Nghiên cứu ứng dụng PLC s7 1200 điều khiển giám sát trên web pages cho hệ thống dân chuyền phân loại và đóng gói sản phẩm

Sự liên lạc thống nhất giữa các thiết bị trong hệ thống hoạt động với nhau và với trung tâm điều hành tại chỗ và từ xa là vô cùng cần thiết, đó là thế mạnh của các thiết bị điều khiển c

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

THIÊN KHƯƠNG TÙNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC S7-1200 ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TRÊN WEB-PAGES

CHO HỆ THỐNG DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI VÀ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

THIÊN KHƯƠNG TÙNG

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC S7-1200 ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TRÊN WEB-PAGES

CHO HỆ THỐNG DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI VÀ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60520202

HÀ NỘI, NĂM 2017

i

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Tác giả luận văn

Thiên Khương Tùng

ii

LỜI CẢM ƠN

Thực tế đã chứng mình rằng, “không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự trỗ trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học lớp Cao học tại trường Đại học Thủy Lợi đến nay, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình, bạn

bè và đồng nghiệp

Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Năng Lượng, Khoa Đào tạo sau Đại học, Viện Đào tạo và Khoa học ứng dụng Miền Trung – Trường Đại học Thủy Lợi, đã cùng với chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường Và đặc biệt, cảm ơn gia đình, vợ và các con yêu quý đã tạo mỗi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành khóa học này

Em xin chân thành cảm ơn thầy TS Vũ Minh Quang đã tận tâm hướng dẫn qua từng buổi học trên lớp cũng như những buổi nói chuyện, thảo luận về lĩnh vực liên quan đến

đề tài và cảm ơn thầy PGS Lê Công Thành đã tạo điều kiện thuật lợi cho lớp chúng

em hoàn thành khóa học này

Bước đầu đi vào thực hiện luận văn, tìm hiểu về lĩnh vực tự động hóa, với kiến thức còn hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ Do vậy, không tránh khỏi những thiếu sót là điều chắn chắn, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý Thầy Cô và các bạn học cùng lớp để kiến thức em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hợn

Sau cùng, em xin kính chúc quý Thầy Cô trong Khoa Năng Lượng và Thầy TS Vũ Minh Quang thật dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau

Trân trọng

iii

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU x

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xi

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI VÀ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM 4

1.1 Hệ thống phân loại sản phẩm 5

1.2 Hệ thống đóng gói sản phẩm 6

1.3 Hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm thực hiện trong luận văn 8

Khâu phân loại sản phẩm 9

Khâu đóng gói sản phẩm: 11

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN PLC S7 – 1200 [1] 14

2.1 Giới thiệu chung về PLC 14

2.2 Tổng quan về Bộ điều khiển PLC S7 – 1200 16

Giới thiệu chung về PLC S7 – 1200 17

Phân loại và các module mở rộng 18

Kết nối PLC 21

Phân tích lựa chọn PLC thực hiện trong Luận văn 25

CHƯƠNG 3 LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN [2] 29

3.1 Các bước tạo dự án 29

Khởi tạo ban đầu 29

TAG của PLC/ TAG local 32

3.2 Phần mềm mô phỏng 33

Giới thiệu về chương trình mô phỏng PLCSIM 33

Mô phỏng chương trình của hệ thống 35

3.3 Cài đặt cấu hình truyền thông 38

3.3.1 Truyền thông với một thiết bị lập trình 38

3.3.2 Kiểm tra mạng PROFINET 42

3.4 Viết chương trình điều khiển 43

3.4.1 Lưu đồ lập trình 43

Chương trình lập trình PLC S7-1200 45

iv

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT HMI [3] 47

4.1 Giới thiệu về giao diện giám sát HMI 47

4.2 Giới thiệu về Wincc Professional 51

Thao tác khởi tạo 51

Thiết kế giao diện: 55

4.3 Xây dựng giao diện điều khiển hệ thống: 57

CHƯƠNG 5 ỨNG DỤNG WEBSERVER VỚI PLC S7-1200 59

5.1 Giới thiệu về ứng Webserver với PLC S7-1200 [4] 59

5.2 Trang Web tiêu chuẩn 61

Trang Introduction: 62

Trang Start 62

Trang Identification 63

Trang Diagnostic Buuffer 63

Trang Module Information 64

Trang Communication 65

Trang Variable Status 66

Trang Data Logs 67

Trang Update Firmware 67

5.3 Xây dựng trang Web [5] 68

Các bước căn bản để tạo 1 trang User-defined Web trong HTML 68

Các lệnh AWP hỗ trợ cho Web sever S7-1200 69

Cấu trúc chung 69

Các lệnh AWP 69

5.4 Cấu hình các trang web được thiết kế 75

5.5 Download và lập trình để kích hoạt trang Web thiết kế 76

5.6 Truy cập Web Server 80

5.6.1 Truy cập Web Server trên mạng LAN 80

5.6.2 Truy suất Web Server trên mạng WAN 80

CHƯƠNG 6 MÔ PHỎNG VÀ KẾT LUẬN 82

6.1 Mô phỏng chương trình của hệ thống 82

6.2 Mô phỏng giao diện HMI 84

v

6.3 Giao diện Web_Pages 85 Kết luận 88 Tài liệu tham khảo 89

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Mô hình đoạn cuối đóng gói sản phẩm 7

Hình 1.2: Hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm 8

Hình 1.3: Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm 10

Hình 1.4: Khâu đóng gói sản phẩm 12

Hình 2.1: Cấu trúc cơ bản của PLC 16

Hình 2.2: Hình dạng bên ngoai của S7 – 1200 và các module mở rộng 17

Hình 2.3: Hình dạng các môđun 20

Hình 2.4: Thiết bị lập trình được kết nối đến CPU S7-1200 22

Hình 2.5: HMI được kết nối đến CPU S7-1200 22

Hình 2.6: Một CPU S7-1200 được kết nối đến một CPU S7-1200 khác 22

Hình 2.7: Thiết lập cấu hình mạng 23

Hình 2.8: Kết nối trong mạng LAN 24

Hình 2.9: Kết nối PLC thông qua Internet 25

Hình 2.10: Cài đặt địa chỉ IP cho PLC 25

Hình 3.1: Biểu tượng chương trình TIA Porat V13 29

Hình 3.2: Cửa sổ khởi động chương trình 29

Hình 3.3: Tạo dự án (project) mới TIA porat V13 29

Hình 3.4: Khởi tạo bước đầu (First step) TIA porat V13 30

Hình 3.5: Chọn thiết bị TIA porat V13 30

Hình 3.6: Cửa sổ định dạng TIA porat V13 31

Hình 3.7: Thiết bị module TIA porat V13 31

Hình 3.8: Khai báo biến trong TIA porat V13 32

Hình 3.9: Biểu tượng chương trình……… 33

Hình 3.10: Cửa sổ chương trình PLCSIM 33

Hình 3.11: Kết nối với PLCSIM 34

Hình 3.12: Tải chương trình 34

Hình 3.13: Ví dụ thêm biến mô phỏng 35

Hình 3.14: Tải chương trình xuống PLC 35

Hình 3.15: Chọn kết nối 36

vii

Hình 3.16: Khởi động tất cả mô đun 36

Hình 3.17: Chọn kết nối trực tuyến 37

Hình 3.18: Cho phép giám sát 37

Hình 3.19: Sửa đổi các tiếp điểm 38

Hình 3.20: Chương trình đang chạy trực tuyến 38

Hình 3.21: Truyền thông với một thiết bị lập trình 39

Hình 3.22: Kết nối cáp Ethernet vào cổng PROFINET 39

Hình 3.23: Kết nối cáp Ethernet đến thiết bị lập trình 39

Hình 3.24: Kiểm tra IP của thiết bị lập trình 41

Hình 3.25: Gán một địa chỉ IP đến một thiết bị một cách trực tuyến 42

Hình 3.26: Kiểm tra thiệt bị mạng dược kết nối 43

Hình 3.27: Lưu đồ lập trình hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm 44

Hình 3.28: Chương trình PLC của hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm 46

Hình 4.1: Cấu trúc hệ thống SCADA 49

Hình 4.2: Lựa chọn thiết bị Cửa sổ thiết đặt nhanh hiện ra: 51

Hình 4.3: Tạo kết nối với PLC 52

Hình 4.4: Chọn màu nền hoặc chọn các chức năng khác 52

Hình 4.5: Cài đặt màn hình hiển thị 53

Hình 4.6: Tạo các màn hình hiện thị 53

Hình 4.7: Nút lựa chọn của hệ thống 54

Hình 4.8: Cửa sổ thiết kế HMI 54

Hình 4.9: Màn hình trống HMI (TP1500 Comfort) 55

Hình 4.10: Tạo nút nhấn và dán biến cho nút nhấn 55

Hình 4.11: Chọn “Circle” để hiện thị tín hiệu đầu ra cho tải 56

Hình 4.12: Gán biến hiện thị đầu ra của tải 56

Hình 4.13: Thay đổi màu nền hiện thị 57

Hình 4.14: Tạo các biểu tượng hệ thống 57

Hình 4.15: Giao diện điều khiển và giám sát trong luận văn 58

Hình 5.1: Cơ chế truy cập Web Server qua Internet 59

Hình 5.2: Cấu trúc một Web Server 60

Hình 5.3: Kích hoạt trang Webpages tiêu chuẩn 61

viii

Hình 5.4: Kích hoạt Web sever 61

Hình 5.5: Kích hoạt Web sever (tiếp) 61

Hình 5.6: Đăng nhập vào PLC S7-1200 62

Hình 5.7: Trang khởi đầu 62

Hình 5.8: Thông số PLC 63

Hình 5.9: Thông tin làm việc của PLC 64

Hình 5.10: Thông tin module Information PLC 64

Hình 5.11: Thông số truyền thông của PLC 65

Hình 5.12: Thống kê dữ liệu truyền thông của PLC 65

Hình 5.13: Trạng thái của biến Giới hạn của trang trạng thái biến 66

Hình 5.14: Lưu trữ dữ liệu trên Web 67

Hình 5.15: Trang cập nhật firmware của PLC 67

Hình 5.16: Mô hình đọc và gửi dữ liệu qua Web Server 68

Hình 5.17: Input Target Level 71

Hình 5.18: Submit setting 71

Hình 5.19: Cấu hình cho Web server 76

Hình 5.20: Chọn đường dẫn chứa file HTML 77

Hình 5.21 Chọn đường dẫn chứa file HTML (tiếp) 77

Hình 5.22: Chọn Generate blocks 78

Hình 5.23: Giá trị Web DB number 78

Hình 5.24: Mở khối OB1 78

Hình 5.25: Chọn mục Web page 79

Hình 5.26: Kéo WWW vào OB1 79

Hình 5.27: Khối lệnh WWW 79

Hình 5.28: Chương trình minh họa WWW 79

Hình 5.29: Sơ đồ liên kết trong mạng LAN 80

Hình 5.30: Sơ đồ liên kết trong mạng WAN 81

Hình 6.1: Chương trình PLC cho hệ thống 83

Hình 6.2: Màn hình HMI điều khiển và giám sát hệ thống 84

Hình 6.3: Khởi động hệ thống 84

Hình 6.4: Nhập số lượng sản phẩm vào hệ thống 84

ix

Hình 6.5: Phân loại sản phẩm cao cho hệ thống 85

Hình 6.6: Đếm sản phẩm cao của hệ thống 85

Hình 6.7: Trang HOME của hệ thống 86

Hình 6.8: Trang HELP của hệ thống 86

Hình 6.9: Trang CONTROL của hệ thống 87

Hình 6.10: Mô hình thực tế dây chuyền phân loại sản phẩm tại phòng thí nghiệm 87

x

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: So sánh hệ thống PLC và các hệ thống khác 15

Bảng 2: Các đặc điểm cơ bản của s7-1200 18

Bảng 3: Thông số các môđun 20

Bảng 4: Địa chỉ các biến đầu vào/ra trong luận văn 26

Bảng 5: Các tham số có thể đọc giá trị các biến của PLC S7-1200 69

Bảng 6: Các tham số của Varname để ghi xuống 70

Bảng 7: Các tham số đọc các biến đặc biệt 72

Bảng 8: Các tham số ghi các biến đặc biệt 73

Bảng 9: Các tham số đọc các biến tham khảo 74

Bảng 10: Các tham số xác định loại enum 75

xi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

GPRS/3G General Packet Radio Service

HMI Human Machine Interface

HTML HyperText Markup Language

PC Programmable Controller

PLC Programmable Logic Controller

SCADA Supenisory Control And Acquisition

TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol

WIN CC Windows Control Center

WWW World Wide Web

W3C World Wide Web Consortium

1

MỞ ĐẦU

Trong thời đại ngày này khi công nghệ thông tin ngày càng phát triển trên xu thế hiện nay, cùng hoà nhập với chủ trương công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước, ngành kỹ thuật tự động điều khiển là ngành khoa học phát triển cực kỳ mạnh mẽ, ở mọi lĩnh vực của đời sống gần như tự động hóa đã giúp cho chúng ta rất nhiều ngành nghề khác nhau

Trong các nhà máy xí nghiệp, xưởng sản xuất đó là các dây truyền sản xuất tự động, không còn lối sản xuất như xưa nữa Mọi thao tác cơ bản và khó khăn đa số đã có hệ thống tự động hóa vào cuộc

Những thành tựu mà nó đêm lại cho nhân loại là không thể kể hết Tầm quan trọng của

nó không chỉ đối với các nước đang trong giai đoạn phát triển công nghiệp hóa như nước ta, mà còn đối với các nước tư bản phát triển hàng đầu như Mỹ, Nhật, Đức, ……

Vì vậy, nghiên cứu và ứng dụng PLC S7-1200 và điều khiển giám sát qua mạng internet là một đề tài nhỏ nhằm góp phần vào sự phát triển nền công nghiệp nước nhà nói riêng và sự phát triển của xã hội nói chung

Với những kiến thức được học trong nhà trường cùng với tài liệu tham khảo, sách, tạp chí ở ngoài chương trình học tập và đặc biệt nhờ có sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của thầy TS Vũ Minh Quang, các thầy cô trường Đại học Thủy Lợi Do kiến thức, khả năng còn hạn chế vì vậy Luận văn này, không thể nào tránh khỏi sai sót, em cần sự góp ý chân thành để em hoàn thiện hơn trong tương lại

1 Tính cấp thiết của Đề tài:

Bộ điều khiển PLC cỡ nhỏ S7-1200 ra đời năm 2009, như là sự tiếp nối phát triển của S7-200 – bộ điều khiển đã quen thuộc với người sử dụng.Với thiết kế theo dạng module, tính năng cao, SIMATIC S7-1200 thích hợp với nhiều ứng dụng tự động hóa khác nhau, cấp độ từ nhỏ đến trung bình Đặc điểm nổi bật là S7-1200 được tích hợp sẵn cổng truyền thông Profinet (Ethernet)

2

Ngày nay cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, các thiết bị điện tử ra đời ngày càng nhiều Điều khiển và giám sát qua mạng Internet là xu hướng tất yếu đối với những nước đang phát triển như nước ta, trên thế giới đã áp dụng vào thực tế rất nhiều, nhất là các quốc gia thuộc Châu âu hay Mỹ Chỉ cần có mạng internet thì người có thề điều khiển và giám sát trực tiếp lên Web thông qua ứng dụng Wedserve được tích hợp trên PLC S7 – 1200

Với những tính năng vượt trỗi so với PLC S7-200 và S7-300, việc truyền thông SIMATIC S7-1200 là phù hợp với đề tài em chọn là “Nghiên cứu ứng dụng PLC S7-

1200 Điều khiển giám sát trên Web_Pages cho hệ thống dây chuyền phân loại và đóng gói sản phẩm”

2 Mục tiêu nghiên cứu:

Đề tài nghiên cứu về phương pháp, cách thức làm truyền thông màn hình HMI với PLC S7-1200 qua mạng Ethernet Từ đó ta xây dựng theo đề tài đã chọn “Nghiên cứu ứng dụng PLC S7-1200 Điều khiển giám sát trên Web-Pages cho hệ thống dây chuyền phân loại và đóng gói sản phẩm”

Đề tài được nghiên cứu và thực hiện với mục đích áp dụng những kiến thức đã được học trong nhà trường để thiết kế, tạo ra một hệ thống điều khiển và giám sát qua mạng Ethernet

Nghiên cứu và tạo một giao diện Websever để thực hiện điều khiển qua mạng Ethernet với chuẩn giao tiếp TCP/IP

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu phần mềm lập trình điều khiển TIA Portal V13 và các tập lệnh để xây dựng điều khiển Web Server

Viết chương trình điều khiển mô hình thông qua Web Server và mạng Internet

Phạm vi nghiên cứu

3

Xây dựng giao diện điều khiển mô hình thông qua Web Server của Siemens và mạng Internet

Tìm hiểu tổng quan về mô hình và các giao thức kết nối PLC với mạng Internet

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu lý thuyết mô hình hóa hệ thống điều khiển giám sát qua mạng internet Nghiên cứu các giải pháp kết nối từ xa đến hệ thống giám sát và điều khiển từ màn hình HMI

Thực nghiệm trên mô phỏng băng truyền phân loại và đóng gói sản phẩm

Nhờ sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển logic khả lập trình PLC đã xuất hiện thay thế các hệ thống điều khiển rơ le Càng ngày PLC đã trở nên hoàn thiện và đa năng hơn Các PLC ngày nay không những có khả năng thay thế hoàn toàn các thiết bị điều khiển logic cổ điển, mà còn có khả năng thay thế các thiết bị điều khiển tương tự Các PLC được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp PLC

có nhiều ưu điểm về điều khiển, phương diện quản lý, kết nối thống nhất giữa các thiết

bị trong mạng truyền thông với nhau Nhưng môi trường số hóa hiện nay đòi hỏi có thể kiểm soát điều khiển công việc từ xa mọi lúc mọi nơi Vì vậy để đáp ứng nhu cầu này cần dùng đến mạng truyền thông khổng lồ Internet và công cụ Web để có thể kiểm soát và điều khiển hoạt động của PLC Với sự phát triển vượt bậc của Internet, việc điều khiển và giám sát hệ thống thông qua mạng Internet mang lại rất nhiều tiện ích cho người dùng Sự liên lạc thống nhất giữa các thiết bị trong hệ thống hoạt động với nhau và với trung tâm điều hành tại chỗ và từ xa là vô cùng cần thiết, đó là thế mạnh của các thiết bị điều khiển công nghiệp thế hệ mới Việc sử dụng mạng Internet và Web để truyền tín hiệu là phương pháp tiết kiệm và nhanh chóng nhất Bên cạnh đó, việc ứng dụng đường truyền Internet được thực hiện trong phạm vi rất rộng, bất kỳ nơi đâu nếu có Internet, nó mang lại sự tiện lợi tối đa cho người dùng

5

1.1 Hệ thống phân loại sản phẩm

Hệ thống phân loại sản phẩm là một trong khâu tự động hóa quan trọng nhất trong dây chuyền sản xuất ra số lượng sản phẩm sản xuất đạt yêu cầu Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong những khâu phân loại, đóng bao bì mà vẫn cũng sử dụng nhân công, chính vì vậy nhiều khi cho ra năng suất thấp chưa đạt hiệu quả Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất Vì vậy, hệ thống tự động xác định kích thước để phân loại và đóng gói sản phẩm ra đời là một sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này Tùy vào mức độ phức tạp trong yêu cầu phân loại, các hệ thống phân loại tự động có những quy mô lớn, nhỏ khác nhau

Hệ thống phân loại sản phẩm được chia ra theo các dạng như sau:

Muốn phân loại vải thì cần phân loại về kích thước và màu sắc, về nước uống (như bia, nước ngọt) cần phân loại theo chiều cao, khối lượng, phân loại xe theo chiều dài, khối lượng, v.v…

Phân loại sản phẩm to nhỏ sử dụng cảm biến quang: sản phẩm chạy trên băng chuyền ngang qua cảm biến quang thứ 1 nhưng chưa kích cảm biển thứ 2 thì được phân loại vật thấp nhất, khi sản phẩm qua 2 cảm biến đồng thời thì được phân loại vật cao nhất Phân loại sản phẩm dựa vào màu sắc của sản phẩm: sử dụng những cảm biến phân loại màu sắc sẽ được đặt trên băng chuyền, khi sản phẩm đi ngang qua nếu cảm biến nào nhận biết được sản phẩm thuộc màu nào sẽ được cửa phân loại tự động mở để sản phẩm đó được phân loại đúng Phát hiện màu sắc bằng cách sử dụng các yếu tố là tỷ lệ phản chiếu của một màu chính (ví dụ như đỏ, xanh lá cây hoặc xanh trời) được phản

xạ bởi các màu khác nhau theo các thuộc tính màu của đối tượng

Phân loại sản phẩm dùng webcam: sử dụng 1 camera chụp lại sản phẩm khi chạy qua

và đưa ảnh về so sánh với ảnh gốc Nếu giống thì cho sản phẩm đi qua, cũng nếu không thì loại sản phẩm đó

6

Khâu phân loại sản phẩm không chỉ có nhiệm vụ loại bỏ những sản phẩm bị lỗi, mà nó còn có nhiệm vụ phân tích từng loại sản phẩm khác nhau theo yêu cầu của nhà sản xuất để thuận tiện cho việc đóng gói Chính vì vậy, trong các dây chuyền sản xuất, khâu phân loại sản phẩm thường được đặt ngay trước khâu đóng gói sản phẩm

1.2 Hệ thống đóng gói sản phẩm

Sau khi sản phẩm được phân loại sẽ được băng chuyền đưa đến khâu cuối cùng là đóng gói sản phẩm Kỹ thuật đóng gói sản phẩm từ trước đến nay không ngừng phát triển Do vậy, việc nâng cao các tính năng chất lượng sản phẩm là yếu tố sống còn của doanh nghiệp hiện nay Hiệu quả của việc sản xuất phải đảm bảo 5 yếu tố:

Tốc độ sản xuất ra một sản phẩm của hệ thống và dây chuyền phải nhanh

Giá nhân công và nguyên liệu phải hạ

Chất lượng cao và ít phế thải

Thời gian chết của máy móc là tối thiểu

Máy sản xuất có giá rẻ

- Nếu trước đây, công nghệ đóng gói sản phẩm bị coi nhẹ thì ngày nay, đây là khâu rất quan trọng vì nó quyết định sự hoàn hảo của sản phẩm Công nghệ đóng gói sản phẩm dẫn tới sự thành công của doanh nghiệp hoặc xí nghiệp

- Đóng gói sản phẩm gồm có các công đoạn là đưa sản phẩm vào bao bì và sắp xếp vào từng thùng Tùy theo yêu cầu của nhà sản xuất và đặc tính của mỗi loại sản phẩm khác nhau vì vậy mà khâu đóng gói sẽ phức tạp hay đơn giản

- Công nghệ đóng gói sản phẩm vào bao bì thường được kết hợp với việc in nhón cho sản phẩm Các sản phẩm trước khi được đưa vào bao bì cần được phân loại, sau đó sản phẩm sẽ được chia thành các định lượng đều nhau (thông qua đếm số lượng hoặc cân đóng) đảm bảo khối lượng của thành phẩm đúng như in trên bao bì Khác với việc đóng gói sản phẩm vào thùng, đóng gói sản phẩm vào bao bì thường sử dụng các thanh

Hình 1.1: Mô hình đoạn cuối đóng gói sản phẩm

Công nghệ đóng gói sản phẩm thường có hai bộ phận:

Máng trượt sản phẩm từ băng chuyền phân loại tới, nó có nhiệm vụ đưa sản phẩm vào hộp khi có hộp chờ sẵn

Băng chuyền đóng gói sản phẩm là băng chuyền hộp, nó có nhiệm vụ đưa hộp vào đúng vị trí nhận sản phẩm

Để thực hiện được hai công đoạn đó thì phải có hai cảm biến đếm sản phẩm và phát hiện hộp

Có 6 yêu cầu trong hệ thống đóng gói sản phẩm:

Hoạt động tự động hoàn toàn từ khâu đưa thùng đến nhận sản phẩm tới khâu đưa sản phẩm vào thùng

Đếm chính xác lượng sản phẩm đủ theo yêu cầu

Dừng hộp đúng vị trí để nhận sản phẩm

8

Hai dây chuyền phải hoạt động nhịp nhàng

Độ an toàn lao động phải được đảm bảo tuyệt đối

1.3 Hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm thực hiện trong luận văn

Với mục tiêu chỉ mang tính chất mô phỏng trong hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm theo chiều cao của sản phẩm, nên không đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu trong thực tế cũng như các điều kiện phân loại phức tạp hơn

Hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm điện hình thường có các bộ phận sau:

Hình 1.2: Hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm

Khâu phân loại sản phẩm

+ Gồm có hai con lăn đặt ở vị trí hai đầu băng tải Hai con lăn truyền lực và kéo băng tải nhờ hai dây cao su

+ Sản phẩm được đặt chạy trên mặt băng tải

+ Các máng hứng sản phẩm:

Các chi tiết, thiết bị được lắp trên khung mô hình

+ Động cơ DC_Motor là động cơ 1 chiều 24V, động cơ có nhiệm vụ kéo quay mặt băng tải thông qua dây cao su với con lăn phía trên

+ Các cảm biến: Sensor_1, Sensor_2, Sensor_3

+ Cảm biến được sử dụng là cảm biến quang 4 dây của hãng Autonics

+ Các cảm biến được gắn bên cạnh mặt băng tải

+ Sensor_1 được gắn ngay đầu của băng tải (Conveyor_1) nhiệm vụ phát hiện sản phẩm từ khay đi ra

+ Sensor_2 được gắn bên cạnh mặt băng tải cao hơn 8cm so với mặt băng tải (Conveyor_1)

+ Sensor_3 được gắn bên cạnh mặt băng tải cao hơn 5cm so với mặt băng tải (Conveyor_1)

(11): Cảm biến phát hiện sản phẩm cao (12): Cảm biến phát hiện có sản phẩm Quy trình phân loại sản phẩm thực hiện theo trình tự sau:

Khi Conveyor_1 bắt đầu hoạt động sẽ có 3 loại sản phẩm khác nhau về chiều cao sẽ hoạt động Để phân loại sản phẩm qua chiều cao của sản phẩm ta chia thành 3 loại là sản phẩm cao, sản phẩm trung bình và sản phẩm thấp

Khi ta ấn start khởi động toàn bộ hệ thống thì băng tải quay Các cảm biến (Sensor), xilanh (Push), đồng thời đếm sản phẩm hoạt động, hiển thị số lượng sản phẩm đều hoạt động

11

Khi có sản phẩm Sensor_1 phát hiện sản phẩm từ khây chứa sản phầm, Push_1 có nhiệm đẩy sản phẩm ra băng tải, băng tải di chuyển sản phẩm tới, Sensor_2 hoặc Sensor_3 phát hiện sản phẩm, Push_2 hoặc Push_3 sẽ đẩy sản phẩm sang máng trượt Còn sản phẩm mà Sensor_2 hoặc Sensor_3 không phát hiện, sản phẩm đó coi như bị lỗi

Trong đó:

Start Nút khởi động hệ thống hoạt động

Reset Nút reset lại hệ thống

Sensor_1 Phát hiện có sản phẩm trong khây chứa, cho

phép băng tải hoạt động

Sensor_2 Cảm biến phát hiện có sản phẩm cao

Sensor_3 Cảm biến nhận tín hiệu sản phẩm trung bình Magnetic_1 Cảm biến từ tính, giới hạn hành trình cuối đẩy

sản phẩm cao ra máng chứa sản phẩm quay về ban đầu

Magnetic_2 Cảm biến từ tính, giới hạn hành trình cuối đẩy

sản phẩm trung bình ra máng chứa sản phẩm quay về ban đầu

Magnetic_3 Cảm biến từ tính, giới hạn hành trình cuối đẩy

sản phẩm ra băng tải quay về ban đầu

Push_1 Xi lanh đẩy sản phẩm cao sang máng trượt Push_2 Xi lanh đẩy sản phẩm trung bình sang máng

12

Khi hệ thống khởi động động cơ (Motor_2) hoạt động kéo băng tải thùng di chuyển Khi có một thùng đi đến vị trí băng tải sản phẩm thì cảm biến (Sensor_5 phát hiện thùng) hoạt động làm băng tải thùng dừng lại và Push_4 sẽ mở ra sản phẩm di chuyển

từ máng trượt rơi vào thùng

Cảm biến thứ nhất (Sensor_4) dùng để phát hiện và đếm sản phẩm khi số lượng sản phẩm đạt yêu cầu thì hệ thống sẽ điều khiển Push_4 chắn sản phẩm trên máng trượt lại, và đồng thời khởi động động cơ (Motor_2) cho băng tải thùng di chuyển và một thùng rỗng tiếp tục dừng lại ở cảm biến thứ hai (Sensor_5) Cứ như vậy chu trình được lặp lại, cho đến khi kết thúc quá trình của hệ thống

Hình 1.4: Khâu đóng gói sản phẩm

Trong đó:

(2): Máng trượt sản phẩm cao

(6): Băng tải đóng gói sản phẩm cao

(14): Xi lanh chẳn sản phẩm cao từ

máng trượt

(15): Cảm biến đếm sản phẩm cao (17): Cảm biến phát hiện thùng chứa

Hệ thống đóng gói sản phẩm có 2 sản phẩm cần đóng gói (sản phẩm cao và trung bình) nên phải có 2 băng tải đóng gói sản phẩm , quy trình 2 băng tải này tương tự như nhau

Magnetic_4 Cảm biến từ tính, giới hạn hành trình chẳn sản

phẩm cao ra băng tải đóng gói

Magnetic_5 Cảm biến từ tính, giới hạn hành trình chẳn sản

phẩm cao ra băng tải đóng gói quay về trạng thái ban đầu

Push_4 Có nhiệm vụ chắn sản phẩm trên máng trượt

khi sản phẩm rơi vào hộp đã đủ số lượng

Motor_2 Động cơ di chuyển hộp chứa sản phẩm

14

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN PLC S7 – 1200 [1]

2.1 Giới thiệu chung về PLC

PLC - Bộ điều khiển logic khả trình Khi mới ra đời, bộ điều khiển khả trình được biết đến với tên gọi là PC Nhưng khi máy tính cá nhân ra đời và lấy tên gọi tắt là PC,

để tránh nhầm lẫn bộ điều khiển khả trình được đổi tên là PLC

Thuật ngữ PLC được hình thành do nhu cầu tự động hóa quá trình sản xuất mà không phụ thuộc vào hệ thống điều khiển

Lịch sử phát triển của PLC được hình thành và phát triển của phương thức điều khiển hệ thống dùng máy tính trong ngành công nghiệp hóa chất

PLC luôn được so sánh với các công nghệ khác đặc biệt là điều khiển hệ thống dùng máy tính PC công nghiệp Đặc biệt, PLC có thể dễ dàng sử dụng trong môi trường công nghiệp Khác với PC, PLC có thể sử dụng trong các môi trường tồn tại:

PLC dần thay thế các công nghệ khác và ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực điều khiển

tự động

Hệ thống PLC có tính năng dễ dàng duy trì, bảo quản hệ thống Phần cứng được tuân theo chuẩn nhất định và dễ dàng ghép nối Các thành phần được thiết kế theo dạng các module nên dễ dàng chuẩn đoán lỗi khi xảy ra sự cố và dễ dàng thay thế PLC được

Cấu trúc cơ bản của PLC bao gồm bộ xử lý, nguồn và các module vào/ra

Hình 2.1: Cấu trúc cơ bản của PLC

2.2 Tổng quan về Bộ điều khiển PLC S7 – 1200

Module

17

Hình 2.2: Hình dạng bên ngoai của S7 – 1200 và các module mở rộng

Giới thiệu chung về PLC S7 – 1200

PLC S7-1200 là những kết hợp I/O và các lựa chọn cấp nguồn, bao gồm 9 module các

bộ cấp nguồn cả VAC – hoặc VDC - các bộ nguồn với sự kết hợp I/O DC hoặc Relay Các module tín hiệu để mở rộng I/O và các module giao tiếp dễ dàng kết nối với các mặt của bộ điều khiển Tất cả các phần cứng Simatic S7-1200 có thể được gắn trên DIN rail tiêu chuẩn hay trực tiếp trên bảng điều khiển, giảm được không gian và chí phí lắp đặt

Các module tín hiệu có trong các model đầu vào, đầu ra và kết hợp loại 8, 16, và 32 điểm hỗ trợ các tín hiệu I/O DC, relay và analog Bên cạnh đó, bảng tín hiệu tiên tiến

có trong I/O số 4 kênh hay I/O analog 1 kênh gắn đằng trước bộ điều khiển S7-1200 cho phép nâng cấp I/O mà không cần thêm không gian Thiết kế có thể mở rộng này giúp điều chỉnh các ứng dụng từ 10_I/O đến tối đa 284_I/O, với khả năng tương thích chương trình người sử dụng nhằm tránh phải lập trình lại khi chuyển đổi sang một bộ điều khiển lớn hơn Các đặc điểm khác: bộ nhớ 50 KB với giới hạn giữa dữ liệu người

sử dụng và dữ liệu chương trình, một đồng hồ thời gian thực, 16 vòng lặp PID với khả năng điều chỉnh tự động, cho phép bộ điều khiển xác định thông số vòng lặp gần tối ưu cho hầu hết các ứng dụng điều khiển quá trình thông dụng Simatic S7-1200 cũng có một cổng giao tiếp Ethernet 10/100Mbit tích hợp với hỗ trợ giao thức Profinet cho lập trình, kết nối HMI /SCADA hay nối mạng PLC với PLC

Loại cấp điện 220VAC:

Ngõ vào: Kích hoạt mức 1 ở cấp điện áp +24VDC (từ 15VDC – 30VDC)

Bảng 2: Các đặc điểm cơ bản của s7-1200

Digital I/O

Analog I

6 input / 4 outputs

2 inputs

8 inputs / 6 outputs

2 inputs

14 inputs / 10 outputs

2 inputs Tốc độ xử lý ảnh 1024 byte (inputs) và 1024 (outputs)

Thể nhớ Thẻ nhớ Simatic (tùy chọn)

Thời gian lưu trữ khi mất

điện

240h

Bên cạnh CPU S7-1200 và phần mềm lập trình mới, một dải sản phẩm các màn hình HMI mới dùng cho PLC S7-1200 cũng được giới thiệu Tất cả cùng tạo ra một giải pháp tích hợp, thống nhất cho thị trường tự động hóa cỡ nhỏ (Micro Automation) S7-1200 bao gồm các họ CPU 1211C, 1212C, 1214C Mỗi loại CPU có đặc điểm và tính năng khác nhau, thích hợp cho từng ứng dụng của khách hàng Dưới đây là tóm tắt các tính năng nổi bật của SIMATIC S7-1200:

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

Đầu nối RJ45 với tính năng tự động chuyển đổi đấu chéo

Tốc độ truyền 10/100 Mbits/s

22

Hỗ trợ 16 kết nối ethernet

TCP/IP, ISO on TCP, và S7 protocol

Với tính năng như trên PLC S7 – 1200 này có khả năng kết nối với PC theo 3 cách: kết nối trực tiếp; kết nối trong mạng LAN; kết nối từ xa thông qua Internet

2.2.3.1 Kết nối trực tiếp

Hình 2.4: Thiết bị lập trình được kết nối đến CPU S7-1200

Hình 2.5: HMI được kết nối đến CPU S7-1200

Hình 2.6: Một CPU S7-1200 được kết nối đến một CPU S7-1200 khác

23

Thiết lập cấu hình trong control panel như sau:

Hình 2.7: Thiết lập cấu hình mạng

Do PLC có địa chỉ IP mặc định 192.168.0.1 nên ta cấu hình cho máy tính có cùng lớp mạng như trên Sau đó chạy chương trình TIA Portal V13 thực hiện kết nối và lập trình

2.2.3.2 Kết nối trong mạng LAN

Để kết nối trong mạng LAN nội bộ thì ta phải biết được lớp cấu hình của mạng LAN Giả sử ở đây ta có 1 mạng LAN bao gồm các thiết bị: 1PC; 3 PLC S7 – 1200, và 1 HUB

Để kết nối PLC vào mạng LAN đang hoạt động, thì trước tiên ta sẽ phải kết nối PC trực tiếp với PLC sau đó dán địa chỉ IP mới có cùng lớp mạng với mạng LAN đang hoạt động cho PLC

24

Hình 2.8: Kết nối trong mạng LAN

2.2.3.3 Kết nối với PLC thông qua Internet

PLC S7-1200 có thể kết nối giám sát và điều khiển trực tiếp các thiết bị từ xa thông qua Internet

Trong cấu hình ở trên thì PLC S7 – 1200 sẽ kết nối trực tiếp với router Vậy làm sao

để AutoBase có thể kết nối với PLC đó Trước tiên ta phải biết được địa chỉ của router (địa chỉ để nhập vào để vào trang cài đặt cấu hình cho router) thông thường một số hãng là 192.168.1.1 Sau đó đặt địa chỉ IP cho PLC có cùng lớp mạng với địa chỉ router Để Autobase có thể truy cập vào PLC này thì phải biết địa chỉ IP kết nối Internet mà nhà cung cấp dịch vụ Internet cung cấp Cách kiểm tra IP này như sau: sử dụng 1 PC cùng kết nối Internet với router mà PLC đã kết nối Mở trình duyệt Web nhập My IP Address Is 78.46.46.137 - Quick and Easy way to SEE my IP address - CmyIP.com ta sẽ có IP do nhà mạng cung cấp Địa chỉ vừa tìm được sẽ sử dụng để khai báo trong chương trình Communication Server của Autobase để kết nối

Lưu ý rằng IP do nhà mạng cung cấp thường là IP động nên thường bị thay đổi sẽ dẫn tới tình trạng mất kết nối Để khắc phục tình trạng này thì ta phải sử dụng dịch vụ “Trỏ IP” của một số nhà cung cấp dịch vụ như (Managed DNS, Outsourced DNS, Anycast DNS) Sau khi tạo 1 tài khoản ta có thể tạo 1 hostname để cho chương trình Autobase truy cập

25

Hình 2.9: Kết nối PLC thông qua Internet

2.2.3.4 Các bước cấu hình cài đặt PLC

Ví dụ cấu hình mạng như sau:

IP của PLC là 192.168.1.20

Địa chỉ của Router là 192.168.1.1

Hình 2.10: Cài đặt địa chỉ IP cho PLC

Phân tích lựa chọn PLC thực hiện trong Luận văn

Với đề bài đã phân tích ở trên, các biến đầu vào/đầu ra vật lý của các khâu như sau:

Khâu phân loại sản phẩm gồm có: 09 biến đầu vào số và 4 biến đầu ra số

Khâu đóng gói sản phẩm có 2 hệ thống giống nhau ứng với 2 băng chuyền đầu ra của

khâu phân loại sản phẩm, mỗi hệ thống gồm có: 4 biến đầu vào số, và 2 biến đầu ra số

26

Ngoài ra, hệ thống còn có 3 đầu vào số ứng với 3 nút nhấn điều khiển START_PB

(Khởi động), STOP_PB (Dừng), và RESET_PB (Khởi tạo lại)

Như vậy, toàn bộ hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm thực hiện trong đồ án gồm

có các biến đầu vào/đầu ra vật lý và các biến nội như sau:

17 đầu vào số

08 đầu ra số

Để thuận tiện cho việc thiết kế, và mở rộng hệ thống, em quyết định sử dụng PLC

S7-1200, CPU 1214C - AC/DC/Relay Đây là loại PLC có bộ nhớ lớn, tốc độ xử lý nhanh, khả năng mở rộng lớn với lại PLC S7 – 1200 có sẵn trong phòng thí nghiệm, để thuận tiện thí nghiệm các đầu ra có đúng với đề tài mà tôi đã chọn

Bảng 4: Địa chỉ các biến đầu vào/ra trong luận văn

TT Biến Địa chỉ Mô tả trạng thái hoạt động của các biến

Start I0.0 Nút khởi động hệ thống hoạt động

Stop I0.1 Nút dừng hoạt động của hệ thống

Reset I0.2 Nút reset lại hệ thống

Sensor_1 I0.3 Cảm biến phát hiện có sản phẩm trong khây chứa, cho

phép băng tải hoạt động

Sensor_2 I0.4 Cảm biến phát hiện có sản phẩm cao

Sensor_3 I0.5 Cảm biến phát hiện có sản phẩm trung bình

Sensor_4 I0.6 Cảm biến phát hiện và đếm sản phẩm cao rơi vào

thùng chứa

Sensor_5 I0.7 Cảm biến phát hiện thùng chứa sản phẩm cao đến

đúng vị trí

Magnetic_1 I1.2 Cảm biến từ tính, giới hạn hành trình cuối đẩy sản

phẩm cao ra máng chứa sản phẩm quay về ban đầu

Magnetic_2 I1.3 Cảm biến từ tính, giới hạn hành trình cuối đẩy sản

phẩm trung bình ra máng chứa sản phẩm quay về ban đầu

Magnetic_3 I1.4 Cảm biến từ tính, giới hạn hành trình cuối đẩy sản

phẩm ra băng tải quay về ban đầu

Magnetic_4 I1.5 Cảm biến từ tính, giới hạn hành trình đầu mở sản

phẩm cao ra băng tải đóng gói Magnetic_5 I8.0 Cảm biến từ tính, giới hạn hành trình cuối chẳn sản

phẩm cao ra băng tải đóng gói, quay về trạng thái ban đầu

Magnetic_6 I8.1 Cảm biến từ tính, giới hạn hành trình đầu mở sản

phẩm trung bình ra băng tải đóng gói Magnetic_7 I8.2 Cảm biến từ tính, giới hạn hành trình cuối chẳn sản

phẩm trung bình ra băng tải đóng gói, quay về trạng thái ban đầu

Motor_1 Q0.0 Động cơ kéo băng tải phân loại sản phẩm

Motor_2 Q0.1 Động cơ di chuyển hộp chứa phẩm cao

Motor_3 Q0.2 Động cơ di chuyển hộp chứa sản phẩm trung bình