forw Q2.5 Xi lanh tiến line 4 máy 4

Trang 24

2.2.2.2 Các biến vào ra của PLC 2

- Các biến đầu vào PLC 2  Địa chỉ đầu vào cảm biến 1

Tương tự cảm biến 1 được dùng trong PLC 1, tín hiệu cảm biến đếm số lượng sản phẩm được lắp đặt vào từng máy để xác định tổng số lượng gói (bao bì) chạy qua Hiện tại nhà máy sẽ cung cấp cho chúng ta tín hiệu này để chúng ta có thể thuận tiện lập trình tính toán.

Ở đây, đã thay thế tín hiểu để đếm sản phẩm thành tín hiệu của cảm biến 1 giống như PLC 1.

Trang 25

Stt Tên biến Địa chỉ

Chú thích

Tương tự cảm biến 2 được dùng trong PLC 1 , cảm biến 2 cũng có các chức năng và nhiệm vụ như trên.

Tín hiệu cảm biến 2 dùng để xác định chất lượng của gói thành phẩm Dựa vào thời gian sản phẩm chạy qua cảm biến 2 là lớn hay nhỏ, chúng ta có thể biết được sản phẩm chạy qua cảm biến 2 đã tốt hay đã bí dính vào nhau.

Chúng ta có thể lựa chọn độ dài hành trình của xi lanh dựa vào độ dài của băng

Trang 26

- Địa chỉ đầu vào cảm biến tiệm cận của xi lanh

Bảng 2.7 Danh sách các biến đầu vào cảm biến tiệm cận của PLC 2

Trang 27

- Địa chỉ đầu ra cảm biến 2

Bảng 2.8 Danh sách các biến đầu ra PLC 2

1 Cyl_L5_M1_forw Q0.0 Xi lanh tiến line 5 máy 1 2 Cyl_L5_M2_forw Q0.1 Xi lanh tiến line 5 máy 2 3 Cyl_L5_M3_forw Q0.2 Xi lanh tiến line 5 máy 3 4 Cyl_L5_M4_forw Q0.3 Xi lanh tiến line 5 máy 4 5 Cyl_L6_M1_forw Q0.4 Xi lanh tiến line 6 máy 1 6 Cyl_L6_M2_forw Q0.5 Xi lanh tiến line 6 máy 2 7 Cyl_L6_M3_forw Q0.6 Xi lanh tiến line 6 máy 3 8 Cyl_L6_M4_forw Q0.7 Xi lanh tiến line 6 máy 4 9 Cyl_L7_M1_forw Q1.0 Xi lanh tiến line 7 máy 1 10 Cyl_L7_M2_forw Q1.1 Xi lanh tiến line 7 máy 2 11 Cyl_L7_M3_forw Q2.0 Xi lanh tiến line 7 máy 3 12 Cyl_L7_M4_forw Q2.1 Xi lanh tiến line 7 máy 4 13 Cyl_L8_M1_forw Q2.2 Xi lanh tiến line 8 máy 1 14 Cyl_L8_M2_forw Q2.3 Xi lanh tiến line 8 máy 2 15 Cyl_L8_M3_forw Q2.4 Xi lanh tiến line 8 máy 3 16 Cyl_L8_M4_forw Q2.5 Xi lanh tiến line 8 máy 4 Tương tự đầu ra của PLC 1, đầu ra của PLC 2 cũng tương tự như PLC 1.

Đầu ra là hệ thống các xi lanh dùng để đấy sản phẩm lỗi, được thiết kế đặt sau cảm biến 2 Khi cảm biến 2 có tín hiệu của sản phẩm lỗi, xi lanh sẽ đẩy sản phẩm ngay sau đó.

Chúng ta có thể lựa chọn độ dài hành trình của xi lanh dựa vào độ dài của băng tải đã được đặt trước đó.

Trang 28

- Thiết kế linh hoạt.

 Bộ điều khiển mở rộng từ S7 với phương án mở rộng linh hoạt:  Một bo mạch tín hiệu (SB) và 1 bo mạch truyền thông (CB)  Tám mô đun tín hiệu (SM).

 Có thể có lớn nhất 3 modul truyền thông (CM).

 Cổng truyền thông Profinet (Ethernet) được tích hợp sẵn:

 Dùng để kết nối máy tính, với màn hình HMI hay truyền thông PLC-PLC  Dùng kết nối với các thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở.

 Tốc độ truyền 10/100 Mbits/s  Hỗ trợ 16 kết nối Ethernet.

 TCP/IP, ISO on TCP, và S7 protocol  Thiết kế linh hoạt:

 Mở rộng tín hiệu vào/ra bằng board tín hiệu mở rộng (signal board), gắn trực tiếp phía trước CPU, giúp mở rộng tín hiệu vào/ra mà không thay đổi kích thước hệ điều khiển.

 Mỗi CPU có thể kết nối 8 module mở rộng tín hiệu vào/ra  Ngõ vào analog 0-10V được tích hợp trên CPU.

 50KB work memory, 2MB load memory.

Các module mở rộng tín hiệu vào/ra được gắn trực tiếp vào phía bên phải của CPU Với dải rộng các loại module tín hiệu vào/ra số và analog, giúp linh hoạt trong sử dụng.

Ứng với mỗi PLC, ta gắn thêm trực tiếp 2 module mở rộng SM 1221 và 1 module mở rộng SM 1223.

Hình 2.3 CPU 1214C-6ES7214-1AG40-0XB0.

Trang 29

Modul Simatic S7-1200 SM 1221: 6ES7221-1BH32-0XB0 : - Số lượng đầu vào: 16

- Số lượng đầu ra: 0

- Kiếu đấu nối: sink/ source.

Module Simatic S7-1200, digital I/O SM 1223: 6ES7223-1BL32-0XB0: - Số lượng đầu vào: 16.

- Số lượng đầu ra: 16.

- Kiểu đấu nối : sink /source.

Hình 2.4 Module mở rộng IO SM1221

Trang 30

2.3Phần mềm.

Tia Portal V15 là phần mềm hỗ trợ lập trình cho PLC Siemen, giúp thiết lập các giao tiếp, kết nối giữa các module lại với nhau, tạo môi trường lập trình cho người sử dụng một cách dễ dàng.

Các ngôn ngữ lập trình LAD, FBD, SCL, STL, GRAPH được hỗ trợ đầy đủ giúp người dùng lập trình có thể linh hoạt lựa chọn ngôn ngữ lập trình cho bộ điều khiển của hệ thống.

Cấu hình kết nối phần cứng trong phần mềm Tia portal V15 cho mô hình “Hệ

thống giám sát bao gói”.

Hình 2.6 Cấu hình các thiết bị phần cứng trong Tia portal V15

Hình 2.7 Giao diện lập trình trên Tia portal V15

Trang 31

2.3.2Phần mềm Visual Studio 2019.

Microsoft Visual Studio là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) từ Microsoft Nó được sử dụng để phát triển chương trình máy tính cho Microsoft Windows, cũng như các trang web, các ứng dụng web và các dịch vụ web Visual Studio sử dụng nền tảng phát triển phần mềm của Microsoft như Windows API, Windows Forms, Windows Presentation Foundation, Windows Store và Microsoft Silverlight Nó có thể sản xuất cả hai ngôn ngữ máy và mã số quản lý.

Phần mềm được dùng để kết nối với PLC thông qua thư viện S7.Net.

S7.Net là trình điều khiển plc chỉ hoạt động với PLC và chỉ với kết nối Ethernet Điều này có nghĩa rằng PLC phải có CPU Profinet hoặc thẻ bên ngoài profinet (thẻ CPxxx) S7.Net được viết hoàn toàn bằng C #, vì vậy có thể gỡ lỗi dễ dàng mà không cần phải thông qua các bản gốc.

S7.Net tương thích với S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200, S7-1500.

Crystal Report là phần mềm hỗ trợ làm báo cáo, được tải để tích hợp vào phần mềm Visual Studio để hỗ trợ.

Crystal report có một ngôn ngữ tiêng để tính toán và một số tính năng khác để biến những dữ liệu thô thành những báo cáo đầy tính chuyên nghiệp Có thể tạo

Hình 2.8 Giao diện lập trình trên Visual studio 2019