dùng PLC dùng của hãng siemens thiết kế trương trình điều khiển cho hệ thống điều khiển trạn dán túi

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
LỜI NÓI ĐẦU.
Trong sản xuất công nghiệp, kỹ thuật điều kiển tự động là lĩnh vực không thể
thiếu.Có rất nhiều ưu điểm mang lại cho sản xuất trong việc tự động hóa sản
xuất:
Cải thiện chất lượng và hạ giá thành sản phẩm.
Tối ưu hóa hiệu suất làm việc của hệ thống.
Giảm tải đối với người vận hành nghững công việc mang tính chất lặp đi lặp lại.
Trong khoảng thời gian 30 năm trở lại đây, nhu cầu kỹ sư phục vụ trong quá trình
tự động hóa ngày càng lớn. Kinh doanh, sản xuất, lợi nhuận ngày càng phụ thuộc
vào quá trình sản xuất, tự động hóa trong sản xuất. Xuất phát từ nhu cầu thực tế
đó việc nghiên cứu và sử dụng PLC (Programmable Logic Controller, là các thiết
bị điều khiển lập trình được khả trình cho phép thực hiện một cách linh hoạt các
thuật toán điều khiển thông qua một ngôn ngữ lập trình) ngày càng trở nên phổ
biến trong nhiều lĩnh vực trong cuộc sống (điều kiển tín hiệu đèn giao thông, tự
động hóa các dây truyền sản xuất, điều khiển thang máy…)
Ưu điểm của hệ thống điều kiển tự động sử dụng phần mềm PLC.
Bảng so sánh giữa các hệ thống điều khiển tự động :
Đặc tính kỹ
thuật
Giá thành
Kích thước
Tốc độ
Độ bền

Hệ thống rơle
điện từ
Trung bình
Lớn
Chậm
Cao

Thấp
Rất nhỏ
Rất nhanh
Khá

Phức tạp

Hệ thống
PC
Thấp
Nhỏ gọn
Nhanh
Trung bình
khá
Trung bình

Thiết kế hệ
thống
Vận hành hệ
thông phức tạp
Lắp đặt hệ
thống
Thay đổi cấu
hình
Bảo trì hệ
thống

Hệ thống PLC

Không nên

Có khả năng

Có khả năng

Phức tạp

Trung bình

Đơn giản

Khó

Dễ

Rất dễ

Khó khăn

Dễ

Rất dễ

Đơn giản


Dựa vào bảng trên ta có thể thấy được những ưu điểm vượt trội của PLC so với
các cách điều kiển tự động khác trong việc ứng dụng thực tế. Ngoài các tính năng
nổi bật trong bảng trên PLC còn có các ưu điểm khi sử dụng như:

Có thể chịu được môi trường làm việc khắc nhiệt như: nhiễu điện từ, nhiễu điện,
độ rung lớn, nhiệt độ cao, độ ẩm lớn… -Có tính năng dễ duy trì bảo quản hệ
thống.
Hệ thống Plc được cấu trúc và thực thi theo kiểu tuần tự.
Hệ thống Plc có thể phục hồi sau sự cố mất nguồn rất nhanh…
Chính vì vậy PLC và các ứng dụng của nó được dùng rất rộng rãi trong thực tế.
Hiện nay có nhiều hãng sản xuất PLC như: Siemens, Mitsubitshi Elictric, Omron,
General Elictric…..
Đề bài: Thiết kế trương trình điều khiển cho hệ thống điều khiển trạn dán
túi.thiết kế PLC dùng của hãng siemens.
(đề bài : P-4)

MỤC LỤC
Chương 1: Phân tích nguyên lý làm việc hệ thống điều khiển


Chương 2: Biểu đồ chức năng điều khiển
Chương 3: Phân tích lựa chọn PLC
Chương 4: Sơ đồ lập trình LAD(THEO CHUẨN IEC)
Chương 5: Mô phỏng
Chương 6: Chương trình LAD khi có điều khiển bằng tay
Chương 7: Giao diện WinCC (nâng cao)
Kết luận

Chương 1: Phân tích nguyên lý làm việc hệ thống điều khiển
I.

Yêu cầu

Yêu cầu trong bài này chúng ta sẽ thiết kế trạm dán túi được mô phỏng theo hình

vẽ. Khi hệ thống đang hoạt động, nhấn nút khởi động không ảnh hưởng tới hệ
thống. Khi nhấn nút dừng (không tích cực), hệ thống ngừng hoạt động nếu băng
chuyền đang hoạt động. Người vận hành không thể dừng hệ thống khi hai thanh


nhiệt đang kẹp hoặc di chuyển. Nếu hệ thống đang ngừng hoạt động, nhấn nút
khởi động thì hệ thống sẽ tiếp tục làm việc ở trạng thái trước khi ngừng.
Nút RESET khi tích cực sẽ khởi tạo hệ thống. Khi nút RESET tích cực, cuộn hút
nội tích cực với giả thiết không có túi trong trạm. Nếu hệ thống đang hoạt động,
nút bấm RESET không có tác dụng. Khi hệ thống đang dừng, nhấn nút RESET,
hệ thống được trả về trạng thái ban đầu, nếu nhấn nút khởi động, hệ thống sẽ hoạt
động như khi nhấn nút khởi động lần đầu tiên.
Hình P6.4Hệ thống điều khiển trạm dán túi; (a). Nhìn từ phía trước; (b). Nhìn từ bên khi hai thanh
nhiệt nhả; (c). Nhìn từ bên khi hai thanh nhiệt khép lại
Băng chuyền
Túi
Túi
Xilanh
Xilanh
Thanh nhiệt
Túi dán

II.

Các bước,điều kiện chuyển tiếp của các bước và cơ cấu điều khiển

Bước
1
2
3

4

Tên bước
Chờ sản phẩm tới
Ép 2 thanh nhiệt
Ép trong 1 giây
Tách 2 thanh nhiệt

Điều kiện chuyển tiếp
PE1
LS1
T#1s
LS2

Cơ cấu điều khiển
MOTOR
BAR_IN
Timer 1s
BAR_OUT

Trong đó:
PE1:

Cảm biến quang, không tích cực khi có túi trong trạm

LS1:

Khóa giới hạn 1, tích cực khi hai thanh nhiệt kẹp tối đa

LS2:

Khóa giới hạn 2, tích cực khi hai thanh nhiệt nhả tối đa

MOTOR: Điều khiển động cơ băng chuyền, tích cực khi chạy băng chuyền.
BAR_IN: Cơ cấu điều khiển kẹp hai thanh nhiệt, tích cực khi cần kẹp.
BAR_OUT: Cơ cấu điều khiển nhả hai thanh nhiệt, tích cực khi cần nhả.
III.

Đầu vào,ra:

Đầu vào: START_PB, STOP_PB, RESET_PB, PE1, LS1, LS2


Đầu ra: MOTOR, BAR_IN, BAR_OUT

Chương 2: Biểu đồ chức năng điều khiển


CHƯƠNG 3 : Phân tích lựa chọn PLC
I . GIỚI THIỆU S7-300


- PLC S7-300 là thiết bị điều khiển logic khả trình cỡ trung bình.
- Thiết kế dựa trên tính chất của PLC S7-200 và bổ sung các tính năng mới
- Kết cấu theo kiểu các module sắp xếp trên các thanh rack.

Ứng dụng trong sản xuất và dân dụng như:
- Điều khiển robot công nghiệp
- Hệ thống xử lý nước sạch
- Điều khiển trong các cẩu trục

- Điều khiển dây chuyền băng tải.
- Máy chế tạo công cụ
- Máy dệt may v.v...
II .CPU S7-300
- Chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thời gian, bộ đếm, cổng
truyền thông (RS485)… và có thể có vài cổng vào/ra số onboard.
- PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau, được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong
CPU như CPU312, CPU314, CPU315, CPU316, CPU318…
- Với các CPU có hai cổng truyền thông, cổng thứ hai có chức năng chính là phục
vụ việc nối mạng phân tán có kèm theo những phần mềm tiện dụng được cài đặt


sẵn trong hệ điều hành. Các loại CPU này được phân biệt với các CPU khác bằng
tên gọi thêm cụm từ DP
Một số đặc tính kỹ thuật của một số CPU S7-300

III . CÁC MODULE MỞ RỘNG
Các module mở rộng của PLC S7-300 chia làm 5 loại:
- Power Supply (PS): module nguồn nuôi, có 3 loại là 2A, 5A và 10A.
- Signal Module (SM): module tín hiệu vào ra số, tương tự.
- Interface Module (IM): module ghép nối, ghép nối các thành phần mở rộng lại
với nhau. Một CPU có thể làm việc trực tiếp nhiều nhất 4 rack, mỗi rack tối đa 8
Module mở rộng và các rack được nối với nhau bằng Module IM.
- Function Module (FM): module chức năng điều khiển riêng. Ví dụ module điều
khiển động cơ bước, module điều khiển PID
- Communication Processor (CP): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa
các bộ PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính.
IV . Kết nối
PlC S7-300 có thể kết nối với nhiều chuẩn mạng khác nhau như
PROFIBUS, CAN, DeviceNet, ASi.

V . Profibus
Là một tiêu chuẩn mạng trường mở quốc tế theo chuẩn mạng trường châu
Âu EN 50170 và EN 50254. Trong sản xuất, các ứng dụng tự động hóa quá trình
công nghiệp và tự động hóa tòa nhà, các mạng trường nối tiếp (serial fieldbus) có


thể hoạt động như hệ thống truyền thông, trao đổi thông tin giữa các hệ thống tự
động hóa và các thiết bị hiện trường phân tán. Chuẩn này cũng cho phép các thiết
bị của nhiều nhà cung cấp khác nhau giao tiếp với nhau mà không cần điều chỉnh
giao diện đặc biệt. PROFIBUS sử dụng phương tiện truyền tin xoắn đôi và RS485
chuẩn công nghiệp trong các ứng dụng sản xuất hoặc IEC 1158-2 trong điều khiển
quá trình. Profibus cũng có thể sử dụng Ethernet/TCP-IP.
VI . CAN
Viết tắt của Controller Area Network và được tạm dịch là Mạng Điều Khiển
Vùng. Mạng CAN ra đời gần như đáp ứng nhiều vấn đề cho các hệ thống điện
trong xe, với truyền tải dữ kiện trên 2 dây dẫn, tốc độ truyền tải cao, độ sai số rất
thấp, độ tin cậy cao. Các hệ thống điện đã được nối với nhau bởi mạng CAN 2 dây
này.
VII . DeviceNet
Là một hệ thống bus được hãng Allen-Bradley phát triển dựa trên cơ sở của
CAN, dùng để nối mạng cho các thiết bị đơn giản ở cấp chấp hành. Sau này, chuẩn
DeviceNet được chuyển sang dạng mở dưới sự quản lý của hiệp hội ODVA (Open
DeviceNet Vendor Asscociation) và được dữ thảo chuẩn hóa IEC 62026-3.
VIII . Hệ thống AS-I (Actuator Sensor Interface)
Là hệ thống kết nối cho cấp thấp nhất trong hệ thống tự động hóa. Các cơ
cấu chấp hành và cảm biến được nối với trạm hệ thống tự động qua bus giao tiếp
AS (AS-I bus). AS-I là kết quả phát triển hợp tác của 11 hãng sản xuất thiết bị cảm
biến và cơ cấu chấp hành có tên tuổi trong công nghiệp, trong đó có SIEMENS
AG, Festo KG, Peppert & Fuchs GmbH.
IX . Ngôn ngữ lập trình

- PLC S7-300 được lập trình qua các ngôn ngữ như: Step 7 (LAD/FBD/STL),
SCL, GRAPH, HiGrap
- Dạng LAD: Phương pháp hình thang, thích hợp với những người quen thiết kế
mạch điện tử logic.
- Dạng STL: Phương pháp liệt kê. Là dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của
máy tính. Mỗi một chương trình được ghép bởi nhiều câu lệnh, mỗi câu lệnh có
cấu trúc chung gồm “tên lệnh + toán hạng”.
- Dạng FBD: Phương pháp hình khối. Là kiểu ngôn ngữ đồ họa dành cho người có
thói quen thiết kế mạch điều khiển số.


- Dạng SCL: Có cấu trúc gần giống với ngôn ngữ dạng STL nhưng được phát triển
nhiều hơn. Nó gần giống với các ngôn ngữ bậc cao như Pascal để người lập trình
dễ thao tác.

CHƯƠNG 4: Sơ đồ lập trình LAD(THEO CHUẨN IEC)
I.

Khai báo đầu vào, đầu ra,biến nội theo mô tả sau.


II.

Sơ đồ lập trình LAD(THEO CHUẨN IEC)
Trong bài này thiết kế theo siemen s7 300, mô phỏng theo phần mềm
PLCsim

CHƯƠNG 5: Mô phỏng
I.

Bảng điều khiển và mô phỏng hoạt động các bước khi dùng phần mềm
S7-PLCSim.

II.

Mô phỏng hoạt động.
- Khi bấm nút start (I0.0). khởi tạo các biến trạng thái. Cuộn hút RUN (M0.0)
được cấp điện. Theo thiết kế khi bỏ nút bấm start thì cuộn hút run luôn được
cấp điện, vẫn duy trì trạng thái hoạt động để chuẩn bị cho các bước sau.


- Kiểm tra an toàn. Nếu tất cả các bước không làm việc, set bước 1 và thoát ra
khỏi bước khởi tạo. động cơ motor (Q0.0) bắt đầu quay đưa sản phẩm vào vị
trí dán.

- Khi sản phẩm đến vị trí dán cảm biến quang PE1 (I1.0) tích cực. hệ thống
được set sang bước 2, reset bước 1.


- Khi sang bước 2 cơ cấu điều khiển ép 2 thanh nhiệt Bar_In (Q0.1) hoạt động
đến khi khóa giới hạn LS1(I1.1) tích cực hệ thống set sang bước 3 và reset
bước 2.

- Khi sang bước 3.theo thiết kế và đặt thời gian ở bộ định thời thì sau khi sang
bước 3 (M0.3) tích cực được 1s thì hệ thống set sang bước 4 và reset bước 3.
Khi khóa giới hạn LS2 tích cực sẽ reset bộ định thời.

- Khi sang bước 4 cơ cấu điều khiển tách 2 thanh nhiệt Bar_out (Q0.2) điều
khiển tách 2 thanh nhiệt ra cho đến khi khóa giới hạn LS2 (I0.2) tích cực hệ
thống set về bước 1 và reset bước 4.hệ thống cứ thế hoạt động lặp đi lặp lại.

- Khi hệ thống có sự cố xảy ra.chúng ta có thể dừng khẩn cấp hệ thống và
reset các bước.theo yêu cầu của bài toàn thì không thể tạm dừng khi 2 thanh
nhiệt đang ép và khi đang di chuyển.



CHƯƠNG 6: Chương trình LAD khi có điều khiển bằng tay
I.

Khai báo đầu vào, đầu ra,biến nội theo mô tả sau.

II.

Bảng điều khiển và mô phỏng hoạt động các bước khi dung phần mềm
S7-PLCSim.

III.

Sơ đồ lập trình LAD(THEO CHUẨN IEC)
Trong bài này thiết kế theo siemen s7 300, mô phỏng theo phần mềm
PLCsim

- Ở trong chương trình này chúng ta có 2 cách điều khiển hệ thống đó là bằng
tay (Manual) hoặc tự động (Auto) . Khi ta nhấn start, chọn “Auto” hệ thống
sẽ hoạt động ở chế độ tự động như đã mô phỏng trong chương V
- Khi ở chế độ bằng tay chúng ta có thể điều khiển quá trình hệ thống theo ý
muốn.nhưng chú ý chúng ta cũng chỉ có thể điều khiển đến khóa giới hạn
của các quá trình như ép 2 thanh nhiệt và nhả 2 thanh nhiệt.khi điều khiển
bằng tay đến khóa giới hạn.bước đó sẽ tự động dừng lại.


CHƯƠNG 7: Giao diện WinCC (nâng cao)
- WinCC là một hệ thống HMI (Human Machine Interface: tức là giao diện giữa
người và máy) cho phép các hoạt động và chấp hành của các quy trình chạy trong
máy. Truyền thông giữa WinCC và máy diễn ra thông một hệ thống tự động.
- WinCC được dùng để hiện thị quá trình và cấu hình một giao diện đồ hoạ người
dùng. Bạn sẽ sử dụng giao diện người dùng để hoạt động và quan sát quá trình.
WinCC cung cấp các khả năng sau:
- WinCC cho phép bạn quan sát quá trình. Quá trình này được hiển thị đồ hoạ trên
màn hình. Màn hình hiển thị được cập nhật mỗi lần một trạng thái trong quá trình
thay đổi.
- WinCC cho phép bạn vận hành quy trình. Ví dụ, bạn có thể chỉ ra một điểm đặt
từ giao diện người dùng hoặc bạn có thể mở một van.
- WinCC cho phép bạn giám sát quá trình. Một cảnh báo sẽ báo hiệu một cách tự
động trong sự kiện của một trạng thái quá trình nghiêm trọng. Nếu một giá trị được
định nghĩa trước bị vượt quá, một thông báo sẽ xuất hiện trên màn hình.
- WinCC cho phép bạn lưu trữ quá trình. Khi làm việc với WinCC, những giá trị
quá trình có thể hoặc được in ra hoặc được lưu trữ theo kiểu điện tử. Điều này tạo
điều kiện cho thu thập thông tin của quy trình và cho phép truy cập tiếp theo đến
dữ liệu sản sinh ra trong quá khứ.

Graphics Designer: Thực hiện chức năng mô phỏng và hoạt động qua các đối
tượng đồ họa của chương trình WinCC, Windown, I/O ... và các thuộc tính hoạt
động (Dynamic)
Alarm Logging: Thực hiện việc hiển thị các thông báo hay các cảnh báo khi hệ
thống vận hành. Nhận các thông tin từ các quá trình, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ
chúng. Đồng thời còn giúp ta phát hiện ra lỗi.
Report: Tạo ra các thông báo, kết quả. Và các thông báo này được lưu trữ dưới
dạng nhật ký sự kiện.
User Achivers: Cho phép người dùng sử dụng lưu truwxtuwf chương trình ứng
dụng và có khả năng trao đổi với các thiết bị khác. Trong WinCC, các công thức và
ứng dụng có thể soạn thảo, lưu trữ và sử dụng trong hệ thống.
Ngoài ra, WinCC còn kết hợp với Visual C++, Visual Basic tạo ra một hệ thống
tinh vi và phù hợp cho từng hệ thống tự động hóa chuyên biệt.