thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển và giám sát khâu sắp xếp đóng gói sản phẩm sử dụng plc s7 1200 kết hợp truyền thông profinet

Các phương thức truyền thông như PROFIBUS, PROFINET, ...thường được sử dụng để kết nối các bộ điều khiển của hãng Siemens với nhau trong môi trường công nghiệp.. Mạng truyền thông công n

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN -ĐIỆN TỬ

TRUYỀN THÔNG PROFINET

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN DIÊN VỸ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN DIÊN VỸ Lớp: 20TDH02

Đà Nẵng, tháng 6 năm 2024

Tên đề tài: “THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT KHÂU SẮP XẾP, ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM SỬ DỤNG PLC S7-1200 KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG PROFINET “

Sinh viên thực hiện: Mã SV: Lớp:

1 Nguyễn Trường Sơn 2050551200219 20TDH2 2 Nguyễn Diên Vỹ 2050551200265 20TDH2

Đồ án của nhóm em tập trung vào việc nghiên cứu và phát triển một hệ thống điều khiển, giám sát khâu sắp xếp và đóng gói sản phẩm trong đó các bộ điều khiển không tập trung tại một nơi mà được bố trí nhiều nơi trên toàn hệ thống Mô hình sử sụng bộ điều khiển chỉnh là 2 PLC S7-1200 1214 DC/DC/DC Siemens được kết nối với nhau thông qua giao thức truyền thông Profinet có vai trò lần lượt là PLC Mater và PLC Slave Với mục tiêu tích hợp được các thuật toán điều khiển và giám sát logic để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và được giám sát chặt chẽ Nhóm em sẽ tập trung vào nghiên cứu thuật toán điều khiển, thiết kế giao diện giám sát hệ thống với hy vọng rằng hệ thống sẽ hoạt động tốt và mang lại sự tiện lợi trong các ứng dụng

Chúng em hy vọng sẽ giảm thiểu được sự phụ thuộc vào lao động và nhân công và nâng cao được khả năng điều khiển và giám sát các dây chuyền sản xuất trong công nghiệp

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Tấn Hòa Sinh viên thực hiện : Nguyễn Trường Sơn 2050551200219

Nguyễn Diên Vỹ 2050551200265

1 Tên đề tài: Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển và giám sát khâu sắp xếp,đóng gói sản

phẩm sử dụng plc s7-1200 kết hợp truyền thông profinet

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

- Sử dụng 2 PLC S7-1200 - Hệ thống truyền động cánh tay robot 3 bậc tự do - Có băng tải đưa sản phẩm vào và trả khay hàng hoàn thiện ra bên ngoài

3 Nội dung chính của đồ án:

NỘI DUNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NỘI DUNG 2: TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 VÀ PHƯƠNG THỨC TRUYỀN THÔNG PROFINET

NỘI DUNG 3: THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG NỘI DUNG 4: XÂY DỰNG ĐIỀU KHIỂN

NỘI DUNG 5: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

Đà Nẵng, ngày 13 tháng 6 năm 2024

Sau hơn 4 năm học tại trường đại học Đồ án tốt nghiệp kỹ sư là môn học cuối cùng đánh dấu sự kết thúc quá trình rèn luyện và học tập các kiến thức cơ bản, đồng thời đã mở ra những con đường thực tế đi vào cuộc sống của chúng em trong tương lai Quá trình làm đồ án giúp chúng em tổng hợp, thu thập lại các kiến thức đã được học trong suốt những năm tháng qua, qua đó rèn luyện được những khả năng tính toán và giải quyết các vấn đề trong thực tế

Trong quá trình làm đồ án này chúng em gặp không ít những trở ngại và khó khăn do vốn kiến thức còn nhiều hạn chế Dù bận rộn rất nhiều công việc nhưng các Thầy Cô vẫn giành nhiều tâm huyết và thời gian để hướng dẫn chúng em Thầy Cô luôn quan tâm, hướng dẫn và sửa chữa những vấn đề quan trọng giúp chúng em định hướng và làm việc theo quan điểm đúng đắn, chính sự nhiệt huyết và tận tâm của Thầy đã giúp chúng em có được tinh thần, một niềm tin và khối kiến thức phong phú để đến ngày hôm nay đồ án tốt nghiệp của chúng em được hoàn thành

Với tất cả tấm lòng biết ơn sâu sắc, chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu cùng toàn thể quý Thầy Cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật – Đại Học Đà Nẵng, các Thầy Cô khoa Điện- Điện Tử, bộ môn Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa đã chân tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập tại trường, đặc biết là Thầy Nguyễn Tấn Hoà– Giảng viên hướng dẫn đồ án này

Sau cùng chúng em xin cảm ơn gia đình, người thân luôn bên cạnh ủng hộ và động viên Cảm ơn tất cả bạn bè đã gắn bó và cùng học tập, giúp đỡ chúng mình trong suốt thời gian qua, cũng như trong quá trình hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

TP Đà Nẵng, ngày 13 tháng 6 năm 2024

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Diên Vỹ - Nguyễn Trường Sơn

Kính gửi: Ban Giám hiệu Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật – Đại học Đà Nẵng Khoa : Điện – Điện tử

Em tên là: Nguyễn Trường Sơn MSV: 2050551200219 Lớp: 20TDH2 Nguyễn Diên Vỹ 2050551200265 20TDH2

Chúng em xin cam đoan rằng đề tài “ THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT KHÂU SẮP XẾP, ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM SỬ DỤNG PLC S7-1200 KẾT HỢP TRUYỀN THÔNG PROFINET” được tiến hành một cách minh bạch, công khai

Mọi thứ được dựa trên sự nghiên cứu, nỗ lực, tự chủ của nhóm cũng như sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Tấn Hoà

Các số liệu và kết quả nguyên cứu được đưa ra trong đồ án là trung thực, không sao chép từ bất kỳ nguồn có sẵn nào Những phần có sử dụng tài liệu tham khảo trong đồ án đã được liệt kê và nêu rõ tại phần tài liệu tham khảo, đó là những tài liệu được trích dẫn và ghi chú rõ ràng

Nhóm em xin cam đoan đây là thành quả của quá trình nghiên cứu độc lập và sự nỗ lực không ngừng nghỉ của nhóm và chúng em sẽ tuân thủ mọi quy định mà hội đồng đã đặt ra Nếu như sai sót nhóm em xin chịu trách nhiệm hoàn toàn và sẵn sàng sửa chữa bổ sung để đảm bảo được tính minh bạch, công khai cũng như chất lượng của đồ án

Sinh viên thực hiện {Chữ ký và ghi rõ họ tên}

Nguyễn Diên Vỹ Nguyễn Trường Sơn

NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN TÓM TẮT

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT v

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu 2

1.2.1 Tổng quan về mạng truyền thông công nghiệp hiện nay 2

1.2.2 Tổng quan về các giải pháp 3

1.2.3 Tiêu chí của đề tài 6

1.2.4 Lựa chọn giải pháp cho đề tài 6

1.3 Mục tiêu nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu 7

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu 7

1.3.2 Đối tượng nghiên cứu 7

1.4 Phương pháp nghiên cứu 7

1.5 Tính thiết yếu của đề tài 7

1.6 Tính mới của đề tài 7

1.7 Tính môi trường của đề tài 7

1.8 Giới hạn của đề tài 8

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 VÀ PHƯƠNG THỨC TRUYỀN THÔNG PROFINET 9

2.1 Tổng quan về PLC S7-1200 9

2.1.1 Cấu trúc 9

2.1.2 Phân vùng bộ nhớ 9

2.1.5 Giới thiệu hệ SCADA 12

2.2 Phương thức truyền thông profinet 13

2.2.1 Cơ bản về phương thức Profinet 13

2.2.2 Hàm truyền thông PUT/GET 14

2.2.3 S7-Connection 15

2.2.4 Cài đặt cấu hình cho hệ truyền thông 16

2.2.5 Ứng dụng của truyền thông Profinet trong đề tài 18

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG 20

3.1 Giới thiệu tổng quan về mô hình 20

3.2 Tổng quan về cánh tay Robot 21

3.3.1 Mô hình 1 (3 khâu RRR) 21

3.2.2 Động học thuận của robot 3 bậc RRR 22

3.2.3 Xây dựng mô hình Robot 23

3.2.4 Động cơ truyền các trục Robot 23

3.2.5 Lựa chọn giác hút sản phẩm 25

3.3 Thiết kế và lựa chọn thiết bị 26

3.3.1 Lựa chọn băng tải 26

3.4.4 Lựa chọn quy trình công nghệ 37

CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 39

4.1 Sơ đồ khối điều khiển 39

4.2 Sơ đồ đấu dây 40

4.3.2 Bảng phân công PLC Master 42

4.4 Lưu đồ thuật toán 43

4.4.1 Lưu đồ chương trình chính 43

4.4.2 Lưu đồ chương trình Manual 44

4.4.3 Lưu đồ chương trình Auto 45

4.4.4 Lưu đồ chương trình truyền thông 2 PLC 46

4.4.5 Giải thích lưu đồ thuật toán 47

4.5 Chương trình truyền thông 49

4.5.1 Chương trình truyền thông Master 49

4.5.2 Chương trình truyền thông Slave 51

4.6 Chương trình điều khiển robot 52

4.6.1 Cài đặt cấu hình phần cứng cho PLC 52

4.6.2 Thiết lập khối Motion Control để điều khiển động cơ 53

4.6.3 Chương trình đưa Robot dò về Home 53

4.6.4 Xác định vị trí gắp sản phẩm 55

4.6.5 Chương trình các khâu trong hệ thống 55

4.6.6 Phân chia sản phẩm vào vị trí đã thiết lập trong khay hàng 57

4.6.7 Chương trình cảnh báo lỗi 58

4.7 Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát 58

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 60

5.1 Kết quả thực nghiệm hệ thống 60

5.1.1 Kết quả thực nghiệm thao tác và giám sát trên hệ thống 60

5.1.2 Kết quả thực nghiệm hệ thống hoạt động 61

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI 62

Kết luận 62

Yếu tố an toàn của của hệ thống 62

Kết quả đạt được 62

Hạn chế của đề tài 62

Hướng phát triển hệ thống trong tương lai 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

BẢNG 1: CƠ BẢN VỀ PROFINET 13

BẢNG 2:THÔNG SỐ KỸ THUẬT SWITCH TP-LINK TL-SF1005D 16

BẢNG 3: PHÂN LOẠI KHỚP THEO HỆ TOẠ ĐỘ 21

BẢNG 4: THAM SỐ DH 22

BẢNG 5: ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐỘNG CƠ SERVO VÀ ĐỘNG CƠ BƯỚC 24

BẢNG 6:THÔNG SỐ KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ BĂNG TẢI 28

BẢNG 7: THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MCB 31

BẢNG 8: THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH V-156-1C25 31

BẢNG 9:THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA VAN ĐIỆN TỪ 33

BẢNG 10: THÔNG SỐ CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-1200 35

BẢNG 11: BẢNG PHÂN CÔNG ĐẦU VÀO/RA PLC SLAVE 41

BẢNG 12:BẢNG PHÂN CÔNG ĐẦU VÀO/RA PLC MASTER 42

HÌNH 1.1: ROBOT SẮP XẾP HÀNG HÓA ĐÓNG GÓI VÀO HỘP 1

HÌNH 1.2: HỆ THỐNG MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP MẪU 2

HÌNH 1.4: ROBOT SCARA 4

HÌNH 1.5: ROBOT TUYẾN TÍNH (ROBOT GIÀN) 5

HÌNH 1.6: ROBOT KHỚP NỐI 5

HÌNH 2.1: LOGO PHẦN MỀM TIA PORTAL V17 9

HÌNH 2.2: GIAO TIẾP TRONG SIEMENS 10

HÌNH 2.3: GIAO TIẾP QUA CP 11

HÌNH 2.4: GIAO TIẾP QUA FB14/FB15(GET/PUT) 11

HÌNH 2.5: GIAO TIẾP QUA FB12/FB13 HOẶC SFB12/SFB13 12

HÌNH 2.6: CẤU HÌNH KẾT NỐI GIỮA PLC VỚI WINCC THÔNG QUA DÂY PN/IE_1 13

HÌNH 2.7:CẤU TRÚC HỆ THỐNG SỬ DỤNG CHUẨN MỞ RỘNG PROFINET 14

HÌNH 2.8: CẤU TRÚC HÀM PUT 14

HÌNH 2.9 CẤU TRÚC HÀM GET 15

HÌNH 2.12: CHO PHÉP KẾT NỐI GIỮA 2 PLC 17

HÌNH 2.13 TẠO KHỐI DATA BLOCK 18

HÌNH 2.14: SƠ ĐỒ TỔNG QUAN THIẾT KẾ TRUYỀN THÔNG 19

HÌNH 3.1 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ THIẾT BỊ HỆ THỐNG 20

HÌNH 3.2: ROBOT 3 BẬC TỰ DO (R-R-R) 21

HÌNH 3.3: HÌNH ẢNH ROBOT SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH 23

HÌNH 3.4: ĐỘNG CƠ SERVO VÀ ĐỘNG CƠ BƯỚC 23

HÌNH 3.5: HÌNH ẢNH ĐỘNG CƠ STEP NEMA 17 25

HÌNH 3.6:ĐẦU GIÁC HÚT CÁNH TAY ROBOT 25

HÌNH 3.7:MÔ HÌNH ẢNH 3D BĂNG TẢI CỦA HỆ THỐNG 26

HÌNH 3.13:CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI E3F-DS30C4 32

HÌNH 3.14: RELAY OMRON MY2N VÀ CHÂN ĐẾ 32

HÌNH 3.15: VAN ĐIỆN TỪ AIRTAC 4V210-08 33

HÌNH 3.16:NGUỒN 24V – 10A 33

HÌNH 3.17:DRIVER ĐỘNG CƠ BƯỚC TP6600 4A 42V 34

HÌNH 3.18:PLC SIEMENS S7-1200 1214C DC/DC/DC 35

HÌNH 4.1: SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 39

HÌNH 4.2:SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY TRẠM SLAVE 40

HÌNH 4.3:SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY TRẠM MASTER 40

HÌNH 4.4: LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN CHƯƠNG TRÌNH MAIN 43

HÌNH 4.5:LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN CHƯƠNG TRÌNH MANUAL 44

HÌNH 4.6:LƯU ĐỒ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN AUTO 45

HÌNH 4.9: CẤU HÌNH ĐẦU RA ĐỘNG CƠ BƯỚC 52

HÌNH 4.10: KHỐI MOTION CONTROL ĐỂ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ 53

HÌNH 4.11: CHƯƠNG TRÌNH KHỞI TẠO NGUỒN CHO ROBOT 53

HÌNH 4.12: CHƯƠNG TRÌNH ROBOT TỰ ĐỘNG DÒ VỊ TRÍ HOME 54

HÌNH 4.13:CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ROBOT VỀ VỊ TRÍ GẮP SẢN PHẨM 55

HÌNH 4.14:CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ROBOT TIẾN HÀNH GẮP SẢN PHẨM 55

HÌNH 4.15:CHƯƠNG TRÌNH KHÂU 2 56

HÌNH 4.16:CHƯƠNG TRÌNH KHÂU GẮP NHẢ SẢN PHẨM 57

HÌNH 4.17: CHƯƠNG TRÌNH SẮP XẾP SẢN PHẨM VÀO KHAY HÀNG THEO TOẠ ĐỘ ĐÃ CÀI ĐẶT SẴN 57

HÌNH 4.18: CHƯƠNG TRÌNH CẢNH BÁO LỖI 58

HÌNH 4.19: GIAO DIỆN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG 58

HÌNH 4.20: GIAO DIỆN CHẾ ĐỘ MANUAL 59

KÝ HIỆU: CHỮ VIẾT TẮT: PLC: Programable Logic Controller PC: Personal Computer

WinCC: Windows Control Center Profinet: Process Field Net

PROFIBUS: Process Field Bus TCP/IP: Transmission Control Protocol/ Internet Protocol FBD: Function Block Diagram

LAD: Ladder Diagram SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Đặt vấn đề

Ngày nay những hệ thống sắp xếp và đóng gói hàng tự động là một giải pháp tự động hóa thay thế hoàn toàn công việc sắp xếp và đóng gói hàng thủ công, từ đó tăng năng suất vận hành của nhà máy, đồng thời giảm thiểu được những sai sót trong khâu đóng gói hàng thủ công Hệ thống sắp xếp và đóng gói được phát triển vào những năm 1970, khi đó nó là sự kết hợp của hệ thống băng tải và thiết bị nâng công nghiệp

Để xếp các sản phẩm vào vị trí cố định trong khay hoặc hộp hàng thì từ năm 1980, cánh tay robot bắt đầu được tích hợp vào hệ thống Việc sử dụng cánh tay robot mang lại sự linh hoạt cho hệ thống sắp xếp hàng tự động với số lượng chủng loại hàng hóa ngày càng đa dạng Một cánh tay robot có thể được lập trình để xử lý các sản phẩm có kích thước khác nhau hoặc sắp xếp chúng vào thùng theo nhiều cách mà không cần thay đổi thiết kế từ trước

Qua thời gian, hệ thống robot sắp xếp và đóng gói đã chứng minh rằng nó đem lại những ưu thế kỹ thuật nổi trội như nâng cao mức độ tự động hóa trong các dây chuyển sản xuất của các nhà máy, tính đồng bộ của hệ thống ngày càng được nâng cao và duy trì tính chính xác, ổn định của hệ thống

Hình 1.1: Robot sắp xếp hàng hóa đóng gói vào hộp

Hệ thống sắp xếp và đóng gói sản phẩm thường bao gồm nhiều công đoạn khác nhau để hoàn thành quy trình Tuy nhiên, một bộ điều khiển không thể kiểm soát toàn bộ các thiết bị trong từng công đoạn đó Do đó, việc chia nhỏ từng công đoạn và gán cho từng bộ điều khiển riêng là cần thiết Điều này giúp tối ưu hóa quản lý và điều khiển từng giai đoạn của quy trình sắp xếp và đóng gói, đảm bảo tính hiệu quả và đồng nhất trong sản xuất Bằng cách này, mỗi bộ điều khiển có thể tập trung vào các nhiệm vụ cụ thể của công đoạn mà nó quản lý, giúp tăng cường khả năng kiểm soát và quản lý tổng thể của hệ thống

Việc kết nối các bộ điều khiển quản lý từng công đoạn với nhau thông qua các phương thức truyền thông là không thể thiếu Các phương thức truyền thông này không chỉ cho phép trao đổi dữ liệu và lệnh điều khiển một cách nhanh chóng và đáng tin cậy, mà còn tạo điều kiện cho việc giám sát và quản lý tổng thể của quy trình sản xuất Các phương thức truyền thông như PROFIBUS, PROFINET, thường được sử dụng để kết nối các bộ điều khiển của hãng Siemens với nhau trong môi trường công nghiệp Sự kết nối thông qua các phương thức này giúp tạo ra một hệ thống điều khiển tích hợp, linh hoạt và dễ quản lý, đồng thời nâng cao hiệu suất và đáp ứng nhu cầu sản xuất đa dạng và phức tạp

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu

1.2.1 Tổng quan về mạng truyền thông công nghiệp hiện nay

Mạng truyền thông công nghiệp, thường gọi tắt là mạng công nghiệp (tên tiếng Anh là Industrial Communication Network) là cụm từ dùng để chỉ các hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp, truyền tín hiệu, thông tin nội bộ của một xí nghiệp, công ty, doanh nghiệp, cơ sở sản xuất,… nhằm mục đích liên kết, ghép nối các máy tính, thiết bị công nghiệp với nhau thành một thể thống nhất, để chúng có thể giao tiếp, truyền dữ liệu, theo một mạng lưới, hệ thống đồng nhất hoặc có sự phân cấp để dễ dàng đảm bảo tính an toàn, bảo mật và có sự kiểm soát chặt chẽ

Hình 1.2: Hệ thống mạng truyền thông công nghiệp mẫu

Các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp hiện nay thường liên kết mạng với nhau theo nhiều mức, cấp bậc, dựa trên cảm biến, cơ cấu thực hiện, phân cấp hiện trường, đến hệ thống máy tính, thiết bị điều khiển, quan sát, giám sát, điều hành, quản lý cơ sở, xí nghiệp, công ty, nó mang tính chất kiểm soát và toàn vẹn dữ liệu, nên có thể ứng dụng với quy mô từ nhỏ đến vô cùng lớn, môi trường khắc nghiệt

Các cơ chế điều khiển thường được ứng dụng trong mạng truyền thông công nghiệp tự động hóa công nghệ bao gồm:

- Bộ điều khiển PLC logic lập trình - Hệ thống điều khiển DCS phân tán - Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA Các yếu tố này phụ thuộc nhiều đến yếu tố là: các thiết bị hiện trường, hệ thống thiết bị thông minh, PC tổng điều khiển – giám sát, bộ hiển thị HMI và bộ điều khiển I/O phân tán

Để các máy tính, thiết bị, máy móc trong hệ thống công nghiệp có thể kết nối và giao tiếp với nhau, cần một mạng lưới truyền thông trung gian hoặc sơ đồ truyền thông thu – phát tín hiệu, dữ liệu mạnh mẽ và hiệu quả hơn,đồng thời phải rất khác biệt so với mạng truyền thống, để tạo thành một một đường dẫn liên lạc tách biệt giữa các máy tính, thiết bị hiện trường, với bộ điều khiển và PC điều khiển, giám sát tổng

Các mạng truyền thông công nghiệp được sử dụng phổ biến hiện nay bao gồm: Modbus, Ethernet, Devicenet, Controlnet

- Cấu trúc: + Phương tiện truyền dẫn để truyền dữ liệu, tín hiệu, thông tin điều khiển, vận hành…có

thể phương tiện dẫn là có dây hoặc không dây + Trong trường hợp đường truyền có dây, cáp đường truyền thường dùng là cáp xoắn,

cáp đồng trục hoặc cáp quang, tùy theo môi trường và loại mạng mà lựa chọn loại cáp mạng truyền cho phù hợp, vì mỗi loại cáp lại có những đặc tính, đặc điểm truyền dẫn tín hiệu riêng

+ Trong trường hợp đường truyền không dây, tín hiệu, thông tin giao tiếp sẽ được thực hiện thông qua sóng radio

- Kết luận:

Việc ứng dụng các giao thức truyền thông để kết nối các bộ điều khiển hệ thống độc lập lại với nhau là rất cần thiết Nhờ đó, hệ thống có thể kết nối các khâu sản xuất riêng lẻ thành một quy trình sản xuất hoàn thiện, giúp vận hành liên tục, xuyên suốt, dễ dàng theo dõi được quá trình làm việc của từng khâu sản xuất

1.2.2 Tổng quan về các giải pháp a) Giải pháp cho giao thức kết nối 2 PLC

Nhóm sử dụng 2 PLC S7 1200 của hãng Siemes, trong đó 1 PLC để điều khiển khâu khâu luân chuyển - cấp sản phẩm, 1 PLC điều khiển khâu sắp xếp đóng gói sử dụng cánh tay robot

Để kết nối 2 PLC S7 1200 lại với nhau thì nhóm em đưa ra 2 phương thức truyền thông phổ biến thường sử dụng trong công nghiệp là PROFINET và PROFIBUS

❖ Profinet: Một từ viết tắt của Process Field Net là một tiêu chuẩn kỹ thuật công nghiệp

để truyền dữ liệu qua cáp Ethernet công nghiệp - Ưu điểm: Tốc độ truyền dữ liệu nhanh, hỗ trợ tự động hóa thời gian thực, truyền thông an toàn và bảo mật hệ thống, dễ dàng thu thập và phân tích dữ liệu dễ dàng vận hành hiệu quả và xử lý tình huống nhanh chóng

- Nhược điểm: Chi phí đầu tư lớn, độ phức tạp của hệ thống cao

❖ Profibus: Một từ viết tắt của Process Field Bus là một chuẩn cho truyền thông fieldbus

trong kỹ thuật tự động hóa - Ưu điểm: Có độ tin cậy cao, có khả năng tương thích với nhiều thiết bị tự động hóa khác nhau, dễ sử dụng

- Nhược điểm: Tốc độ truyền dữ liệu thấp hơn các giao thức truyền thông công nghiệp khác, khoảng cách truyền dữ liệu ngắn, có hạn chế về số lượng thiết bị tối đa có thể kết nối trong mạng PROFIBUS

b) Giải pháp sử dụng Robot cho khâu sắp xếp – đóng gói

Ứng dụng tính tiện lợi của cánh tay robot trong khâu sắp xếp, đóng gói sản phẩm giúp tiết kiệm thời gian, nhân công trong quá trình làm việc, nâng cao năng suất và mang lại hiệu quả cao trong quá trình sản xuất sản phẩm

❖ Sử dụng Robot Scara

Hình 1.3: Robot Scara - Ưu điểm: Vì chỉ có 3 hoặc 4 trục, trong đó chỉ có 2 khớp phối hợp đồng thời nên tốc độ Scara rất nhanh và linh hoạt So về tốc độ thì Scara có tốc độ thấp hơn robot nhện Delta nhưng nhanh hơn hẳn Robot Arm 6 trục Là hệ thống được thiết kế chủ yếu cho ứng dụng lắp ráp nên Scara có độ chính xác lặp lại khá cao, chỉ ±0.01mm

- Nhược điểm: Như đã đề cập ở trên, nhược điểm của Scara nằm ở độ linh hoạt của trục Z Do bị cố định chuyển động của trục Z nên Scara chỉ chuyển động được phần cánh tay còn về gốc thì không thay đổi được, trọng lượng chịu tải khá thấp dưới 30kg

❖ Robot tuyến tính (robot giàn)

Hình 1.4: Robot tuyến tính (robot giàn)

- Ưu điểm: Có thiết kế đơn giản bởi chúng chỉ chuyển động theo 3 trục thẳng x, y, z

Do đó, có thể dễ dàng cấu hình, lập trình và vận hành chúng Các chuyển động của chúng có độ chính xác cao nên thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác Có cấu trúc đơn giản nên chi phí đầu tư ban đầu khá rẻ

- Nhược điểm: Trong tất cả các loại robot công nghiệp, robot tuyến tính là một trong

những robot tốn diện tích nhất Hoạt động theo 3 trục thẳng x, y, z, chúng cần một không gian hình khối để vận hành, có tốc độ chậm, do đó chúng không phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ nhanh, thiếu tính linh hoạt và không phù hợp với các ứng dụng phức tạp

❖ Robot khớp nối

Hình 1.5: Robot khớp nối

- Ưu điểm: Có khớp nối có nhiều khớp, cho phép robot di chuyển linh hoạt hơn, tiếp cận được nhiều vị trí hơn và phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu sự linh hoạt Các robot có

khớp nối có thể đạt được tốc độ cao, giúp cải thiện năng suất

- Nhược điểm: Các robot có khớp nối được thiết kế tương đối phức tạp hơn các loại robot chỉ thực hiện chuyển động tuyến tính hoặc chuyển động xoay ngang Những khớp quay đòi hỏi nhiều bộ phận hơn và cần xem xét cẩn thận hơn khi chế tạo

1.2.3 Tiêu chí của đề tài

- Kết nối được 2 PLC với giải pháp tối ưu nhất, tốc độ truyền nhanh, đảm bảo hiệu quả và tiết kiệm

- Điều khiển giám sát được hoạt động của hệ thống - Cánh tay robot đáp ứng được các yêu cầu trong quá trình làm việc và đảm bảo độ chính xác cao

- Bố trí vị đặt sản phẩm, khay hàng, nắp khay phải nằm trong phạm vi hoạt động của tay gắp robot

- Chi phí lắp đặt tương ứng với quy mô của hệ thống - Các kết cấu cơ khí trong hệ thống phải được bố trí khoa học, có độ bền cao, dễ dàng tháo lắp và sửa chữa

1.2.4 Lựa chọn giải pháp cho đề tài

Sau khi tiến hành khảo sát thực tế và tham khảo các giao thức truyền thông PLC S7 1200 cùng các loại máy móc phù hợp cho quy trình sắp xếp và đóng gói sản phẩm, nhóm chúng em đề xuất giải pháp kết nối 2 PLC S7 1200 thông qua giao thức truyền thông Profinet Qua việc tập trung vào các tiêu chí lựa chọn và nhu cầu thực tế của quá trình sản xuất, giải pháp này được xem xét là phù hợp nhất Đồng thời, nhóm em đề xuất sử dụng cánh tay robot khớp nối trong khâu sắp xếp và đóng gói sản phẩm Việc này được đánh giá là mang lại sự linh hoạt và hiệu quả trong việc xử lý sản phẩm, đồng thời cũng giảm bớt sự phụ thuộc vào lao động và tối ưu hóa quy trình sản xuất Đây là một giải pháp hợp lý để cải thiện hiệu suất và chất lượng sản xuất trong ngành công nghiệp

1.2.5 Tổng quan về hệ thống đề xuất

- Ứng dụng giao thức truyền thông Profinet để kết nối hai bộ điều khiển PLC S7 1200, điều khiển hai khâu sản xuất hoạt động phối hợp với nhau PLC Master điều khiển hệ thống luân chuyển, kết nối với PLC Slave điều khiển cánh tay robot thực hiện việc sắp xếp và đóng gói

- Hệ robot sử dụng cánh tay robot khớp nối để thực hiện việc gắp sản phẩm và sắp xếp vào khay hàng Sau khi gắp đủ số lượng sản phẩm cần thiết vào khay hàng, robot sẽ tiến hành gắp nắp khay và đóng vào khay hàng

- Hệ luân chuyển sử dụng hai băng tải và các xi lanh đẩy Băng tải thứ nhất và các xilanh có nhiệm vụ đưa sản phẩm, khay hàng, nắp khay đến vị trí gắp của robot Băng tải thứ hai có nhiệm vụ vận chuyển khay hàng hoàn thiện đến khâu sản xuất tiếp theo

- Sử dụng các cảm biến tiệm cận để xác định vị trí của sản phẩm, khay hàng, nắp khay Các công tắc hành trình có nhiệm vụ đảm bảo cho robot hoạt động chính xác và an toàn

- Giao diện màn hình giám sát giúp dễ dàng theo dõi và vận hành điều khiển được toàn bộ hệ thống

1.3 Mục tiêu nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu

- Thiết kế chế tạo thành công mô hình hệ thống - Nghiên cứu và lập trình điều khiển PLC S7 1200 - Truyền thông kết nối được 2 PLC S7 1200 để điều khiển giám sát hệ thống - Tìm hiểu mở mang kiến thức để lập trình điều khiển được cánh tay robot

1.3.2 Đối tượng nghiên cứu

Đề tài sẽ tập trung nghiên cứu các vấn đề sau: - Tìm hiểu phương thức truyền thông Profinet giữa 2 PLC S7 1200 - Tìm hiểu quy trình, thiết kế, điều khiển được cánh tay Robot - Xây dựng giao diện điều khiển, giám sát

- Xây dựng được các tính năng phù hợp cho quá trình điều khiển

1.4 Phương pháp nghiên cứu

- Tham khảo tài liệu, video, hình ảnh trên các phương tiện truyền thông, mạng xã hội - Quan sát thực tế để tiếp cận được vấn đề, thực nghiệm quá trình hoạt động của khâu sắp xếp, đóng gói sản phẩm ứng dụng truyền thông Profinet trong nhà máy

- Xác định các khó khăn, thách thức trong quá trình làm việc gặp phải - Tham khảo, nghiên cứu các hệ thống đã có sẵn trên để tìm ra phương án tối ưu

1.5 Tính thiết yếu của đề tài

Đề tài Thiết kế và chế tạo hệ thống điều khiển, giám sát khâu sắp xếp và đóng gói sản phẩm sử dụng PLC S7-1200 kết hợp truyền thông Profinet” là một đề tài có tính cần thiết rất cao trong công nghiệp Đề tài đã tác động lớn đến ngành vận chuyển xuất khẩu hàng hóa (đối với đối tượng mà đề tài chúng em hướng tới) và các ngành liên quan như là y tế, công nghiệp thực phẩm…

- Giúp chúng ta hiểu rõ hơn về mạng truyền thông trong công nghiệp - Hiểu rõ hơn về việc điều khiển cánh tay robot sử dụng PLC S7-1200 - Tiến gần hơn với việc sử dụng mạng truyền thông trong các hệ thống lớn - Cải thiện tính linh hoạt và chính xác trong hệ thống sắp xếp, đóng gói - Dễ dàng kết nối và tích hợp được các phần mềm lập trình, quản lý - Hệ thống có tính bền vững, giảm thiểu chất thải ra môi trường trong quá trình sản xuất - Hướng đến sự an toàn trong vận hành hệ thống

1.6 Tính mới của đề tài

- Sử dụng 2 PLC S7 1200 được kết nối với nhau thông qua truyền thông Profinet để điều khiển, vận hành hệ thống

- Sử dụng cánh tay robot có khả năng làm việc nhanh chóng, chính xác và hiệu quả, giúp tăng cường năng suất

- Sử dụng các cảm biến để gửi dữ liệu phân tích cải thiện quy trình sản xuất - Thiết kế các bộ phận có thể dễ dàng thay thế và bảo trì, giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động

1.7 Tính môi trường của đề tài

- Sử dụng năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và gió để cung cấp năng lượng điện

sạch cho hệ thống sắp xếp và đóng gói

- Áp dụng các công nghệ và quy trình sản xuất ít phát thải khí nhà kính và các chất gây ô

nhiễm khác

- Sử dụng phương tiện vận chuyển sử dụng năng lượng sạch hoặc tiết kiệm nhiên liệu để

giảm thiểu phát thải khí

- Sử dụng các thiết bị và máy móc tiết kiệm năng lượng như động cơ hiệu suất cao và các

thiết bị có chứng nhận năng lượng 1.8 Giới hạn của đề tài

- Với yêu cầu là kết nối các giai đoạn sản xuất riêng lẻ thành một quy trình sản xuất hoàn chỉnh, chúng em đã đặt ra mục tiêu tổ chức và kết nối hai giai đoạn quan trọng trong dây chuyền sản xuất Đó là giai đoạn luân chuyển và cung cấp sản phẩm, cũng như giai đoạn sắp xếp và đóng gói sản phẩm, thông qua phương thức truyền thông Profinet và sử dụng cánh tay robot 3 bậc tự do kèm thanh ray trượt

- Tuy nhiên, trong quá trình triển khai, chúng em đã gặp phải một số hạn chế Do đây chỉ là một đồ án nghiên cứu, nên chúng em không có đủ tài nguyên và khả năng để xây dựng một dây chuyền sản xuất hoàn chỉnh Chính vì vậy, chúng em đã tập trung vào việc tổ chức và kết nối hai khâu sắp xếp và đóng gói

- Mô hình của chúng em chỉ sử dụng robot được làm bằng chất liệu nhựa in 3D Chất liệu này có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường cao, gây ra hiện tượng méo mó và cong vênh ở các chi tiết, ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của robot

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 VÀ PHƯƠNG THỨC TRUYỀN

- Phần mềm được sử dụng để lập trình S7-1200 là Step 7 Basic Step 7 basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình: FBD, LAD và SCL Phần mềm được tích hợp trong Siemens TIA Portal

2.1.3 Phần mềm lập trình

TIA Portal V17 là phần mềm tích hợp của nhiều phần mềm điều hành để quản lý vận hành tự động hóa và cơ điện của hệ thống Có thể hiểu, TIA Portal là phần mềm tự động hóa đầu tiên sử dụng cùng một môi trường, nền tảng để thực thi các tác vụ và hệ thống điều khiển

Hình 2.1: Logo phần mềm Tia Portal V17 TIA Portal V17 có giao diện dễ sử dụng và tích hợp đầy đủ các công cụ cần thiết cho việc thiết kế hệ thống tự động hóa, bao gồm lập trình PLC, tạo giao diện người dùng và quản lý dự án Nó cung cấp tính năng quản lý dự án để theo dõi tiến độ và tối ưu hóa quản lý thời gian và nguồn lực TIA Portal V17 cũng tích hợp với các phần mềm khác như SCADA và MES, tối ưu hóa sức mạnh và tính năng của hệ thống Hỗ trợ cho nhiều loại thiết bị tự động hóa khác

nhau, bao gồm PLC của Siemens, giúp người dùng linh hoạt và tùy biến trong việc thiết kế hệ thống của họ

2.1.4 Giao tiếp của Siemens

- Trong kịch bản giao tiếp Siemens có ba bộ phận: + Khách hàng

+ Máy chủ + Đối tác (còn được gọi là cùng bên trong từ điển máy tính cổ điển) - Và được chia ra:

+ Khách hàng chỉ có thể truy vấn + Máy chủ chỉ có thể trả lời + Đối tác có thể nói cả hai theo ý của riêng mình

Hình 2.2: Giao tiếp trong Siemens - Cả ba thành phần bên trái đều là Khách hàng, chúng kết nối với máy chủ nội bộ của Bộ xử lý giao tiếp (CP) và tạo một yêu cầu S7

- Máy chủ trả lời bằng một tín hiệu đáp ứng S7 - Không cần cấu hình phía máy chủ Dịch vụ máy chủ được xử lý tự động bởi firmware của CP

- CP có thể là bên ngoài như CP343/CP443 hoặc trong CPU 3XX-PN hoặc 4XX-PN, tuy nhiên, chúng hoạt động theo cùng một cách

Hình 2.3: Giao tiếp qua CP PLC cũng có thể hoạt động như Khách hàng, trong trường hợp này, các yêu cầu đọc/ghi dữ liệu được thực hiện qua FB14/FB15 (Get/Put), và cần một kết nối S7, được tạo bằng

NetPRO

Hình 2.4: Giao tiếp qua FB14/FB15(Get/Put)

Đối tác có thể trao đổi dữ liệu tự động, tức là sau khi kết nối được thiết lập, cả hai đối tác có thể gửi dữ liệu cho đối tác kia

Loại giao tiếp này thường được gọi là Client-Client bởi Siemens trong tài liệu của họ Người đồng đẳng yêu cầu kết nối được gọi là Đối tác Hoạt động, người chấp nhận kết nối được gọi là Đối tác Bị động

Hình 2.5: Giao tiếp qua FB12/FB13 hoặc SFB12/SFB13 Giao tiếp được thực hiện qua FB12/FB13 (S7300) hoặc SFB12/SFB13 (S7400), các tên biểu tượng của chúng là BSend/BRecv (Gửi Khối/Gửi Khối)

Một lưu ý quan trọng là: khi PLC A gọi BSend, BRecv phải được gọi trong PLC B cùng một lúc để hoàn thành giao dịch

Đối với cả hai đối tác, cần tạo một Kết nối S7 với NetPro Đối tác Hoạt động phải kiểm tra tùy chọn "Thiết lập một kết nối hoạt động" trong các thuộc tính kết nối (Bạn có thể tìm thêm thông tin chi tiết trong mô tả Snap7Partner)

Mô hình giao tiếp này chủ yếu được cung cấp để kết nối các PLC với nhau, tuy nhiên, Snap7Partner cho phép phần mềm của bạn hoạt động như đối tác hoạt động hoặc đối tác bị động trong mạng PLC

2.1.5 Giới thiệu hệ SCADA

Phần mềm SIMATIC WinCC của Siemens là phần mềm đặc biệt để xây dựng giao diện điều khiển HMI cũng như xử lý và lưu trữ dữ liệu trong hệ thống SCADA trong ngành tự động hóa WinCC cung cấp các công cụ phần mềm để thiết lập một giao diện điều khiển chạy trên hệ điều hành của Microsoft Gói phần mềm được sử dụng trong máy là WinCC RT Advanced với các tính năng chính:

- Giám sát, báo cáo, đăng nhập và quản lí người dùng ở mức độ cơ bản - Có hỗ trợ khả năng mở rộng phần mềm

- Cho phép tích hợp các mạng vào một mạng chung nhờ vào TCP/IP network Để máy tính có thể điều khiển, giám sát từ giao diện tới PLC thì máy tính và PLC cần được liên kết với nhau Trước tiên, ta cần gọi một khối SIMATIC PC Station từ Hardware Catalog của TIA Portal Ở đây chúng em sử dụng WinCC RT Advanced và cuối cùng là module CP/IE để cho phép máy tính và PLC liên kết với nhau thông qua cáp mạng ethernet Như vậy ta đã hoàn thành việc thiết lập cấu hình cho PLC và máy tính (Hình 2.6 mô tả cấu hình kết nối giữa PLC với WinCC thông qua dây PN/IE_1)

Hình 2.6: Cấu hình kết nối giữa PLC với WinCC thông qua dây PN/IE_1

2.2 Phương thức truyền thông profinet

2.2.1 Cơ bản về phương thức Profinet

PROFINET – là một chuẩn công nghiệp toàn diện dựa trên chuẩn PROFIBUS và Ethernet công nghiệp cho truyền thông mở, độc lập với các nhà cung cấp, đồng thời mang những ưu điểm của cả hai hệ thống BUS mạnh mẽ trên Ngoài ra PROFINET còn có thêm một số tính năng mới: chuẩn truyền thông mở; công cụ web; khả năng mở rộng 1 số đặc điểm sẽ được nêu dưới đây

Bảng 1: Cơ bản về Profinet Đặc điểm

cách dây với 100 m/ cáp đồng

Cấu trúc Topology Line, Star, Ring, Tree, Wireless

Cấu trúc hệ thống sử dụng chuẩn mở rộng PROFINET được minh họa như trong hình 2.7

Hình 2.7:Cấu trúc hệ thống sử dụng chuẩn mở rộng Profinet

2.2.2 Hàm truyền thông PUT/GET

Người dùng có thể sử dụng hàm PUT/GET để kết nối truyền thông, thực hiện truyền nhận dữ liệu giữa các CPU PLC S7

a) Hàm PUT

Hàm PUT được sử dụng để ghi dữ liệu đến một hay nhiều remote PLC Lệnh được thực hiện khi có xung điều khiển ngõ vào REQ (Cấu trúc hàm Put như hình 2.8 ở bên dưới)

Hình 2.8: Cấu trúc hàm Put

- Khối truy cập trong PLC partner phải được tạo ra dưới dạng “Standard” - Viêc truy cập vào các biến trong remote CPU được thực hiện thông qua địa chỉ tuyệt đối tại chân ADDR_i

- Đối với local PLC, có thể sử dụng địa chỉ tuyệt đối hoặc địa chỉ hình thức tại các chân

RD_i hoặc SD_i

- Khối DB đi kèm với hàm PUT/GET sẽ tự động được tạo ra khi người dùng chèn hàm tương ứng

- Tại một thời điểm chỉ có một yêu cầu (công việc) được thực hiện thông qua hàm PUT/GET Hai hàm này được gọi một cách tuần hoàn Công việc này chỉ được kích hoạt khi

công việc trước đó đã hoàn thành

2.2.3 S7-Connection

S7 communication là một giao thức độc quyền của Siemens, được sử dụng để truyền thông giữa các bộ logic khả trình dòng Siemens: lập trình PLC, trao đổi dữ liệu giữa các PLC, truy cập dữ liệu PLC từ hệ thống điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu từ xa (SCADA) và hệ thống chuẩn đoán Đặc tính của S7 communication: - Mạng – giao diện người dùng độc lập: xử lý dựa trên giao thức PN/IE; - Truyền thông thông qua giao diện tích hợp trên CPU hoặc qua các module truyền thông; - Truyền thông thông qua kết nối cấu hình S7 (S7 connection); - Khối hàm truyền thông: PUT (SFB15) / GET(SFB14)

S7 connection không cần phải được cấu hình trên cả CPU local và CPU partner bởi truyền

thông S7 communication sử dụng hàm PUT/GET dựa trên cơ chế “server – client”

2.2.4 Cài đặt cấu hình cho hệ truyền thông a) Chuẩn bị phần cứng

- 2 PLC S7-1200 DC/DC/DC - Cáp kết nối Ethernet

Bảng 2:Thông số kỹ thuật switch TP-LINK TL-SF1005D

Thông số kỹ thuật Giá trị

c) Chuẩn bị cấu hình cho hệ truyền thông

Hình 2.11: Cấu hình mạng kết nối Lựa chọn thiết bị phần cứng, tạo kết nối S7 - Conection, Ở phần kết nối cần để ID của 2 PLC là khác nhau, đây là mục quan trọng để kiểm tra kết nối giữa 2 PLC, sau đó tiến hành cho phép kết nối giữa 2 PLC như hình 2.12

Hình 2.12: Cho phép kết nối giữa 2 PLC

Sau đó tạo ra Datablock dùng để lưu dữ liệu cần đọc về hoặc dữ liệu cần truyền đi để tiện cho việc quản lý Sau đó tạo ra tiếp các trường dữ liệu bên trong như hình với kiểu dữ liệu tương ứng với loại dữ liệu bạn muốn truyền nhận

Hình 2.13 Tạo khối Data Block

2.2.5 Ứng dụng của truyền thông Profinet trong đề tài

- Đề tài nhóm em sử dụng 2 PLC S7 1200 được phân chia nhiệm vụ như sau: 1 PLC Master có vai trò điều khiển hệ luân chuyển sản phẩm bao gồm cấp sản phẩm, cấp khay, cấp nắp khay vào vị trí robot làm việc 1 PLC Slave có vai trò điều khiển hệ cánh tay robot kèm ray trượt để thực hiện các công việc sắp xếp và đóng gói sản phẩm vào khay hàng

- Để 2 hệ này có thể hoạt động tuần tự và có sự liên kết thì nhóm em sử dụng phương thức truyền thông Profinet để kết nối 2 PLC lại với nhau thông qua cáp mạng Ethenet

- Lý do chọn truyền thông Profinet trong đề tài là vì những ưu điểm sau:

+ Tốc độ truyền tải cao, lên tới 100 MBit/s, chiều dài dây dẫn có thể lên đến 100m

+ Giám sát số liệu theo thời gian thực với thời gian đáp ứng là dưới 1ms

+ Sử dụng dây cáp truyền thống RJ-45 nên ta có thể sử dụng kèm với các bộ router trong hệ thống mạng hiện tại Điều này giúp ta tận dụng được các thiết bị có sẵn, cũng như mở rộng hệ thống khi cần thiết

+ Khả năng giám sát theo dõi và khắc phục nhanh khi gặp sự cố Ta chỉ cần xác định thiết bị nào đang bị lỗi thông qua địa chỉ IP hoặc tên thiết bị là có thể xác định được

2.2.6 Sơ đồ tổng quan thiết kế truyền thông

Các dữ liệu mà PLC S7-1200 Master xử lý sẽ được đưa đến PC/WinCC thông qua Ethernet Switch với giao thức Profinet Sau đó sẽ truyền dữ liệu tới PLC S7-1200 Slave thực thi nhiệm vụ Từ giao diện WinCC ta có thể giám sát và điều khiển hệ thống với các chế độ thủ công và tự động và thông qua đó giám sát hệ thống Trình tự kết nối các thiết bị lại với nhau được thể hiện như hình 2.14

Hình 2.14: Sơ đồ tổng quan thiết kế truyền thông

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG

3.1 Giới thiệu tổng quan về mô hình

- Hệ thống được chia thành 3 khu vực hoạt động: + Khu vực bảng điện gồm các thiết bị điện và 2 PLC S7-1200, hệ luân chuyển bao gồm 2 băng tải, các xi lanh cấp, các cảm biến phát hiện sản phẩm Hệ robot gồm cánh tay robot 3 bậc kèm ray trượt định hướng

+ Các thiết bị điện bao gồm aptomat, nguồn tổ ong 24V, switch mạng, drive, relay, nút nhấn, đèn báo

- Khoảng không gian được thiết kế để đảm bảo cánh tay robot có vùng hoạt động tốt nhất, tránh va chạm với các thành phần trong quá trình làm việc Bên cạnh đó thì khu vực bảng điện cũng thiết kế thông thoáng đảm bảo khoảng không toả nhiệt tốt, tránh quá nhiệt hệ thống trong quá trình làm việc dài

- Ngoài ra, hệ thống còn có thêm thiết bị điều khiển là máy tính, nhưng không được thể hiện trên bản vẽ 2D như hình 3.1

Hình 3.1 Sơ đồ bố trí thiết bị hệ thống

3.2 Tổng quan về cánh tay Robot

3.2.1 Mô hình 1 (3 khâu RRR)

Bảng phân loại khớp để thiết lập hệ tọa độ:

Hình 3.2: Robot 3 bậc tự do (R-R-R) Bảng 3: Phân loại khớp theo hệ toạ độ

+ Tịnh tiến dọc trục xi đoạn ai để gốc Oi’về trùng với Oi + Quay quanh trục xi góc αi để zi-1’về trùng với trục zi

Bảng tham số DH (Denavit-Hartenberg) được sử dụng để thiết lập các hệ tọa độ trong robot

Bảng 4: Tham số DH

Xem xét một cánh tay robot có khớp nối như được hiển thị trong hình 3.2 Các khớp của cánh tay robot là 𝑅 ⊥ 𝑅(90),𝑅 ∥ 𝑅(0), 𝑅 ⊥ 𝑅(90) và ma trận biến đổi tương ứng giữa các hệ tọa độ là:

3.2.2 Động học thuận của robot 3 bậc RRR

Ma trận biến đổi của động học thuận cánh tay robot:

𝑇n0 = 𝑇10(𝑞1)𝑇21(𝑞2)𝑇32(𝑞3)𝑇43(𝑞4) 𝑇nn−1(qn)

→ 𝑇30 = 𝑇10𝑇21𝑇32 = [

𝑐𝜃1𝑐(𝜃2+𝜃3) 𝑠𝜃1 𝑐𝜃1𝑠(𝜃2+𝜃3)) 𝑙2𝑐𝜃1𝑐𝜃2𝑠𝜃1𝑐(𝜃2+𝜃3) − 𝑐𝜃1 𝑠𝜃1𝑠(𝜃2+𝜃3) 𝑙2𝑐𝜃1𝑠𝜃2𝑠(𝜃2+𝜃3) 0 − 𝑐(𝜃2+𝜃3) 𝑙1+ 𝑙2𝑠𝜃2

] (3 4) Tọa độ toàn cục điểm cuối P là:

𝑑𝑝0 = [

𝑑𝑥𝑑𝑦𝑑𝑧

] = 𝑇30[

00𝑙3

= [l3sin( θ2+ θ3e) cosθ1+ l2cosθ1cosθ2

l3sin( θ2+ θ3) sinθ1+ l2sinθ1cosθ2l1− l3cos( θ2+ θ3) + l2sinθ2

3.2.3 Xây dựng mô hình Robot

Trong mô hình xây dựng, do hạn chế về kinh tế và kỹ thuật, nhóm em thu nhỏ robot với tỉ

lệ kích thước xấp xỉ 1/10 so với mô hình thực tế:

Hình 3.3: Hình ảnh robot sử dụng trong mô hình

3.2.4 Động cơ truyền các trục Robot

Robot thường sử dụng các động cơ truyền động trục với các loại như AC servo motor, DC servo motor, hoặc step motor Mỗi loại động cơ đều có những ưu điểm nhược điểm khác nhau

Hình 3.4: Động cơ servo và động cơ bước