Phân loại đóng bao gạo theo khối lượng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM
KHOA CƠ ĐIỆN & CƠNG TRÌNH


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế mơ hình đóng gói và phân loại sản

phẩm gạo theo khối lượng dùng PLC S7-200

Gv hướng dẫn

: ThS. Trần Kim Khuê

Sv thực hiện

: Đỗ Văn Thiều

Lớp

: K58-CĐT

Hà nội – 2017

1


LỜI CẢM ƠN

Qua bốn năm học tại trường em được sự giúp đỡ và dìu dắt tận tình của quý Thầy
cơ.
Đến nay khóa học đã kết thúc và em cũng đã hồn thành Khóa Luận Tốt Nghiệp.

Đó chính là nhờ vào sự giúp đỡ của quý Thầy Cô, đặc biệt là thầy Trần Kim Khuê đã
hết lòng giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn thành chương trình
Khóa Luận Tốt Nghiệp này sau mười hai tuần.
Khơng những thế, các q thầy cơ cịn chỉ bảo và truyền đạt những kiến thức
cũng như kinh nghiệm quý báu của mình cho chúng em.
Do kiến thức và thời gian cịn hạn chế nên Khóa Luận khơng thể tránh nhiều
thiếu sót, mong q Thầy Cơ, và các bạn góp ý để Khóa Luận của em được hồn
chỉnh tốt hơn.
Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Ban Giám Hiệu Trường Đại học Lâm
Nghiệp Việt Nam , và toàn thể quý Thầy, Cô giảng dạy khoa Cơ điên – Cơng trình.
Em xin trân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 19 tháng 5 năm 2017
SINH VIÊN THỰC HIỆN
Đỗ Văn Thiều


ĐẶT VẤN ĐỀ
Nước ta đang trong công cuộc hiện đại hoá để từng bước bắt kiệp sự phát triển
trong khu vực Đông Nam Á và thế giới về mọi mặt kinh tế và xã hội, cơng nghiệp sản
xuất hàng hố đóng vai trị quan trọng trong việc phát triển kinh tế.Việc tự động hố là
sự lựa chọn khơng tránh khỏi trong mọi lĩnh vực nhằm tạo ra sản phẩm có chất lượng
cao, tăng khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường.
Ngày nay công nghệ điện tử và sinh học ngày càng phát triển đã góp phần nâng
cao năng xuất lao động một cách đáng kể, đặc biệt là các bộ điều khiển, xuất hiện đã
đáp ứng hầu hết các yêu cầu đề ra của nền sản xuất công nghiệp hiện đại
Tốc độ sản xuất phải nhanh, chất lượng cao và ít phế phẩm, giá nhân cơng giảm,
thời gian chết của máy móc là tối thiểu.
Đất nước phát triển, nhu cầu của con người càng cao nên cần có những thiết bị
máy móc có thể thay thế được sức lao động của con người, đặc biệt là trong công
nghiệp sản xuất, vì vậy mà cần có những dây chuyền sản xuất tự động ra đời giúp

chúng ta lao động nhẹ nhàng hơn.
Hồ nhịp cùng sự phát triển đó rất nhiều thiết bị tự động ra đời đáp ứng ngày
càng tốt hơn u cầu của cuộc sống “ MƠ HÌNH ĐĨNG GÓI VÀ PHÂN LOẠI
SẢN PHẨM GẠO THEO KHỐI LƯỢNG DÙNG PLC S7_200” củng được thiết
kế dựa trên nền tảng của tự động hố.
Bố cục đề tài gồm có 3 chương:
Chương 1: Mục tiêu, phương pháp nghiên cứu và tổng quan vấn đề nghiên cứu
Chương 2: Xây dựng bài tốn đóng gói và phân loại gạo ứng dụng plc s7-200
Chương 3: Thıết kế, mô phỏng cho hệ thống bằng WinCC


CHƯƠNG 1: MỤC TIÊU, PHƯƠNG PHÁP NGUYÊN CỨU,TỔNG QUAN VẤN ĐỀ
NGHIÊN CỨU
1.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Hệ thống đóng gói và phân loại gạo theo khối lượng có kiểu dáng nhỏ gọn, dễ
dàng lắp đặt, bảo trì, sửa chữa.
Để thiết kế được chúng ta cần thiết hệ thống hoạt động tự động dựa vào lập trình
và điều khiển của PLC. Ngồi ra cịn có các vấn đề khác như là: nguồn cung cấp, tính
tốn thơng số chi tiết...
Các vấn đề cần được giải quyết đó là:
- Vấn đề điều khiển: điều khiển hoàn toàn tự động.
- Vấn đề an toàn: đảm bảo an toàn cho người sử dụng và sản phẩm không bị
hỏng.
Mục tiêu nghiên cứu của để tài: Mô phỏng hệ thống trên WinCC
1.2 Phương pháp nghiên cứu
Đề tài “Thiết kế hệ thống đóng gói và phân loại gạo theo khối lượng ứng
dụng plc S7 200” hệ thống này cũng đã được thiết kế, đưa vào sử dụng trong một số
nhà máy và là một sản phẩm cơ điện tử điển hình, nên trong quá trình làm đồ án, em
đã áp dụng phương pháp nghiên cứu sau:
- Phương pháp tuần tự và đồng thời

Kết hợp giữa việc thiết kế tuần tự và đồng thời: cụ thể là việc đầu tiên là nghiên
cứu hệ thống cụ thể sau đó xây dựng hệ thống chứa đầy đủ những dự định sẽ có trong
thiết kế qua đó có cái nhìn tổng quan về hệ thống chung và xác định thông số cơ bản.
- Phương pháp thực nghiệm
Mơ phỏng hóa phần điện, tối ưu hóa thiết kế trước khi chế tạo hoàn thiện.
1.3 Tổng quan vấn đề nguyên cứu
1.3.1 Tổng quan việc ứng dụng cân điện tử trong tự động hóa ở nước ngồi
Ở nước ngồi, cơng nghệ tự động hóa ứng dụng cân điện tử xuất hiện trong các
lĩnh vực, tự động hóa kết hợp cân điện tử được sử dụng phổ biến càng ngày càng tiến
bộ, phát triển một cách nhanh chóng. Các thiết bị tự động hóa ở nước ngồi đa dạng,
hỗn tạp với vơ vàn các sản phẩm, chủng loại. Ở nước ngoài ứng dụng tự động hóa
khơng cịn là chuyện xa lạ, họ càng ngày càng cho may móc thay thế cho con người
hồn tồn trong quá trình sản xuất.


Hình 1.1 Hệ thống tự động ở nước ngồi
1.3.2 Tổng quan về sử dụng cân điện tử trong lĩnh vực tự động hóa ở trong nước
Trong nước ta hiện nay việc sử dụng cân diện tử là rất phổ biến. Cân điện tử được
sử dụng trong cuộc sống hằng ngày cũng như trong các ngành công nhiệp. Nhất là
trong cuộc sống xã hộ hiện nay, nhu cầu buôn bán ngày càng được phát triển đã kéo
theo việc sử dụng các loại cân ngày càng nhiều hơn như cân mini, cân sức khỏe, cân
bàn điện tử, cân treo điện tử. Công dụng của cân trong cuộc sống được biết đến rất
nhiều như với loại cân sức khỏe chúng ta dùng cân để cân định kì hoặc dùng cho các
bệnh viện, các lần khám sức khỏe, ứng dụng trong phịng thí nghiệm để phân tích và
xử lý mẫu, những vật mẫu có khối lượng milligram….
Tuy nhiên, cân điện tử vẫn chủ sử dụng trong ngành công nhiệp sản xuất là chủ
yếu, dùng để cân đo, đong đếm, xác định món hàng hay thành phẩm cần xuất xưởng.
Ứng dụng trong ngành công nghiệp nặng để cân các lơ hàng đến hàng trăm tấn.
Vì cân điện tử giúp đo đặc chính xác và tiện ích nên càng ngày cân điện tử được
sử dụng phổ biến.

Thực tế, trong quá trình sản xuất hiên nay nước ta vẫn còn chưa tiến bộ, thế nên
sản phẩm làm ra chưa có chất lượng cao, năng suất thấp nên giá thành cao dẫn đến giá
trị gia tăng thấp. Trong đó có hệ thống đóng gói và phân loại sản phẩm vẫn còn đơn sơ,
và tốn sức lực con người nhiều,… Tuy nhiên có nhiều cơ sở sản xuất dùng những hệ
thống nhập ngoại đắt, khi hỏng hóc thì phải ra nước ngồi mua đồ để sửa chữa và khó
nắm bắt được công nghệ của hệ thống.
Mà nước ta là nước nông nghiệp, chuyên xuất khẩu mặt hàng nông nghiệp nên hệ
thống đóng gói và phân loại sản phẩm ln được sử dụng trong hệ thống sản xuất, như
trên đã nói hệ thống đóng gói và phân loại cịn đơn sơ. Phần cân sản lượng và đóng
gói, phân loại tách biệt nên rất tốn thời gian và công sức của con người.


Hình 1.2 Hệ thống đóng gói và phân loại gạo ở trong nước
1.4 Ứng dụng PLC S7-200 trong tự động hóa q trình sản xuất
PLC được ứng dụng khá là phổ biến trong tự đơng hóa, và được ứng dụng trong
nhiều lĩnh vực khác nhau. Sự ra đời của hệ thống điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn
hệ thống điều khiển, hiện nay PLC đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác
nhau trong công nghiệp như:
– Hệ thống nâng vận chuyển.
– Dây chuyền đóng gói.
– Các robot lắp giáp sản phẩm .
– Điều khiển bơm.
– Dây chuyền xử lý hố học.
– Cơng nghệ sản xuất giấy .
– Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh.
– Sản xuất xi măng.
– Công nghệ chế biến thực phẩm.
– Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn.
– Dây chuyền lắp giáp Tivi.
– Điều khiển hệ thống đèn giao thông.

– Quản lý tự động bãi đậu xe.
– Hệ thống báo động.
– Dây chuyền may công nghiệp.
– Điều khiển thang máy.


– Dây chuyền sản xuất xe ôtô.
– Sản xuất vi mạch.
– Kiểm tra quá trình sản xuất.
1.4.1 Tổng quan PLC
- Đơn vị xử lý trung tâm:
Là bộ vi xử lý, liên kết với các hoạt động của hệ thống PLC, thực hiện chương
trình, xử lý tín hiệu nhập xuất và thơng tin liên lạc với các thiết bị bên ngồi.
- Bộ Nhớ (Memory):
Có nhiều loại bộ nhớ khác nhau, đây là nơi lưu trữ trạng thái hoạt động của hệ
thống, và bộ nhớ của người sử dụng. Để dảm bảo cho PLC hoạt động, phải cần có bộ
nhớ để lưu trữ chương trình, đơi khi cần mở rộng bộ nhớ để thực hiện các chức năng
khác như:
Vùng đệm tạm thời lưu trữ trạng thái của các kênh xuất/nhập được gọi là
RAM xuất/ nhập.
Lưu trữ tạm thời các trạng thái của các chức năng bên trong: Timer, Counter,
Relay.

 Bộ nhớ gồm có những loại sau:
 Bộ nhớ chỉ đọc (ROM: read only memory): ROM không phải là một bộ nhớ

khả biến, nó có thể lập trình chỉ một lần. Do đó khơng thích hợp cho việc điều khiển
“mềm” của PLC. ROM ít phổ biến so với các loại bộ nhớ khác.
- Bộ nhớ ghi đọc (RAM ):
 RAM là một bộ nhớ thường được dùng để lưu trữ dữ liệu và chương trình

của người sử dụng. Dữ liệu trong RAM sẽ bị mất đi nếu nguồn điện bị mất, tuy nhiên
vấn đề này được giải quyết bằng cách gắn thêm vào RAM một nguồn điện dự phòng.
Ngày nay trong kỹ thuật phát triển PLC người ta dùng CMOSRAM nhờ sự tiêu tốn
năng lượng khá thấp của nó và cung cấp pin dự phòng cho các RAM này khi mất
nguồn. Pin dự phịng có tuổi thọ ít nhất một năm trước khi cần thay thế, hoặc ta chọn
pin sạc gắn với hệ thống, pin sẽ được sạc khi cấp nguồn cho PLC.
 Bộ nhớ chỉ đọc chương trình và xố được: ( EPROM: Erasable
Programmable Read Only Memory): EPROM kết hợp khả năng truy linh động của
RAM và tính khả biến của EPROM, nội dung trên EPROM có thể bị xố và lập trình
bằng điện, tuy nhiên chỉ giới hạn trong một số lần nhất định.


Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc bên trong PLC
Các ưu thế của PLC trong tự động hoá:
- Thời gian lắp đặt cơng trình ngắn.
- Cần ít thời gian làm quen.
- Thiết bị chống nhiễu tốt.
- Kết nối thêm các modul để mở rộng ngõ vào/ra.
- Ngơn ngữ lập trình dễ hiểu.
- Do phần mềm linh hoạt nên khi muốn mở rộng và cải tạo cơng nghệ thì dễ
dàng.
- Ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng.
- Dễ bảo trì, các chỉ thị vào ra giúp xử lý sự cố dễ dàng và nhanh hơn.
- Độ tin cậy cao, chuẩn hoá được phần cứng điều khiển, thiết kế nhỏ gọn.
- Thích ứng với môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động, …
1.4.2 Lý do chọn PLC S7-200
- PLC S7-200 là thiết bị điều khiển logic lập trình loại nhỏ của hãng Siemens, có
cấu trúc theo kiểu module và có các mdule mở rộng. Các module này được sử dụng
cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau.

- Có từ 6 đầu vào, 4 đầu ra số (CPU221) đến 24 đầu vào, 16 đầu ra số (CPU226).
Có thể mở rộng các đầu vào, ra bằng các module mở rộng.
- Kiểu đầu vào IEC 1131-2 hoặc SIMATIC. Đầu vào sử dụng mức điện áp 24
VDC, thích hợp với các cảm biến.
- Tích hợp sẵn cổng Profibus hay sử dụng một module mở rộng, cho phép tham
gia vào mạng Profibus như một Slave thơng minh.
- Tập lệnh có đủ lệnh bit logic, so sánh, bộ đếm, dịch/ quay thanh ghi, timer cho
phép lập trình điều khiển Logic dễ dàng.
- CPU S7-200 kết hợp bộ vi xử lý, bộ nguồn, mạch đầu vào và mạch đầu ra trong
một thiết kế nhỏ gọn.
- PLC S7-200 dùng cho các ứng dụng điều khiển logic, điều khiển tuần tự, liên
động, ... trong công nghiệp và các ứng dụng vừa và nhỏ.
- Giá thành của S7-200 rẻ hơn so với các dòng PLC khác mà vẫn đáp ứng được
những yêu cầu của hệ thống cân định lượng.
=> Kết luận: từ những ứng dụng, ưu điểm trên em quyết định sử dụng PLC S7-200
vào trong đề tài.
1.4.3 Giới thiệu về PLC S7-200
a. Cấu trúc bên ngồi của PLC S7-200
PLC S7 200 có cấu trúc kiểu module và có nhiều module mở rộng. Các module
này được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Thành phần cơ bản của PLC S7 200
là khối vi xử lý CPU. S7 200 có đến 7 module mở rộng, nếu dùng cho các ứng dụng
cần đến việc tăng số ngõ vào/ra, ngõ vào/ra analog, kết nối mạng (AS –I, Profibus) .

Hình 1.4 Hình dáng bên ngồi của PLC S7 200


CPU 224 có 14 ngõ vào và 10 ngõ ra, có khả năng kết nối thêm 7 modul mở
rộng.
- Các đèn báo trên S7 200 CPU 224

+ SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị lỗi.
+ RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN, chỉ PLC đang ở chế độ làm việc và thực
hiện chương trình đã nạp vào máy.
+ STOP (đèn vàng): Đèn vàng STOP, chỉ PLC đang ở chế độ dừng chương
trình và đang thực hiện lại.
- Đèn cổng vào ra
+ Ix.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng vào báo hiệu trạng thái tức thời của cổng.
Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của công tắc.
+ Qx.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng
Qx.x. Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng.
b. Phân loại PLC S7 200
Việc phân loại S7 200 dựa vào loại CPU mà nó được trang bị. Các loại PLC
thơng dụng như CPU 222, CPU 224, CPU 224XP (có 2 cổng giao tiếp), CPU 226 (có 2
cổng giao tiếp), CPU 226 XP.
Thơng thường S7 200 được phân ra làm hai loại chính dựa vào nguồn điện áp cấp
cho CPU hoạt động.
 Loại cấp điện áp 220 VAC:
- Ngõ vào: Kích hoạt mức 1 ở cấp điện áp +24VDC (từ 15VDC – 30VDC)
- Ngõ ra: Relay
- Ưu điểm: ngõ ra là relay do đó có thể sử dụng ngõ ra ở nhiều cấp điện áp khác
nhau.
- Nhược điểm: Do ngõ ra là relay nên thời gian đáp ứng không được nhanh cho
ứng dụng biến điệu độ rộng xung hoặc output tốc độ cao.
 Loại cấp điện áp 24 VDC
- Ngõ vào: Kích hoạt mức 1 ở cấp điện áp +24 VDC (15 VDC – 30 VDC)
- Ngõ ra: Transistor


- Ưu điểm: ngõ ra là transistor do đó có thể sử dụng ngõ ra này để biến điệu độ
rộng xung, output tốc độ cao.

- Nhược điểm: Do ngõ ra là transistor nên chỉ có thể sử dụng một cấp điện áp duy
nhất là 24 VDC, do vậy sẽ gặp rắc rối trong những ứng dụng có cấp điện áp ra khác
nhau. Trong trường hợp này phải thông qua một relay đệm 24 VDC.
Sau đây là bảng thông số của các loại CPU của S7-200
Bảng 1.1 thông số các loại CPU của PLC S7
Đặc điểm

CPU 221

CPU 222

CPU 224

CPU 226

Kích thước (mm)

90x80x62

90x80x62

120,5x80x62

190x80x62

Bộ nhớ ROM

2048 Words

2048 Words

4096 Words

4096 Words

Bộ nhớ RAM

1024 Word

1024 Word

2056 Word

2056 Word

Số cổng logic vào 6

8

14

24

Số cổng logic ra

4

6

10

16

Module mở rộng

Không

2

7

7

128/128

128/128

128/128

16 In/16 Out

32 In/32 Out

32 In/32 Out

Digital I/O cực 128/128
đại
AnalogI/O
đại

cực Không

Bộ đếm

256

256

256

256

Bộ định thời

256

256

256

256

0,37 s

0,37 s

0,37 s

Tốc độ xử lý lệnh 0,37 s
Khả năng lưu trữ

khi mất điện

50 giờ

50 giờ

190 giờ

190 giờ

Cổng giao tiếp

1 – RS 485

1- RS 485

1- RS 485

2 – RS 485

c. Cấu trúc bên trong của PLC S7-200
Cấu trúc phần cứng của một PLC gồm có các module sau:
- Module đơn vị xử lý trung tâm (CPU)
- Module bộ nhớ
- Module nguồn
- Module khối vào ra


Hình 1.5 Sơ đồ khối hệ thống PLC S7-200

 Module đơn vị xử lý trung tâm (CPU)
- CPU dùng để xử lý, thược hiện những chức năng điều khiển phức tạp quan
trọng của PLC. Mỗi PLC thường có từ một đến hai đơn vị xử lý trung tâm.
- CPU thường được chia làm hai loại: đơn vị xử lý “một bit” và đơn vị xử lý “từ
ngữ”:
+ Đơn vị xử lý “một bit”: Chỉ áp dụng cho những ứng dụng nhỏ, đơn giản, chỉ
đơn thuần xử lý ON/OFF nên kết cấu đơn giản, thời gian xử lý dài.
+ Đơn vị xử lý “từ ngữ”: Có khả năng xử lý nhanh các thơng tin số, văn bản,
phép tốn, đo lường đánh giá, kiểm tra nên cấu trúc phần cứng phức tạp hơn nhiều tuy
nhiên thời gian xử lý được cải thiện xử lý nhanh hơn.

 Module bộ nhớ
- Module bộ nhớ bao gồm các loại bộ nhớ RAM, ROM, EEFROM, là nơi lưu trữ
các thông tin cần xử lý trong chương trình của PLC.
- Bộ nhớ được thiết kế thành dạng module để cho phép dễ dàng thích nghi với
các chức năng điều khiển với các kích cỡ khác nhau. Muốn mở rộng bộ nhớ chỉ cần
cắm thẻ nhớ vào rãnh cắm chờ sẵn trên module CPU.
- Module bộ nhớ có một tụ dùng để duy trì dữ liệu chương trình khi mất điện.

 Module nguồn


- Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC (24 VDC) cần
thiết cho bộ vi xử lý và các mạch điện trong các module giao tiếp nhập và xuất.

 Module khối vào, ra
- Module khối vào, ra dùng để giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC (điện áp
5/15VDC) với mạch công suất bên ngoài (điện áp 24VDC/220VAC).
- Khối ngõ vào thực hiện việc chuyển mức điện áp từ cao xuống mức tín hiệu
tiêu chuẩn để đưa vào bộ xử lý.

- Khối ngõ ra thực hiện việc chuyển mức tín hiệu từ tiêu chuẩn sang tín hiệu ngõ
ra và cách ly quang.
1.4.4 Cáp truyền thông
PLC S7 200 và PC hoạt động, trao đổi dữ liệu qua cáp PC/PPI

Hình 1.6 Cáp PC/PPI kết nối RS232 và RS485
1.4.5 Phần mềm lập trình của PLC S7 200
- STEP7 MicroWin chạy trên hệ điều hành Windows, phần mềm này làm nhiệm
vụ trung gian giữa người lặp trình và PLC. Có 3 khối lập trình chính: khối chương
trình (Program Block), khối dữ liệu (Data Block) và khối hệ thống (System Block).
Ngồi ra PLC S7 200 cịn 4 khối lập trình phụ là: khối định nghĩa các ký hiệu (Symbol
table), khối xem trạng thái các biến (Status chart), khối tham chiếu (Cross Reference)
và khối truyền thông (Communication).
- Trong STEP7 MicroWin có 3 cách soạn thảo một chương trình: soạn thảo
chương trình dưới dạng thang (Ladder), dạng câu lệnh STL (Statement list) và sơ đồ
khối FBD (Function Block Diagram). Trong 3 cách soạn thảo trên, soạn thảo chương
trình bằng ladder là thơng dụng nhất vì cho phép người lập trình quan sát được chương
trình đang chạy một cách trực quan, việc chuyển đổi từ dạng soạn thảo này sang dạng
soạn thảo khác một cách dễ dàng.


- Cấu trúc chương trình gồm: chương trình chính (Main program), chương trình
con (Subroutine) và chương trình con phục vụ ngắt (Interrupt).
- Ngơn ngữ lập trình của s7-200 có 3 loại : LAD (Ladder Logic),STL (Statement
List), FBD (Function Block Diagram)
- Ngơn ngữ lập trình Ladder là ngơn ngữ hình thang, ký hiệu là LAD (Ladder
Logic) Với loại ngôn ngữ này rất thích hợp với người quen thiết kế mạch điều khiển
logic

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG BÀI TỐN ĐĨNG GĨI VÀ PHÂN LOẠI SẢN
PHẨM GẠO THEO KHỐI LƯỢNG DÙNG PLC S7-200
2.1 Xây dựng bài tốn điều khiển
Hệ thống đóng gói và phân loại gạo theo khối lượng dùng PLC S7-200 có:
 Băng chuyền có thể được điều khiển bằng các nút nhấn trên bảng điều khiển
hoặc các nút nhấn trên giao diện trên máy tính.
 Trước khi khởi động băng chuyền ta phải truyền khối lượng xuống, xuống cho
mỗi thùng.
 Khi truyền khối lượng ta có thể kiểm tra được tín hiệu đã được truyền hay
chưa nhờ vào sự truyền lên của PLC và đuợc hiển thị trên máy tính.
 Sau khi truyền số kg cho mỗi thùng đã được đặt trước trên máy tính ta nhấn
Start băng chuyền hoạt động.
 Khi băng chuyền bắc đầu đong sản phẩm ta có thể quan sát được trạng thái của
băng chuyền trên máy tính , đang đong loại thùng nào, bao nhiêu kg , có thể quan sát
được khối lượng khi đang đong từ lúc bắc đầu đến khi đủ khối lượng đã được đặt
trước trên máy tính.
 Số thùng của mỗi loại sau khi đóng gói xong, được PLC truyền lên và hiển thị
trên máy tính.
 Sau khi đóng gói xong thì từng loại thùng được phân loại ra theo từng ngăn và
có thể quan sát được trên máy tinh.
 Ta có thể quan sát được giá trị loadcell đang cân trên máy tính.
 PLC truyền lên trạng thái của 6 cảm biến , 3 pittơng và động cơ, nên ta có thể
quan sát được trạng thái hoạt động của băng chuyền trên máy tính, băng chuyền ở
trạng thái nào START hay STOP , cảm biến nào đang tác động.
2.2 Các thiết bị trong hệ thống
Hệ thống gồm cách thành phần chính:
 Các cảm biến:
 Cảm biến khối lượng (loadcell): cân sản phẩm
 Cảm biến quang: phát hiện sản phẩm
 Băng tải (Conveyor): di chuyển sản phẩm

 Các xy lanh khí nén: tác động phân loại sản phẩm


 Thùng chứa sản phẩm


Ngồi ra hệ thống cịn các thành phần khác như Rơ le, hệ thống khí nén, van
phân phối. Nhưng quan trọng của hệ thống là cảm biến trọng lượng loadce ll.
2.2.1 Cảm biến trọng lượng loadcell
a. Cấu tạo của loadcell
- Loadcell gồm một vật chứng đàn hồi, là một khối nhôm hoặc thép không rỉ
được xử lý đặc biệt, trên vật chứng có dán 4 strain gage. Khi vật chứng bị biến dạng
dưới tác dụng của trọng lượng tác động vào loadcell thì có thể có 2 hoặc 4 strain gage
bị tác động.
- Strain gage hay còn gọi là cảm biến biến dạng gồm một sợi dây dẫn có điện trở
suất (thường dùng hợp kim của Niken) có chiếu dài l và có tiết diện s, được cố định
trên một phiến cách điện như hình sau:

Hình 2.1 Cấu tạo Strain gage
- Khi đo biến dạng của một bề mặt dùng Strain gage, người ta dán chặt strain
gage lên trên bề mặt cần đo sao cho khi bề mặt bị biến dạng thì strain gage cũng bị
biến dạng.
- Các strain gage được dùng để đo lực, đo momen xoắn của trục, đo biến dạng bề
mặt của chi tiết cơ khí, đo ứng suất,… và được dùng để lắp mạch cầu Wheatstone để
chế tạo ra các loadcell.
b. Ứng dụng loadcell vào đề tài
Qua nghiên cứu và khảo sát các loại Loadcell hiện đang có trên thị trường, và
vào mục đích phù hợp với đề tài thiết kế hệ thống định lượng nên em đã nghiên cứu và
sử dụng loadcell UWE vào đề tài, vì nó phù hợp theo thiết kế cơ khí và chịu tải trọng.

Hình 2.2 Loadcell UWE dang thanh
Bảng thơng số kỹ thuật:
Bảng 2.1 Thơng số Loadcell UWE
Đặc tính kỹ thuật

Giá trị

Đơn vị

0,2 - 6

kg

Bảo vệ quá tải

9

kg

Điện áp ngõ ra

2

mV/V

10 - 12

V DC

15

V DC

Điện trở vào

410  10

Ohms

Điện trở ra

350  3

Ohms

Dãy nhiệt độ hoạt động

-20 ~ +60

Tải trọng

Điện áp kích thích
Điện áp kích thích tối đa

0

C

c. Nguyên lý hoạt động loadcell

- Loadcell hoạt động dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone. Mạch
cầu Wheatstone dùng để chuyển đổi sự thay đổi của điện trở (thay đổi điện trở của các
strain gage) dưới tác dụng lực thành sự thay đổi của điện áp trên đường chéo của cầu.

Hình 2.3 Mạch cầu Wheatstone


Nhận xét: Phương trình trên cho thấy sự biến đổi đơn vị điện trở của hai điện trở đối
mặt nhau, hai điện trở sẽ là cộng nhau (bị giãn) trong khi tác động của hai điện trở kề
bên nhau sẽ là trừ khử nhau (bị nén). Đặc tính này của cầu Wheatstone thường được
dùng để bảo đảm tính ổn định nhiệt của các mạch miếng đo và cũng để dùng cho các
thiết kế đặc biệt.
d. Bộ khuếch đại loadcell

Hình 2.4 Bộ khuếch đại loadcell MKcells KM02A
- Trong thực tế và trong sản xuất công nghiệp nếu liên quan đến định lượng dùng
loadcell thì thiết bị thường đi kèm là bộ khuếch đại chuẩn cho loadcell. Hoặc có thể sử
dụng bộ đầu cân chuẩn có tích hợp bộ khuếch đại cho loadcell, thông thường giá của
bộ đầu cân rất đắt tiền, nếu có ngõ ra analog thường giá rất cao, thích hợp dùng cho
công nghiệp như: đầu cân MP30, XK3190-A9, FS1200a, FS8000a,...
- Bộ khuếch đại loadcell thường có 2 loại: khuếch đại cho ra dòng hoặc áp, và
loại chỉ cho ra áp như MKcells KM02, KM02A,...
- Thông số kỹ thuật bộ khuếch đại MKcells loại KM02A
Bảng 2.2 Thông số kĩ thuật KM02A
Dãy đầu vào
Thơng số
Dãy tín hiệu đầu ra

0-1mV/V, 0-2mV/V, 0-3mV/V,
Giá trị 0-4mV/V, 010mV/V, 0-20mV/V, 0-30mV/V, 0-40mV/V.

0-5V, 0-10V, 1-5V

Điện áp nguồn nuôi
Điện áp nguồn nuôi loadcell

12 – 24 VDC
10VDC, 100mA

2.2.2 Băng chuyền
a. Giới thiệu chung về bang chuyền


Băng chuyền thường được dùng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu rời
theo phương ngang và phương nghiêng. Trong các dây chuyền sản xuất các thiết bị
này được sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các cơ cấu nhẹ,
trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lị trên các
trạm thủy điện thì dùng vận chuyển nhiên liệu.
Trên các kho bãi thì dùng để vận chuyển các loại hàng bưu kiện, vật liệu hạt hoặc
một số sản phẩm khác. Trong một số ngành công nghiệp nhẹ, cơng nghiệp thực phẩm,
hóa chất thì dùng để vận chuyển các sản phẩm đẫ hoàn thành và chưa hoàn thành giữa
các công đoạn, các phân xưởng, đồng thời cũng dùng để loại bỏ các sản phẩm không
dùng được.
b. Ưu điểm của băng chuyền
- Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các hướng
nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang và nằm nghiêng.
- Vốn đầu tư khơng lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng
dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận chuyển
khác không lớn lắm
2.2.3 Cảm biến quang
Hai cảm biến phát hiện vật sử dụng trong mơ hình thiết kế là cảm biến quang loại

thu phát chung, loại cảm biến này có thể phát hiện bất cứ vật nào trong tầm phát hiện
của nó. Độ nhạy cao, dễ sử dụng, giá thành phù hợp, nguồn cấp 24VDC. Sau đây là
thông số và cách đấu nối của từng loại cảm biến:
Cảm biếm quang cho đề tài là Cảm biến quang Datalogic S65-PA-5-V19-PPPZ


Hình 2.5 Cảm biến quang Datalogic S65-PA-5-V19-PPPZ
a. Mơ tả:
- Cảm biến màu Datalogic S65-PA-5-V19-PPPZ
- Khoảng cách phát hiện 5 - 45mm
- Nguồn vào: 10 - 30Vdc
- Nguồn sáng: white LED 400 -700 nm
- Ngõ ra: PNP - NO
- Tần số 500kHz (fast), 100Hz (normal)
- Kiểu kết nối M12 8-pole connector
- Nặng khoảng 100g
b. Kích thước:

Hình 2.6

c. Sơ đồ nối dây:


Hình 2.7
2.2.4 Xy lanh
a. Xy lanh khí nén
Xy lanh khí nén (hay ben khí nén) là thiết bị cơ được vận hành bằng khí nén. Cụ
thể, xi lanh khí nén hoạt động bằng cách chuyển hóa năng lượng của khí nén thành
động năng, khiến pít tơng của xi lanh chuyển động theo hướng mong muốn, qua đó
truyền động đến thiết bị.

Hình 2.8 Xy lanh
Khi đưa khí nén vào xi lanh, và lượng khí được đưa vào tăng dần lên, theo đó sẽ
chiếm khơng gian trong xy lanh và khiến pít tơng dịch chuyển, truyền động điều khiển
thiết bị bên ngồi.

b. Xy lanh khi nén cho đề tài là PISTON SC,SU series


Hình 2.9 PISTON SC,SU series
- Nhà sản xuất: JELPC
- Xuất sứ: China
- Nhiệt độ chịu được: -5°~70°C
- Áp xuất chịu được : 1~9 Bar (kg/ )
- Ø pittong : 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200
- Hành trình : 25mm 2000mm
2.2.5 Rơ le
Rơ le (relay) là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những

Hình 2.10 Rơ le

Ngun lý hoạt động: Khi có dịng điện chạy qua rơ le, dòng điện này sẽ chạy
qua cuộn dây bên trong và tạo ra một từ trường hút. Từ trường hút này tác động lên
một đòn bẩy bên trong làm đóng hoặc mở các tiếp điểm điện và như thế sẽ làm thay
đổi trạng thái của rơ le. Số tiếp điểm điện bị thay đổi có thể là 1 hoặc nhiều, tùy vào
thiết kế. Rơ le có 2 mạch độc lập nhau họạt động. Một mạch là để điều khiển cuộn dây
của rơ le cho dòng chạy qua cuộn dây hay khơng, hay có nghĩa là điều khiển rơ le ở
trạng thái ON hay OFF. Một mạch điều khiển dịng điện ta cần kiểm sốt có qua được
rơ le hay không dựa vào trạng thái ON hay OFF của rơ le. Dòng chạy qua cuộn dây để
điều khiển rơ le ON hay OFF thường vào khoảng 30mA với điện áp 12V hoặc có thể

lên tới 100mA. Hầu hết các con chip đều khơng thể cung cấp dịng này, lúc này ta cần
có một BJT để khuếch đại dòng nhỏ ở ngõ ra IC thành dòng lớn hơn phục vụ cho rơ le.
2.2.6 Van khí nén


Trong mơ hình cơ khí sử dụng 4 van phân phối khí nén 5/2. Có tác dụng đóng
mở miệng của 3 phiễu cân. Sau đây là đặc điểm của loại van trên: Van đảo chiều 5/2
tác động trực tiếp bằng dịng khí nén vào từ hai phía của nịng van, đây là loại van 5
cửa 2 vị trí.

Hình 2.11 Van phân phối khí nén 5/2
Nguyên lý hoạt động của van như sau: Khi chưa cấp khí vào cửa điều khiển 14,
dưới tác dụng của lực lò xo van hoạt động ở vị trí bên phải, lúc đó cửa số 1 thông với
cửa số 2 và cửa 4 thông với cửa 5, cửa số 3 bị chặn. Khi ta cấp khí vào cửa điều khiển
14 van 5/2 đảo trạng thái làm cửa 1 thông với cửa 4, cửa 2 thông với cửa 3 và cửa 5 bị
chặn.
Van tiết lưu: Trong mô hình sử dụng 4 van tiết lưu, có nhiệm vụ điều chỉnh lưu
lượng dịng khí tức là điều chỉnh vận tốc hoặc thời gian chạy vào ra của pittong trong
xylanh, mục đích nhóm sử dụng dùng để chỉnh thơ và chỉnh tinh nguyên liệu khi cân.
Nguyên lý làm việc của van tiết lưu là lưu lượng dịng khí qua van phụ thuộc vào sự
thay đổi tiết diện.
Kí hiệu, sơ đồ của van tiết lưu:


Hình 2.12 Van tiết lưu
2.3 Modul mở rộng EM231 PLC S7 200 kết hợp sensor loadcell trong hệ thống
đóng gói và phân loại gạo
2.3.1 Modul mở rộng analog EM231
a. Cấu tạo
Trong thực tế các modul analog được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong các

nhà máy có dây chuyền sản xuất hiện đại, trong công nghiệp, trong các lĩnh vực điều
khiển liên tục. Ví dụ như điều khiển biến tần, điều khiển lưu lượng, nhiệt độ, áp suất,
… Trong đề tài này, em ứng dụng modul analog EM 231 vào việc đo khối lượng, lấy
tín hiệu khuếch đại từ Loadcell, biến đổi AD và truyền dữ liệu về CPU 224 xử lý sau
đó xuất kết quả lên giao diện WinCC.

Hình 2.13 Modul Analog EM231
b. Thơng số kỹ thuật
Hãng Siemen có rất nhiều loại modul analog mở rộng cho các loại PLC. Dịng
EM 231 của S7 200 có rất nhiều loại như: EM 231 TC, EM 231 RTC, EM 231.
Trong các loại trên thì mỗi modul được ứng dụng vào việc thiết kế riêng như
modul EM231 TC là modul chuyên dùng để đọc nhiệt độ từ thermocouple, EM231
RTC modul chuyên dùng đoc nhiệt độ từ các cảm biến mà đầu ra của nó là điện trở,
EM231 là modul đọc các tính hiệu analog nói chung có độ phân giải 12 bit.
Thông số kỹ thuật modul EM 231