ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Điều khiển và Giám Sát cho hệ thống chiết rót, đóng nắp chai và đóng thùng nước giải khát sử dụng simatic s7 300 và WinCC 932559

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MỤC LỤC
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ .......................... 1
1.1 Phạm vi áp dụng: .......................................................................................... 1
1.2 Yêu cầu thiết kế: ........................................................................................... 1
1.3 Các chức năng chính của hệ thống ............................................................... 2
1.4 Nguyên lý hoạt động: ................................................................................... 2
1.5 Các cơng nghệ trên dây chuyền chiết, đóng nắp, đóng thùng: ..................... 3
1.5.1 Kiểm tra khuyết tật chai: .................................................................. 3
1.5.2 Chiết nước vào chai: ......................................................................... 5
1.5.3 Đóng nắp chai: .................................................................................. 6
1.5.4 Cảm biến dùng trong các dây chuyền chiết rót: ............................... 7
1.5.5 Dây chuyền đóng thùng: ................................................................... 8
CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ SIMATIC S7-300 ............................................. 11
2.1. Giới Thiệu Chung ...................................................................................... 11
2.2 Ngơn ngữ lập trình: .................................................................................... 16
2.3 Tập Lệnh S7-300 ........................................................................................ 17
2.3.1 Nhóm lệnh logic tiếp điểm: ............................................................ 18
2.3.2 Lệnh về timer : ................................................................................ 19
2.3.3 Bộ đếmCounter: .............................................................................. 21
2.3.4 Lệnh so sánh: .................................................................................. 22
2.3.5 Các lệnh về số học: ......................................................................... 24
2.3.6 Lệnh Di chuyển : ............................................................................ 25
2.3.7 Lệnh dịch bit: .................................................................................. 25
CHƯƠNG III TỔNG QUAN VỀ WINCC ........................................................... 26
3.1 Khái niệm. .................................................................................................. 26
3.2 Các bước cài đặt WinCC V7.0 trên máy tính: ............................................ 28
CHƯƠNG IV XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN ........ 37

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

4.1 Giới thiệu quy trình cơng nghệ: .................................................................. 37
4.2 Viết chương trình S7-300: .......................................................................... 39
4.3 Thiết kế mô phỏng trên WinCC: ................................................................ 48
4.3.1 Tạo biến .......................................................................................... 52
4.3.2 Tạo ảnh: .......................................................................................... 56
4.3.3 Thiết lập các thuộc tính hình ảnh. ................................................... 58
4.3.4 Tạo nút nhấn thốt chương trình: ................................................... 60
4.3.5 Tạo thanh trượt chọn giá trị Slider Object : .................................... 61
4.3.6 Tạo nút nhấn đăng nhập và đăng xuất: ........................................... 62
4.3.7 Thiết lập tài khoản quản trị: ............................................................ 62
4.3.8Tạo khung hiển thị số: ..................................................................... 64
4.3.9Lấy đối tượng đồ họa từ thư viện WinCC: ...................................... 65
4.3.10Gán thuộc tính q trình cho đối tượng: ........................................ 68
4.3.11Tạo bảng thông báo trạng thái hệ thống: ....................................... 70
4.3.12Global Script: ................................................................................. 73
4.4Thiết lập các điều kiện và chạy Runtime: ................................................... 78
4.5Thao tác trên màn hình Runtime: ................................................................ 84
CHƯƠNG V TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI....................... 85
5.1 Tổng kết: ..................................................................................................... 85
5.2 Hạn chế của đề tài: ..................................................................................... 85
5.3 Hướng phát triển: ........................................................................................ 85
PHỤ LỤC ................................................................................................................. 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 88


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em đã nhận
được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cơ, các anh chị và các bạn. Với
lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới:
Ban giám hiệu trường và các thầy cô trong khoa Điện đã dạy bảo và tạo mọi
điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trong quá trình học tập và thực hiện đồ án.
Em xin chân thành cảm ơn đã luôn quan tâm và nhiệt tình hướng dẫn trong
suốt quá trình em làm đồ án.
Xin chân thành cảm ơn những người thân đã giúp đỡ động viên trong quá trình
học tập và thực hiện đồ án. Đồng cảm ơn anh đã cung cấp cho em những kiến thức
cơ bản về S7-300 và WinCC.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!
TP.HCM, ngày 12tháng 12 năm
2013
Sinh viên thực hiện


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay quá trình tự động hóa trong cơng nghiệp là hết sức quan trọng đối
với sự phát triển của một quốc gia. Với các nước phát triển như Mỹ, Nhật,…thì tự
động hóa khơng cịn xa lạ và đã trở nên quen thuộc. Ở các nước này máy móc hầu
như đã thay thế lao động chân tay, số lượng công nhân trong nhà máy đã giảm hẳn
và thay vào đó là những lao động chuyên mơn, những kỹ sư có tay nghề, điều khiển
giám sát trực tiếp q trình sản xuất thơng qua máy tính. Một trong những ứng dụng
giám sát đó là WinCC (Windows Control Centre), nó giúp ta điều khiển và giám sát
tồn bộ q trình sản xuất thơng qua máy tính mà không phải trực tiếp xuống nơi
sản xuất để quan sát. Những điều trên chứng tỏ tầm quan trọng của việc ứng dụng
WinCC trong lĩnh vực tự điều khiển động hóa. Việt Nam là nước đang phát triển thì
như cầu hiện đại hóa trong cơng nghiệp là điều hết sức quan trọng đối với phát triển

kinh tế cũng như như cầu cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước.
Là những sinh viên theo học chuyên ngành “Điện Công nghiệp” cùng những
nhu cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết của nền công nghiệp nước nhà, em muốn được
nghiên cứu và tìm hiểu những thành tựu khoa học mới để có nhiều cơ hội biết thêm
về kiến thức thực tế, củng cố kiến thức đã học, phục vụ tốt cho sự nghiệp công
nghiệp hóa hiện đại hóa. Vì những lý do trên em đã chọn đề tài: “ Thiết kế điều
khiển giám sát cho hệ thống rót, đóng nắp chai và đóng thùng nước giải khát sử
dụng Simatic S7-300 và WinCC”.
Trong bản thuyết minh em đã hoàn được những nội dung sau:
Chương I: Tổng quan về dây chuyền cơng nghệ chiết rót, đóng nắp và đóng
thùng chai nước giải khát.
Chương II: Tổng quan về PLC S7-300.
Chương III: Tổng quan về WinCC.
Chương IV: Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển cho hệ thống chiết
nước, dập nắp và đóng thùng nước giải khát.
Chương V: Tổng kết và hướng phát triển của đề tài.
Mục đích nghiên cứu:
Nắm vững kiến thức về lập trình với S7-300, mơ phỏng q trình hoạt động
của một hệ thống với WinCC.
Nghiên cứu đề tài nhằm tích lũy kinh nghiệm, học hỏi thêm kiến thức và phát
huy tính sáng tạo, giải quyết vấn đề.


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Theo phương châm học đi đôi với hành thì việc tạo ra một hệ thống mơ phỏng
dùng S7-300 và WinCC là một yêu cầu cần thiết , đáp ứng được nhu cầu đặt ra.
Giới hạn đề tài:
Đề tài sữ dụng S7-300 và WinCC trong tự động hóa thì rất rộng lớn, hầu hết
các nhà máy, xí nghiệp ứng dụng WinCC trong việc điều khiển, giám sát tất cả các

khâu. Nhưng trong đề tài này ta hạn chế là chỉ mơ phỏng q trình hoạt động của
một hệ thống nhỏ, chưa thể hoàn toàn theo sát với thực tế. Vì vậy vẫn cịn nhiều vấn
đề cần được quan tâm giải quyết trong tương lai.


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
Có thể thấy các sản phẩm tiêu dùng hiện nay phần lớn được chứa đựng trong
các bao bì dạng chai lọ nhất là trong ngành thực phẩm ví dụ như: bia, rượu, nước
giải khát, hóa mỹ phẩm, v.v…, với nhiều ưu điểm nổi trội như giá thành hạ, cứng
cáp, tính thẩm mỹ cao, dễ sản xuất. Cũng chính vì lý do này các hệ thống máy chiết
rót, đóng chai tự động được sữ dụng rất rộng rãi với nhiều chũng loại khác nhau.
Trong đồ án này em sẽ thiết kế mơ phỏng hệ thống chiết rót đóng nắp chai dựa theo
hệ thống máy có thật đó là “Hệ Thống Xúc Rửa, Chiết Rót Và Đóng Nắp Chai PET
250-2250ml” của Cơng ty TNHH. Sau đây em xin giới thiệu về hệ thống này:
1.1 Phạm vi áp dụng:
- Cơ sở sản xuất nước uống tinh khiết đóng chai hoặc nước khống, hoặc các
loại nước uống không gaz khác
- Chai nước sử dụng : Loại chai PET có dung tích từ250ml đến 2250ml
1.2 Yêu cầu thiết kế:
- Nguồn nước tinh khiết : có chất lượng nước đạt chuẩn nước uống tinh khiết
TCVN 6096:2004
- Áp suất nước trong hệthống: hệthống được thiết kế với áp suất trung bình
2

khơng q 10kgf/cm . Vì vậy cần phải dùng công tác áp suất hoặc dùng biến tần để
điều chỉnh áp lực nước phù hợp trong quá trình vận hành.
- Điện áp sử dụng:1 pha 220V, 50Hz hay 3 pha 380V, 50 Hz

- Dịng tải: tùy theo cơng suất bơm sửdụng và các thiết bị ngoại vi khác,
thông thường khơng nhỏ hơn 5A.
- Các biện pháp an tồn điện: hệthống được thiết kế ELCB chống giật trên
toàn hệ thống và các thiết bị điện khác đạt chuẩn CE. Nút tắt khẩn cấp khi có sự cố
xảy ra.
- Khung sườn thiết bị: được thiết kếbằng thép không gỉ SS304 hoặc SS316,
chịu được lực rung lớn.
- Ống dẫn nước : ống chịu áp lực cao bằng PVC hoặc bằng thép không gỉ 304
(tùy theo yêu cầu thiết kế), đảm bảo an tồn vệ sinh, khơng đóng cặn, gỉ sét và gây
ra các nấm mốc vi sinh.
- Các thiết bị lọc nước: vật tư, thiết bị lọc nước đạt chuẩn NSF.

SVTH: Bùi Hữu Tài

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 1.1 máy đóng chai PET 3 trong 1.
1.3 Các chức năng chính của hệ thống
- Hệ thống kết hợp 3 máy xúc rửa, chiết rót và đóng nắp thành 1 dây chuyền
thống nhất
- Hệ thống tiêu chuẩn: hệ thống bao gổm 3 máy rời rạc: xúc rửa, chiết rót,
đóng nắp, nối liền với nhau thành 1 hệ thống xuyên suốt.
- Mạch điều khiển trung tâm PLC của Siemens: điều khiển xuyên suốt hệ
thống xúc rửa, chiết rót, đóng nắp. Bảng mạch hiển thị trạng thái hoạt động của hệ
thống trên các đèn led (màu xanh). Khi có sự cố xảy ra, hệ thống ngắt điện hồn
tồn tự động, tín hiệu âm thanh bíp bíp sẽ được phát ra. Ngồi ra chương trình trong
PLC này nhiều chức năng hơn hệ thống tiêu chuẩn.

- Khung sườn : được làm bằng thép khơng gỉ.
- Động cơ xoay vịng bằng công nghệ Đức:các chai PET được vận chuyển tự
động trên băng chuyền xoay vòng liên tục vào hệ thống chiết rót, xúc rửa
- Ống dẫn nước: bằng Inox.
- 2 chế độ hoạt động auto / manual: giúp người sử dụng có thể kiểm tra hoạt
động của các chức năng.
1.4 Nguyên lý hoạt động:
Hệ thống hoạt động theo các bước sau đây:
- Vỏ chai PET được đặt trên băng chuyền trước khi vào hệ thống xúc rửa chiết
rót và đóng nắp (gọi tắt là RFC).
- Nguồn nước tinh khiết từ bồn chứa được nối vào hệ thống RFC.
- Băng chuyền sẽ tự động vận chuyển chai PET vào hệ thống xúc rửa. Các
chai di chuyển xoay vòng và vào đúng vị trí vịi nước xúc rửa. Lưu ý nước rửa có áp
lực khá mạnh để rửa sạch chai PET do bơm thiết kế sẵn trong máy phun lên.

SVTH:

2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

- Sau khi rửa, chai PET sẽ được đưa vào vịtrí chiết rót, các cánh tay địn sẽ
giữ chặt cổchai để tránh đổc hai trong qua trinh rót. Các chai được xoay vịng liên
tục trên băng chuyền chiết rót. Máy bơm nước được thiết kế sẵn trong máy sẽ tự
động chiết rót vào bình. (Lưu ý : thể tích nước có thể điều chỉnh được).
- Khi bình chứa đã đầy nước, sẽ được chuyển sang vị trí đóng nắp. Nắp bình
chứa được lấp đầy trong ống chứa và được đưa vào ngay đầu chai PET.
- Các tay địn sẽ siết nắp chặt .
- Sau đó chai PET được chuyển trên băng tải ra ngồi.

- Bình chứa được tiếp tục chuyển đến máy bao màng co bằng (nếu có) .

Hình 1.2 Dây chuyền sản xuất nước đóng chai.
Do giới hạn đề tài là mơ phỏng trên máy tính nên em sẽ nghiên cứu những
thiết bị phần điện tự động là chính, mơ hình mơ phỏng sẽ có một số điểm khác so
với hệ thống thực để thuận thiện cho việc mô phỏng.Cụ thể là dây chuyền mô phỏng
sẽ có các khâu chính là:
-

Kiểm tra khuyết tật chai.
Chiết nước vào chai.
Đóng nắp chai.
Đưa sang dây chuyền đóng thùng sản phẩm.

1.5 Các cơng nghệ trên dây chuyền chiết, đóng nắp, đóng thùng:
1.5.1 Kiểm tra khuyết tật chai:
Để kiểm tra được khuyết tật trên sản phẩm chai nhựa người ta thường dùng
các hệ thống máy hiện đại , hiện nay có khơng ít các nhà cung cấp thiết bị để thực
hiện quá trình này, theo kinh nghiệm và tìm hiểu thì em được biết hãng PRESSCO
TECHNOLOGY INC là nhà cung cấp dịng sản phẩm INTELLISPEC mã CP500
thực hiện q trình kiểm tra và phân loại và loại bỏ chai bị hỏng khơng đủ u cầu
chất lượng như:
-

Chai bị móp trong lúc sản xuất hay trong q trình vận chuyển.

-

Chai dính bẩn.

SVTH:

3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Dòng sản phẩm INTELLISPEC CP500: được trang bị 2 camera bên trong và
được kết nối với hệ thống máy tính chuyên dụng được cung cấp bởi chính nhà cung
cấp.Máy có bộ nguồn UPS mắc song song với nguồnđiện nên có thể hoạt động thêm
một thời gian sau khi cúpđiện.
Ngun tắc: camera chụp và phân tích hình ảnh từng chai, đưa tín hiệu về máy
tính xử lí với phần mền chuyên dụng được cài đặt độ nhạy theo mục đích của yêu
cầu sản phẩm và loại (Reject) các sản phẩm không đạt yêu cầu. Tốc độ chụp của
camera có thể lên đến hàng nghìn chai một phút.

a

b
Hình 1.3 aCác loại chai có thể nhận diện bằng máy CP500
b hình chụp của máy.

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 1.4 Máy kiểm tra khuyết tật chai.
1.5.2 Chiết nước vào chai:
Hiện nay có khá nhiều cơng nghệ chiết nước vào chai, tùy loại chất lỏng sẽ có

cách chiết rót khác nhau như: Nước có gaz, nước không gaz, chất lỏng dạng cô đặc.
Định lượng sản phẩm lỏng là chiết một thể tích nhất định sản phẩm lỏng và rót vào
trong chai, bình, lọ, v.v.. Định lượng sản phẩm lỏng bằng máy được sử dụng rộng
rãi trong nhiều ngành sản xuất thực phẩm. Khi định lượng bằng máy thì cải thiện
được điều kiện vệ sinh, đảm bảo được năng suất cao và định lượng sản phẩm một
cách chính xác.
Các phương pháp định lượng chủ yếu gồm có:
Định lượng bằng bình định mức: chất lỏng được định lượng chính xác nhờ
bình định mức trước khi rót vào chai.
Định lượng bằng chiết tới mức cố định: chất lỏng được chiết tới mức cố định
trong chai bằng cách chiết đầy, sau đó lấy khối thể tích bù trừ ra khỏi chai; khi đó
mức lỏng trong chai sẽ sụt xuống một khoảng như nhau bất kể thể tích của các chai
có bằng nhau hay khơng. Ngồi ra cịn sử dụng ống thông hơi, chất lỏng được chiết
tới khi ngập miệng ống thơng hơi sẽ dứng lại. Phương pháp nầy có độ chính xác
khơng cao, tuỳ thuộc độ đồng đều của chai.
Định lượng bằng cách chiết theo thời gian: cho chất lỏng chảy vào chai trong
khoảng thời gian xác định, có thể xem như thể tích chất lỏng chảy là khơng
đổi. phương pháp nầy chỉ áp dụng cho các sản phẩm có giá tri thấp, khơng
u cầu độ chính xác định lượng.
Cácphương pháp chiết rót sản phẩm gồm có :
5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Phương pháp rót áp suất thường: chất lỏng tự chảy vào trong chai do chênh
lệch về độ cao thủy tĩnh. Tốc độ chảy chậm nên chỉ thích hợp với các chất lỏng ít
nhớt.
Phương pháp rót chân khơng: Nối chai với một hệ thống hút chân không,
chất lỏng sẽ chảy vào trong chai do chênh áp giữa thùng chứa và áp suất trong chai.

Lượng chất lỏng chảy vào chai thông thường cũng được áp dụng phương pháp bù
trừ hoặc chiết đầy chai.
Phương pháp rót đẳng áp: Phương pháp này được áp dụng cho các sản phẩm
có gas như bia, nước ngọt.Trong khi rót, áp suất trong chai lớn hơn áp suất khí
quyển nhằm tránh khơng cho ga (khí CO2) thốt khỏi chất lỏng. Với phương pháp
rót đẳng áp thơng thường, người ta nạp khí CO2 vào trong chai cho đến khi áp suất
trong chai bằng áp suất trong bình chứa, sau đó cho sản phẩm từ bình chứa chảy vào
trong chai nhờ chênh lệch độ cao.
Máy định lượng-chiết rót sản phẩm lỏng gồm nhiều cơ cấu rót, mỗi cơ cấu rót
được bố trí chiết cho 1 chai. Các cơ cấu rót có thể được bố trí thẳng hàng, làm việc
cùng lúc (máy chiết có cơ cấu chiết thẳng) hoặc bố trí trên bàn quay, làm việc tuần
tự (máy chiết bàn quay) như hình bên dưới:

Hình 1.5 Máy chiết bàn quay.
1.5.3 Đóng nắp chai:
Máy đóng nắp chai được ứng dụng rộng rãi trong ngành sản xuất đồ uống,
thức phẩm, mỹ phẩm và hóa chất cơng nghiệp. Máy có tác dụng đóng bao kín các
6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

loại chai thủy tinh, nhựa, đảm bảo việc niêm phóng kín, khơng rị rỉ chất lỏng ra
ngồi.
Nắp chai được dẫn từ thùng chứa xuống đường dẫn đồng thời được xếp đúng
chiều, chai nước được đưa vào vị trí dập nắp và cố định để hệ thống dập nắp hoạt
động (hình 1.6). Sau khi dập nắp chai sẽ được đưa tới bộ phận vặn nắp để chắc chắn
rằng tất cả các nắp phải được đóng kín.

Hình 1.6 Máy chiết rót và đóng nắp kiểu bàn xoay.

1.5.4 Cảm biến dùng trong các dây chuyền chiết rót:
Tại mỗi khâu chúng ta dùng cảm biến vị trí để xác định vị trí của sản phẩm.
Khi gặp sản phẩm cảm biến sẽ có tín hiệu báo về bộ điều khiển để ra lệnh điều
khiển. Để xác định vị trí và dịch chuyển của sản phẩm, ta dùng loại cảm biến quang
điện.
Cảm biến quang điện bao gồm 1 nguồn phát quang và 1 bộ thu quang. Nguồn
phát quang sử dụng Led hoặc Laser phát ra ánh sáng thấy hoặc không thấy tùy theo
bước sóng. 1 bộ thu quang sử dụng diode hoặc transitor quang. Ta đặt bộ thu và phát
sao cho vật cần nhận biết có thể che chắn hoặc phản xạ ánh sáng khi vật xuất hiện.
Ánh sáng do Led phát ra được hội tụ qua thấu kính. ở phần thu ánh sáng từ thấu
kính tác động đến transitor thu quang. Nếu có vật che chắn thì chùm tia sẽ khơng tác
động đến bộ thu được. sóng dao động dùng để bộ thu loại bỏ ảnh hưởng của ánh
sáng trong phòng. Ánh sáng của mạch phát sẽ tắt và sáng theo tần số mạch dao
động. Phương pháp này sử dụng mạch dao động làm cho cảm biến thu phát xa hơn
và tiêu thụ ít cơng suất hơn.

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trên thị trường hiện nay có 3 loại cảm biến quang điện chính:Through-beam
sensors (cảm biến tia xuyên qua), Retro-reflective sensors (cảm biến phản quang),
Diffuse reflection sensor (cảm biến phản xạ khuếch tán).

Hình 1.7 Cảm biến phản quang.
Trong quá khứ, đối với nhà máy bia, nước ngọt, việc phát hiện các chai PET
có chất liệu trong suốt là rất khó khăn, yêu cầu phải điều chỉnh phức tạp cảm biến
cho ứng dụng đó. Hiện nay cơng nghệ phát triển hơn ta có loại cảm biến phản
quang dể dàng phát hiện các vật liệu cho trai PET và thủy tinh. Một trong số đó là

bộcảm biến O5G500 và một bộ lọc phân cực cùng với lăng kính phản xạ E20722
(hình 1.7).
1.5.5 Dây chuyền đóng thùng:
Các máy đóng thùng chai hiện nay rất đa dạng từ thô sơ tới cực kỳ hiện đại.
tùy theo doạng sản phẩm sẽ có cách đóng gói khác nhau. Với chai lọ thủy tinh dễ vỡ
hay các chai có dung tích lớn thường được đóng thùng bằng cánh tay Robot.
Phương pháp này hiện đại và chính xác nhất, đảm bảo chống va đập làm hư sản
phẩm. Số lượng sản phẩm phụ thuộc vào kích thước thùng chứa, số lượng chai gắp
trong một lần cũng dễ dàng cài đặt, ví dụ như để đóng két cho bia chai thì mỗi lần
8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

cánh tay robot có thể gắp 20 chai. Dây chuyền đóng thùng gồm 2 băng tải, một băng
tải đưa sản phẩm đến tay gắp, một băng vận chuyển thùng, hai băng tải đặt ngang
nhau. Bộ phận gắp chai đượcđiểu khiển đồng bộ bằng khí nén.

Hình 1.8: Bộ phận gắp chai.

.
Hình 1.9 Một cánh tay robot đang làm việc
Với các loại chai nhỏ và khó vỡ thì thường dùng phương pháp đóng thùng kiểu
“Drop” (hình 1.10), hệ thống có hai băng tải, một băng tải chở sản phẩm chai
ở phía trên, băng tải chứa thùng phía dưới, khi số chai chạy vào khung đủ số lượng
thì phần đáy của khung mở ra để toàn bộ chai trong khung rơi xuống thùng, các chai

9

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

rơi xuống thùng đồng thời thùng được hạ xuống để giảm lực tác động vàođáy chai,
cách đóng thùng này nhanh và đơn giản hơn dùng cánh tay Robot.

Hình 1.10: Drop Packer

10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG II
TỔNG QUAN VỀ SIMATIC S7-300
2.1. Giới Thiệu Chung
Để đáp ứng yêu cầu tự động hóa ngày càng tăng địi hỏi kỹ thuật điều khiển
phải có nhiều thay đổi về thiết bị cũng như về phương pháp điều khiển. Vì vậy
người ta phát minh ra bộ điều khiển lập trình rất đa dạng như PLC.
Sự phát triển của PLC đã đem lại nhiều thuận lợi và làm cho các thao tác máy
trở nên nhanh nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn. Nó có thể thay thế gần như hoàn toàn
cho các phương pháp điều khiển truyền thống. Như vậy PLC có tính năng ưu việt và
thích hợp trong môi trường công nghiệp là:
- Khả năng chống nhiễu tốt.
- Cấu trúc dạng modul rất thuận tiện cho việc mở rộng, cải tạo nâng cấp.
- Có những modul chuyên dụng để thực hiện chức năng đặc biệt.
- Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng để
xếp hạng một hệ thống điều khiển tự động.
- Hiện nay trên thị trường có các loại PLC của các hãng sản xuất như: Omron,
Mitsubishi, Siemens, ABB, Allen Bradley...
Do yêu cầu đề tài nên em xintrình bày về Simatic S7-300 của Siemens.

S7-300 là Dòng sản phẩm cao cấp, được dùng cho những ứng dụng lớn với
những yêu cầu I/O nhiều và thời gian đáp ứng nhanh, yêu cầu kết nối mạng và có
khả năng mở rộng, nâng cấp.
Ngơn ngữ lập trình đa dạng cho phép người sử dụng có quyền chọn lựa. Đặc
điểm nổi bật của S7-300 đó là ngơn ngữ lập trình cung cấp những hàm toán đa dạng
cho những yêu cầu chuyên biệt. Hoặc ta có thể sử dụng ngơn ngữ chun biệt để
xây dựng hàm riêng cho ứng dụng mà ta cần.
Ngoài ra S7-300 còn xây dựng phần cứng theo cấu trúc modul, nghĩa là đối
với S7-300 sẽ có những modul tích hợp cho những ứng dụng đặc biệt.

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

2.1.1 Các modul PLC S7-300

Hình 2.1 Cấu hình của một trạm PLC S7-300
Để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng vào thực tế phần lớn các đối tượng điều
khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau
mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hố về cấu hình. Chúng
được sử dụng theo kiểu các modul, số lượng modul nhiều hay ít tuỳ vào yêu cầu
thực tế, xong tối thiểu bao giờ cũng có một modul chính là CPU, các modul cịn lại
nhận truyền tín hiệu với các đối tượng điều khiển, các modul chức năng chuyên
dụng như PID, điều khiển động cơ, van thuỷ khí …Chúng gọi chung là modul mở
rộng. Cấu hình của một trạm PLC S7-300 như hình 2.1.
2.1.1.1 Modul CPU
Modul CPU là loại modul có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ
thời gian, bộ đếm, cổng truyền thơng (RS485) và có thể cịn có một vài cổng vào ra
số. Các cổng vào ra số có trên modul CPU được gọi là cổng vào ra Onboard.

PLC S7_300 có nhiều loại modul CPU khác nhau. Chúng được đặt tên theo bộ
vi xử lý có trong nó như modul CPU312, modul CPU314, modul CPU315.
Những modul cùng sử dụng 1 loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng
vào/ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện
của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ được phân
biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ IFM (Intergrated Function Module).
Ví dụ như modul CPU312 IFM, modul CPU314 IFM.

12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CPU 312 IFM

CPU 314C-2PTP

CPU 314

CPU 314C-2DP

Hình 2.2: Một số CPU của PLC S7-300.
Ngồi ra cịn có các loại module CPU với 2 cổng truyền thơng, trong đó cổng
truyền thơng thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán. Các
loại modul này phân biệt với các loại modul khác bằng cụm từ DP (Distributed Port)
như là modul CPU314C-2DP.
2.1.1.2 Modul mở rộng
Thiết bị điều khiển khả trình SIMATIC S7-300 được thiết kế theo kiểu modul.
Các modul này sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Việc xây dựng PLC theo
cấu trúc modul rất thuận tiện cho việc thiết kế các hệ thống gọn nhẹ và dễ dàng cho

việc mở rộng hệ thống. Số các modul được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng ứng
dụng nhưng tối thiểu bao giờ cũng phải có một modul chính là modul CPU, các
modul cịn lại là những modul truyền và nhận tín hiệu với đối tượng điều khiển bên
ngoài như động cơ, các đèn báo, các rơle, các van từ. Chúng được gọi chung là các
modul mở rộng.
Các modul mở rộng chia thành 5 loại chính:
a) Module nguồn ni (PS - Power supply)
Có 3 loại: 2A, 5A, 10A.
b) Module xử lý vào/ra tín hiệu số (SM - Signal module)
Modul mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:
DI (Digital input): Modul mở rộng các cổng vào số. Số các cổng vào số mở
rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại modul.
DO (Digital output): Modul mở rộng các cổng ra số. Số các cổng ra số mở
rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại modul.
DI/DO (Digital input/Digital output): Modul mở rộng các cổng vào/ra số... Số
các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8 vào/8ra hoặc 16 vào/16 ra tuỳ từng loại
modul.
13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

AI (Analog input): Modul mở rộng các cổng vào tương tự. Số các cổng vào
tương tự có thể là 2, 4, 8 tuỳ từng loại modul.
AO (Analog output): Modul mở rộng các cổng ra tương tự. Số các cổng ra
tương tự có thể là 2, 4 tuỳ từng loại modul.
AI/AO (Analog input/Analog output): Modul mở rộng các cổng vào/ra tương
tự. Số các cổng vào/ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hay 4 vào/4 ra tuỳ từng loại
modul.
Các CPU của S7_300 chỉ xử lý được các tín hiệu số, vì vậy các tín hiệu analog

đều phải được chuyển đổi thành tín hiệu số. Cũng như các modul số, người sử dụng
cũng có thể thiết lập các thông số cho các modul analog.
c) Modul ghép nối (IM - Interface modul)
Modul ghép nối nối các modul mở rộng lại với nhau thành một khối và được
quản lý chung bởi 1 modul CPU. Thông thường các modul mở rộng được gắn liền
với nhau trên một thanh đỡ gọi là rack. Trên mỗi rack có nhiều nhất là 8 modul mở
rộng (không kể modul CPU, modul nguồn nuôi). Một modul CPU S7-300 có thể
làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 rack và các rack này phải được nối với nhau
bằng modul IM.
Các modul ghép nối (IM) cho phép thiết lập hệ thống S7_300 theo nhiều cấu
hình, S7-300 cung cấp 3 loại modul ghép nối sau:
IM 360: Là modul ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứa 8 modul trên
đó với khoảng cách tối đa là 10 m lấy nguồn từ CPU.
IM 361: Là modul ghép nối có thể mở rộng thêm ba tầng, với một tầng chứa 8
modul với khoảng cách tối đa là 10 m đòi hỏi cung cấp một nguồn 24 VDC cho mỗi
tầng.
IM 365: Là modul ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứa 8 modul trên
đó với khoảng cách tối đa là 1m lấy nguồn từ CPU.
d) Modul chức năng (FM - Function modul)
Modul có chức năng điều khiển riêng. Ví dụ như modul PID, modul điều
khiển động cơ bước.
e) Module truyền thông (CP - Communication modul)
Modul phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa
PLC với máy tính.

14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

a) Modul nguån (PS)

b) Modul vµo sè (DI)

c)

Modul ra analog (AO)

Modul ra số (DO)

d) Modul chức năng (FM) e) Modul trun th«ng (CP)

Hình 2.3 Các loại modul mở rộng của S7-300.
Các Tín hiệu kết nối với PLC:
a/Tín hiệu số : Là các tín hiệu thuộc dạng hàm Boolean, dạng tín hiệu chỉ có 2
trị 0 hoặc 1.
Mức 0 : tương ứng với 0V hoặc hở mạch
Mức 1 : Tương ứng với 24V
Vd: Các tín hiệu từ nút nhấn ,từ các cơng tắc hành trình….. đều là những tín
hiệu số
b/ Tín hiệu tương tự : Là tín hiệu liên tục, từ 0-10V hay từ 4-20mA….
Vd: Tín hiệu đọc từ Loadcell,từ cảm biến lưu lượng…
c/ Tín hiệu khác : Bao gồm các tín hiệu giaotiếp với máy tính ,với các thiết bị
ngoại vi khác bằng các giao thức khác nhau như giao thức RS232, RS485,
Modbus….

15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Kiểu dữ liệu:
a/Kiểu Bool: True hoặc False ( 0 hoặc 1) VD: M0.0
b/Kiểu Byte : gồm 8 Bit
c/Kiểu Word
d/Kiểu DWord
e/Kiểu Int
f/Kiểu Real.....

Hình 2.4 Cấu trúc của một bộ điều khiển PLC
2.2 Ngơn ngữ lập trình:
PLC S7_300 có 3 ngơn ngữ lập trình cơ bản sau:
Ngơn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL (Statement List). Đây là dạng ngơn
ngữ lập trình thơng thường của máy tính. Một chương trình được ghép bởi nhiều
câu lệnh theo 1 thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm 1 hàng và đều có cấu trúc
chung là “tên lệnh”+”tốn hạng”.

16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Ví dụ:

Ngơn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD (Ladder Logic). Đây là dạng ngôn ngữ
đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển logic.
Ví dụ:

Ngơn ngữ “hình khối”, ký hiệu là FBD (Function Block Diagram). Đây là dạng
ngơn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển số.

Ví dụ:

Trong đồ án em sử dụng ngơn ngữ LAD để lập trình để đơn giản và trực quan
hơn. Phần mềm dùng viết chương trình là Step7 V5.5 SP1_Home_x32.
2.3 Tập Lệnh S7-300
Kí hiệu: KQ là kết quả thu được sau phép tính
KT là kết quả trước phép tính

17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

2.3.1 Nhóm lệnh logic tiếp điểm:
1/ Lệnh về bit:
Tiếp điểm thường hở: KQ=KT nếu I0.0=1.

KQ=0 nếu I0.0=0

Tiếp điểm thường đóng : KQ=KT nếu I0.0=0.

KQ=0 nếu I0.0=1

Lệnh Not: KQ thu được bằng đảo giá trị của KT, Nếu KT=1 thì KQ=0 ; Nếu
KT=0 thì KQ=1.

Ngõ ra ( cuộn coil) : Gán KQ cho ngõ ra Q0.0

Xác định kết quả: Gán KQ tại vị trí mà lệnh được chèn
Vd: M0.0 lưu kết quả sau 2 phép tính qua I0.0 và I0.1

Lệnh SET Bit: Gán giá trị 1 cho M0.0

Lệnh RESET Bit : Gán giá trị 0 cho M0.0

18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Vi phân cạnh lên : M0.0 lưu giá trị KQ ở vòng quét trước Khi
I0.0 chuyển trạng thái từ 0 sang 1 và M0.0 =0 thì Q0.0 =1

Vi phân cạnh xuống: M0.0 lưu giá trị KQ ở vòng quét trước Khi
I0.0 chuyển trạng thái từ 1 xuống 0 và M0.0=1 thì Q0.0=1

2.3.2 Lệnh về timer :
Lệnh S_PULSE:
Nếu I0.0=1 Timer được kích chạy,khi I0.0=0 hoặc chạy đủ thời gian đặt 2s thì
Timer dừng.Hoặc có tín hiệu I0.1 thì Timer cũng dừng
Timer chỉ chạy lại khi có tín hiệu mới từ I0.0 ( tức là I0.0 chuyển trạng thái từ
0 lên 1 )
Q0.0=1 khi Timer đang chạy.
MW100 lưu giá trị đếm của Timer theo dạng Integer
MW102 lưu giá trị của Timer theo dạng BCD

Chức năng của Timer này là tạo xung có thời gian được đặt sẵn.

Lệnh S_PEXT:
Timer kích có nhớ,Khi có tín hiệu cạnh lên ở I0.0 Timer T5 chạy,nếu đủ thời

gian đặt Timer dừng.
Trong quá trình chạy nếu có tín hiệu mới từ chân I0.0 thì thời gian Timer lại
được tính lại từ đầu.
Trong q trình chạy nếu có tín hiệu I0.1 thì Timer dừng
Q0.0 =1 khi Timer đang chạy.

19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Các ô nhớ MW100 và MW102 lưu giá trị hiện thời của Timer theo dạng
Integer và dạng BCD

Lệnh S_ODT:
Nếu I0.0=1 Timer bắt đầu chạy khi đủ thời gian thì ngưng khi đó ngõ Q0.0 sẽ
lên 1 nếu I0.0 vẫn cịn giữ trạng thái 1,khi có tín hiệu I0.1 thì tất cả phải được Reset
về 0. Các ơ nhớ MW100 và MW102 lưu giá trị hiện thời của Timer theo dạng
Integer và dạng BCD

Lệnh S_ODTS:
Timer kích có nhớ,khi có xung cạnh lên ở I0.0 Timer bắt đầu chạy ,ngõ ra
Q0.0=1 khi Timer ngưng và chỉ tắt khi có tín hiệu Reset (tín hiệu I0.1)
Trong q trình Timer chạy nếu có sự chuyển đổi tín hiệu từ chân I0.0 thêm 1
lần nữa thì Timer sẽ nhớ và tiếp tục chạy khi hết thời gian lần trước.

Số Timer trong S7_300 phụ thuộc vào loại CPU.
CPU 312: có 128 Timer
CPU 313 trở lên: có 256 Timer.
Có 2 cách cài đặt giá trị cho Timer:

20