Đề Tài Thiết Kế Hệ Thống Rót Nước Đóng Chai Tự Động Điều Khiển Bằng Plc S7-200

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG RÓT NƯỚC ĐÓNG CHAI TỰ ĐỘNG
ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC S7-200

Giảng viên hướng dẫn:

Đà nẵng, 3/2022


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Tên đề tài: Thiết kế hệ thống rót nước đóng chai tự động điều khiển bằng
PLC S7-200
Sinh viên thực hiện:
Nội dung đồ án:
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về đề tài
Chương 2: Giới thiệu tổng quan về PLC
Chương 3: Thiết kế và lắp ráp mơ hình rót nước đóng chai
- Lựa chọn phương án thiết kế
- Lựa chọn thiết bị trong hệ thống rót nước đóng chai
- Thiết kế sơ đồ nối dây chi tiết cho hệ
thống Chương 4: Lập trình cho hệ thống
- Đưa ra nguyên lý hoạt động của mơ hình
- Lập ra giãn đồ thời gian
- Lập trình điều khiển cho hệ thống

Chương 5: Kết quả - nhận xét – đánh giá – kết luận
- Đưa ra mơ hình chạy thực tế
- Đánh giá và nhận xét quá trình
- Đưa ra kết luận cho đề tài


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:
Số thẻ sinh viên:
Lớp:
Ngành: Kỹ thuật điện, điện tử
Họ và tên sinh viên:
Số thẻ sinh viên:
Lớp:
Ngành: Kỹ thuật điện, điện tử
1. Tên đề tài đồ án:
Thiết kế hệ thống rót nước đóng chai tự động điều khiển bằng PLC S7-200
2. Đề tài thuộc diện:  Có ký kết thỏa thuận sỡ hữu trí tuệ đồi với kết quả thực
3.

4.

5.

6.
7.
8.

hiện.
Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
- PLC S7-200 và ngơn ngữ lập trình
- Phần mềm STEP7-MICROWIN
- Phần mềm mơ phỏng PLC S7-200 SIMULATOR
Nội dung các phần thuyết minh:
- Tổng quan về đề tài
- Tổng quan về PLC
- Thiết kế và lắp ráp mơ hình rót nước đóng chai
- Lập trình điều khiển mơ hình
- Kết luận
Các bản vẽ, đồ thị (ghi rõ loại và kích thước bản vẽ):
Sơ đồ nối dây chi tiết bản vẽ A0
Họ và tên người hướng dẫn:
Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 24/10/2021
Ngày hoàn thành đồ án: 1/3/2022

Trưởng bộ môn

Đà nẵng, ngày…. Tháng….năm 2022
Người hướng dẫn


LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đối với thầy cô giáo trong
khoa Điện, đặc biệt là thầy hướng dẫn TS. đã giúp đỡ em trong suốt q trình để em

có thể hồn thành tốt đề tài tốt nghiệp của mình. Qua các chia sẻ, trao đổi giữa giáo
viên hướng dẫn trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp, em đã được tiếp thu thêm
nhiều kiến thức vô cùng bổ ích cùng với đó là các kỹ năng mềm giúp cho chính bản
thân em ngày càng hồn thiện hơn.
Mặc dù đã cố gắng để có thể hồn thành đề tài tốt nghiệp một cách tốt nhất
nhưng vối vốn kiến thức cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi những sai sót. Em vẫn
mong nhận được sự thơng cảm và góp ý tận tình của q Thầy, Cơ.
Bên cạnh đó em xin được cảm ơn gia đình, bạn bè đã giúp đỡ và tạo mọi điều
kiện thuận lợi nhất trong suốt quá trình học tập cũng như trong thời gian làm đề tài tốt
nghiệp.
Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn!


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của em và được sự hướng dẫn của
TS.Võ Quang Sơn. Các nội dung tính tốn, kết quả trong đề tài này là trung thực và
chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây. Những số liệu, thơng tin trích dẫn
trong đồ án đã được chỉ rõ nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố. Nếu phát hiện có
bất kỳ sự gian lận nào em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình.
Sinh viên thực hiện


Mục Lục
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI...........................................................................
1.1. TỔNG QUAN VỀ BĂNG CHUYỀN..........................................................................
1.2. MÁY CHIẾT RÓT......................................................................................................
1.3. MÁY ĐÓNG NẮP CHAI............................................................................................
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ PLC...............................................................................
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC...................................................................................
2.2. ĐẶC ĐIỂM CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH.....................................................

2.3. SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ RA ĐỜI CỦA PLC.............................................................
2.4. CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA PLC.........................................
2.4.1. Cấu trúc..........................................................................................................7
2.4.2. Module đầu ra................................................................................................8
2.4.3. Module phối ghép...........................................................................................8
2.4.4. Phân loại PLC................................................................................................9
2.4.5. Ưu điểm trong tự động hoá............................................................................9
2.5. ỨNG DỤNG................................................................................................................
2.6. GIỚI THIỆU PLC S7-200 SIEMENS........................................................................
2.6.1. Giới thiệu chung về plc s7-200.....................................................................10
2.6.2. Giới thiệu về module mở rộng......................................................................12
2.6.3. Cấu hình phần cứng.....................................................................................12
2.6.4. Một số loại CPU 22x....................................................................................13
2.7. CÁC VÙNG NHỚ.....................................................................................................
2.7.1 Vùng nhớ đềm ngõ vào số I..........................................................................15
2.7.2 Vùng nhớ đệm ngõ vào số Q.........................................................................15
2.7.3 Vùng nhớ biến V...........................................................................................15
2.7.4 Vùng nhớ M..................................................................................................15
2.7.5 Vùng nhớ định thời T....................................................................................15


2.8. NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH PLC S7-200....................................................................
2.8.1 Phương pháp lập trình.................................................................................16
2.8.2 Một số câu lệnh hay dùng.............................................................................18
2.8.3 Timer các tập lệnh điều khiển thời gian.......................................................19
2.8.4 Counter: tập lệnh với bộ đếm.......................................................................19
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MƠ HÌNH RĨT NƯỚC ĐÓNG
CHAI........22
3.1. TỔNG QUAN VỀ BĂNG CHUYỀN........................................................................24
3.1.2 Cơ cấu băng tải............................................................................................22

3.1.3 Nguyên lý hoạt động của băng tải...............................................................23
3.1.4 Cơ cấu đóng nắp chai.....................................................................................23
3.2 YÊU CẦU THIẾU KẾ...............................................................................................
3.2.1 Lựa chọn phương án thiết kế........................................................................24
3.2.2 Băng tải........................................................................................................24
3.2.3 Lựa chọn nguồn............................................................................................25
3.2.4 Lựa chọn van điện từ....................................................................................26
3.2.5 Chọn xy-lanh khí nén....................................................................................28
3.2.6 Lựa chọn relay trung gian............................................................................29
3.2.7 Lựa chọn cảm biến.......................................................................................31
3.2.8 Relay JQC3F-24VDC2-C.............................................................................32
3.2.9 Lựa chọn động cơ băng tải:.........................................................................33
4.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH.......................................................
4.2 GIẢN ĐỒ THỜI GIAN............................................................................................
4.3 PHÂN KÊNH...........................................................................................................
4.4 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN.............................................................................
4.5 MƠ PHỎNG CHƯƠNG TRÌNH...............................................................................
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN................................................................................................


5.1. TỰ ĐÁNH GIÁ.........................................................................................................
5.2. TỔNG KẾT................................................................................................................
5.3. ƯU ĐIỂM..................................................................................................................
5.4. HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI...........................................................................................
5.5. HƯỚNG PHÁT TRIỂN.............................................................................................

DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
Chương 1
Hình 1.1 Hình ảnh thực tế của dây chuyền....................................................................2
Hình 1.2 Hình ảnh thực tế dây chuyền............................................................................3

Hình 1.3 Máy đóng nắp chai...........................................................................................4
Chương 2
Hình 2.1 Cấu trúc PLC....................................................................................................8


Hình 2.2 PLC S7200.....................................................................................................12
Hình 2.3 Cấu trúc bên ngồi PLC.................................................................................14
Hình 2.4 Chân cổng truyền...........................................................................................14
Hình 2.5 Giao diện làm việc của phần mềm STEP 7- MICROWIN............................17
Chương 3
Hình 3.1 Cấu tạo băng tải..............................................................................................22
Hình 3.2 Cấu tạo cơ cấu đóng nắp chai.........................................................................23
Hình 3.3 Cấu tạo của cơ cấu nắp chai...........................................................................23
Hình 3.4 Nguồn tổ ong 24VDC....................................................................................25
Hình 3.5 Van điện từ.....................................................................................................26
Hình 3.6 Cấu tạo của van điện từ..................................................................................26
Hình 3.7 Nguyên lý làm việc của van điện từ...............................................................27
Hình 3.8 Xy- lanh khí nén.............................................................................................28
Hình 3.9 Ngun lý hoạt động của xilanh.....................................................................28
Hình 3.10 relay trung gian.............................................................................................29
Hình 3.11 Cấu tạo relay trung gian...............................................................................29
Hình 3.12 Nguyên lý hoạt động của relay.....................................................................30
Hình 3.13 Cảm biến NPN E3F-DS30C4.......................................................................31
Hình 3.14 relay JQC3F-24VDC-C................................................................................32
Hình 3.15 Động cơ dẫn động........................................................................................33
Chương 4
Hình 4.1 Tồn bộ mơ hình............................................................................................35
Hình 4.2 Giao diện phần mềm mô phỏng.....................................................................39

Thiết kế hệ thống rót nước đóng chai tự động điều khiển bằng plc s7-200

LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật. Tự động hóa trở thành
một nghành khơng thể thiếu trong nền cơng nghiệp hiện đại. Đây là một ngành khoa
học góp phần áp dụng những tiến bộ của khoa học công nghệ vào sản xuất nâng cao
hiệu quả chất lượng sản phẩm, giảm sức lao động của con người. Tạo điều kiện cho sự
phát triển xã hội nâng cao tri thức con người. Qua đó, có thể giúp con người tiếp cận
được khoa học công nghệ mới nhất và áp dụng vào trong cuộc sống nâng cao hiệu quả
kinh tế lao động.
Được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn TS. Võ Quang Sơn nhóm chúng em đã quyết
định chọn đề tài tốt nghiệp:
“Hệ thống rót nước đóng chai tự động điều khiển bằng PLC S7-200”
Nội dung thuyết minh:
- Lời nói đầu
- Chương 1: Tổng quan về đề tài
- Chương 2: Tổng quan về PLC
- Chuong 3: Thiết kế và lắp ráp mơ hình chiết rót nước đóng chai
- Chương 4: Lập trình điều khiển mơ hình
- Chương 5: Kết luận


Thiết kế hệ thống rót nước đóng chai tự động điều khiển bằng plc s7-200

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1. TỔNG QUAN VỀ BĂNG CHUYỀN
Dây chuyền chiết rót nước, đóng chai hiện nay khá phổ biến trong ngành cơng
nghiệp sản xuất nước đóng chai. Cho nên ý tưởng về một dây chuyền rót nước, đóng

nắp chai được nhóm chúng em chọn và đã được sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn
TS. Võ Quang Sơn cho phép thực hiện.
Đề tài được nghiên cứu trong phạm vi tương đối hẹp nên chưa thể áp dụng vào trong
thực tiễn nếu không có sự nghiên cứu và đầu tư thêm nhưng qua đó nhóm đã thực hiện
được mục tiêu của mình là áp dụng được những gì đã được học.
Dây chuyền chiết rót đóng nắp chai tự động được sử dụng trong chiết rót nước trái
cây, nước khống, rượu và nước tinh khiết vào chai PET và chai nhựa khác. Máy cũng
có thể được sử dụng cho chiết rót nóng nếu được lắp đặt thiết bị điều khiển nhiệt độ.
Tay quay của máy có thể tùy chỉnh và dễ dàng chuyển động để điều chỉnh máy để
chiết rót nhiều loại chai. Hoạt động chiết rót nhanh hơn và ổn định hơn hoạt động chiết
áp lực nhỏ của loại máy mới chế tạo. Sản lượng và lợi nhuận của máy cao hơn so với
các máy có đặc điểm tương tự.

Hình 1. 1 Hình ảnh thực tế của dây chuyền


Thiết kế hệ thống rót nước đóng chai tự động điều khiển bằng plc s7-200

Đối với yêu cầu của các dây chuyền sản suất thực phẩm hiện nay đều yêu cầu sự tiệt
trùng 100% do đó đưa cơng nghệ tự động vào sản xuất là điều tất yếu. Với sự tham gia
của máy móc sẽ đáp ứng được các tiêu chí của cơng 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 và hóa mỹ phẩm ví dụ như: bia, rượu,
nước giải khát, dầu gội đầu, nước rửa chén, bột giặt 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 sử dụng rất rộng rãi với nhiều
chủng loại khác nhau. Trong đồ án này chúng em sẽ thiết kế mô phỏng hệ thống định
mức và chiết rót nước.
Tồn bộ dây chuyền được kết hợp giữa các khâu rót nước, đóng nắp chai. Mỗi khâu
là một máy được ghép với nhau tạo thành giây chuyền sản xuất. Công nhân chỉ tham

gia vào một số công đoạn như sếp chai vào băng chuyền.
Tủ điều khiển trung tâm sử dụng PLC S7-200 224 của SIEMENS: mạch điều khiển
toàn bộ hệ thống chiết rót nước. Bảng điều khiển sử dụng nút nhấn và có đèn chỉ báo
trạng thái hoạt động của các phần tử trong băng chuyền.
1.2. MÁY CHIẾT RÓT
Hiện nay có khá nhiều cơng nghệ chiết rót nước vào chai, tuỳ thuộc vào loại chất
lỏng sẽ có cách chiết rót khác nhau. Chất lỏng cơ đặc, nước có gaz, nước khơng có
gaz. Định lượng chất lỏng là chiết một thể tích nhất định rót vào chai, bình, lọ, v.v...
Hiện nay với cơng nghệ hiện đại, rất nhiều quy trình cơng nghiệp được tự động hóa.
Trong đó dây chuyền chiết rót và đóng nút chai tự động là một trong những hệ thống
được sử dụng rất phổ biến và rộng rãi. Một hệ thống sản xuất các chất lỏng đóng chai
thường được phân chia thành nhiều khâu nối tiếp nhau. Một quy trình khép kín có thể
được mơ tả như sau:

Hình 1. 2 Hình ảnh thực tế dây chuyền


Thiết kế hệ thống rót nước đóng chai tự động điều khiển bằng plc s7-200

Từ khâu cấp chai, chai được đưa vào băng tải. Băng tải sẽ vận chuyển chai tới vị trí
rót. Tại đây chất lỏng được rót vào chai theo các phương pháp khác nhau khi đã rót đủ
lượng chất lỏng thì chai sẽ được đưa tới vị trí đóng nút hoặc đóng nắp chai. Khâu đóng
nắp bao gồm cơ cấu cấp nắp và cơ cấu đóng nắp. Đối với đóng nút chai có thể là dùng
xy-lanh cịn đối với nắp chai có thể dụng motor vặn.
1.3. MÁY ĐĨNG NẮP CHAI
Máy đóng nắp chai được ứng dụng rộng rãi trong ngành sản xuất đồ uống, thực
phẩm, mỹ phẩm và hóa chất cơng nghiệp. Máy có tác dụng đóng bao kín các 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. 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. 3 Máy đóng nắp chai


Thiết kế hệ thống rót nước đóng chai tự động điều khiển bằng plc s7-200

-

Các phương pháp nghiên cứ lựa chọng giải pháp công nghệ.
Tham khảo và tổng hợp tài liệu từ nhiều nguồn khác nhau.
Tính tốn chọn thiết bị, lắp ráp mơ hình.
Tiến hành thực nghiệm trên mơ hình của nhóm.
Xử lý số liệu, tính tốn và viết báo cáo.


Thiết kế hệ thống rót nước đóng chai tự động điều khiển bằng plc s7-200

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ PLC

2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC
PLC là chữ viết tắt của chữ tiếng Anh Programmable Logic Controller nghĩa là bộ
Điều khiển Logic Lập trình được và là thiết bị điều khiển Có cấu trúc máy tính bao
gồm bộ sử lý trung tâm CPU, Bộ nhớ ROM, Bộ nhớ RAM, dùng để nhớ chương trình
ứng dụng, và các cổng Vào/ Ra - INPUT/ OUTPUT.
2.2. ĐẶC ĐIỂM CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH
Nhu cầu về một bộ điều khiển dễ sử dụng, linh hoạt và có giá thành thấp đã thúc đẩy
sự phát triển của hệ thống điều khiển lập trình (Programmable-Control Systems) – hệ
thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay q trình hoạt động. Trong

bối cảnh đó, bộ điều khiển lập trình (PLC- Programable Logic Controler) được thiết kế
nhằm thay đổi phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơ-le và thiết bị rời cồng
kềnh và nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc
lập trình trên các lệnh logic cơ bản. Ngồi ra, PLC cịn có thể thực hiện một số tác vụ
khác như định thì, đếm, các lệnh tốn số học, các lệnh xử lí các số liệu trên mạng, …
làm tăng khả năng điều khiển cho các hoạt động phức tạp, ngay cả với loại PLC nhỏ
nhất.
Bảng 2.1: Đặc tính kỹ thuật hệ thống điện
Chỉ tiêu so sánh

Rơle

Mạch số

Máy tính

PLC

Khá thấp

Thấp

Cao

Thấp

Lớn

Rất gọn

Khá gọn

Rất gọn

Tốc độ điều
khiển

Chậm

Rất nhanh

Khá nhanh

Nhanh

Khả năng chống
nhiễu

Xuất sắc

Tốt

Khá tốt

Tốt

Lắp đặt

Mất thời gian
thiết kế và lắp

đặt

Mất thời gian
thiết kế

Mất thời gian
lập trình

Lập trình và
lắp đặt đơn
giản

Giá thành từng
chức năng
Kích thước vật
lý


Thiết kế hệ thống rót nước đóng chai tự động điều khiển bằng plc s7-200

Khả năng điều
khiển tác vụ
phức tạp

Không

Dễ thay đổi điều
Rất khó
khiển
Cơng tắc bảo trì

Kém – có rất
nhìu cơng tắc

Có

Có

Có

Khó

Đơn giản

Rất đơn giản

Kém – nếu IC
được hàn

Kém – có rất
nhiều mạch
điện từ chuyên
dung

Tốt – các
module được
tiêu chuẩn hóa

Theo bảng so sánh PLC có những đặc điểm về phần cứng và phần mềm làm cho nó trở
thành bộ điều khiển công nghiệp được sử dụng rộng rãi.

2.3. SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ RA ĐỜI CỦA PLC
Bộ điều khiển lập trình đầu tiên (Programmable controller) đã được những kỹ sư
Cơng ty General Motor – Hoa Kỳ đã sáng chế và cho ra đời năm 1968.
Với các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng các yêu cầu điều khiển:
Trong những năm đầu thập niên 1970, với sự phát triển của công nghệ phần mềm,
bộ lập trình điều khiển PLC khơng chỉ thực hiện các lệnh Logic đơn giản mà cịn có
thêm các lệnh về định thì, đếm sự kiện, các lệnh về xử lý toán học, xử lý dữ liệu, xử
lý xung, xử lý thời gian thực...
Từ năm 1970 cho đến nay, bộ điều khiển lập trình PLC đã trở thành một thiết bị
không thể thiếu trong công nghiệp tự động.
Các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối các hệ thống PLC riêng lẻ thành một hệ
thống chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẻ. Tốc độ của hệ thống được cải
thiện, chu kỳ quét nhanh hơn. Bên cạnh đó, PLC được chế tạo có thể giao tiếp với các
thiết bị ngoại vi nhờ vậy mà khả năng ứng dụng của PLC được mở rộng hơn.
2.4. CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA PLC
2.4.1. Cấu trúc
PLC là một thiết bị cho phép thực hiện các thuật tốn điều khiển số thơng qua một
ngơn ngữ lập trình. Các bộ điều khiển PLC được sản xuất theo dịng sản phẩm. Khi
mới xuất xưởng chúng chưa có một chương trình cho một ứng dụng nào cả. Tất cả các
cổng logic cơ bản, chức năng nhớ, timer, couter, … được nhà chế tạo tích hợp trong
chúng và được kết nối với nhau bằng chương trình được viết bởi người dùng cho một
nhiệm vị điều khiển cụ thể nào đó. Tồn bộ chương trình điều khiển sẽ được lưu vào
trong bộ nhớ của PLC. Điều này làm cho PLC giống như một máy tính, nghĩa là có bộ


Thiết kế hệ thống rót nước đóng chai tự động điều khiển bằng plc s7-200

vi xử lý, một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu các chương trình hỗ trợ điều khiền, dữ liệu,
các cổng ra/vào để kết nối với các đối tượng điều khiển…. Như vậy có thể thấy cấu
trúc cơ bản của một PLC bao giờ cũng gồm các thành phần cơ bản sau:

- Bộ xử lý trung tâm.
-

Bộ nhớ chương trình.
Module đầu vào.
Module đầu ra.
Module phối ghép.

Hình 2. 1 Cấu trúc PLC
Module đầu vào với các chức năng chuẩn bị các tín hiệu bên ngồi để chuyển vào
PLC, nó chứa các bộ lọc và bộ thích ứng mức năng lượng, mạch phối ghép có lựa
chọn để ngăn cách giữa mạch trong và mạch ngoài.
2.4.2. Module đầu ra
Module đầu ra có cấu tạo tương tự như module đầu vào. Nó gửi thơng tin đầu ra đến
các phần tử của máy làm việc vì vậy nhiều module thích hợp với hàng loạt phố ghép
khác nhau đã được cung cấp.
2.4.3. Module phối ghép
Dùng để nối bộ điều khiển lập trình PLC với các thiết bị bên ngồi như: màn hình,
thiết bị lập trình hoặc nối với các panel mở rộng. Cũng có khi người ta lắp thêm các
module phụ để tạo ra các chức năng phụ, trong các trường hợp này cũng phải dùng
mạch phối ghép.
Nguyên lý hoạt động của PLC
Về cơ bản hoạt động của một PLC cũng khá đơn giản. Đầu tiên, hệ thống các cổng
vào/ra (Input/Output) (còn gọi là các Module xuất/nhập) dùng để đưa các tín hiệu từ


Thiết kế hệ thống rót nước đóng chai tự động điều khiển bằng plc s7-200

các thiết bị ngoại vi vào CPU (như các sensor, contact, tín hiệu từ động cơ, …). Sau
khi nhận được tín hiệu ở ngõ vào thì CPU sẽ xử lí và đưa các tín hiệu điều khiển qua

ngõ ra xuất ra các thiết bị được điều khiển.
2.4.4. Phân loại PLC
Về hình dạng: Có hai kiểu cơ cấu thông dụng với các hệ thống PLC là kiểu họp đơn
và kiểu modul nối ghép, kiểu họp đơn thường được sử dụng cho các thiết bị điều khiển
lập trình cỡ nhỏ và được cung cấp dưới dạng nguyên chiếc hoàn chỉnh.
Kiểu modul ghép nối: Gồm nhiều modul riêng cho bộ nguồn, CPU, cổng vào ra,
được lắp trên thanh ray.
Về số lượng các đầu vào/ra:
Căn cứ vào số lượng đầu vào/ra, ta có thể phân PLC làm bốn loại:
Micro PLC là loại có dưới 32 kênh đầu vào/ra
PLC nhỏ có đến 256 kênh vào/ra
PLC trung bình có đến 1024 kênh vào/ra
PLC cỡ lớn có trên 1024 kênh vào/ra
2.4.5. Ưu điểm trong tự động hố
Thời gian lắp đặt cơng trình ngắn, dễ dàng thay đổi nhưng khơng tốn kém về tài
chính, có thể tính tốn chính xác giá thành, cần ít thời gian làm quen, do phần mềm
linh hoạt nên tăng khả năng mở rộng và cải tạo công nghệ.
Ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng, độ tin cậy cao, dễ bảo trì, chỉ thị vào/ra
giúp xử lí sự cố dễ dàng và nhanh hơn, độ tin cậy cao, chuẩn hóa được phần cứng điều
khiển, thích ứng trong mơi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao động,
tiếng ồn, …
PLC có thể làm việc độc lập hoặc kết nối với nhau, các máy tính chủ tạo ra mạng
truyền thơng để điều khiển q trình, người ta gọi là SCADA.
2.5. ỨNG DỤNG
 Thu thập các tín hiệu và phản hồi từ các cảm biến.
 Liên kết ghép nối lại và đóng mở phù hợp với chương trình.
 Tính tốn và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở thơng tin thu được. Phân
phát các lệnh đó đến địa chỉ thích hợp Được ứng dụng nhiều trong sản xuất, trong
các nhà máy xí nghiệp. Dùng để điều khiển một quá trình hay một dây chuyền
sản xuất.

 Từ những ưu điểm vượt trội trên, hiện nay PLC đã được ứng dụng trong nền công
nghiệp với rất nhiều lĩnh vực như:


Thiết kế hệ thống rót nước đóng chai tự động điều khiển bằng plc s7-200

+ Công nghệ sản xuất: sản xuất giấy, sản xuất thuỷ tinh, sản xuất xi măng, sản
xuất xe ôtô, sản xuất vi mạch, may công nghiệp, lắp giáp Tivi, chế tạo linh kiện
bán dẫn, đóng gói sản phẩm
+ Xử lý hoá học, Chế biến thực phẩm
+ Hệ thống nâng vận chuyển
+ Điều khiển hệ thống đèn giao thông
+ Quản lý tự động bãi đậu xe
 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 ơtơ.

– Sản xuất vi mạch.
– Kiểm tra q trình sản xuất .
2.6. GIỚI THIỆU PLC S7-200 SIEMENS
2.6.1. Giới thiệu chung về plc s7-200
PLC viết tắt của Programable Logic Controler là thiết bị điều khiển logic lập trình
được, hay thiết bị logic khả trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều
khiển logic thơng qua một ngơn ngữ lập trình. Như vậy với chương trình điều khiển
trong PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn có thể dễ dàng thay đổi thuật toán điều
khiển và trao đổi thơng tin với mơi trường bên ngồi (PLC khác hoặc máy tính).


Thiết kế hệ thống rót nước đóng chai tự động điều khiển bằng plc s7-200

Dịng PLC S7-200 có hai họ là 21X (loại cũ) và 22X (loại mới), trong đó họ 21X
khơng cịn sản xuất nữa. Họ 21X có các đời sau: 210, 212, 214, 215-2DP, 216; họ 22X
có các đời sau: 221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM.
Bảng 2.2: Các dịng PLC S7-200
Đặc tính
CPU 221
Bộ nhớ
4096 bytes
chương trình

CPU 222

CPU 224

4096 bytes 8192 bytes

CPU 226

CPU 226XM

8192bytes

16384 bytes

Kích thước

90 x 80 x 62

90 x 80 x
62

Bộ nhớ dữ
liệu

2048 bytes

2048 bytes 5120 bytes

5120 bytes 10240 bytes

Sao lưu bộ
nhớ

50h

50h

190h

190h

190h

Vào/Ra

6 In/4 Out

8 In/6 Out

14 In/10
Out

24 In/16
Out

24 In/16 Out

Module mở
rộng

0 module

2 module

7module

7 module

7 module

4 at 30kHz
2 at 20kHz

4 at
30kHz
2 at
20kHz

6 at 30kHz
4 at 20kHz

6 at
30kHz
4 at
20kHz

6 at 30kHz
4 at 20kHz

2 at 20kHz

2 at
20kHz

2 at 20kHz

2 at

20kHz

2 at 20kHz

1

1

2

2

2

1 RS-485

1 RS-485

1 RS-485

2RS-485

2RS-485

Bộ đếm tốc
độ cao hơn,
kép
Xung đầu ra
(DC)
Analog điều

chỉnh
Đọc – Đồng
hồ thời gian
Cổng truyền
thơng
Nối – điểm
tốn
Kích thước

Có
256 (128 in, 128 out)

120.5 x 80 x 190 x 80 x
190 x 80 x 62
62
62