thiết kế plc đề tài thiết kế hệ thống đóng gói sản phẩm trên plc s7 1200

Thiết kế PLC Tổng quan về hệ thống đóng gói sản phẩmCHƯƠNG 1: TỔNG QUAN V H THỀ Ệ ỐNG ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM 1.1 Quy trình đóng gói sản phẩm Quy trình đóng gói sản phẩm là một phần quan trọng

Giảng viên hướng dẫn: KS Đặng Văn Hải

Nhóm sinh viên thực hiện:

Thiết kế PLC Nhận xét của giảng viên hướng dẫn

1

NHẬN XÉT C A GI NG VIÊN Ủ Ả HƯỚNG D ẪN

Thiết kế PLC Mục lục

MỤC LỤC

Trang

NHẬN XÉT C A GIỦ ẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN 1

MỤC LỤC 2

DANH M C CÁC HÌNH V 4Ụ Ẽ LỜI NÓI ĐẦU 5

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN V H THỀ Ệ ỐNG ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM 6

1.1 Quy trình đóng gói sản phẩm 6

1.2 Yêu cầu c a h thủ ệ ống đóng gói sản phẩm 6

1.3 Thực trạng và vấn đề trong quá trình đóng gói sản phẩm 7

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN V PLC VÀ PH N M M TIA PORTAL 8Ề Ầ Ề 2.1 Tổng quan v PLC 8ề 2.1.1 PLC là gì? 8

2.1.2 Cấu t o và phân lo i PLC 9ạ ạ 2.1.3 Nguyên lý hoạt động c a PLC 10ủ 2.1.4 Sự khác nhau gi a PLC và các loữ ại điều khi n khác 10ể 2.1.5 Ứng dụng c a PLC 11ủ 2.2 Tổng quan v TIA Portal 11ề 2.2.1 TIA Portal là gì? 11

2.2.2 Ưu – nhược điểm khi sử dụng TIA Portal 12

2.2.3 Các thành ph n trong b cài TIA Portal 13ầ ộ CHƯƠNG 3: THIẾT K V MÔ PH NG S N PH M 14Ế Ầ Ỏ Ả Ẩ 3.1 Giới thiệu h th ng và các yêu c u c n thi t 14ệ ố ầ ầ ế 3.1.1 Giới thiêu h th ng 14ệ ố 3.1.2 Yêu cầu c a h th ng 14ủ ệ ố 3.2 Lưu dồ thuật toán 15 3.3 Nguyên lý hoạt động c a h th ng 17ủ ệ ố

ản phẩm mô ph ng 17ỏ

Thiết kế PLC Mục lục

3

KẾT LUẬN 19 TÀI LI U THAM KH O 20Ệ Ả

PHỤ LỤC 21

Thiết kế PLC Danh mục các hình vẽ

DANH M C CÁC HÌNH V Ụ Ẽ

Hình 2.1: Một số loại PLC thông dụng 8

Hình 2.2: Cấu tạo của PLC 9

Hình 2.3: Phần mềm TIA Portal 11

Hình 3.1: Lưu đồ thuật toán chọn chế độ 15

Hình 3.2: Lưu đồ thuật toán đếm sản phẩm 16

Hình 3.3: Mô phỏng sản phẩm 17

Hình 3.4: Mô phỏng sản phẩm 18

Thiết kế PLC Lời nói đầu

5

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại công nghi p 4.0 hi n nay, s phát tri n c a các công ngh ệ ệ ự ể ủ ệ

tự động hóa đã đóng vai trò quan trọng trong vi c nâng cao ệ năng suất, tăng cường chất lượng sản phẩm và giảm chi phí sản xuất Với sự tiên tiến của các bộ điều khiển PLC và ph n m m lầ ề ập trình PLC, vi c thi t k các h th ng t ệ ế ế ệ ố ự động hóa đã trở nên dễ dàng hơn bao giờ ết h Trong đó, hệ ống đóng gói sả th n ph m là mẩ ột trong nh ng h th ng quan tr ng trong quy trình s n xuữ ệ ố ọ ả ất và đóng gói sản ph m ẩViệc thi t k m t h thế ế ộ ệ ống đóng gói sản ph m hi u qu , ẩ ệ ả ổn định và tiết ki m chi ệphí đòi hỏi sự tinh t và k thu t cao ế ỹ ậ

Trong đề tài này, chúng ta sẽ tập trung vào việc thiết kế hệ thống đóng gói sản ph m trên PLC S7-1200 v i s d ng ph n m m TIA Portal c a Siemens ẩ ớ ử ụ ầ ề ủChúng ta s th c hi n vi c thi t k , l p trình và ki m tra h thẽ ự ệ ệ ế ế ậ ể ệ ống đóng gói sản phẩm trên môi trường ph n m m, t ầ ề ừ đó giảm thi u r i ro và chi phí trong quá trình ể ủsản xu t ấ Thông qua đề tài này, chúng ta mong mu n cung c p cho các nhà s n ố ấ ảxuất và các chuyên gia trong lĩnh vực tự động hóa công nghi p m t cách ti p c n ệ ộ ế ậmới, hiệu qu và ti t kiả ế ệm chi phí để thi t k các h thế ế ệ ống đóng gói sản phẩm

Thiết kế PLC Tổng quan về hệ thống đóng gói sản phẩm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN V H THỀ Ệ ỐNG ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM 1.1 Quy trình đóng gói sản phẩm

Quy trình đóng gói sản phẩm là một phần quan trọng trong quá trình sản xuất Quy trình này bao gồm các bước như chuẩn b sị ản phẩm, đóng gói sản ph m, ẩkiểm tra s n phả ẩm và đóng gói lạ ản phi s ẩm cho đến khi đượ đưa ra thị trường c Quy trình đóng gói sản phẩm có thể thực hiện bằng các phương pháp khác nhau, tùy thu c vào lo i s n ph m và yêu c u c a khách hàng ộ ạ ả ẩ ầ ủ Thông thường, quy trình đóng gói sản phẩm bao gồm các bước sau:

• Chuẩn b các v t liị ậ ệu đóng gói, bao gồm h p, túi, thùng carton, gi y gói, ộ ấmàng co, vải nilon, băng dính, tem nhãn,…

• Kiểm tra và chọn lựa s n ph m cả ẩ ần đóng gói, đảm b o chả ất lượng s n ảphẩm đạt yêu cầu

• Đóng gói sản phẩm theo một quy trình chuẩn xác, bao gồm các công đoạn: lót đáy hộp, đặt s n ph m vào hả ẩ ộp, đóng hộp, dán tem, đóng thùng carton, vắt chân không, đóng túi, v.v

• Kiểm tra s n phả ẩm đóng gói, đảm b o sả ản phẩm được đóng gói đúng cách và đạt yêu cầu v chề ất lượng

1.2 Yêu c u cầ ủa h thệ ống đóng gói sản phẩm

Hệ thống đóng gói sản phẩm cần đáp ứng một số yêu cầu nhất định để đảm bảo sản phẩm được đóng gói đúng cách và đạt chất lượng cao Các yêu cầu này bao gồm:

• Tốc độ đóng gói sản phẩm phải đảm bảo đủ để đáp ứng nhu cầu sản xuất

• Hệ thống phải đảm bảo độ chính xác trong quá trình đóng gói sản phẩm

Thiết kế PLC Tổng quan về hệ thống đóng gói sản phẩm

7

1.3 Th ực tr ng và vạ ấn đề trong quá trìn h đóng gói sản phẩm

Hiện nay, hầu hết các công ty sản xuất đều sử dụng các hệ thống đóng gói sản phẩm tự động để tăng năng suất và giảm chi phí Tuy nhiên, trong quá trình

sử dụng, các hệ thống đóng gói sản phẩm thường gặp phải một số vấn đề như:

• Thiết bị không hoạt động đúng cách hoặc bị hỏng hóc gây gián đoạn trong quá trình sản xuất

• Sai số trong quá trình đóng gói sản phẩm gây mất mát hoặc sản phẩm không đạt chất lượng yêu cầu

• Chi phí cho việc sửa chữa và bảo trì hệ thống đóng gói sản phẩm khá đắt đỏ

• Các hệ thống đóng gói sản phẩm cũng có thể không đáp ứng được yêu cầu của khách hàng trong việc đóng

Thiết kế PLC TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ PHẦN MỀM TIA PORTAL

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ PH N M M TIA PORTAL Ầ Ề

2.1 T ổng quan v PLC ề

2.1.1 PLC là gì?

PLC (viết t t c a Programmable Logic Controller) là thi t b cho phép l p ắ ủ ế ị ậtrình th c hiự ện các thuật toán điều khi n logic B l p trình PLC nhể ộ ậ ận tác động các s ki n bên ngoài thông qua ngõ vào (input) và th c hi n hoự ệ ự ệ ạt động thông qua ngõ ra (output) PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra

và đầu vào Khi có s ự thay đổi bất k t ngõ vào, dỳ ừ ựa theo logic chương trình ngõ

ra tương ứng s ẽ thay đổi

Hình 2.1: Một số loại PLC thông dụng

Thiết kế PLC TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ PHẦN MỀM TIA PORTAL

9

2.1.2 Cấu tạo và phân lo i PLC ạ

Hình 2.2: Cấu tạo của PLC Thông thường, hệ thống PLC có các bộ phận chính sau:

• Bộ nhớ chương trình: RAM, ROM, ngoài ra có thể sử dụng vùng nhớ ngoài EPROM –

• Bộ xử lý trung tâm CPU

• Module input/output Thông thường module I/O được tích hợp trên PLC, khi có nhu cầu mở rộng I/O có thể lắp module I/O

Ngoài ra, PLC còn có các bộ phận khác:

Thiết kế PLC TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ PHẦN MỀM TIA PORTAL

• Cổng kết nối PLC và máy tính: RS232, RS422, RS485 thực hiện đổ chương trình và giám sát chương trình

• Cổng truyền thông: PLC thường tích hợp cổng truyền thông Modbus RTU Tùy hãng và dòng sản phẩm, PLC có thể được tích hợp thêm các chuẩn truyền thông khác như Profibus, Profinet, CANopen, EtherCAT…

2.1.3 Nguyên lý hoạt động c a PLC ủ

Bộ điều khiển trung tâm CPU thực hiện điều khi n toàn b hoể ộ ạt động c a ủ

bộ PLC Tốc độ x lý c a CPU quyử ủ ết định đến tốc độ điều khi n cể ủa PLC Chương trình được lưu trữ trên RAM Pin dự phòng được tích hợp trên PLC giúp chương trình không b mị ất khi có s c v ự ố ề điện CPU th c hiự ện quét chương trình và thực hiện các lệnh theo th t ứ ự

2.1.4 S ự khác nhau gi a PLC và các loữ ại điều khi n khác ể

Ngày nay, b ộ điều khi n lể ập trình PLC đang dần thay thế cho các hệ th ng ốđiều khi n bằng relay, contactor thông thường ể

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

THÔNG THƯỜNG

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC

• Khi muốn thay đổi chương trình

phải lắp đặt lại toàn bộ

• Khó bảo trì, sửa chữa

• Sự thay đổi ngõ vào, ra và điều khiển hệ thống dễ dàng hơn nhờ các phần mềm trên máy tính hoặc console

• Bảo trì và sửa chữa dễ dàng

• Độ bền và tin cậy cao

• Các module rời cho phép thay thế

và mở rộng khi cần thiết

• Công suất tiêu thụ ít hơn, tốc độ hoạt động của hệ thống nhanh hơn

Thiết kế PLC TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ PHẦN MỀM TIA PORTAL

11

2.1.5 Ứng dụng c a PLC ủ

Bộ lập trình PLC được ứng d ng trong nhi u ngành và nhi u lo i máy móc ụ ề ề ạnhư: Máy in, Máy đóng gói, Máy đánh chỉ, Máy se s i, Máy ch bi n th c ph m, ợ ế ế ự ẩMáy c t tắ ốc độ cao, …

2.2 T ổng quan v TIA Portal ề

2.2.1 TIA Portal là gì?

TIA Portal vi t t t c a Totally Integrated Automation Portal là m t ph n ế ắ ủ ộ ầmềm t ng hổ ợp c a nhi u ph n mủ ề ầ ềm điều hành qu n lý t ả ự động hóa, vận hành điện của hệ th ng Có th hi u, TIA Portal là ph n m m tố ể ể ầ ề ự động hóa đầu tiên, có s ửdụng chung 1 môi trường/ nền tảng để thực hi n các tác vệ ụ, điều khi n h th ng ể ệ ố

Hình 2.3: Phần mềm TIA Portal TIA Portal được phát triển vào năm 1996 bởi các kỹ sư của Siemens, nó cho phép người dùng phát tri n và vi t các ph n m m qu n lý riêng l m t cách ể ế ầ ề ả ẻ ộnhanh chóng, trên 1 n n t ng th ng nh t Gi i pháp gi m thiề ả ố ấ ả ả ểu th i gian tích h p ờ ợcác ng d ng riêng biứ ụ ệt để ố th ng nhất t o h th ng ạ ệ ố

Thiết kế PLC TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ PHẦN MỀM TIA PORTAL

TIA Portal - Tích h p tợ ự động toàn di n là ph n mệ ầ ềm cơ sở cho t t c các ấ ảphần m m khác phát tri n: L p trình, tích h p c u hình thi t b trong d i s n ph m ề ể ậ ợ ấ ế ị ả ả ẩĐặc điểm TIA Portal cho phép các phần mềm chia sẻ cùng 1 cơ sở dữ liệu, tạo nên tính th ng nh t, toàn v n cho h th ng ng d ng qu n lý, v n hành ố ấ ẹ ệ ố ứ ụ ả ậTIA Portal tạo môi trường dễ dàng để lập trình thực hiện các thao tác:

• Thiết kế giao diện kéo nhã thông tin dễ dàng, với ngôn ngữ hỗ trợ đa dạng

• Quản lý phân quyền User, Code, Project tổng quát

• Thực hiện go online và Diagnostic cho tất cả các thiết bị trong project

để xác định bệnh, lỗi hệ thống

• Tích hợp mô phỏng hệ thống

• Dễ dàng thiết lập cấu hình và liên kết giữa các thiết bị Siemens Hiện t i ph n m m TIA Portal có nhi u phiên bạ ầ ề ề ản như TIA Portal V14,TIA Portal V15, TIA Portal V16 và mới nh t là TIA Portal V17 Tùy theo nhu c u s ấ ầ ửdụng mà người dùng s l a chẽ ự ọn cài đặt TIA portal phiên bản tương ứng

2.2.2 Ưu – nhược điểm khi sử dụng TIA Portal

TIA Portal là thu t ng quen thuậ ữ ộc đượ ức ng dụng trong các lĩnh vự ực t động hóa, tích h p nhi u ph n m m ph ợ ề ầ ề ổ thông khác như: HMI, PLC, Inverter của Siemens Ph n m m TIA Portal có nhầ ề ững ưu và nhược điểm trong v n hành h ậ ệthống tự động hóa

Ưu điểm:

• Tích h p t t c các ph n m m trong 1 n n t ng, chia sợ ấ ả ầ ề ề ả ẻ cơ sở ữ ệ d li u chung d dàng qu n lý, th ng nh t cễ ả ố ấ ấu hình Gi i pháp v n hành thi t b ả ậ ế ịnhanh chóng, hi u qu , tìm ki m kh c ph c sệ ả ế ắ ụ ự c trong th i gian ng n ố ờ ắ

• Tất cả các y u tố: b lế ộ ập trình PLC, màn hình HMI được lập trình và cấu hình trên TIA Portal, cho phép các chuyên viên ti t ki m th i gian ế ệ ờthao tác, thi t l p truyế ậ ền thông gi a các thi t b Ch v i 1 bi n s c a ữ ế ị ỉ ớ ế ố ủ

bộ lập trình PLC được th vào màn hình HMI, kả ết nối được thi t l p mà ế ậ

Thiết kế PLC TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ PHẦN MỀM TIA PORTAL

13

Nhược điểm: Do tích hợp nhiều phần mềm, cơ sở dữ liệu hệ thống lớn nên dung lượng bộ nhớ khổng lồ Yêu cầu kỹ thuật cao của người lập trình, quản lý, tốn nhiều thời gian để làm quen sử dụng

2.2.3 Các thành ph n trong b cài TIA Portal ầ ộ

Phần mềm TIA Portal được Siemens phát tri n v i nhi u thành ph n giúp ể ớ ề ầngười dùng qu n lý, l p trình PLC, HMI hi u qu Các thành ph n có trong b ả ậ ệ ả ầ ộTIA Portal:

• Simatic Step 7 professional và Simatic step 7 PLCSIM: Giải pháp lập trình và mô phỏng PLC S7-300, S&-400, Simatic S7-1200, Simatic S7-1500…

• Simatic WinCC Professional: Được dùng để lập trình màn hình HMI,

và giao diện SCADA

• Simatic Start Driver: Được lập trình cấu hình Siemens

• Sirius và Simocode: Thiết lập cấu hình và chuẩn đoán lỗi linh hoạt

• Điều khiển chuyển động đơn trục và đa trục với hỗ trợ Scout TIA Thư viện Simatic Robot đầy đủ dữ liệu cho phép người dùng thiết lập cấu hình và hệ thống nhanh chóng

Thiết kế PLC Thiết kế vầ mô phỏng sản phẩm

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VẦ MÔ PH NG S N PHỎ Ả ẨM

3.1 Giới thi u h thệ ệ ống và các yêu cầu cần thiết

3.1.1 Gi ới thiêu h thệ ống

Hệ thống đóng gói sản phẩm trên PLC S7-1200 được thiết kế để đóng gói các s n phả ẩm như thực phẩm, đồ dùng gia đình, đồ chơi, vv Hệ thống đóng gói sản ph m bao g m các thành phẩ ồ ần sau:

• Băng truyền thứ nhất: Sử dụng để truyền sản phẩm, nhiệm vụ chính là

để đưa sản phẩm vào thùng (thùng được đặt ở băng uyền thứ hai)tr

• Băng uyền thứ hai: tr Sử dụng để truyền thùng nó có nhiệm vụ đưa , đúng thùng vào vị trí nhận nhận sản phẩm

• Hai dây chuy n phề ải hoạt động nh p nhàng v i nhau ị ớ

• Hệ th ng ph i có khố ả ả năng tự động hóa và hoạt động liên tục trong th i ờgian dài để tăng năng suất và giảm thời gian s n xu t ả ấ

• Hệ th ng phố ải đảm bảo an toàn cho ngườ ử ụi s d ng và tránh các tai n n ạ

Thiết kế PLC Thiết kế vầ mô phỏng sản phẩm

15 3.2 Lưu dồ thuật toán

Hình 3.1: Lưu đồ thuật toán chọn chế độ

Thiết kế PLC Thiết kế vầ mô phỏng sản phẩm

Hình 3.2: Lưu đồ thuật toán đếm sản phẩm

Thiết kế PLC Thiết kế vầ mô phỏng sản phẩm

17

3.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Hê thống đóng gói sản phẩm có 2 chế độ:

• Chế độ th nhứ ất là điều khi n b ng tay ể ằ ở ch d này s s d ng nút b m ế ộ ẽ ử ụ ấ

để ề đi u khiển các bằng truy n thùng hàng và ề băng truy n s n ph m ề ả ẩ

• Chế độ thứ hai là chế độ tự động ta s thiẽ ết đặt trướ ố ản ph m c a c s s ẩ ủmỗi thùng hàng sau đó ấn nút start 2 băng truyền sẽ hoạt động nhịp nhàng v i nhau nh vào cớ ờ ảm bi n ti m cế ệ ận được g n ắ ở v trí d ng thùng ị ừhàng và đếm só lượng s n ph m ả ẩ

3.4 S ản ph m mô ph ng ẩ ỏ

Hình 3.3: Mô phỏng sản phẩm

Thiết kế PLC Thiết kế vầ mô phỏng sản phẩm

Hình 3.4: Mô phỏng sản phẩm

Thiết kế PLC Kết luận

19

KẾT LUẬN Kết quả đạt được

• Hiểu biết về quy trình đóng gói sản phẩm và các yêu cầu cần thiết để đóng gói sản phẩm đạt chất lượng và an toàn

• Hiểu biết về lập trình PLC và các ngôn ngữ lập trình như Ladder Diagram, Function Block Diagram, vv

• Sử dụng thành thạo phần mềm TIA Portal để lập trình cho PLC S7-1200

• Kỹ năng tối ưu hóa chương trình và kiểm tra hệ thống đóng gói sản phẩm trên môi trường phần mềm

• Kiến thức về vi điều khiển và các linh kiện điện tử cơ bản để có thể kết nối

và điều khiển các thiết bị trong hệ thống đóng gói sản phẩm

Hướng phát triển

• Phát triển chức năng phản hồi các thông tin, sự cố về thiết bị điều khiển

• Thêm chức năng điều khiển, giám xát từ xa thông qua ứng dụng điện thoại hoặc web

Thiết kế PLC Tài liệu tham khảo

TÀI LI U THAM KH O Ệ Ả[1] https://ngocautomation.com/, truy c p lậ ần cu i ngày 31/03/2023 ố

[2] Kĩ thuật điều khiển lập trình PLC Simatic S7200, Th.S Châu Chí Đức

Thiết kế PLC Phụ lục

21 PHỤ LỤC Chương trình chính

Thiết kế PLC Phụ lục

Thiết kế PLC Phụ lục

23

Thiết kế PLC Phụ lục

PLC tags

HMI tags