tiểu luận MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP đề tài THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG PLC s7 1200 VỚI ADRUINO để PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC

TRƯỜNG CAO ĐẲNG FPT POLYTECHNIC
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ
TỰ ĐỘNG HỐ
---o0o---

MẠNG TRUYỀN THƠNG CƠNG
NGHIỆP
Đề tài:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG
PLC S7-1200 VỚI ADRUINO ĐỂ PHÂN
LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC
T.VIÊN:

TRẦN VƯƠNG BƠNG

PS16134

ĐỒN BÍC PHI

PS15337

NGUYỄN HỮU KHƠI

PS15539

TRẦN QUANG KHƯƠNG

PS16109

GVHD:

NGUYỄN VĂN NGA

LỚP:

AC16301

Tp. Hồ Chí Minh – 12/2021




NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN
VÀ TỰ ĐỘNG HỐ

NHIỆM VỤ ASSIGNMENT
Lớp:
AC16301
Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ
Hệ:
CAO ĐẲNG
1.Tên đề tài: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG PLC S7-1200 VỚI
ADRUINO ĐỂ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC”
2. Nội dung các phần thuyết minh:
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
3. Các bản vẽ đồ thị:

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
4. Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN VĂN NGA
5. Ngày giao nhiệm vụ:............................................................................................
6. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:.................................................................................
Ngày……. tháng……. năm 2021
Ngày … tháng … năm 2021
Giáo viên hướng dẫn
Chủ nhiệm bộ môn

NGUYỄN VĂN NGA

GVHD: NGUYỄN VĂN


Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo
Trường Cao Đẳng FPT Poytechnic
Thành Phố Hồ Chí Minh

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................
...............................................................................................................................................................

Tp.HCM, ngày……tháng… năm 2021
Giáo viên hướng dẫn

NGUYỄN VĂN NGA

GVHD: NGUYỄN VĂN




LỜI MỞ ĐẦU
Điều khiển tự động là định nghĩa không cịn xa lạ trên thế giới. Nó đã có mặt từ
rất sớm từ khi nền khoa học công nghệ của con người có những tiến bộ đầu tiên. Bắt
nguồn từ những nhu cầu như tiết kiệm nhân lực, tăng năng suất sản phẩm lên cao,

đảm bảo quy trình chặt chẽ,… mà các ứng dụng điều khiển tự động đã ra đời.
Điều khiển tự động đã trở thành một ngành khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu
và ứng dụng vào lao động sản xuất, đời sống sinh hoạt của con người, kết hợp với
nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác. Ngày nay, điều khiển tự động đã và đang phổ
biến rộng rãi khắp các lĩnh vực trong đời sống cũng như trong sản xuất và PLC là một
trong những thiết bị nổi bật của điều khiển tự động được ứng dụng rộng rãi trong sản
xuất công nghiệp ở quy mô vừa và lớn.
PLC đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi nhờ vào các tính năng ưu việc như:
khả năng thay thế hoàn toàn các phương pháp điều khiển trước đây, điều khiển thiết bị
dễ dàng và linh hoạt dựa vào việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản, khả năng định
thời, đếm và giải quyết các vấn đề toán học, khả năng thiết lập, gửi và tiếp nhận
những tín hiệu nhằm mục đích kiểm sốt các hoạt động của bộ máy hoặc một dây
chuyền trong công nghiệp. Do đó, nhằm nghiên cứu rõ hơn về PLC và các ứng dụng
của nó trong cơng nghiệp, nhóm chúng em quyết định thực hiện đề tài “ THIẾT KẾ
HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG PLC S7-1200 VỚI ADRUINO ĐỂ PHÂN LOẠI
SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC”.

GVHD: NGUYỄN VĂN


LỜI CẢM ƠN
Để có thể hồn thành assignmet này, ngồi sự nỗ lực của nhóm cịn có sự giúp
đỡ của giáo viên hướng dẫn, thầy cô bộ môn, bạn bè và những người thân. Nhóm em
xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy NGUYỄN VĂN NGA đã tận tình hướng dẫn,
giúp đỡ chúng em trong việc giải quyết những khó khăn, vướng mắc trong suốt quá
trình thực hiện assignment của nhóm. Bên cạnh đó, nhóm cũng xin gửi lời cảm ơn đến
quý thầy cô đã tận tình giảng dạy những kiến thức và cả kinh nghiệm sống cho chúng
em, cho chúng em một hành trang vững chắc trước khi bước vào chặn đường kế tiếp.
Nhóm em xin chân thành cảm ơn Trường Cao Đẳng FPT Polytechnic Thành
phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho chúng em học tập, trang bị cho chúng em

những kiến thức cần thiết để có thể tìm được một cơng việc phù hợp sau này.
Trong quá trình thực hiện đề tài sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, chúng em
rất mong nhận được những sự góp ý từ các giảng viên và các bạn.
Nhóm thực hiện đề tài




MỤC LỤC
CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU CHUNG

4

1. Mục đích assigment

4

2. Ý nghĩa assignment

4

3. Nội dung nghiên cứu

5

4. Phạm vi nghiên cứu

5

CHƯƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

6

1. Tìm hiểu về hệ thống phân loại sản phẩm

6

2. Mạng truyền thông công nghiệp

7

3. Một số chuẩn giao thức truyền thông công nghiệp

8

3.1 Cổng nối tiếp (Serial Port)

8

3.1.1 RS232

9

3.1.2 RS422

9

3.1.3 RS485

9

3.2 ProfiNet (Process Field Net)

10

3.3 ProfiBus (Process Field Bus)

11

3.4 MODBUS

12

3.4.1 MODBUS RTU

13

3.4.2 MODBUS ASC II

13

3.4.3 MODBUS TCP/IP

13

CHƯƠNG III. THIẾT KẾ HỆ THỐNG

14

1. Khối PLC

15

2. Khối nguồn

17

3. Khối phân loại màu

19

3.1 Cảm biến màu sắc TCS34725

GVHD: NGUYỄN VĂN

19

TRANG



3.2 Arduino UNO R3 SMD

20

3.3 Arduino Ethernet Shield W5100

21

4. Khối cơ cấu chấp hành

22

4.1 Tính chọn băng tải

22

4.2 Động cơ truyền tải

23

4.3 Tính chọn động cơ đẩy

25

4.4 Khối cảm biến khoảng cách

26

4.5 Tính chọn khung kết cấu băng tải

27

5. Giới thiệu bộ chuyển đổi tín hiệu đầu vào cho PLC sử dụng chuẩn Ethernet

CHƯƠNG IV. THI CÔNG HỆ THỐNG

28

29

1. Danh sách vật tư

30

2. Lưu đồ giải thuật

31

3. Sơ đồ mạch động lực

33

4. Sơ đồ nối dây khối phân loại màu sắc

34

5. Lập trình hệ thống trên TIA Protal V16

35

6. Nguyên lý hoạt động của hệ thống.

38

7. Hình ảnh sản phẩm thực tê

40

CHƯƠNG V. KẾT LUẬN

41

1. Ưu điểm

41

2. Nhược điểm

41

3. Phương hướng phát triển

41

CHƯƠNG VI. NGUỒN THAM KHẢO

42

PHỤ LỤC

43

1. Kết nối TCS34725 với Arduino

43

2. Code Arduino

44

GVHD: NGUYỄN VĂN

TRANG


CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU CHUNG
1. Mục đích assigment
Trong assignment này, thông qua những kiến thức về các chuẩn giao tiếp truyền
thông công nghiệp đã được học chúng em sẽ kết hợp thực hiện thiết kế hệ thống
truyền thông PLC s7-1200 với adruino để phân loại sản phẩm theo màu sắc. Được vận
hành bởi PLC S7 - 1200 kết hợp giám sát thông qua giao diện điều khiển TIA Portal
và các cảm biến màu sắc, motor servo. Sản phẩm đi qua sẽ được phát hiện bởi các
cảm biến và được đẩy vào các khay hứng sản phẩm.
Yêu cầu đề tài:
● Phân loại và đếm sản phẩm phải chính xác.
● Hiển thị giám sát thông qua giao diện điều khiển TIA Portal cần rõ ràng.
● Ứng dụng PLC điều khiển băng tải phân loại sản phẩm.

2. Ý nghĩa assignment
● Trên cơ sở nghiên cứu, xây dựng hệ thống điều khiển băng tải phân loại sản phẩm
với TIA Portal và PLC S7-1200 nhóm em thực hiện assignment được tiếp cận và
tìm hiểu về một lĩnh vực điều khiển rất phổ biến và quan trọng trong công nghiệp
hiện nay.
● Nắm vững được các cơ sở tính tốn chọn thiết bị để đảm bảo được các yêu cầu kỹ
thuật đề ra. Hiểu được nguyên lý hoạt động của các loại linh kiện được sử dụng
trong dự án.
● Thấy được mối liên hệ giữa lý thuyết và thực tế, làm việc và vận hành trực tiếp
các trang thiết bị được sử dụng trong đồ án.

● Thực hành khai thác, lập trình với thiết bị điều khiển công nghiệp phổ biến PLC
S7-1200, phần mềm điều khiển và giám sát TIA Portal, rèn luyện kỹ năng làm
việc nhóm.
● Có khả năng lập kế hoạch xác định các mục tiêu quan trọng và các biện pháp tốt
để thực hiện mục tiêu một cách hiệu quả nhất. Tạo cho chúng em tư duy hệ thống
để xử lý các tình huống.

3. Nội dung nghiên cứu
● Nghiên cứu tài liệu về các chuẩn giao tiếp mạng truyền thông công nghiệp,
PLC S7 -1200, cảm biến TCS34725, động cơ servo MG90S, cảm biến vật cản
hồng ngoại.
● Dựa trên các dữ liệu thu thập được, tiến hành lựa chọn giải pháp thiết kế và thi
công mô hình. Kết nối các ngoại vi với PLC, cảm biến TCS34725 với Arduino.
● Thiết kế lưu đồ giải thuật và viết chương trình điều khiển cho PLC và Arduino.
Thiết kế giao diện điều khiển, giám sát hệ thống.
● Thử nghiệm và điều chỉnh phần mềm, phần cứng để mô hình được tối ưu, sử dụng
dễ dàng. Đánh giá các thông số của mô hình so với thông số thực tế, hiệu suất
hoạt động
● Viết báo cáo thực hiện.
● Đánh giá kết quả thực hiện.

4. Phạm vi nghiên cứu
● Khai thác và vận hành các thiết bị trong hệ thống phân loại sản phẩm theo màu
sắc.
● Xây dựng thuật toán điều khiển logic.
-

Xây dựng phần mềm giao diện điều khiển trên TIA Portal.

-

Xây dựng phần mềm trên PLC S7-1200.


-

Tính tốn thiết kế phần cơ khí.


CHƯƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. Tìm hiểu về hệ thống phân loại sản phẩm
● Hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động của nhóm hoạt động dựa trên nguyên lý
dùng cảm biến màu TCS34725 để xác định màu và cảm biến hồng ngoại E3FDS30C4 để xác định sản phẩm. Sau đó dùng động cơ servo MG90S để phân loại
sản phẩm theo tín hiệu của cảm biến
● Ứng dụng: Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng rất nhiều
trong trong các nghành công nghiệp khác nhau. Thường được sử dụng các dây
chuyền sản xuất vật liệu xây dựng và trong các nghành công nghiệp thực phẩm.
Trong các dây truyền sản xuất gạch ngói, phân loại sản phẩm nhựa hay chế biến
nông sản, bánh kẹo hoa quả, bia nước giải khát,…
● Một vài thông số của hệ thống phân loại sản phẩm của nhóm em:
-

Kích thước: (Dài x rộng) 50 x 10 (cm).
Khối lượng: ~5 Kg.
Khối lượng tải: ~0.2 Kg.
Tốc độ truyền tải: ~9m/s.
Hệ thống điều khiển: PLC.
Cơ cấu đẩy sản phẩm: động cơ servo.
Động cơ truyền chuyển động: động cơ DC giảm tốc JGB37-555.

Hệ thống dẫn động: Băng chuyền.
Điện áp cung cấp: 24VDC.
Cảm biến màu sắc: TCS34725.
Chuẩn giao tiếp: Modbus TCP/IP


2. Mạng trùn thơng cơng nghiệp

Hình 2.1: Mạng truyền thơng công nghiệp
Mạng truyền thông công nghiệp (Industrial Communication Network) hay mạng
công nghiệp là một khái niệm chung chỉ các hệ thống mạng truyền thông số, truyền
bit nối tiếp nhằm mục đích ghép nối các thiết bị cơng nghiệp giúp các thiết bị có thể
giao tiếp được với nhau và kiến tạo thành một mạng lưới, một hệ thống đồng nhất có
sự phân cấp và được kiểm sốt chặt chẽ. Với các hệ thống truyền thông công nghiệp
hiện nay cho phép liên kết mạng ở nhiều mức, nhiều cấp khác nhau: từ các cảm biến,
cơ cấu chấp hành (thuộc phân cấp hiện trường) cho đến các máy tính điều khiển, thiết
bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát và các máy tính cấp điều hành xí nghiệp,
quản lý cơng ty.
● Vai trị của mạng trùn thơng cơng nghiệp
Ghép nối thiết bị, trao đổi thông tin là một trong những vấn đề cơ bản trong bất
cứ một giải pháp tự động hóa nào. Một bộ điều khiển cần được kết nối với cảm biến
và
cơ cấu chấp hành. Giữa các hộ điều khiển trong hệ thống điều khiển phân tán cũng
cần
trao đổi thông tin với nhau để phối hợp thực hiện điều khiển cả quá trình sản xuất. Ở


một cấp cao hơn, các trạm vận hành trong trung tâm điều khiển cũng cần được ghép
nối và giao tiếp với các bộ điều khiển để theo dõi, giám sát toàn bộ quá trình sản xuất
và hệ thống điều khiển.

3. Một số chuẩn giao thức truyền thông công nghiệp
3.1 Cổng nối tiếp (Serial Port)

Hình 2.2: Cổng nối tiếp (Serial Port)
Serial port hay cổng nối tiếp là một khái niệm dùng để định nghĩa các cổng hoạt
động theo nguyên lý nối tiếp, tuy nhiên nhóm em chỉ nói đến các cổng nối tiếp thông
dụng được sử dụng trong truyền thông công nghiệp như: COM,
RS232/RS422/RS485,.. Và RS ở đây là từ viết tắt của “Recommended Standard”, tức
là các “tiêu chuẩn khuyến nghị”. Trong kỹ thuật truyền thơng người ta cịn có thể
phân loại theo khái niệm đơn công (simplex) và song công (duplex).
Đơn cơng có thể hiểu đơn giản là truyền thơng đường một chiều, dữ liệu chỉ
truyền trên một hướng. Tức là, một thiết bị chỉ có thể là một máy phát hoặc máy thu
mà thôi. Truyền thông đơn công lại rất hiệu quả trong việc truyền một lượng lớn
thông tin đến một số lượng lớn máy thu.
Truyền thông song công khắc phục được hạn chế của truyền thông đơn công bằng
khả năng cho phép các thiết bị hoạt động như các bộ thu phát. Dữ liệu truyền trên cả
hai hướng, do đó cho phép chúng thực hiện nhận tín hiệu và phát tín hiệu điều khiển


cùng một lúc. Qua đây, ta có thể thấy RS232, RS422 là truyền thơng thơng song cơng
hồn tồn; cịn RS485 là hoạt động theo kiểu bán song công.

3.1.1 RS232
RS232 là một cổng giao tiếp nối tiếp và là một trong những chuẩn truyền thông
công nghiệp, truyền dữ liệu theo hình thức nối tiếp. RS232 có thể được coi như là
một huyền thoại, vào những năm về trước cổng RS232 được sử dụng phổ biến nhất
với những tên gọi khác như: DB9 hay COM. Giao tiếp nối tiếp chậm hơn so với giao
tiếp song song, tuy nhiên được dụng phổ biến để truyền dữ liệu dài bởi chi phí thấp
hơn. Giao tiếp nối tiếp sẽ truyền dữ liệu theo kiểu từng bit một, trong khi giao tiếp

song song truyền dữ liệu theo byte (8 bit) hoặc ký tự hoặc bus tại cùng một thời điểm.
Tốc độ truyền của cổng RS232 được dùng phổ biến như: 9600, 14400, 28800 và
33600.
Ưu điểm của RS232
●
●
●
●
●

RS232 phổ biến, dễ kiếm, chi phí rẻ.
Giao tiếp đơn giản, hỗ trợ và tương thích với nhiều thiết bị
Khả năng chống nhiễu tốt và tốc độ truyền khá nhanh
Có thể cấp nguồn cho thiết bị thông qua cổng RS232
Dễ dàng tháo, lắp
Nhược điểm của RS232
● Tốc độ truyền dữ liệu có thể ở mức 20 kb/s, như vậy khá chậm so với các công
nghệ mà con người đang sử dụng hiện nay.
● Chiều dài cáp tối đa là 15 mét, nếu dài hơn sẽ gây ra hiện tượng điện trở dây và
sụt điện áp nên thường không được sử dụng với khoảng cách xa.
3.1.2 RS422
RS422 là một chuẩn truyền thơng truyền dữ liệu theo phương thức nối tiếp. Tín
hiệu được truyền trên 2 dây, và tốc độ truyền phụ thuộc vào khoảng cách truyền. Với
chiều dài đường truyền là 40 feet (12m) thì tốc độ truyền tối đa là 10 Mbits/s, 400
feet (122m) là 1 Mbits/s và 4000 feet (1219m) là 100 kbits/s. Và ở mỗi một đầu ra có
thể kết nối và truyền dữ liệu lên tới 10 đầu nhận. Tuy nhiên, chuẩn truyền thông công
nghiệp RS422 gần như thời gian sau đã bị thay thế hoàn toàn.


3.1.3 RS485

Có thể coi RS485 là một phiên bản nâng cấp của RS422, điểm khách biệt là RS485
cho phép kết nối và truyền dữ liệu với tối đa 32 cặp thu phát trên đường truyền cùng
một lúc. Tương tự với RS422, tốc độ truyền dữ liệu của RS485 cũng phụ thuộc và tỷ
lệ với khoảng cách. Với chiều dài đường truyền là 40 feet (12m) thì tốc độ truyền tối
đa là 10 Mbits/s, 400 feet (122m) là 1 Mbits/s và 4000 feet (1219m) là 100 kbits/s.

3.2 ProfiNet (Process Field Net)

Hình 2.3: Chuẩn truyền thông Profinet
ProfiNet là từ viết tắt của cụm từ Process Field Net, là một tiêu chuẩn truyền
thông công nghiệp để truyền dữ liệu qua Ethernet nhằm thu thập dữ liệu và điều
khiển các thiết bị trong các hệ thống công nghiệp. Với khả năng mạnh mẽ trong việc
cung cấp dữ liệu theo sự hạn chế của thời gian (theo thứ tự 1ms trở xuống). Tiêu
chuẩn này được PROFIBUS & PROFINET International (PI), một tổ chức có trụ sở
tại Karlsruhe của Đức duy trì và hỗ trợ.
PROFINET IO triển khai các giao tiếp với các thiết bị ngoại vi kết nối trường,
dựa trên cơ sở xếp tầng thời gian thực. PROFINET IO định nghĩa toàn bộ quá trình
trao đổi dữ liệu giữa các bộ điều khiển (bộ điều khiển IO) và các thiết bị (thiết bị IO),
cũng sẽ ch̉n đốn và thiết lập thơng số. Bộ điều khiển IO thường là
PLC, DCS hoặc IPC; trong đó IO-Devices có thể thay đổi: khối I/O, trình điều khiển,
cảm biến hay bộ điều khiển vị trí,..


3.3 ProfiBus (Process Field Bus)

Hình 2.4: Chuẩn truyền thơng Profibus
PROFIBUS là từ viết tắt của cụm từ Process Field Bus là một chuẩn cho truyền
thông Fieldbus trong kỹ thuật tự động hóa.Trong sản xuất, các ứng dụng tự động hóa
quá trình cơng nghiệp và tự động hóa tịa nhà, các mạng trường nối tiếp (serial
fieldbus) có thể hoạt động như hệ thống truyền thông, trao đổi thông tin giữa các hệ

thống tự động hóa và các thiết bị hiện trường phân tán. Chuẩn này cũng cho phép các
thiết bị của nhiều nhà cung cấp khác nhau giao tiếp với nhau mà khơng cần điều
chỉnh giao diện đặc biệt.
Họ PROFIBUS có 3 kiểu giao thức là: PROFIBUS DP, PA, FMS trong đó
PROFIBUS-DP được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay.
● PROFIBUS DP: là bus cấp thiết bị hỗ trợ cả tín hiệu tương tự và tín hiệu phân
tán. PROFIBUS DP được sử dụng rộng rãi cho các đối tượng như hệ thống I/O,
điều khiển động cơ và biến tần. Profibus DP truyền thông với tốc độ từ 9,6 Kbp
-12 Mbp trong phạm vi từ 100-1200m. Nó là PROFIBUS hoạt động trên giao
diện RS485 chuẩn và đã được bổ sung một số đặc điểm để phù hợp với các ứng
dụng quá trình như đọc/ghi dữ liệu quá trình không theo chu kì, truyền trạng thái
thiết bị, cấp nguồn trên bus và an toàn nội tại. PROFIBUS DP được thiết kế để


truyền dữ liệu tốc độ cao tại cấp thiết bị. Hầu hết quá trình truyền dữ liệu với các
thiết bị phân tán này được thực hiện theo chu kì.
● PROFIBUS PA: là một fieldbus có chức năng tồn diện thường được sử dụng
cho thiết bị cấp quá trình. PROFIBUS PA truyền thông với tốc độ 31,25 Kbp với
phạm vi tối đa 1.900m/phân đoạn. Chuẩn này được thiết kế cho những ứng dụng
Intrinsically Safe.
● PROFIBUS FMS: là một bus điều khiển được sử dụng để giao tiếp giữa DCS
và các hệ thống PLC.

3.4 MODBUS

Hình 2.5: Chuẩn truyền thơng Modbus
Modbus là một chuẩn truyền thông công nghiệp được Modicon (Modicon hiện đã
trực thuộc Schneider) phát triển từ năm 1979 để thay thế các ch̉n truyền thơng
truyền thống trước đó. Cách thức hoạt động của Modbus là dựa trên nguyên tắc
Master – Slave (bên nhận – bên gửi tín hiệu), nhằm truyền dữ liệu từ các thiết bị đầu

cuối về PLC hoặc SCADA.
Modbus đã trở thành một chuẩn truyền thông công nghiệp tiêu chuẩn và phổ biến
bởi nhờ sự: ổn định + đơn giản + dễ sử dụng và miễn phí (một yếu tố không kém
phần quan trọng). Các thiết bị chỉ cần cùng chung một chuẩn với nhau thì có thể giao


tiếp với nhau mà không cần quan tâm về loại thiết bị hay hãng sản xuất. Nhờ đó, các
nhà sản xuất đã tích hợp chuẩn Modbus vào sản phẩm của họ để tăng tính linh hoạt
mà khơng cần trả phí bản quyền.
Hiện nay, trong ngành cơng nghiệp chúng ta có những chuẩn truyền thông Modbus
phổ biến như: Modbus RTU , Modbus ASCII , Modbus TCP/IP.
3.4.1 MODBUS RTU
Modbus RTU hoạt động dựa trên nguyên tắc Master – Slave, tức là một bên nhận
tín hiệu (Master) và một bên truyền tín hiệu (Slave) thông các địa chỉ thanh ghi.
Modbus RTU sử dụng phương thức truyền bằng đường truyền vật lý như
RS232/RS485. Modbus RTU được mã hóa dạng nhị phân với 1 byte dữ liệu và một
byte truyền thông với tốc độ truyền 9600 – 57600 baud.
Ưu điểm của MODBUS RTU:
● Tất cả các tín hiệu được truyền trên 2 dây tín hiệu (với RS485) và khoảng cách
truyền lên đến 1200m
● Giảm lượng dây kết nối vào PLC và tiết kiệm được một lượng lớn Module mở
rộng
● Độ ổn định cao hơn và ít nhiễu hơn so với tín hiệu analog
● Có thể kết nối các thiết bị của các hãng khác nhau cùng chuẩn Modbus RTU
● Tiết kiệm không gian lắp đặt
Nhược điểm của MODBUS RTU:
● Tốc độ truyền tín hiệu hiệu khơng nhanh bằng việc sử dụng truyền trực tiếp tín
hiệu analog hoặc digital (phù hợp với các ứng dụng điều khiển có thời gian đáp ứng
>1s)
● Cần PLC hoặc hệ thống SCADA có cấu hình đủ mạnh để đọc được các địa chỉ

thanh ghi
3.4.2 MODBUS ASC II
Modbus ASC II được mã hóa dạng hexadecimal – 4 bit, cần 2 byte truyền thông
cho một byte thông tin. Với loại Modbus bày, người dùng có thể đọc được trực tiếp
các gói tin mà không cần thông qua các thiết bị Master. Vậy nên, Modbus ASCII
không thể giao tiếp được với Modbus RTU và ngược lại.


3.4.3 MODBUS TCP/IP
Modbus TCP có nguyên tắc hoạt động giống với Modbus RTU, chỉ khác là
Modbus TCP sử dụng phương thức truyền qua internet hay có tên gọi khác là
Modbus IP tương ứng với một địa chỉ IP. Và đây đang và đã trở thành xu hướng mà
các nhà lập trình yêu thích và sử dụng ở thời điểm hiện tại và tương lai.


CHƯƠNG III. THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Chương III nhóm em sẽ bắt đầu tính tốn chọn các cơ cấu dẫn động để vận hành
hệ thống. Bên cạnh đó với các yêu cầu phân loại sản phẩm khác nhau từ đó chúng em
đã phân tích tính tốn chọn lựa các loại cảm biến, động cơ một cách hợp lý nhất đảm
bảo được sự chính xác, tính thẩm mỹ và kinh tế. Bên dưới là sơ đồ khối tổng thể của
hệ thống nhóm chúng em.

Hình 3.1: Sơ đồ khối tổng thể của hệ thống
 Khối PLC: PLC Siemens S7 – 1200 CPU 1212C DC/DC/DC.
 Khối nguồn 5VDC và nguồn 24VDC: Module hạ áp DC-DC 5A và nguồn tổ ong
24V – 10A.
 Khối phân loại màu: cảm biến màu sắc TCS34725, Arduino UNO R3 SMD và
module relay.
 Khối cơ cấu chấp hành: động cơ DC giảm tốc JGB37-555 60RPM và động cơ
đẩy RC Servo MG90S.

 Khối cảm biến tiệm cận: cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4.

 Khối HMI: HMI Weintek MT8071


1. Khối PLC
CPU S7-1200 có một cổng PROFINET được tích hợp, hỗ trợ tiêu chuẩn truyền
thông Ethernet và dựa trên TCP/IP. Các giao thức sử dụng sau đây được hỗ trợ bởi
CPU S7-1200:
Giao thức điều khiển vận chuyển (Transport Control Protocol – TCP)
ISO trên TCP (RFC 1006)
CPU S7-1200 có thể giao tiếp với các CPU S7-1200 khác, với thiết bị lập trình
STEP 7 Basic, với các thiết bị HMI, và với các thiết bị không phải của Siemens bằng
cách sử dụng các giao thức truyền thơng TCP tiêu ch̉n. Có hai cách để giao tiếp sử
dụng PROFINET:
Kết nối trực tiếp: sử dụng kết nối trực tiếp khi ta đang sử dụng một thiết bị
lập trình, HMI hay một CPU khác được kết nối đến một CPU riêng lẻ.
Kết nối mạng: sử dụng các truyền thông mạng khi ta đang kết nối với hơn
hai thiết bị (ví dụ các CPU, HMI, các thiết bị lập trình, và các thiết bị không
phải của Siemens).
Kết nối trực tiếp: thiết bị lập trình kết nối đến
CPU S7-1200

Kết nối trực tiếp: một CPU S7-1200 được kết
nối đến một CPU S7-1200 khác

Kết nối trực tiếp: HMI được kết nối đến CPU
S7-1200

Kết nối mạng: có nhiều hơn 2 thiết bị được kết

nối với nhau, bằng cách sử dụng bộ chuyển
mạch Ethernet CSM1277


Để kết nối với các thiết bị ngoại vi, nhóm em sử dụng Module tín hiệu SM1223
8DI/8DQ DC của hãng Simens, mở rộng kết nối cho PLC Siemens.
Mã sản phẩm

6ES7223-1BH32-0XB0
SIMATIC S7-1200, Digital I/O SM 1223, 8 DI/8 DO, 8 DI 24

Mô tả

V DC, Sink/Source, 8 DO, transistor 0.5 A

Trọng lượng

210g

Công suất thực tế

88%

Nhiệt độ hoạt động

0 ~ 70 °C

Kích thước

9x10,8x5,6mm

Bảng 1: Thông số Module tín hiệu SM1223 8DI/8DQ
DC

GVHD: NGUYỄN
VĂN

NG
A

TRANG
17


2. Khối nguồn
● Ở khối nguồn 24VDC bọn em sử dụng nguồn tổ ong 24V – 10A để cấp nguồn
cho toàn bộ hệ thống.
Điện áp đầu vào

110V-220V AC 50-60Hz

Điện áp đầu ra

24V DC

Dịng ra

10A

Cơng suất

250W

Cơng suất thực tế

88%

Nhiệt độ hoạt động

0 ~ 70 °C

Kích thước

110x220x49mm

Trọng lượng

600g

Bảng 2: Thơng số nguồn tổ ong 24V – 10A

GVHD: NGUYỄN VĂN
NGA

TRANG
18


Ở khối nguồn 5VDC bHọinnhe3m.3: sNửgudồụnntôgoMngo2d4uV-l1e0hAạ áp DC-DC
Buck LM2596

5VDC – 3A để hạ áp cho khối phân loại màu.
Điện áp đầu vào

3 ~ 30V DC

Điện áp đầu ra

1.5 ~ 30V DC

Dịng ra

3A

Cơng suất

15W

Cơng suất thực tế

92%

Kích thước

45x20x14mm

Trọng lượng

22g

Bảng 3: Thơng số Module hạ áp DC-DC Buck LM2596

GVHD: NGUYỄN VĂN
NGA

TRANG
19


Hinh 3.4: Module hạ áp DC-DC 3A

3. Khối phân loại màu
3.1 Cảm biến màu sắc TCS34725
● Cảm biến màu sắc TCS34725 nhận diện màu sắc thông qua việc đọc nhiệt độ
màu của của 3 màu cơ bản (đỏ, lục, lam) theo thang đo Kelvin và các chỉ số lux, clear.
● Từ các thơng số đó ta có thể tính tốn theo công thức và xác định màu sắc của
vật liệu tuỳ theo nhu cầu.
IC chính

TCS34725

Điện áp hoạt động

3.3~5VDC

Dịng tiêu thụ

15mA

Giải màu sắc đo

RGB 0~255

Khoảng cách phát hiện tốt nhất

1cm

Kích thước

24.3 x 26.7mm

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA

TRANG 20

Bảng 4: Thông số cảm biến màu sắc
TCS34725

Hinh 3.5: Cảm biến màu sắc
TCS35725