ứng dụng của PLC S7 200 Hệ thống đóng gói sản phẩm

Đồ án : Điều khiển và lập trình PLC Điện 3- k15
Lời mở đầu
Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ
thuật, điện tử, tự động hóa thì việc ứng dụng các công nghệ điện
tử, tự động hóa vào các dây chuyền sản xuất rất là quan trọng. Nó
đóng vai trò tích cực trong sự phát triển của các ngành công
nghiệp, tạo ra các sản phẩm có chất lượng cao, giá thành hạ, giảm
bớt sức lao động của con người, năng suất lao động nhờ thế mà
được nâng cao, thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế nói chung.
Việc áp dụng tự động hóa vào quá trình sản xuất nhờ các chương
trình phần mềm được cài sẵn theo yêu cầu của công nghệ sản xuất.
Để điều khiển hoạt động của các dây chuyền sản xuất đó, người ta
sử dụng kết hợp những bộ điều khiển dùng vi mạch điện tử, các bộ
xử lý, bộ điều khiển PLC và máy tính điều khiển.
Xuất phát từ tình hình thực tế tự động hóa tại các phân
xưởng, nhà kho và các khu vực điều hành quản lý vẫn đang tiếp
tục được nâng cao cùng với kiến thức đã được học trong trường,
chúng em đã nghiên cứu và thực hiện đề tài “Điều khiển hệ thống
đóng gói sản phẩm”. Đây chỉ là một phần nhỏ trong quy trình sản
xuất, tuy vậy chúng em mong rằng với đề tài này chúng em sẽ
củng cố được kiến thức đã được học trong trường và ứng dụng một
phần nhỏ trong sản xuất.
Do hạn chế về thời gian, kinh nghiệm thực tế, vừa tìm hiểu,
vừa học hỏi trong quá trình thực hiện nên không tránh khỏi thiếu
sót, chúng em rất mong nhận được sự đóng góp của thầy cô và các
bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.
I, Giới thiệu về hệ thống đóng gói sản phẩm
1.1 Công nghệ đóng gói sản phẩm
Đề tài : Điều khiển hệ thống đóng gói sản phẩm
1
Đồ án : Điều khiển và lập trình PLC Điện 3- k15

Ngày nay, tất cả các nhà máy và xí nghiệp trong công nghiệp
đều được trang bị các hệ thống tự động hoá ở mức độ cao. Các hệ
thống này nhằm mục đích nâng cao chất lượng sản phẩm, giải
phóng người lao động khỏi những vị ttrí làm việc độc hại …
Các hệ thống tự động hoá giúp chúng ta theo dõi, giám sát các
quy trình công nghệ thông qua các chỉ số của hệ thống điều khiển.
Các hệ thống tự động hoá thực hiện chức năng điều chỉnh các
thông số công nghệ nói riêng và điều khiển toàn bộ quy trình công
nghệ hoặc toàn bộ xí nghiệp nói chung. Chất lượng của sản phẩm
và năng xuất lao động của các phân xưởng, của từng nhà máy, xí
nghiệp phụ thuộc và chất lượng làm việc của hệ thống tự động hoá
này. Việc đưa PLC S7-200 của Siemenes vào điều khiển dây
chuyền đóng gói sản phẩm của một nhà máy hay xí nghiệp là rất
cần thiết và quan trọng.
Kỹ thuật đóng gói sản phẩm từ trước đến nay không ngừng
phát triển. Do vậy việc nâng cao các tính năng chất lượng sản
phẩm là yếu tố sống còn của doanh nghiệp hiện nay, hiệu quả của
nền sản xuất phải đảm bảo 5 yếu tố:
• Tốc độ sản xuất ra một sản phẩm của thiết bị và dây chuyền
phải nhanh.
• Giá nhân công và vật liệu làm ra sản phẩm phải hạ.
• Chất lượng cao và ít phế phẩm.
• Thời gian chết của máy móc là tối thiểu.
• Máy sản xuất có giá rẻ.
Nếu trước đây, công nghệ đóng gói sản phẩm còn bị coi nhẹ
thì ngày nay, đây là khâu rất quan trọng vì nó quyết định sự hoàn
hảo của sản phẩm, công nghệ đóng gói sản phẩm không những
Đề tài : Điều khiển hệ thống đóng gói sản phẩm
2
Đồ án : Điều khiển và lập trình PLC Điện 3- k15

đảm bảo sự hoàn hảo của sản phẩm mà nó còn dẫn tới sự thành
công của một nhà máy hay xí nghiệp .
Công nghệ đóng đóng gói sản phẩm từng thùng đòi hỏi độ
chính xác cao, làm sao phải sắp đặt cho mỗi sản phẩm đó có sự
đồng đều và có một khoảng cách nhất định, làm sao cho các sản
phẩm khi đưa vào hộp tránh có lỗi dẫn đến hỏng cả một dây
chuyền sản phẩm.
Kết thúc công đoạn đóng gói sản phẩm thì thùng sản phẩm
được đưa đến khâu cuối cùng, đó là dán nhãn. Công đoạn này đòi
hỏi người lao động phải trực tiếp làm để hoàn thành một sản phẩm.
1.2 Cấu tạo hệ thống đóng gói sản phẩm
• Nút khởi động là nút dừng
Lựa chọn nút bấm loại: Control-Station-Button-Sưitch
Hình: Nút khởi động và nút dừng.
Các nút bấm khởi động là nút bấm đơn thường mở: Bình
thường các tiếp điểm của nó ở trạng thái mở tương ứng đầu vào
mức logic OFF. Khi ấn nút, khi đó các tiếp điểm ở trạng thái đóng
tương ứng đầu vào mức logic 1. Tín hiệu này tác động cho hệ làm
việc hoặc dừng.
Đề tài : Điều khiển hệ thống đóng gói sản phẩm
3
STOP
START
D
T
U
r
E
cc
R

2
R
1
Đồ án : Điều khiển và lập trình PLC Điện 3- k15
• Hệ thống đóng gói sản phẩm gồm :
 Động cơ băng tải thứ nhất : kéo băng tải thứ nhất là băng
chuyền sản phẩm, nó có nhiệm vụ đưa sản phẩm vào trong
hộp khi có hộp chờ sẵn. Hộp đó được đặt ở băng tải thứ hai.
 Động cơ băng tải thứ hai : kéo băng băng tải thứ hai là băng
chuyền hộp, nó có trách nhiệm đưa hộp nằm đúng vị trí
nhận sản phẩm.
• Hệ thống có 2 cảm biến
 Cảm biến thứ nhất (CB1): để phát hiện và đếm số sản
phẩm.
Các cảm biến sử dụng có tác dụng đếm số lượng sản phẩm và
thùng, khi tác động chuyển trạng thái từ OFF sang ON, các bít
tương ứng có logic là “1” tác động làm cho động cơ chạy hoặc
dừng làm cho băng tải hoat động hoặc dừng.
 Cảm biến thứ hai (CB2): dùng để phát hiện hộp.
Các cảm biến này có tác dụng xác định vị trí dừng của hộp.Khi
nó tác động chuyển từ trạng thái ON sang OFF, các Bit tương
ứng có mức logic từ ‘1’ sang trạng thái ‘0’
Sơ đồ sensor quang
Gồm có:
+ Điện chở R
1
mắc nối tiếp với Diôt quang có tác dụng hạn chế
dòng qua Diôt.
Đề tài : Điều khiển hệ thống đóng gói sản phẩm
4

Đồ án : Điều khiển và lập trình PLC Điện 3- k15
+ Điên trở R
2
mắc nối tiếp với Transistor, có tác dụng bảo vệ
Transistor.
+ Diot quang có tác dụng phát ra tia hồng ngoại cấp xung điền
khiển cho Transistor.
+ Transistor có tác dụng khi có tác dụng đóng mở để đưa ra
điện áp điều khiển.
+ Bình thường điôt phát ra tia hồng ngoại và Transistor nhận
được tín hiệu kích mở cho dòng điện đi qua từ + E
CC
→ R
2
→
T → Mass. Khi đó ra bằng +Ecc tương ứng bít đi kèm có mức
logic “1”
+ Khi có một vật đi qua tia hồng ngoại bị chắn lại và phản xạ
điôt. Khi đó Transistror không có tín hiệu kích mở điện áp
đầu ra bằng 0V, tương ứng bít đi kèm có mức lôgic “0”.
• Hệ thống cung cấp điện :Dùng nguồn cung cấp 24/28 (V),
được lấy qua cảm biến rồi được chỉnh lưu cuối cùng cung
cấp cho PLC.
• Lựa chọn động cơ để kéo băng tải thùng và băng tải sản
phẩm
Để kéo băng tải thùng và băng tải sản phẩm ta lựa chọn động
cơ điện xoay chiều không đồng bộ 3 pha. Dùng động cơ điện xoay
chiều 3 pha không đồng bộ có giá thành rẻ, dễ dàng sử dụng và vận
hành. Được sử dụng nhiều trong thực tế. Tuy nhiêm đối với băng
tải nhỏ có thể sử dụng động cơ điện một chiều.

• Yêu cầu của hệ thống đóng gói sản phẩm :
- Hoạt động tự động từ khâu đưa thùng đến nhận sản phẩm đến
khâu đưa sản phẩm đến thùng.
- Đếm chính xác lượng sản phẩm đủ theo yêu cầu kỹ thuật.
- Dừng hộp đúng vị trí để nhận sản phẩm.
Đề tài : Điều khiển hệ thống đóng gói sản phẩm
5
Đồ án : Điều khiển và lập trình PLC Điện 3- k15
- Hai dây chuyền phải hoạt động nhịp nhàng.
- Độ an toàn lao động phải được đảm bảo tuyệt đối.
1.3 Nguyên lý hoạt động của dây chuyền đóng gói sản phẩm
Khi ta nhấn nút START để khởi động hệ thống thì động cơ thứ
hai hoạt động kéo băng tải thùng di chuyển. Khi có một thùng đi
đến vị trí băng tải sản phẩm thì cảm biến thứ nhất (CB2 – dùng để
phát hiện thùng) hoạt động làm băng tải thùng dừng lại và khởi
động động cơ thứ nhất hoạt động và kéo băng tải sản phẩm di
chuyển để đưa sản phẩm vào thùng.
Cảm biến thứ nhất (CB1) dùng để phát hiện và đếm sản phẩm
khi số lượng sản phẩm đạt yêu cầu thì hệ thống sẽ điều hiển động
cơ thứ nhất dừng lại, và khởi động động cơ thứ hai cho băng tải
thùng di chuyển và một thùng rỗng tiếp tục dừng lại ở cảm biến
thứ hai (CB2). Cứ như vậy chu trình được lặp lại, khi muốn dừng
hệ thống thì ta nhấn nút STOP.
1.4 Sơ đồ nguyên lý mạch động lực
Đề tài : Điều khiển hệ thống đóng gói sản phẩm
6
Đồ án : Điều khiển và lập trình PLC Điện 3- k15
1.5 Các tín hiệu cần điều khiển
• Tín hiệu ngõ vào
Điện áp mức logic 1: 15-30 VDC, dòng nhỏ nhất 4mA; 35VDC là

thời gian tức thời ở 500 ms
Trạng thái mức logic 1 chuẩn : 24 VDC, 7mA
Trạng thái mức logic 0: tối đa 5VDC,1mA
Đáp ứng thời gian lớn nhất ở các chân I0.0 đên I0.3 : có thể chỉnh
từ 0.2 đến 8.7 ms. Thời gian mặc định là 0.2ms
Sự cách ly về quang 500 VDC
• Tín hiệu ngõ ra
Kiểu đầu ra: Relay hoặc Transistor cấp dòng điện
Đề tài : Điều khiển hệ thống đóng gói sản phẩm
7
Đồ án : Điều khiển và lập trình PLC Điện 3- k15
Điện áp mức 1:24,4 đến 28.8 VDC
Dòng tải tối đa : 2A/điểm ; 8A/common
Quá dòng : 7A với contac đóng
Điện trở cách ly : nhỏ nhất 100 MΩ
Thời gian chuyển mạch tối đa : 10 ms
Điện trở công tắc: 200mΩ
Chế độ bảo vệ ngắn mạch : không có
2, Sơ đồ ghép nối hệ thống vơi PLC S7 200-CPU 224
2.1 Bảng địa chỉ
• Phân định đầu vào
STT Tên thiết bị đầu vào Địa chỉ bit
1
Nút ấn dừng dây chuyền (STOP)
I0.1
2
Nút ấn khởi động dây chuyền
(START)
I0.0
3

Cảm biến 1 nhận hộp
I0.2
4
Cảm biến 2 nhận sản phẩm
I0.3
• Phân định đâu ra
STT Tên thiết bị đầu ra Địa chỉ bit
1
Băng tải sản phẩm
Q0.0
2
Băng tải hộp
Q0.1
2.2 Sơ đồ kết nối PLC
Đề tài : Điều khiển hệ thống đóng gói sản phẩm
8
Đồ án : Điều khiển và lập trình PLC Điện 3- k15

3,Lưu đồ thuật toán
Đề tài : Điều khiển hệ thống đóng gói sản phẩm
9
Đồ án : Điều khiển và lập trình PLC Điện 3- k15
4, Viết chương trình điều khiển trên PLC S7 200-CPU
224
Đề tài : Điều khiển hệ thống đóng gói sản phẩm
10
Đồ án : Điều khiển và lập trình PLC Điện 3- k15
PROGRAM COMMENTS
Network 1 ẤN NÚT KHỞI ĐỘNG
Network Comment

I.00 M0.0
P S
Network 2 BĂNG TẢI THÙNG HOẠT ĐỘNG
M0.0 M0.1 M0.4 Q0.0
Network 3 ĐẾM THÙNG
I0.2 C1
CU CTU
Q0.0
P R
1 PV
Network 4 CB1 TÁC ĐỘNG LÀM BĂNG TẢI THÙNG DỪNG
C1 M0.1
Đề tài : Điều khiển hệ thống đóng gói sản phẩm
11
Đồ án : Điều khiển và lập trình PLC Điện 3- k15
S
1
M0.4
S
1
Network 5 BĂNG TẢI SẢN PHẨM HOẠT ĐỘNG
M0.0 M0.1 M0.2 Q0.1
Network 6 CB2 ĐẾM SỐ LƯỢNG SẢN PHẨM CHO VÀO 1 THÙNG
C2
I0.3
CD CTD
Q0.1
P LD
10 PV
Network 7 ĐỦ SỐ LƯỢNG SẢN PHẨM,CB2 TÁC ĐỘNG DÙNG BĂNG TẢI SẢN

PHẨM VÀ KHỞI ĐỘNG BĂNG TẢI THÙNG
C2 M0.1
R
1
M0.4
R
1

Network 8 THEO DÕI BĂNG TẢI SẢN PHẨM
Q0.1 T38
Đề tài : Điều khiển hệ thống đóng gói sản phẩm
12
Đồ án : Điều khiển và lập trình PLC Điện 3- k15
IN TON
500 PT 100ms
Network 9 THEO DÕI BĂNG TẢI THÙNG
Q0.0 T37
IN TON
70 PT 100ms
Network 10
T37 M0.3
S
1
T38
Network 11 CẢNH BÁO BẰNG CHUÔNG KHI CÓ SỰ CỐ
M0.3 Q0.2
Network 12 DỪNG TOÀN BỘ HỆ THỐNG
I0.3 M0.0
R
5

Giải thích
• Đầu tiên ta nhấn nút ON để khởi động dây truyền, I0.0 sẽ set
M0.0 lên mức 1, lúc đó M0.0 đóng tiếp điểm khởi động DC1.
Cảm biến 1 ( I0.2) dùng để phát hiện thùng, khi có một thùng
Đề tài : Điều khiển hệ thống đóng gói sản phẩm
13
Đồ án : Điều khiển và lập trình PLC Điện 3- k15
đi ngang qua vị trí của nó thì nó sẽ tác động lên bộ đếm C1,
tiếp điểm của C1 tác động làm Q0.0 mất điện Q0.1 có điện,
dây chuyền thùng dừng lại và dây chuyền sản phẩm bắt đầu
hoạt động. Cảm biến CB2 sẽ tác động vào bộ đếm C2 khi có
một sản phẩm đi ngang qua nó. Khi đủ số lượng sản phẩm
cần thiết (10 sp) thì tiếp điểm C2 tác động làm dừng băng tải
sản phẩm và khởi động lại băng tải thùng. Quá trình làm việc
được lặp lại.
• Bộ tạo trễ T37 và T38 được dùng để theo dõi sự hoạt động
của hai băng chuyền, nếu một trong hai băng chuyền hoạt
động quá thời gian đặt trước thì nó sẽ tác động lên M0.2 làm
dừng toàn bộ hệ thống đồng thời phát tín hiệu báo động ra
chuông. Muốn ngừng toàn bộ hệ thống ta ấn nút OFF.
Đề tài : Điều khiển hệ thống đóng gói sản phẩm
14