mạng truyền thông công nghiệp S7 1200

Truyền thông hai PLC S7 1200 sử dụng cho mô hình cân đóng gạo dùng HMI. Mô cân đóng gạo sử dụng S71200 truyền thông qua nhau

Giảng viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Ngọc Tuấn

BÁO CÁO ASSIGNMENT

Đề tài: “Xây dựng, điều khiển mô hình cân vàđóng nắp có truyền thông hai PLC S7 – 1200”

TRƯỜNG CAO ĐẲNG FPT POLY TECHNICBỘ MÔN: ĐIỆN – CƠ KHÍ

Mục lục

LỜI MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG I: KHẢO SÁT – PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ 7

1.1.Lý do chọn đề tài 7

1.2.Mạng truyền thông công nghiệp là gì? 7

1.3.Khảo sát yêu cầu công nghệ 8

1.4.Phân tích yêu cầu công nghệ 9

2.2.5.Bản vẽ đầu vào của bộ khuếch đại Loadcell 18

2.2.6.Bản vẽ Output relay và đèn báo 19

2.4.Bảng danh sách vật tư, khí cụ điện 26

2.5.Giới thiệu vật tư, khí cụ điện 26

CHƯƠNG III: THI CÔNG SẢN PHẨM 29

3.1.Kiểm tra vật tư, khí cụ điện 29

3.2.Thi công sản phẩm 30

3.2.1.Chuẩn bị, lắp ghép phần khung 30

3.2.2.Lắp ghép, đấu nối phần điện 31

3.2.3.Lắp ghép phần khí nén 33

CHƯƠNG IV: LẬP TRÌNH CHƯƠNG TRÌNH PLC 34

4.1.Lưu đồ thuật toán điều khiển 34

4.2.Bảng quy định địa chỉ lập trình 35

4.3.Chương trình PLC 37

4.4.Giao diện điều khiển 41

CHƯƠNG V: KIỂM TRA 43

5.1.Vận hành dự án 43

5.2.Hướng dẫn vận hành 43

CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN 45

6.1.Ưu nhược điểm 45

6.1.1.Ưu điểm 45

6.1.2.Nhược điểm 45

6.2.Hướng phát triển của đề tài 45

6.3.Kinh nghiệm rút ra sau môn học 45

6.4.Tài liệu tham khảo 46

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1: Tổng quan về mạng truyền thông công nghệp 8

Hình 1 2: Dây chuyền sản xuất và đóng gói tự động 12

Hình 2 6: Bản vẽ đầu vào của bộ khuếch đại Loadcell 18

Hình 2 7: Bản vẽ Output relay và đèn báo 19

Hình 3 3: Đấu nối phần điều khiển, động lực, IO 31

Hình 3 4: Đấu nối hoàn thiện 32

Hình 3 5: Kiểm tra nguội sau khi đấu nối 32

Hình 3 6: Lắp đặt hệ thống xi lanh 33

Hình 3 7: Lắp đặt hệ thống khí nén 33

Hình 4 1: Lưu đồ thuật toán 34

Hình 4 2: Giao diện chính 41

Hình 4 3: Giao diện điều khiển tự động 41

Hình 4 4: Giao diện điều khiển bằng tay 42

Hình 4 5: Thông tin liên hệ 42

Hình 5 1: Vận hành sản phẩm 43

Hình 5 2: Bảng điều khiển chế độ Manual trên màn hình WinCC 44

Bảng phân công công việc

Tìm hiểu đề tài,Tìm mua linh kiện,

Lập trình chương trìnhThi công sản phẩm

2/2/2024 23/3/2024 95%

Tìm hiểu đề tài,Thiết kế bản vẽ,Đấu nối, đi dâyNấu cơm

2/2/2024 23/3/2024 80%

Tìm hiểu đề tài,Làm báo cáo ASM, slide thuyết trìnhThi công sản phẩm

2/2/2024 23/3/2024 70%

Tìm hiểu đề tài,Tìm mua linh kiện,

Thi công sản phẩm

2/2/2024 23/3/2024 80%

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển không ngừng của nền khoa học kỹ thuật đã tạora những thành tựu to lớn, trong đó ngành tự động hóa cũng góp phần khôngnhỏ vào thành công đó Các doanh nghiệp sản xuất luôn tự cải tiến công nghệ,hệ thống máy móc của mình để tạo ra những sản phẩm có chất lượng tốt nhất,giá cả cạnh tranh nhất Đó chính là cơ sở để nâng cao vị thế cạnh tranh, giúpdoanh nghiệp đứng vững trên thị trường khốc liệt Trong đó, các hệ thống, máymóc và thiết bị tự động đóng vai trò quan trọng đối với quá trình công nghiệphóa, hiện đại hóa này Các loại động cơ, máy móc công nghiệp ngày nay hầu hếtđều được điều khiển bật - tắt trực tiếp bằng các nút nhấn điều khiển trên thânmáy hoặc trên tủ điện công nghiệp.

PLC, hay "Programmable Logic Controller" (Bộ điều khiển Logic có khảnăng lập trình), là một thành phần quan trọng trong tự động hóa công nghiệp vàhệ thống điều khiển tự động Nó đã đánh dấu một bước tiến quan trọng trongviệc tự động hóa quy trình sản xuất và điều khiển các thiết bị trong các môitrường công nghiệp và nhà máy Nhận thức được vấn đề trên và nhu cầu tìmhiểu kiến thức của người trong ngành, trên cơ sở lý thuyết đã học trong môn

học AUT207 – Mạng truyền thông công nghiệp cùng với những hiểu biết về

các môn đã học, chúng em đã quyết định thực hiện đề tài: “Xây dựng, điều

khiển mô hình cân và đóng nắp có truyền thông hai PLC S7 - 1200”

Do kiến thức còn hạn hẹp nên chắc chắn không thể tránh được nhữngthiếu sót và hạn chế, vì thế chúng em rất mong có được sự góp ý, nhắc nhở củacác thầy cô giáo để có thể hoàn thiện đề tài của mình Chúng em xin chân thành

cảm ơn Th.S Nguyễn Ngọc Tuấn đã giúp đỡ chúng em rất nhiều trong quá trình

học hỏi, tìm hiểu, thiết kế và hoàn thiện đề tài này.

CHƯƠNG I: KHẢO SÁT – PHÂN TÍCH YÊU CẦUCÔNG NGHỆ

1.1.Lý do chọn đề tài

Trong thế giới đa dạng của sản phẩm và công nghiệp, việc phân loạichúng dựa trên trọng lượng đóng vai trò quan trọng trong quá trình sản xuất vàquản lý hàng hóa Sự hiệu quả của chuỗi cung ứng và quy trình công nghiệpthường phụ thuộc vào khả năng phân loại chính xác và nhanh chóng của hệthống.

Đồng thời, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, việc áp dụngcác phương pháp thiết kế và chế tạo mô hình để tối ưu hóa quá trình này đangtrở thành một thách thức và cơ hội đồng thời.

Chủ đề về " Xây dựng, điều khiển mô hình cân và đóng nắp có truyềnthông hai PLC S7 - 1200" không chỉ là một hướng nghiên cứu quan trọng mà

còn là một bước tiến đáng kể trong việc nâng cao hiệu suất và linh hoạt trongquản lý hàng hóa.

Trong ngữ cảnh này, chúng ta sẽ khám phá sự kết hợp giữa sáng tạo vàcông nghệ để xây dựng các mô hình phân loại thông minh, có khả năng xử lýcác sản phẩm với độ chính xác cao, giúp doanh nghiệp tiết kiệm thời gian vànguồn lực cũng như giảm thiểu sai sót trong quá trình sản xuất và vận chuyển.

Đồng thời, chúng ta sẽ đàm phán về tiềm năng ứng dụng rộng rãi củacông nghệ này trong các lĩnh vực từ sản xuất đến dịch vụ logistics, mang lạilợi ích to lớn cho cả doanh nghiệp và người tiêu dùng.

1.2.Mạng truyền thông công nghiệp là gì?

Mạng truyền thông công nghiệp (Industrial Communication Network) là một hệ thống mạng được thiết kế đặc biệt để đáp ứng nhu cầu giao tiếp trong môi trường công nghiệp và hệ thống tự động hóa Các mạng này được sử dụngđẻ kết nối và truyền thông tin giữa các thiết bị và hệ thống khác nhau trông một nhà máy sản xuất, nhà máy hặc hệ thống tự dộng hoá công nghiệp.

Mục tiêu chính của mạng truyền thông công nghiệp là cung cấp kết nối ổn định , đáng tin cậy và hiệu suất cao trong các điều kiện khác đặc biệt đòi hỏi sự ổn định và bền vững của hệ thống mạng.

Một số tiêu biểu cho mạng truyền thông công nghiệp bao gồm:- Profinet

- Modbus- EtherNet/IP- DiviceNet- Profibus

Các giao thức và tiêu chuẩn này được thiết kế và đảm bảo tính tương thích và khả năng tương tác giữa các thiết bị và hệ thống khác nhau trong môi trường công nghiệp.

Hình 1 1: Tổng quan về mạng truyền thông công nghệp

1.3.Khảo sát yêu cầu công nghệ

Trong bối cảnh ngày càng phức tạp của ngành công nghiệp và thị trường đadạng sản phẩm, việc phân loại chúng theo trọng lượng đặt ra những thách thứcđáng kể Để đối mặt với những yêu cầu ngày càng cao về hiệu suất và độ chính

xác, đề tài “ Xây dựng, điều khiển mô hình cân và đóng nắp có truyền thông

hai PLC S7 – 1200” bước vào vị trí quan trọng của sự đổi mới công nghệ trong

quản lý hàng hóa và sản xuất.

Hiện nay, các hệ thống phân loại sản phẩm đã trở nên phổ biến, tuy nhiên,sự đa dạng và quy mô ngày càng tăng của sản xuất đòi hỏi những giải phápmạnh mẽ và linh hoạt Để đáp ứng những thách thức này, chúng ta cần tích hợpcảm biến thông minh có khả năng đo lường trọng lượng chính xác và nhanhchóng, cùng với mô hình học máy để tự động phân loại sản phẩm.

Mô hình này không chỉ phải đạt được độ chính xác cao mà còn cần tươngthích với các hệ thống quản lý sẵn có, từ đó tối ưu hóa quá trình sản xuất vàlogistics

Bên cạnh sự phát triển công nghệ, an toàn và bảo mật dữ liệu cũng lànhững yếu tố quan trọng cần được tích hợp một cách chặt chẽ Hệ thống phải có

khả năng tự kiểm tra để đảm bảo sự ổn định và đồng thời hỗ trợ quá trình bảotrì.

Với tiêu chuẩn cao về chất lượng và an toàn, đề tài này không chỉ là mộtbước tiến quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất sản xuất mà còn mở ra nhiềucơ hội ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Từ đó, chúng ta có thể nhìnnhận đề tài này không chỉ là một giải pháp kỹ thuật, mà còn là một cơ hội đểthúc đẩy sự phát triển bền vững và hiệu quả trong ngành công nghiệp ngày nay.

1.4.Phân tích yêu cầu công nghệ

Dự án "xây dựng, điều khiển mô hình cân và đóng nắp" đòi hỏi một phântích yêu cầu công nghệ cẩn thận để đảm bảo hiệu suất và tính ổn định của hệthống Dưới đây là một số yếu tố quan trọng cần được xem xét:

- Xây dựng mô hình cân và đóng nắp: Đây là phần quan trọng của dự án,yêu cầu thiết kế và chế tạo một mô hình cân chính xác và một cơ chế đóngnắp cho mô hình.

- PLC S7-1200: PLC là bộ điều khiển logic lập trình, cung cấp khả năngđiều khiển các quy trình tự động S7-1200 là một dòng PLC của Siemens,cung cấp tính linh hoạt và hiệu suất Yêu cầu sử dụng hai PLC S7-1200 choviệc điều khiển và truyền thông.

- Truyền thông giữa hai PLC: Yêu cầu truyền thông để hai PLC có thểgiao tiếp với nhau Có thể sử dụng các giao thức truyền thông như Profibus,Profinet hoặc Ethernet/IP để kết nối hai PLC.

- Lập trình PLC: Cần lập trình các chương trình cho hai PLC để điềukhiển mô hình cân và đóng nắp.

- Giao diện người dùng: Có thể yêu cầu một giao diện người dùng đểgiám sát và điều khiển quá trình Giao diện này có thể được tạo ra bằng cáccông nghệ như HMI (Human-Machine Interface) hoặc SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition).

- Cảm biến và thiết bị điện tử khác: Để đo lường trọng lượng, cần sử

dụng các cảm biến cân phù hợp Ngoài ra, có thể cần sử dụng các thiết bịđiện tử khác như motor, van điện từ, cảm biến vị trí, vv.

- An toàn và tuân thủ quy định: Cần đảm bảo rằng mô hình và hệ thốngđiều khiển tuân thủ các quy định an toàn và tiêu chuẩn về máy móc và điện.

1.5.Phương án thiết kế

Ở đề tài này, nhóm chúng em vạch ra 2 phương án thiết kế:- Phương án 1: Sử dụng cân điện tử Loadcell và PLC S7-1200

- Sử dụng cân điện tử Loadcell để đo lường trọng lượng.

- Sử dụng PLC S7-1200 để xử lý dữ liệu từ Loadcell và tính toántrọng lượng.

- Kết nối PLC với bẳng điều khiển hoặc giao diện người dùng đểhiển thị trọng lượng và các chức năng điều khiển.

- Lập trình PLC để điều chỉnh quá trình đóng nắp dựa trên dữ liệuđo từ các cảm biến

- Ưu điểm: Dễ triển khai và dễ hiểu, chi phí thấp, thích hợp cho cácứng dụng đơn giản, tính linh hoạt trong việc điều khiển, giao tiếp thuậntiện.

- Nhược điểm: Thiếu tính linh hoạt cho các yêu cầu phức tạp, khảnăng mở rộng hạn chế.

- Phương án 2: Sử dụng vi điều khiển và cân điện tử Loadcell

- Sử dụng cân điện tử Loadcell để đo lường trọng lượng với độchính xác cao.

- Sử dụng vi điều khiển như Arduino hoặc Pic để đọc dữ liệu từcảm biến và xử lý dữ liệu.

- Sử dụng motor điện để điểu khiển cơ cấu đóng/mở nắp.

- Sử dụng màn hình LCD/LED để hiển thị trọng lượng, trạng tháinắp và số lượng thành phẩm.

- Ưu điểm: Độ chính xác cao, tính linh hoạt, giao tiếp thuận tiện,thông minh và tự động.

- Nhược điểm: Chi phí cao, phức tạp trong việc vận hành, khả năngphản ứng chậm, yêu cầu năng lượng cao.

 Qua đó, nhóm chúng em lựa chọn phương án 1, sử dụng PLC điều khiểnmô hình cân và đóng nắp vì phương án 1 dễ triển khai, dễ hiểu, tính linhhoạt cao và chi phí rẻ.

1.6.Ứng dụng thực tế

Đề tài xây dựng, điều khiển mô hình cân và đóng nắp có thể áp dụngtrong nhiều lĩnh vực và ngữ cảnh khác nhau, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể củaứng dụng Dưới đây là một số phạm vi ứng dụng có thể:

- Công nghiệp thực phẩm: Trong ngành công nghiệp thực phẩm, mô hìnhcân và đóng nắp có thể được sử dụng để đóng gói sản phẩm, đảm bảo chínhxác lượng sản phẩm trong mỗi gói và đóng nắp an toàn Hệ thống PLC S7-1200 giúp kiểm soát quá trình đóng gói và điều chỉnh cân nặng của sảnphẩm.

- Dược phẩm: Trong ngành dược phẩm, việc đóng gói sản phẩm vớichính xác và an toàn là rất quan trọng Mô hình cân và đóng nắp có thểđược sử dụng để đóng gói các loại thuốc với lượng chính xác, đảm bảo chấtlượng và an toàn cho người sử dụng.

- Ngành hóa chất: Trong việc sản xuất và đóng gói các sản phẩm hóachất, việc sử dụng mô hình cân và đóng nắp có thể giúp đảm bảo an toàncho quá trình đóng gói và vận chuyển Hệ thống PLC S7-1200 có thể đượcsử dụng để kiểm soát quá trình này một cách chính xác và hiệu quả.

- Ngành công nghiệp tự động hóa: Trong các quy trình sản xuất và đónggói tự động, việc sử dụng hai PLC S7-1200 để truyền thông giữa các thiết bịvà điều khiển quá trình tự động hóa là rất quan trọng Đề tài này có thể ápdụng trong các hệ thống tự động hóa trong nhiều ngành công nghiệp khácnhau.

- Logistics và quản lý kho: Trong quá trình quản lý kho và logistics, việcsử dụng mô hình cân và đóng nắp có thể giúp kiểm soát lượng hàng hóa

được đóng gói và vận chuyển Các hệ thống PLC có thể được tích hợp đểđảm bảo quá trình này diễn ra một cách chính xác và hiệu quả.

Hình 1 2: Dây chuyền sản xuất và đóng gói tự động

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN, CHẾ TẠOCƠ KHÍ

2.1.Sơ đồ khối.

Hình 2 1: Sơ đồ khối

2.2.Thiết kế bản vẽ

2.2.1 Bản vẽ nguồn vào

Hình 2 2: Bản vẽ nguồn vào

2.2.2 Bản vẽ kết nối truyền thông

Hình 2 3: Bản vẽ kết nối truyền thông

2.2.3 Bản vẽ Input cảm biến và nút nhấn

Hình 2 4: Bản vẽ Input cảm biến và nút nhấn

2.2.4 Bản vẽ Input chuyển chế độ

Hình 2 5: Bản vẽ Input chuyển chế độ

2.2.5 Bản vẽ đầu vào của bộ khuếch đại Loadcell

Hình 2 6: Bản vẽ đầu vào của bộ khuếch đại Loadcell

2.2.6 Bản vẽ Output relay và đèn báo

Hình 2 7: Bản vẽ Output relay và đèn báo

2.2.7 Bản vẽ động lực

Hình 2 8: Bản vẽ động lực Xylanh

Hình 2 9: Bản vẽ động lực

2.2.8 Bản vẽ bố trí thiết bị

Hình 2 10: Bản vẽ bố trí thiết bị

2.2.9 Giải thích ký hiệu

Hình 2 11: Bản vẽ giải thích ký hiệu

2.3.Tính toán lựa chọn vật tư, khí cụ điện.2.3.1 PLC

2.3.2 Băng tải

Do một block phôi có 3 phôi, nên băng tải này phải chứa được lớn hơnhoặc bằng với 3 phôi Ta có mỗi phôi có đường kính 10 (cm) x 3 (chai) = 30(cm)

 Chọn băng tải có chiều rộng là 8cm, có chiều dài là 50cm.

2.3.4 Cảm biến tiệm cận hồng ngoại

Cảm biến hồng ngoại có chức năng phát hiện phôi đầu vào, ở vị trí chiếtrót, ở vị trí thả nắp, vị trí đóng nắp và phát hiện thành phẩm Khoảng cách cầnphát hiện tối thiểu từ 2-5 cm, yêu cầu dộ chính xác tương đối Vì vậy chúng emđã lựa chọn sử dụng cảm biến vật cản hồng ngoại OMDHON E3F-DS30C4.

2.3.5 Xy lanh

Ta biết rằng nguồn cấp khí đầu vào là 6 bar, vật cần đẩy đi có khối lượnglớn nhất lên tới 1 Kg, hành trình hoạt dộng của xy lanh là 75mm.

Để tính đường kính (d) của xy lanh đôi cần đẩy một vật có khối lượng 1 kgvới áp suất đầu vào là 6 bar, ta sẽ sử dụng các bước sau:

- Chuyển đổi áp suất từ bar sang pascal:Pđầu vào = 6 bar = 600 kPa.

- Tính lực trọng (F):

Ftrọng = m x g = 1 kg x 9.8 m/s2 = 9.8 N.- Tính diện tích piston (A):

Diện tích piston A= √((π x d^2)/4)- Tính áp suất làm việc (P):

Với hành trình đơn giản, ta sẽ chọn loại van 1 đầu coil: Khi điện cấp chocuộn coil hoạt động thì xi lanh sẽ đi đến hết hành trình, khi không cấp điện nữathì xi lanh tự động lùi về hết hành trình.

Do nguồn khí đầu vào là 6 bar (0.6MPa) nên ta chọn van khí có áp suấthoạt động: 0.15 – 0.8 MPa.

2.4.Bảng danh sách vật tư, khí cụ điện.

STT Tên thiết bị Chi tiết lượngSố Đơn vị

8 Relay trung gian RL Coll 24VDC 2NO/2NC 7 Cái

11 Cảm biến Hồng ngoại NPN 4 Cái

Tên linh kiện Hình ảnh Thông số kỹ thuật

PLC S7 – 1200CPU 1214DC/DC/DC

CPU: CPU 1214C DC/DC/DC;Nguồn cung cấp: 24V DC;Đầu vào số: 14, Đầu ra số: 10;Đầu vào analog: 2;

Điều khiển PID: Có;Giao tiếp mạng: Ethernet;Bộ nhớ chương trình: 100 KB;Kích thước: 100 x 80 x 62 mm(Cao x Rộng x Sâu)

Băng tải

Dài 50cm, rộng 8cm

Được làm bằng nhôm định hình20 x 20, có thể tháo lắp linh hoạt.Dây PVC độ dày 2mm

Sử dụng động cơ 24V

Con lăn ở đầu 2 băng tải đượclàm bằng nhựa

Cảm biến tiệmcận hồng ngoại

Model: OMDHON E3F-DS30C42 dây cấp nguồn và 1 dây tín hiệuCảm biến loại NPN

Nguồn cung cấp: 6 – 36VDCKhoảng phát hiện vật: 5 – 30cmGóc chiếu: 3 – 5 độ

Dòng kích ngõ ra: < 300mALed hiển thị ngõ ra màu đỏKích thước 18x70mm

Dây nâu: nguồn dương 6 –36VDC

Dây đen: Chân tín hiện SIGNAL