Nghiên cứu chế tạo bộ đếm, phân loại sản phẩm theo màu

TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG
KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ

-----------------------

ĐỖ TRUNG THẮNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO BỘ ĐẾM, PHÂN LOẠI SẢN
PHẨM THEO MÀU

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Ngành:Cơng nghệ kỹ thuật Điện - điện tử

NGƢỜI HƢỚNG DẪN:
1. Th.S. Mai Văn Chung
2. Th.S. Trần Thị Thu Trang

Phú Thọ, 2017
ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đồ án này em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến:
Thầy Mai Văn Chung và cô Trần Thị Thu Trang đã tận tình hƣớng dẫn
và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hồn thành khóa luận tốt nghiệp với kết
quả tốt nhất.
Qu c c thầy cô trong khoa Kỹ thuật - Công nghệ, bộ môn Điện, điện tử
đã truyền đạt cho em nh ng kiến thức về chuy n môn và gi p em định hƣớng
theo sự hiểu iết và khả năng để em thực hiện tốt khóa luận tốt nghiệp của
mình.
Sau cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và c c ạn đã nhiệt tình

gi p đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài này.

Phú Thọ, ngày 10 th ng 05 năm 2017
SINH VIÊN THỰC HIỆN

ĐỖ TRUNG THẮNG

ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG


1
MỞ ĐẦU
I. Đặt vấn đề
Ứng dụng tự động hóa là xu thế chung trong cơng nghiệp hiện đại. Trong
đó, khâu đếm, phân loại sản phẩm trong các dây chuyền sản xuất là một ví dụ
điển hình. Trƣớc kia, việc phân loại chủ yếu là dựa vào sức ngƣời, công việc
này địi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại n n c c cơng nhân khó đảm bảo
đƣợc sự chính xác trong cơng việc. Chƣa kể đến có nh ng phân loại dựa trên
các chi tiết kỹ thuật rất nhỏ mà mắt thƣờng khó có thể nhận ra. Việc phân loại
thiếu chính xác sẽ ảnh hƣởng trực tiếp tới chất lƣợng sản phẩm và uy tín của
nhà sản xuất. Ứng dụng ăng chuyền và các kỹ thuật để phân loại sản phẩm
hoàn toàn tự động sẽ giảm chi phí lao động, nâng cao năng suất , đảm bảo độ
chính xác và hiệu quả rất nhiều so với phân loại bằng thủ cơng. Trong thực tế,
có nhiều cách phân loại sản phẩm dựa tr n c c đặc điểm đặc trƣng của chúng.
Bên cạnh việc phân loại sản phẩm dựa vào kích thƣớc, hình d ng ao ì… c c
sản phẩm hiện nay còn đa dạng về số lƣợng màu sắc khác nhau nên việc phân
loại sản phẩm dựa vào màu sắc là thực sự cần thiết.
Xuất phát từ nh ng đợt đi thực tập tại Công ty cổ phần Bia – Rƣợu –
Nƣớc giải khát Viger, tham quan công ty Bridgepower Vina Company
Limited, công ty CNHH ESTEC Phú Thọ... em đã đƣợc thấy nhiều khâu tự

động hóa trong quá trình sản xuất. Một trong nh ng khâu tự động trong dây
truyền sản xuất tự động hóa đó là số lƣợng sản phẩm tạo ra đƣợc ăng tải vận
chuyển và sử dụng hệ thống nâng gắp đóng hộp sản phẩm. Tuy nhi n đối với
nh ng doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hồn tồn chƣa đƣợc áp
dụng trong nh ng khâu phân loại, đóng ao ì…mà vẫn cịn sử dụng cơng
nhân, chính vì vậy năng suất còn thấp, chƣa đạt hiệu quả.
Chức năng điều khiển của PLC rất đa dạng có thể thay thể cho cả một
mảng role. Hơn n a PLC giống nhƣ một máy tính lập trình đƣợc. PLC lập
trình dễ dàng, ngơn ng lập trình dễ hiểu, ổn định trong mơi trƣờng công
nghiệp, giá thành cạnh tranh.
ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG


2
Trong các nhà máy sản xuất đếm, phân loại sản phẩm ngồi việc kiểm
sốt số lƣợng, chất lƣợng, mẫu mã, bao bì... cịn rất cần gi m s t và điều
khiển hệ thống trực tiếp qua máy tính. Với nh ng ƣu điểm đặc biệt của PLC
về việc lập trình, điều khiển… trong mội trƣờng làm việc công nghiệp tại các
nhà máy xi nghiệp nhƣ: Làm việc an toàn, tin cậy, lâu dài, dễ bảo hành, sửa
ch a và khả năng điều khiển quá trình, giám sát hệ thống.... Vấn đề nghiên
cứu, ứng dụng PLC vào trong dây truyền sản xuất và giám sát hệ thống đƣợc
nhiều kỹ sƣ thiết kế, nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu.
Từ thực tế các dây truyền sản xuất hiện đại với mức tự động hóa cao
thƣờng đƣợc nhập từ nƣớc ngồi: Đức, Nga, Trung Quốc… với giá thành cao,
thƣờng là bảo mật về cơng nghệ. Địi hỏi các kỹ sƣ, nhà khoa học phải nghiên
cứu, thiết kế ra nh ng sản phẩm nội địa với giá thành hợp lý và làm chủ hoàn
toàn công nghệ.
Với nh ng l do tr n em đã lựa chọn và thực hiện đề tài “Nghiên cứu
chế tạo bộ đếm, phân loại sản phẩm theo màu”. Đây chỉ là một phần nhỏ
trong quy trình sản xuất, tuy vậy em mong rằng với đề tài này em sẽ củng cố

đƣợc kiến thức đã đƣợc học trong trƣờng và ứng dụng một phần nhỏ trong sản
xuất.
II. Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu, chế tạo thành cơng mơ hình phân loại sản phẩm theo màu,
giám sát bằng Wincc.
III. Ý nghĩa của đề tài
 Ý nghĩa khoa học
- Xây dựng mơ hình tốn học để điều khiển và tối ƣu hóa hệ thống phân
loại sản phẩm theo màu.
- Bổ sung nguồn tƣ liệu nghiên cứu phục vụ cho quá trình học tập, giảng
dạy nghiên cứu khoa học.

ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG


3
 Ý nghĩa thực tiễn
- Xây dựng đƣợc mơ hình phân loại sản phẩm theo màu và có thể phát
triển để ứng dụng trong thực tế sản xuất.
- Đề tài giúp sinh viên trải nghiệm thực tế thi công hệ thống và làm quen
dần với việc áp dụng kiến thức lý thuyết vào thực tế, cũng nhƣ c c thiết bị kỹ
thuật.

ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG


4
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Hệ thống băng tải đếm, phân loại sản phẩm
* Các loại ăng tải hiện nay.

Giới thiệu chung.
Băng tải đƣợc dùng di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo
phƣơng ngang và phƣơng nghi ng. Trong c c dây truyền sản xuất, các thiết bị này
đƣợc sử dụng rộng rãi nhƣ nh ng phƣơng tiện vận chuyển c c cơ cấu nhẹ, trong
c c xƣởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đa, c c loại lò xỉ lị trên các
trạm thủy điện thì dùng vận chuyển nhiên liệu.
Tr n c c kho ãi thì dùng để vận chuyển các loại ƣu kiện, vật liệu hạt hoặc
một số sản phẩm kh c không dùng đƣợc.
* Ƣu điểm của hệ thống ăng tải.
- Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các
hƣớng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp gi a nằm ngang và năm nghi ng.
- Vốn đầu tƣ không qu lớn, có thể tự động đƣợc, vận hành đơn giản, bảo
d ng dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và ti u hao năng lƣợng so với máy
vận chuyển khác không lớn lắm.
* Cấu tạo chung của hệ thống ăng tải.

Hình 1. 1. Cấu tạo chung của băng tải
ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG


5
- Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật.
- Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo.
- Bộ phận căng, tạo và gi lực căng cần thiết cho bộ phận kéo.
- Hệ thống đỡ (con lăn, gi đỡ…) làm phần trƣợt cho bộ phận kéo và các yếu
tố làm việc.
Một số loại ăng tải trên thị trƣờng hiện nay:
Bảng 1. 1. Các loại băng tải cơ bản hiện nay

Các loại ăng xích, ăng tải con lăn có ƣu điểm là độ ổn định cao khi vận

chuyển. Tuy nhi n ch ng đòi hỏi kết cấu phức tạp, địi hỏi độ chính xác cao, giá
thành kh đắt.
Băng tải dạng cao: sử dụng để thu dọn phơi vụn. năng suất của loại này có
thể đạt 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0,2 m/s. Chiều dài của ăng tải là không
hạn chế trong phạm vi kéo là 10kN.
Băng tai loại xoắn vít: có 2 kiểu cấu tạo.
- Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải một buồng xoắn đƣợc dùng để thu dọn
phoi vụn. Năng suất ăng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80cm.
ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG


6
- Băng tải 2 buồng xoắn: Có hai buồng xoắn song song với nhau, 1 chiều
xoắn phải, 1 chiều xoắn trái. Chuyền động xoay vào nhau của các buồng xoắn
đƣợc thực hiện nhờ 1 tốc độ phân phối chuyển động.
Cả hai loại ăng tải buồng xoắn đều đƣợc đặt dƣới máng bằng thép hoặc nền
xi măng.
* Hệ thống ăng tải đếm, phân loại sản phẩm.
Từ thời xa xƣa con ngƣời đã iết phân loại sản phẩm để phục vụ cho
sinh hoạt cũng nhƣ phục vụ cho buôn bán, sinh hoạt. Nhƣng nh ng sự phân
loại này cịn thơ sơ và dùng sức ngƣời là chính. Đ p ứng yêu cầu phát triển
của kinh tế, xã hội, nền khoa học kỹ thuật cũng ph t triển trong tất cả c c lĩnh
vực, đặc biệt trong sản xuất công nghiệp. Ứng dụng các thành tựu của khoa
học kĩ thuật vào thực tế sản xuất đã tạo ra các dây chuyền sản xuất với mức
độ tự động hóa cao, giải phóng sức lao động cho con ngƣời và tạo ra các sản
phẩm chất lƣợng, mẫu mã đ p ứng thị hiếu của ngƣời dùng. Trong đó, hệ
thống phân loại sản phẩm đƣợc nghiên cứu để đạt đƣợc mức độ tự động tối
đa. Hệ thống này giúp cho sản xuất linh hoạt hơn, tiết kiệm thời gian và nhân
lực, tăng sản lƣợng, đem lại lợi ích kinh tế cao và hiệu quả. Tuy nhiên với
điều kiện ở Việt Nam, chi phí cho các hệ thống phân loại sản phẩm tự động

khá lớn nên chỉ đƣợc áp dụng cho các hệ thống có yêu cầu đếm, phân loại
phức tạp, còn một lƣợng lớn các doanh nghiệp vẫn sử dụng trực tiếp sức lực
con ngƣời để làm việc. Bên cạnh c c ăng chuyền để vận chuyển sản phẩm
thì một yêu cầu cần thiết đƣợc đặt ra là phải có hệ thống đếm, phân loại sản
phẩm.
Ƣu điểm vƣợt trội của phƣơng ph p đếm, phân loại sản phẩm tự động so
với việc đếm, phân loại sản phẩm thủ cơng là nhanh và độ chính xác cao. Cho
đến nay đã có rất nhiều các cơng trình nghiên cứu về công nghệ và phƣơng
pháp đếm, phân loại sản phẩm. Mục đích chung của các cơng trình nghiên
cứu này là tạo ra sản phẩm ứng dụng nhằm tự động hóa nâng cao năng suất
lao động và hiệu quả trong sản xuất.
ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG


7
1.2. Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC S7-200
1.2.1. Chức năng PLC
PLC đƣợc nhiều hãng chế tạo, và mỗi hãng có nhiều họ khác nhau, và có
nhiều phiên bản trong mỗi họ, chúng khác nhau về tính năng và gi thành,
phù hợp với ài to n đơn giản hay phức tạp. Ngồi ra cịn có các bộ ghép mở
rộng cho phép ghép nhiều bộ PLC nhỏ để thực hiện các chức năng phức tạp,
hay giao tiếp với máy tính tạo thành một mạng tích hợp, việc thực hiện theo
dõi, kiểm tra, điều khiển một q trình cơng nghệ phức tạp hay toàn bộ một
phân xƣởng sản xuất. Mặc dù vậy, một hệ thống điều khiển dùng bất cứ loại
PLC nào đều cũng có cấu tr c nhƣ sau:
+ Ngõ vào dạng số: gồm hai trạng thái ON và OFF. Khi ở trạng thái ON
thì ngõ vào số đƣợc coi nhƣ ở mức logic 1 hay mức logic cao. Khi ở trạng
thái OFF thì ngõ vào có thể đƣợc coi nhƣ ở mức logic 0 hay mức logic thấp.
+ Ngõ ra số: gồm hai trạng th i ON và OFF. C c ngõ ra này thƣờng
đƣợc nối ra để điều khiển các cuộn dây contactor, đèn tín hiệu...

+ Thiết bị đầu vào: gồm các thiết bị tạo ra tín hiệu điều khiển thƣờng là
nút nhấn, cảm biến [1].
1.2.2. Nguyên lý hoạt động của PLC
PLC là bộ điều khiển mà tùy thuộc vào ngƣời sử dụng nó có thể thực
hiện một loạt hay trình tự các sự kiện, các sự kiện này đƣợc kích hoạt bởi các
tác nhân kích thích (hay còn gọi là cổng vào) t c động vào PLC hoặc qua các
hoạt động có trể nhƣ thời gian định thời hay các sự kiện đƣợc đếm. CPU điều
khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chƣơng trình
đƣợc chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chƣơng
trình, sẽ đóng hay ngắt c c đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy đƣợc ph t đến các
thiết bị liên kết để thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ
thuộc vào chƣơng trình điều khiển đƣợc gi trong bộ nhớ [1].
Một khi một sự kiện đƣợc kích hoạt, thật sự là nó bật ON hay OFF thiết
bị bên ngồi hay cịn gọi là thiết bị vật lý (các thiết bị này gắn vào cổng ra của
nó). Nhƣ vậy chúng ta có thể hiểu rằng PLC là một bộ điều khiển logic theo
ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG


8
chƣơng trình. Ta chỉ cần thay đổi chƣơng trình cài đặt trong PLC là PLC có
thể thực hiện đƣợc các chức năng kh c nhau, điều khiển trong nh ng mơi
trƣờng khác nhau.
Cấu trúc PLC có thể đƣợc phân thành các thành phần nhƣ sau:
- Đơn vị xử lý trung tâm: CPU điều khiển các hoạt động bên trong
PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chƣơng trình đƣợc chứa trong bộ nhớ, sau
đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chƣơng trình, sẽ đóng hay ngắt c c đầu
ra. Các trạng thái ngõ ra ấy ph t đến các thiết bị liên kết để thực thi.
- Hệ thống Bus: Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ
thống gồm nhiều đƣờng tín hiệu song song:
+ Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Module khác

nhau.
+ Data Bus: Bus dùng để truyền d liệu.
+ Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và
điểu khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC.
- Trong PLC các số liệu đƣợc trao đổi gi a bộ vi xử lý và các module
vào ra thông qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đƣờng, ở cùng
thời điểm cho phép truyền 8 bit của 1 byte một c ch đồng thời hay song song.
- Nếu một module đầu vào nhận đƣợc địa chỉ của nó trên Address Bus,
nó sẽ chuyển tất cả trạnh th i đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ
byte của 8 đầu ra xuất hiện tr n Address Bus, module đầu ra tƣơng ứng sẽ
nhận đƣợc d liệu từ Data Bus. Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển
vào theo dõi chu trình hoạt động của PLC. C c địa chỉ và số liệu đƣợc chuyển
l n c c Bus tƣơng ứng trong một thời gian hạn chế [5].
- Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin gi a CPU, bộ nhớ và
I/O. Bên cạnh đó, CPU đƣợc cung cấp một xung Clock có tần số từ 1¸8 MHZ.
Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về
định thời, đồng hồ của hệ thống.

ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG


9
- Bộ nhớ:
+ PLC thƣờng yêu cầu bộ nhớ trong c c trƣờng hợp: Làm bộ định thời
cho các kênh trạng thái I/O. Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC
nhƣ định thời, đếm, ghi các Relay.
+ Mỗi lệnh của chƣơng trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi
vị trí trong bộ nhớ đều đƣợc đ nh số, nh ng số này chính là địa chỉ trong bộ
nhớ. Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ đƣợc trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên
trong bộ vi xử lý. Bộ vi xử lý sẽ giá trị trong bộ đếm này lên một trƣớc khi xử

lý lệnh tiếp theo. Với một địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tƣơng ứng sẽ xuất
hiện ở đấu ra, qu trình này đƣợc gọi là qu trình đọc. Bộ nhớ bên trong PLC
đƣợc tạo bỡi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có khả năng chứa 2000 16000 dòng lệnh, tùy theo loại vi mạch. Trong PLC các bộ nhớ nhƣ RAM,
EPROM đều đƣợc sử dụng.
+ RAM (Random Access Memory) có thể nạp chƣơng trình, thay đổi
hay xóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn
điện nuôi bị mất. Để tránh tình trạng này, c c PLC đều đƣợc trang bị một pin
khơ, có khả năng cung cấp năng lƣợng dự tr cho RAM từ vài th ng đến vài
năm. Trong thực tế RAM đƣợc dùng để khởi tạo và kiểm tra chƣơng trình.
Khuynh hƣớng hiện nay dùng CMOSRAM nhờ khả năng ti u thụ thấp và tuổi
thọ lớn.
+ EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ
mà ngƣời sử dụng ình thƣờng chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào
đƣợc. Nội dung của EPROM khơng bị mất khi mất nguồn, nó đƣợc gắn sẵn
trong m y, đã đƣợc nhà sản xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn. Nếu ngƣời sử
dụng không muốn mở rộng bộ nhớ thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong
PLC. Trên PG (Programer) có sẵn chỗ ghi và xóa EPROM.
+ EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)
liên kết với nh ng truy xuất linh động của RAM và có tính ổn định. Nội dung
của nó có thể đƣợc xóa và lập trình bằng điện, tuy nhiên số lần là có giới hạn.
ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG


10
Kích thƣớc bộ nhớ:
+ Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300-1000 dịng lệnh tùy vào cơng
nghệ chế tạo.
+ Các PLC loại lớn có kích thƣớc từ 1K-16K, có khả năng chứa từ 200016000 dịng lệnh. Ngồi ra cịn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng nhƣ
RAM, EPROM [5].
- C c ngõ vào ra I/O: tr n PLC, điều này làm cho việc kiểm tra hoạt

động nhập xuất trở nên dể dàng và đơn giản. Bộ C c đƣờng tín hiệu từ bộ
cảm biến đƣợc nối vào các module (c c đầu vào của PLC), c c cơ cấu chấp
hành đƣợc nối với các module ra (c c đầu ra của PLC). Hầu hết các PLC có
điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiệu xử lý là 12/24VDC hoặc
100/240VAC. Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái
của c c k nh I/O đƣợc cung cấp bởi c c đèn LED xử l đọc và x c định các
trạng th i đầu vào (ON,OFF) để thực hiện việc đóng hay ngắt mạch ở đầu ra
[4][5].
1.2.3. Thiết bị I/O
Thiết bị nhập (Input devices): Sự “thông minh” của một hệ thống tự
động hoá phụ thuộc vào khả năng của PLC: đọc các tín hiệu từ các kiểu khác
nhau nhƣ : N t ấn, phím, cầu dao, hoặc các thiết bị cảm ứng tự động đặc biệt
nhƣ proximity switch, limit switch, photoelectric sensor, level sensor… kiểu
của các tín hiệu nhập đến PLC sẽ là logic ON/OFF hoặc tín hiệu tƣơng tự.
Thiết bị xuất (Output devices): Hệ thống tự động là chƣa đầy đủ và hệ
thống PLC gần nhƣ t liệt khi khơng có sự giao diện, liên lạc với trƣờng thiết
bị xuất. Một vài của phần lớn chung các thiết bị đƣợc điều khiển là motor,
solenoids, relay indicators, uzzer…. Xuyên suốt các hoạt động của motors
và solenoids, PLC có thể điều khiển từ một chọn đơn lẻ và nơi hệ thống đến
nhiều hệ thống servo phức tạp. Đây là kiểu của thiết bị xuất là cơ cấu của một
hệ thống tự động hoá và vì thế nó ảnh hƣởng trực tiếp đến q trình của hệ
thống [4].
ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG


11
1.2.4. Chu kỳ qt
Q trình của việc đọc tín hiệu nhập, thi hành chƣơng trình và cập nhật
xuất đƣợc biết nhƣ là “quét”. Thời gian quét thông thƣờng là quá trình liên tục
và thi hành một chuỗi nối tiếp nhau của việc đọc trạng thái trạng thái nhập,

x c định mức điều khiển logic và cập nhật lại việc xuất ra tín hiệu điều khiển.
Sự chỉ ra rõ thời gian quét làm thế nào để cho bộ điều khiển có thể đ p ứng
nhanh đến trƣờng nhập và sự giải đ p chính x c cho logic điều khiển [1].

Hình 1. 2. Thời gian quét của PLC S7 - 200
Nh ng yếu tố ảnh hƣởng đến thời gian quét: Thời gian địi hỏi để làm
scan đơn có gi trị thay đổi từ 0.1ms đến vài chục ms đƣợc x c định trên tốc
độ truy xuất CPU của nó và độ dài chƣơng trình của ngƣời sử dụng.

ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG


12
1.2.5. Cấu hình phần cứng

Hình 1. 3. Cấu hình phần cứng của PLC S7-200
SF (đèn đỏ): đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị lỗi. Đèn SF s ng l n khi
PLC có lỗi.
RUN (đèn xanh): cho biết PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện
chƣơng trình đƣợc nạp vào trong bộ nhớ chƣơng trình của PLC.
STOP (đèn vàng): chỉ định PLC đang ở chế độ dừng. Dừng chƣơng trình
đang thực hiện lại.
Ix.x (đèn xanh): đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của
cổng (x.x = 0.0 – 1.5). Đèn này

o hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị

logic của cổng.
Qy.y (đèn xanh): đèn xanh ở cổng ra chỉ định trạng thái tức thời của
cổng (y.y = 0.0-1.10). Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị

logic của cổng [5].

ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG


13
Một số loại CPU 22x:
Bảng 1. 2. Đặc điểm của một số loại CPU

Hình 1. 4. Cấu hình phần cứng thực tế của PLC S7-200
- Cổng truyền thông: S7-200 sử dụng cổng truyền thơng nối tiếp RS485
với phích cắm 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc
với các PLC khác.Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9.6 kbps. Tốc
độ truyền cung cấp PLC theo kiểu tự do là từ 300 aud đến 38400 baud. Các
chân của cổng truyền thông là:
ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG


14
1. Đất.
2. 24VDC.
3. Truyền và nhận d liệu.
4. Không dùng.
5. Đất.

Hình 1. 5. Cổng truyền thơng RS-485

6. 5VDC (điện trở trong 100Ω).
7. 24VDC (100mA).
8. Truyền và nhận d liệu.

9. Không dùng.
Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG720 có thể sử dụng một cáp nối
thẳng qua MPI. C p đó đi kèm theo m y lập trình [4].
Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS232 cần có cáp nối
PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485, và qua cổng USB ta có cáp
USB/PPI.
- Card nhớ, pin, clock (CPU 221, 222)
Một tụ điện với điện dung lớn cho phép nuôi bộ nhớ RAM sau khi bị
mất nguồn điện cung cấp. Tùy theo CPU mà thời gian lƣu tr có thể kéo dài
nhiều ngày. Chẳng hạn CPU 224 là khoảng 100h.
Card nhớ: đƣợc sử dụng để lƣu tr chƣơng trình. Chƣơng trình chứa
trong card nhớ bao gồm: program block, data block, system block, công thức,
d liệu đo và c c gi trị cƣỡng bức.
Card pin: dùng để mở rộng thời gian lƣu tr các d liệu có trong bộ nhớ.
Nguồn pin đƣợc tự động chuyển sang khi tụ PLC cạn. Pin có thể sử dụng đến
200 ngày.
Card Clock/Battery module: đồng hồ thời gian thực cho CPU 221, 222
và nguồn pin để nuôi đồng hồ và lƣu gi d liệu. Thời gian sử dụng của nó
đến 200 ngày.

ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG


15
- Biến trở chỉnh giá trị analog: hai biến trở này đƣợc sử dụng nhƣ hai ngõ
vào analog cho phép điều chỉnh các biến cần phải thay đổi và sử dụng trong
chƣơng trình [5].
1.2.6. Các vùng nhớ.
- Vùng nhớ đệm ngõ vào số I:
CPU sẽ đọc trạng thái tín hiệu của tất cả các ngõ vào số ở đầu mỗi chu

kỳ quét, sau đó sẽ chứa các giá trị này vào vùng nhớ đệm ngõ vào. Có thể truy
nhập vùng nhớ này theo bit, Byte, Word hay Doubleword.
- Vùng nhớ đệm ngõ ra số Q:
Trong quá trình xử l chƣơng trình CPU sẽ lƣu c c gi trị sử lý thuộc
vùng nhớ ngõ ra vào đây. Tại cuối mỗi vòng quét CPU sẽ sao chép nội dung
vùng nhớ đệm này và chuyển ra các ngõ ra vật lý. Có thể truy nhập vùng nhớ
này theo bit, Byte, Word hay Doubleword.
- Vùng nhớ biến V:
Sử dụng vùng nhớ V để lƣu tr các kết quả phép to n trung gian có đƣợc
do các xử lý logic của chƣơng trình. Cũng có thể sử dụng vùng nhớ để lƣu tr
các d liệu kh c li n quan đến chƣơng trình hay nhiệm vụ điều khiển. Có thể
truy nhập vùng nhớ này theo bit, Byte, Word hay Doubleword
- Vùng nhớ M:
Có thể coi vùng nhớ M nhƣ c c rơle điều khiển trong chƣơng trình để
lƣu tr trạng thái trung gian của một phép to n hay c c thông tin điều khiển
khác. Có thể truy nhập vùng nhớ này theo bit, Byte, Word hay Doubleword.
- Vùng nhớ bộ định thời T:
S7-200 cung cấp vùng nhớ riêng cho các bộ định thời, các bộ định thời
đƣợc sử dụng cho các yêu cầu điều khiển cần trì hỗn thời gian. Giá trị thời
gian đếm sẽ đƣợc đếm tăng dần theo 3 độ phân giải là 1ms, 10ms, 100ms.

ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG


16
- Vùng nhớ bộ đếm C:
Có 3 loại bộ đếm là bộ đếm lên, bộ đếm xuống, bộ đếm lên - xuống. Các
bộ đếm sẽ tăng hoặc giảm giá trị hiện hành khi tín hiệu ngõ vào thay đổi trạng
thái từ mức thấp lên mức cao.
- Vùng nhớ bộ đếm tốc độ cao HC:

Các bộ đếm tốc độ cao đƣợc sử dụng để đếm các sự kiên tốc độ cao độc
lập với vòng quét của CPU. Giá trị đếm là số nguyên 32 bit có dấu. Để truy
xuất giá trị đếm của các bộ đếm tốc độ cao cần x c định địa chỉ của bộ đếm
tốc độ cao, sử dụng bộ nhớ HC và số của bộ đếm, ví dụ HC0. Giá trị đếm hiện
hành của các bộ đếm tốc độ cao là các giá trị chỉ đọc và truy xuất theo
Doubleword.
- Các thanh ghi AC:
Là các phần tử đọc /ghi mà có thể đƣợc dùng để truy xuất giống nhƣ ộ
nhớ. Chẳng hạn có thể sử dụng c c thanh ghi để truy xuất các thông số từ các
chƣơng trình con và lƣu tr các giá trị trung gian để sử dụng cho tính tốn.
Các CPU S7-200 có 4 thanh ghi là AC0, AC1, AC2 và AC3. Chúng ta có thể
truy xuất d liệu trong các thanh ghi này theo Byte, Word và Doubleword.
- Vùng nhớ đặc biệt SM:
Các bit SM là các phần tử cho phép truyền thơng tin gi a CPU và
chƣơng trình ngƣời dùng. Có thể sử dụng c c it này để chọn lựa và điều
khiển một số chức năng đặc biệt của CPU, chẳng hạn nhƣ it l n mức 1 trong
vòng quét đầu tiên, các bit phát ra các xung có tần số 1Hz…. Chúng ta truy
xuất vùng nhớ SM theo bit, Byte, Word và Doubleword.
- Vùng nhớ cục bộ L:
Vùng nhớ này có độ lớn 64 Byte, trong đó 60 Byte có thể đƣợc dùng nhƣ
vùng nhớ cục bộ hay chuyển các thơng số tới c c chƣơng trình con, 4 Byte
cuối cùng dùng cho hệ thống. Vùng nhớ này tƣơng tự nhƣ vùng nhớ biến V
chỉ khác ở chỗ các biến vùng nhớ V cho phép sử dụng tất cả các khối chƣơng
trình, cịn vùng nhớ L chỉ có tác dụng trong phạm vi soạn thảo của một khối
ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG


17
chƣơng trình mà thơi. Vị trí biến thuộc vùng nhớ L trong chƣơng trình chính
thì khơng thể sử dụng ở chƣơng trình con và ngƣợc lại.

- Vùng nhớ ngõ vào tƣơng tự AI:
Các PLC S7-200 chuyển một giá trị tƣơng tự thành giá trị số và chứa vào
một vùng nhớ 16 bit. Bởi vì các giá trị tƣơng tự chiếm một vùng nhớ word
nên chúng ln ln có các giá trị worrd chẵn , chẳng hạn nhƣ AIW0, AIW2,
AIW4… và là c c gi trị chỉ đọc.
- Vùng nhớ ngõ ra tƣơng tự AQ:
Các PLC S7-200 chuyển một giá trị số 16 bit sang giá trị điện áp hoặc
dòng điện, tƣơng ứng với một giá trị số. Giống nhƣ c c ngõ vào tƣơng tự
chúng ta chỉ có thể truy xuất c c ngõ ra tƣơng tự theo word. Và là các giá trị
word chẵn, chẳng hạn AQW0, AQW2, AQW4 [5].
Bảng 1. 3. Các vùng nhớ và đặc điểm của CPU S7-200

ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG


18
1.2.7. Kết nối với máy tính
Đối với các thiết bị lập trình của hẵng Siemens có các cổng giao tiếp PPI
thì có thể kết nối trực tiếp với PLC thơng qua một sợi c p. Tuy nhi n đối với
máy tính cá nhân cần thiết phải có cáp chuyển đổi PC/PPI. Có 2 loại cáp
chuyển đổi là cáp RS232/PPI Multi-Master và cáp USB/PPI Multi-Master.
- Cáp RS232/PPI Multi-Master.
Hình dáng của cáp và cơng tắc chọn chế độ truyền:

Hình 1. 6. Cáp RS232/PPI Multi-Master
Tùy theo tốc độ truyền gi a máy tính và CPU mà công tắc 1, 2, 3 đƣợc
để ở vị trí thích hợp. Thơng thƣờng đối với CPU 22x thì tốc độ truyền thƣờng
đặt là 9.6 kbaud (tức cơng tắc 1, 2, 3 đƣợc đặt theo thứ tự là 010).
Tùy theo truyền thông là 10 bit hay 11 bit mà cơng tắc 7 đƣợc đặt ở vị trí
thích hợp. Khi kết nối ình thƣờng với máy tính thì cơng tắc 7 chọn ở chế độ

truyền thông 11 bit (công tắc 7 đặt ở vị trí 0).
Cơng tắc 6 ở cáp RS232/PPI Multi-Master đƣợc sử dụng để kết nối port
truyền thông RS232 của 1 modem với S7-200 CPU. Khi kết nối ình thƣờng
với máy tính thì cơng tắc 6 đƣợc đặt ở vị trí data Comunications Equipment
(DCE) (cơng tắc 6 ở vị trí 0). Khi kết nối cáp PC/PPI với một modem thì port
ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG


19
RS232 của c p PC/PPI đƣợc đặt ở vị trí Data Teminal Equipment (DTE)
(cơng tắc 6 ở vị trí 1).
Cơng tắc 5 đƣợc sử dụng để đặt cáp RS232/PPI Multi-Master thay thế
cáp PC/PPI hoặc hoạt động ở chế Freeport thì đặt ở chế độ PPI/Freeport (cơng
tắc 5 ở vị trí 0). Nếu kết nối ình thƣờng là PPI (master) với phần mềm STEP
7 Micro/Win 3.2 SP4 hoặc cao hơn thì đặt ở chế độ PPI (công tắc 5 ở vị trí 1).
Sơ đồ nối cáp RS232/PPI Multi-Master gi a máy tính và CPU S7-200
với tốc độ truyền 9,6 kbaud:

Hình 1. 7. Sơ đồ nối cáp RS232/PPI Multi-Master với máy tính và PLC S7-200
- Cáp USB/PPI Multi-Master.
Hình dáng của cáp:

Hình 1. 8. Cáp USB/PPI Multi-Master
Cách thức kết nối cáp USB/PPI Multi-Master cũng tƣơng tự nhƣ c p
RS232/PPI Multi-Master. Để sử dụng cáp này, phần mềm cần phải là STEP
ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG


20
7-Micro/WIN 3.2 Service Pack 4 (hoặc cao hơn). Cáp chỉ có thể đƣợc sử

dụng với loại CPU 22x hoặc sau này. C p USB không đƣợc hỗ trợ truyền
thông Freeport và download cấu hình màn hình TP070 từ phần mền TP
Designer [4].
1.3. Giới thiệu phần mền giao diện ngƣời máy winCC (Siemens)
- WinCC (Windows Control Center) là một phần mềm của hãng Siemens
dùng để điều khiển, giám sát thu thập d liệu trong quá trình sản xuất. Nh ng
thành phần có trong WinCC dễ sử dụng, gi p ngƣời dùng tích hợp nh ng ứng
dụng mới hoặc có sẵn mà không gặp bất kỳ trở ngại nào.
- Đặc trƣng cơ ản của WinCC.
WinCC chạy trên hệ điều hành Microsoft Windows XP, Windows 2000.
Do đó có tính chất mở và thƣờng xuyên cập nhật, phát triển nên WinCC
tƣơng thích với nhiều phần mềm chuẩn tạo nên giao diện ngƣời và m y đ p
ứng nhu cầu sản xuất. Chƣơng trình đƣợc tích hợp nhiều ứng dụng, tận dụng
dịch vụ của hệ điều hành làm cơ sở mở rộng hệ thống. Với WinCC, ta có thể
sử dụng nhiều giải ph p kh c nhau để giải quyết công việc, từ việc xây dựng
hệ thống có quy mơ nhỏ và vừa khác nhau, cho tới việc xây dựng hệ thống có
quy mơ lớn nhƣ MES: Hệ thống quản lý việc thực hiện sản xuất –
Manufacturing Excution Systems…[1].
Tuỳ theo khả năng của ngƣời thiết kế cũng nhƣ c c phần cứng hỗ trợ
kh c mà WinCC đã và đang đƣợc phát triển trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Ứng dụng phổ biến nhất của WinCC là:
Khi một hệ thống dùng chƣơng trình WinCC để điều khiển, thu thập d
liệu từ q trình, nó có thể mơ phỏng bằng hình các sự kiện xảy ra trong quá
trình điều khiển dƣới dạng các chuỗi sự kiện. WinCC cung cấp nhiều hàm
chức năng cho mục đích hiển thị, thông báo bằng đồ họa, xử l thông tin đo
lƣờng, các tham số công thức, các bảng ghi báo c o, v.v… đ p ứng yêu cầu
công nghệ ngày một phát triển và là một trong nh ng chƣơng trình ứng dụng
trong thực tế.
ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG

21
Các chức năng của WinCC:
» Lập cấu hình hồn chỉnh.
» Hƣớng dẫn giới thiệu về việc lập cấu hình.
» Thích ứng việc ấn định, gọi và lƣu tr các dự án.
» Quản lí các dự án
» Có khả năng nối mạng và soạn thảo cho nhiều ngƣời sử dụng trong
một project.
» Quản lí phiên bản.
» Diễn tả bằng đồ thị của d liệu cấu hình.
» Điều khiển và đặt cấu hình cho các hình vẽ/cấu trúc hệ thống.
» Thiết lập cấu hình tồn cục.
» Đặt cấu hình cho các chức năng định vị đặc biệt.
» Tạo và soạn thảo các tham khảo đan chéo.
» Phản hồi d liệu.
» Báo cáo trạng thái hệ thống.
» Thiết lập hệ thống đích.
» Chuyển gi a Run-timer và cấu hình.
» Kiểm tra chế độ mô phỏng, trợ gi p thao t c để đặt cấu hình d liệu
bao gồm: Dịch hình vẽ, mơ phỏng tag, thị trạng thái và thiết lập thông báo.

ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG


22
1.3.1. Cấu hình WinCC
Các loại Project

Hình 1. 9. Các loại Project

» Single-User Project: Một Single-User Project là một trạm vận hành
đơn. Tạo cấu hình, cũng nhƣ kết nối us qu trình và lƣu tr d liệu của
Project đƣợc thực hiện trong máy tính này.
» Multi-User Project: Cấu hình nhiều Client và một Server. Tất cả cùng
làm việc trên một Project. Tối đa 16 Client đƣợc truy cập vào một Server. Cấu
hình có thể đặt trong server hoặc trong một vài client. D

liệu của project là

các hình ảnh, các tag, mục lƣu tr d liệu đƣợc lƣu tr trong server và cung
cấp cho c c client. Server đƣợc kết nối với bus q trình và d liệu q trình
đƣợc xử lí ở đây. Việc vận hành hệ thống đƣợc thực hiện từ các client.
»Client Project: Client Project là một loại project mà có thể truy cập
vào nhiều server. C c server đƣợc liên kết có project của riêng của chúng.
Cấu hình project của server đƣợc thực hiện trong server hoặc trong các client.
1.3.2. Chức năng của WinCC Explower
Khi khởi động chƣơng trình cửa sổ này hiện ra. Tất cả thành phần của
Win CC đƣợc khởi động từ đây, có thể truy cập vào tất cả thành phần mà một
project giao diện ngƣời máy cần có cũng nhƣ xây dựng cấu hình cho các
thành phần riêng rẽ.
ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG


23
WinCC Explower cung cấp c c thông tin dƣới đây:
» Chức năng của WinCC Explower.
» Kiến trúc của WinCC Explower.
» Các chuẩn editor chuẩn.
Tại đây chứa tất cả các cức năng quản lí cho tồn hệ thống trong WinCC
Explower có thể đặt cấu hình khởi động module (Run-time).

» Nhiệm vụ quản lí d liệu:
Quản lí d liệu cung cấp ảnh quá trình với các giá trị của tag. Tất cả các
hoạt động của quản lí d liệu đều chạy trên một nền.
- Lập cấu hình hồn chỉnh.
- Hƣớng dẫn giới thiệu về việc lập cấu hình.
- Thích ứng việc ấn định, gọi và lƣu tr các dự án.
- Quản lí các dự án.
- Có khả năng nối mạng và soạn thảo cho nhiều ngƣời sử dụng trong một
project.
- Diễn tả bằng đồ thị của d liệu cấu hình.
- Điều khiển và đặt cấu hình cho các hình vẽ/cấu trúc hệ thống.
- Thiết lập cấu hình tồn cục.
- Đặt cấu hình cho các chức năng định vị đặc biệt.
- Tạo và soạn thảo các tham khảo đan chéo.
- Phản hồi d liệu.
- Báo cáo trạng thái hệ thống.
- Thiết lập hệ thống đích.
- Chuyển gi a Run-timer và cấu hình.
- Kiểm tra chế độ mô phỏng, trợ gi p thao t c để đặt cấu hình d liệu
bao gồm: dịch hình vẽ, mô phỏng tag, thị trạng thái và thiết lập thông báo.

ĐẠI HỌC HÙNG VƢƠNG