phan loai san pham su dung plc s7 1200

MỤC LỤC


DANH MỤC HÌNH VẼ

2


DANH MỤC BẢNG BIỂU

3


Đồ Án Tốt Nghiệp

LỜI NÓI ĐẦU
Với mục tiêu đưa đất nước ngày càng phát triển giàu mạnh, hiện đại tiến tới
hội nhập cùng thế giới thì phát triển trong công nghiệp đóng vai trò quyết định
trong quá trình đó. Đòi hỏi ngành công nghiệp phải có được năng suất lao động
cao, giảm thiểu sức lao động của con người, do đó áp dụng các hệ thống tự động
hóa trong công nghiệp là một giải pháp thiết thực.
Ngày nay, việc ứng dụng các bộ điều khiển logic khả trình như PLC ngày
càng được sử dụng rộng rãi. Đặc biệt là các dòng sản phẩm PLC của Siemens. Nó
mạng lại hiệu quả hoạt động ổn định, chính xác, bền bỉ và thích ứng với nhiều môi
trường khắc nghiệt trong công nghiệp. Do đó em chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế
hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng PLC S7-1200” với mục đích tạo môi
trường thựchành và ứng dụng những lí thuyết được học về PLC vào những mô hình
thực tế. Qua đó có được những kĩ năng cơ bản về lập trình, kết nối và ứng dụng
PLC trong thực tế sau này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong bộ môn tự động hóa đã tận tình
chỉ bảo, tạo điều kiện và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đồ án, đặc biệt

là thầy giáo TS. Nguyễn Văn Vinh giảng viên hướng dẫn chính bản đồ án này.

GVHD: TS. Nguyễn Văn Vinh

Page 4


Đồ Án Tốt Nghiệp
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
1.1 Đặt vấn đề
Ở nước ta hiện nay tuy có nhiều sức lao động và việc thuê nhân công rẻ nhưng
bên cạnh đó do là con người thủ công nên có thể sai xót và không được ổn định.
Tuy vậy việc công nhân dồi dao nhưng nguồn lực chất lượng cao còn hạn chế, tác
phong làm việc còn hạn chế. Năm 2010, có đến 19,5 triệu lao động Việt Nam đang
làm việc trong các ngành nghề không đòi hỏi về trình độ chuyên môn hoặc chuyên
môn thấp. Phần lớn các doanh nghiệp đều phải đào tạo nghề cho công nhân. Công
nhân không lành nghề dẫn đến sản phẩm chất lượng thấp, năng suất không cao, sản
phẩm làm ra sẽ không nhiều trong cùng một đơn vị thời gian.
Các hoạt động thủ công của thương ta nói chung và các hoạt động phân loại sản
phẩm thủ công nói riêng thì vẫn còn tốn khá nhiều công sức của nhân công. Những
ngành nghề phân loại sản phẩm độc hại như phân loại rác hoặc phân loại những
chất hóa học độc hại thì công nhân tham gia hoạt động phân loại khá nguy hiểm
đến sức khỏe và cũng như ảnh hưởng đến năng xuất của quá trình.
Tốc độ đổi mới công nghệ còn chậm, chưa đồng đều và chưa có định hướng
phát triển rõ rệt. Phần lớn các doanh nghiệp của nước ta sử dụng các công nghệ tụt
hậu so với các nước trên thế giới từ 2-3 thế hệ. 80%-90% công nghệ nước ta đang
sử dụng là công nghệ nhập khẩu. 76% công nghệ máy móc nhập khẩu thuộc thập
niên 50-60, 50% là công nghệ là đồ tân trang. Sự lạc hậu về công nghệ sẽ tạo ra
chất lượng sản phẩm thấp, điều này sẽ gây cho hàng hóa của chúng ta gặp rất nhiều
khó khắn trong vấn đề cạnh tranh về giá cả trên thị trường.

Trên thế giới đã ứng dụng nhiều về những hệ thống tự động hóa trong sản xuất
và họ đang nhân mạnh mô hình. Số lượng công nhân chất lượng cao khá lớn, trình
độ chuyên môn cao dẫn đến chất lượng sản phẩm cũng như giá thành hết sức cạnh
tranh không chỉ trong nước mà còn suất khẩu đi khắp thế giới như: Trung Quốc,
Nhật Bản, Anh, Pháp, Đức…
Khi sản phẩm được sản xuất ra, được tự động sắp xếp đều trên băng chuyền.
Bên cạnh băng chuyền có đặt các thiết bị để nhận biết phân loại phụ thuộc vào sản
phẩm. Khi sản phẩm được tác động bởi các thiết bị phân loại chúng sẽ được đẩy
GVHD: TS. Nguyễn Văn Vinh

Page 5


Đồ Án Tốt Nghiệp
vào hộp nằm trên các băng chuyền khác. Các sản phẩm còn lại sẻ được băng
chuyền tiếp tục mang đi đến các thùng hàng, thông qua hệ thống đếm tự động cho
đến khi đủ số lượng quy định thì hệ thống sẻ tư động dừng trong một khoàng thời
gian để đóng gói sản phẩm. Hệ thống hoạt động tuần tự cho đến khi có lệnh dừng.
Người công nhân chỉ việc tới lấy hộp xếp lên xe đẩy đưa vào kho hàng.
Hoạt động phân loại phân loại tự động có điểm mạnh là năng xuất và tính chính
xác cao, cần ít sức người mà vẫn đạt hiệu quả nên có thể cạnh tranh về giá cũng
như chất lượng trên thị trường. Bên cạnh đó không phải doanh nghiệp vừa và nhỏ
nào của nước ta cũng đầu tư số tiền rất lớn để mua một hệ thống tự động hóa hoàn
chỉnh từ nước ngoài.
1.2 Các phương pháp phân loại sản phẩm tự động
Tùy vào độ phức tạp yêu cầu của từng loại sản phẩm mà ta có thể đưa ra
những phương pháp phân loại sản phẩm khác nhau. Hiện nay có một số phương
pháp phân loại sản phẩm được ứng dụng rất nhiều trong đời sống như:
- Phân loại sản phẩm theo kích thước.
- Phân loại sản phẩm theo màu sắc.

- Phân loại sản phẩm theo khối lượng.
- Phân loại sản phẩm theo mã vạch.
- Phân loại sản phẩm theo vật liệu …
Vì có nhiều phương pháp phân loại sản phẩm khác nhau nên có rất nhiều thuật
toán và hướng giải quyết khác nhau cho từng sản phẩm, đồng thời các thuật toán
này có thể đan xen, hỗ trợ lẫn nhau. Ví dụ muốn phân loại vải thì phải phân loại
kích thước và màu sắc, về nước uống( như bìa, nước ngọt) cần phân loại theo chiều
cao, khối lượng, phân loại xe theo chiều dài, khối lượng, phân loại gạch thì theo
hình ảnh, kích thước...
Phân loại sản phẩm to nhỏ sử dụng cảm biến quang: sản phẩm chạy trên băng
chuyền ngang qua cảm biến thứ nhất nhưng chưa kích cảm biến thứ hai thì được
phân loại vật thấp nhất, khi sản phẩm qua hai cảm biến đồng thời thì được phân loại
vật cao nhất.

GVHD: TS. Nguyễn Văn Vinh

Page 6


Đồ Án Tốt Nghiệp
Phân loại sản phẩm dựa vào màu sắc của sản phẩm: sử dụng những cảm biến
phân loại màu sắc sẽ được đặt trên băng chuyền, khi sản phẩm đi ngang qua nếu
cảm biến nào nhận biết được sản phẩm thuộc màu nào sẽ được cửa phân loại tự
động mở để sản phẩm đó được phân loại đúng.
Phát hiện màu sắc bằng cách sử dụng các yếu tố là tỉ lệ phản chiếu của một
màu chính(ví dụ như màu đỏ, màu xanh lá cây, màu xanh trời) được phản xạ bởi
các màu khác nhau theo các thuộc tính màu của đối tượng.
1.3 Tính cấp thiết của đề tài
Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong
cuộc sống hiện nay. Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có

tính lặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc.
Chưa kể đến có những phân loại dựa trên các chi tiết kỹ thuật rất nhỏ mà mắt
thường khó có thể nhận ra. Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm
và uy tín của nhà sản xuất. Vì vậy, hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản
phẩm ra đời là một sự phát triển tất yếu nhầm đáp ứng nhu cầu cấp bách này.
Tùy vào mức độ phức tạp trong yêu cấu phân loại, các hệ thống phân loại có
những quy mô lớn, quy mô nhỏ khác nhau. Tuy nhiên có một đặc điểm chung là chi
phí cho các loại quy mô này khá lớn, đặc biệt đối với điều kiện ở việt Nam. Vì vậy
hiện nay đa số các hệ thống phân loại tự động đa phần mới chỉ được áp dụng vào
các các hệ thống phân loại có yêu cầu phức tạp, còn một lượng rất lớn các doanh
nghiệp việt nam vẫn sử dụng trực tiếp sức lao động con người để làm việc. Bên
cạnh các băng chuyền để vận chuyển sản phẩm thì một yêu cầu cao hơn được đặt ra
đó là phải có hệ thống phân loại sản phẩm. Còn rất nhiều loại phân loại sản phẩm
tùy theo yêu cầu của nhà sản xuất như: phân loại sản phẩm theo kích thước, phân
loại sản phẩm theo màu sắc, phân loại sản phẩm theo khối lượng, phân loại sản
phẩm theo mã vạch, phân loại sản phẩm theo hình ảnh….
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà
trong đó điều khiển tự động hóa đóng vai trò rất quan trọng trong mọi lĩnh vực
khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin… Nhằm
mục tiêu tăng năng suất lao động, giảm sức người,độ chính xác cao, giá thành hạ,
GVHD: TS. Nguyễn Văn Vinh

Page 7


Đồ Án Tốt Nghiệp
nâng cao chất lượng sản sản xuất; các sản phẩm công nghệ đòi hỏi ngày càng hoàn
thiện và tối ưu. Trong đó, hệ thống băng tải là một phương tiện vận chuyển
nguyên vật liệu, sản phẩm cực kì quan trọng trong tất cả các ngành công nghiệp,
nhà máy. Ra đời từ rất lâu và có vai trò quan trọng nhờ những ưu điểm như: cấu tạo

đơn giản, bền vững, có khả năng vận chuyển nguyên vật liệu theo phương nằm
ngang, nghiêng với khoảng cách từ gần đến xa, làm việc êm, năng suất cao mà tiêu
hao năng lượng không lớn. Chính nhờ những ưu điểm đó mà hệ thống băng tải
được ứng dụng rộng rãi trong nhiều các lĩnh vực sản xuất như công nghiệp khai
khoáng, công ngiệp chế biến thực phẩm, vận chuyển hàng hóa, ứng dụng trong các
bến cảng...
Xuất phát từ những đợt đi thực tập tốt nghiệp tại các nhà máy, các khu công
nghiệp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều
khâu tự động hóa trong quá trình sản xuất. Một trong những khâu tự động trong dây
chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm sản xuất ra được các băng tải
vận chuyển và sử dụng hệ thống nâng gắp phân loại sản phẩm. Nhận thấy tầm quan
trọng của băng tải trong các ngành công nghiệp và đây là một hệ thống cần có sự
cải tiến và thiết kế mới, đáp ứng nhu cầu sản xuất chuyên môn hóa cao cũng như
phù hợp với đặc thù riêng của từng lĩnh vực, sản phẩm. Từ những điều đã được
nhìn thấy trong thực tế cuộc sống và những kiến thức mà em học được ở trường.
Với đề tài được giao“ Nghiên cứu thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng
PLC S7 1200 ”, được thầy T.S Nguyễn Văn Vinh định hướng và hướng dẫn tìm
hiểu làm mô hình. Chúng em đã xây dựng một mô hình sử dụng băng chuyền để
phân loại sản phẩm có kích thước tương đối chính xác và hiệu quả cao trong sản
xuất công nghiệp hiện nay tại nước ta.
1.4 Hệ thống truyền động băng tải
1.4.1 Giới thiệu
Băng tải thường được sử dụng 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,

GVHD: TS. Nguyễn Văn Vinh

Page 8

Đồ Án Tốt Nghiệp
trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lò 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, công nghiệp
thực phẩm, hóa chất thì dùng để vận chuyển các sản phẩm đã 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.
1.4.2 Cấu tạo chung băng tải

Hình 1.1 Cấu tạo chung băng tải
1.
2.
3.

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 giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo.

4. Hệ thống đỡ( con lăn, giá đỡ,…) làm phần trượt cho bộ phận kéo và các yếu
tố làm việc.
1.4.3 Các loại băng tải trên thị trường hiện nay
Khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí phân loại có thể
lựa chọn một số loại băng tải sau:
Bảng 1.1 Danh sách các loại băng tải
Loại băng tải
Băng tải dây đai

Tải trọng

< 50kg

GVHD: TS. Nguyễn Văn Vinh

Phạm vi ứng dụng
Vận chuyển từng chi tiết giữa các nguyên
công hoặc vận chuyển thùng chứa các gia
công cơ và lắp ráp.
Page 9


Đồ Án Tốt Nghiệp
Băng tải lá

25 ÷ 125 kg

Vận chuyển chi tiết trên vệ tinh trong gia
công chuẩn bị phôi và trong lắp ráp.
Băng tải thanh đẩy
50 ÷ 250 kg
Vận chuyển các chi tiết lớn giữa các bộ
phận trên khoảng cách > 50m.
Băng tải con lăn
30 ÷ 500 kg
Vận chuyển chi tiết trên các vệ tinh giữa
các nguyên công với khoảng cách < 50m.
Các loại băng tải xích , băng tải con lăn có ưu điểm là độ ổn đinh cao khi vận

chuyển. Tuy nhiên chúng đòi hỏi kết cấu cơ khi tương đối phức tạp, đòi hỏi đọ
chính xác cao, giá thành khá đắt.

-

Băng tải dạng cào : sử dụng để thu dọn phoi vụn. Năng suất của băng tải loại
này có thể đạt 1,5 tấn /h và tốc độ chuyển động là 0,2 m/s. Chiều dài của băng

-

tải là không hạn chế trong phạm vi kéo là 10KN.
Băng tải xoắn vít
Có 2 kiểu cấu tạo:
+ Băng tải một buồng xoắn: Băng tải một buồng xoắn được dùng để thu dọn

phoi vụn. Năng suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80cm.
+ Băng tải 2 buồng xoắn: Băng tải này thì có hai buồng xoắn song song với
nhau, có một chiều xoắn phải, có một chiều xoắn trái. Chuyển động xoay vào nhau
của các buồng xoắn được thực hiện nhờ một tốc độ phân phối chuyển động.
Cả hai loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng bằng thép hoặc bằng
xi măng.
1.4.4 Phân loại
Băng tải có nhiều kiểu dáng khác nhau vì thế được phân loại như sau:
a. Theo phương chuyển động
- Theo phương ngang: Băng tải loại này được ứng dụng trong việc vận chuyển
các loại nguyên liệu cho ngành xây dựng, vận chuyển than đá hoặc những sản
phẩm đóng gói.

GVHD: TS. Nguyễn Văn Vinh

Page 10

Đồ Án Tốt Nghiệp

Hình 1.2 Băng tải ngang

- Theo phương nghiêng: Dùng vận chuyển sản phẩm trên cao đã được đóng gói,
đóng thùng hoặc vận chuyển các sản phẩm dạng rời như than đá, sỏi…

Hình 1.3 Băng tải nghiêng

Kết cấu loại băng tải này là băng tải đai vải, chân của băng tải có thể nâng lên
hạ xuống để tạo dốc nghiêng hoặc ở cố định nhưng lớn nhất phải nhỏ hơn góc ma
sát giữa vật liệu và băng từ 7-10 độ.
- Theo phương đứng: Băng tải loại này dùng để vận chuyển dạng kiện hoặc
khối nhỏ lên cao. Thông thường thì băng tải loại này vận chuyển hàng từ trên
xuống hoặc từ dưới lên, hình dáng bên ngoài giống băng tải gầu. Đặc biệt nó còn
ưu điểm nữa là không tốn diện tích nơi nó vận hành
GVHD: TS. Nguyễn Văn Vinh

Page 11


Đồ Án Tốt Nghiệp

Hình 1.4 Băng tải đứng

- Theo phương xoắn: Băng tải loại này dùng để vận chuyển những kiện hàng
nhỏ vừa, hình dáng của nó như con ốc xoắn. Nó cũng vận chuyển hàng từ trên
xuống và ngược lại. Nó cũng có ưu điểm nữa là không tốn diện tích nơi nó vận
hành.

Hình 1.5 Băng tải xoắn

b. Theo kết cấu
- Loại cố định: Băng tải loại này sử dụng trong dây chuyền sản xuất có tính liên
tục và đặt cố định trong dây chuyền.

Hình 1.6 Băng tải cố định.

GVHD: TS. Nguyễn Văn Vinh

Page 12


Đồ Án Tốt Nghiệp
- Loại di động: Được dùng trong dây chuyền không có tính liên tục hay cố
định, có hay không đều không ảnh hưởng đến dây chuyền. Kết cấu giống như băng
tải cố định nhưng khác ở chỗ có gắn bộ phận chuyển động ở dưới chân đế của băng
tải.

Hình 1.7 Băng tải di động

c. Theo công dụng
- Loại vạn năng: Có thể dùng để vận chuyển nhiều loại sản phẩm khác nhau.
- Loại chuyên dùng: Được sử dụng chuyên chở các vật dụng cá nhân gia đình
(băng hành tải hành lý), thức ăn. Băng tải loại này rất hiện đại.

Hình 1.8 Băng tải hành lý

d. Theo cấu tạo
- Băng tải con lăn: Băng tải loại này không có bộ phận kéo, người sử dụng phải

tác động lực để trượt những sản phẩm trên con lăn .
GVHD: TS. Nguyễn Văn Vinh

Page 13


Đồ Án Tốt Nghiệp

Hình 1.9 Băng tải con lăn

- Băng tải xích

Hình 1.10 Băng tải xích inox

- Băng tải đai vải: Thường dùng để vận chuyển vật liệu dạng bột, hạt, bánh
kẹo,…

Hình 1.11 Băng tải làm đai vải

GVHD: TS. Nguyễn Văn Vinh

Page 14


Đồ Án Tốt Nghiệp
e. Theo mục đích sử dụng
- Băng tải chịu nhiệt: Băng tải này phải làm việc khi tiếp xúc với vật liệu hoặc
trong môi trường nhiệt độ lớn hơn 70 độ C, hoặc tải vật liệu nhiệt độ cao trên 60 0C

Hình 1.12 Băng tải chịu nhiệt đang vận hành than vào lò nhiệt

1.4.5 Ưu điểm và nhược điểm của băng tải
a. Ưu điểm của băng tải
- 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 với nằm nghiêng.
- Vốn đầu tư không 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 là không lớn lắm.
b. Nhược điểm của băng tải
-

Để tăng được tuổi thọ sử dụng của băng tải, khi sử dụng bạn nên chạy với tốc độ

-

trung bình – không cao.
Độ nghiêng của băng tải nhỏ hơn 24 độ.
Không vận chuyển theo hướng đường cong cần bố trí thêm động cơ và khung băng

-

để đổi hướng.
Có hao hụt vật liệu vận chuyển do rơi vãi trên quãng đường vận chuyển có thể tác

-

động đến môi trường.
Khi vận chuyển ở những khoảng cách dài và không thẳng đòi hỏi phải có thêm
trạm trung chuyển gây tốn kém (nhược điểm này có thế hạn chế khi dùng băng tải
ống - ứng dụng cho đường vận chuyển cong).

GVHD: TS. Nguyễn Văn Vinh

Page 15


Đồ Án Tốt Nghiệp
CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU VỀ PLC S7-1200
2.1 Khái niệm cơ bản về PLC
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình
được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông
qua một ngôn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt
trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ
vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các
sự kiện được đếm (counter). Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay
OFF thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập
trình sẽ liên tục “lặp” trong chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở
ngõ vào (Input) và xuất tín hiệu ở ngõ ra (Output) tại các thời điểm đã lập trình.
Như vậy nếu ta thay đổi các chương trình được cài đặt trong PLC là ta có thể thực
hiện các chức năng khác nhau, trong các môi trường điều khiển khác nhau.
2.2 Cấu trúc chung của PLC
PLC được 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 giá thành, phù hợp với
bài toán đơn giản hay phức tạp. Ngoài ra còn 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
quá trình công nghệ phức tạp hay toàn bộ một phân xưởng sản xuất. Mặc dù vậy,
một hệ thống điều khiển dùng bất cứ loại PLC nào đều cũng có cấu trúc sau:
- Ngõ vào dạng số: Gồm hai trạng thái ON và OFF. Khi ở trạng thái ON thì ngõ
vào số được coi như ở mức logic 1 hay mức logic cao. Khi ở trang thái OFF thì ngõ

vào có thể đươc coi như ở mức logic 0 hay mức logic thấp.
- Ngõ ra số: Gồm hai trạng thái ON và OFF. Các ngõ ra này thường được nối ra
để điều khiển các cuộn dây contactor, đèn tín hiệu,…
- Thiết bị đầu vào: Các thiết bị tạo ra tín hiệu điều khiển thường là nút nhấn,
cảm biến.
- Thiết bị chấp hành(Autuator): Là thiết bị biến đổi tín hiệu điện từ PLC thành
một tác động vật lý. Autuator được nối với ngõ ra của PLC.
GVHD: TS. Nguyễn Văn Vinh

Page 16


Đồ Án Tốt Nghiệp
- Chương trình điều khiển: Một chương trình bao gồm một hay nhiều lệnh
nhằm thực hiện một nhiệm vụ cụ thể. Việc lập trình cho PLC chỉ đơn giản là xây
dựng một tập hợp các lệnh. Để lập trình cho PLC này, lập trình hình thang (LAD)
hay dạng câu lệnh (STL). Chương trình điều khiển định ra quy luật thay đổi tín hiệu
output ở phía đầu ra của PLC theo sự thay đổi tín hiệu input ở phía đầu vào theo
mong muốn và chạy phần mềm điều khiển trên máy tính PC và được nạp vào PLC
thông qua cáp, nối giữa PLC và PC hay PG.
+ Thiết bị lập trình (PG/PC): Chương trình viết trong thiết bị lập trình và truyền
xuống PLC.
+ Cáp kết nối (cáp PPI): Thiết bị cần thiết để truyền dữ liệu từ thiết bị lập trình
xuống PLC.
PLC đều có thành phần chính là: Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong (có
thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM).
Về cơ bản PLC được chia thành 5 phần chính như sau:
-

Input : Giao diện đầu vào

Output: Giao diện đầu ra
CPU: Bộ xử lý trung tâm
Memory: Bộ nhớ giữ liệu và chương trình

Poweer supply: Nguồn cấp cho hệ thống

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc cơ bản 1 PLC

GVHD: TS. Nguyễn Văn Vinh

Page 17


Đồ Án Tốt Nghiệp
Nguồn cung cấp( Power Supply) biến đổi điện cung cấp từ bên ngoài thành
mức thích hợp cho các mạch điện tử bên trong PLC( thông thường là 220VAC,
5VDC hoặc 12VDC).
Phần giao diện đầu vào biến đổi các đại lượng điện đầu vào thành các mức
tín hiệu số (digital) và cấp vào cho CPU xử lý.
Bộ nhớ (Memory) lưu chương trình điều khiển được lập bởi người dùng và các
dữ liệu khác như cờ, thanh ghi tạm, trạng thái đầu vào, lệnh điều khiển đầu ra,...
Nội dung của bộ nhớ được mã hoá dưới dạng mã nhị phân.
Bộ xử lý trung tâm (CPU) tuần tự thực thi các lệnh trong chương trình lưu
trong bộ nhớ, xử lý các đầu vào và đưa ra kết quả kết xuất hoặc điều khiển
cho phần giao diện đầu ra (output).
Phần giao diện đầu ra thực hiện biến đổi các lệnh điều khiển ở mức tín hiệu
số bên trong PLC thành mức tín hiệu vật lý thích hợp bên ngoài như đóng mở
rơle, biến đổi tuyến tính số tương tự,..
Thông thường PLC có kiến trúc kiểu module hoá với các thành phần chính ở
trên có thể được đặt trên một module riêng và có thể ghép với nhau tạo thành

một hệ thống PLC hoàn chỉnh.
Riêng loại Micro PLC như CPM1/2(A) và CP1L/1H là loại tích hợp sẵn
toàn bộ các thành phần trong một bộ.
2.3 Giới thiệu về PLC S7-1200
2.3.1 Giới thiệu chung
Bộ điều khiển logic khả trình( PLC-Programable logic controler) S7-1200 là
thiết bị điều khiển logic lập trình được của hãng Siemens( CHLB Đức) mang lại
tính linh hoạt và sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng, hỗ trợ các yêu cầu
về điều khiển tự động. Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập
lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7- 1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho
việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau.
Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch
ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ.
Sau khi người dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu
GVHD: TS. Nguyễn Văn Vinh

Page 18


Đồ Án Tốt Nghiệp
cầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng. CPU giám sát các
ngõ vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình người dùng, có thể bao
gồm các hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thời, các phép toán phức hợp
và việc truyền thông với các thiết bị thông minh khác.
PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp gọi là một vòng
quét. Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng
bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Sau giai đoạn thực hiện
chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi. Vòng quét được kết
thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng ra. Như vậy
tại thời điểm thực hiện lệnh vào ra, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp với

cổng vào ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số. Nếu sử
dụng các chế độ ngắt, chương trình con tương ứng với các chế độ ngắt được soạn
thảo và cài đặt như một bộ phận của chương trình. Chương trình ngắt chỉ được thực
hiện khi có sự kiện báo ngắt.
Để phục vụ truyền thông, S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếp
với một mạng PROFINET. Ngoài ra có thể mở rộng các module truyền thông dành
cho việc giao tiếp qua các mạng RS232 hay RS485.
Chương trình của PLC S7-1200 được lưu trong bộ nhớ chương trình và có thể
được lập dưới hai dạng cấu trúc chương trình như sau.
Chương trình tuyến tính: Toàn bộ chương trình nằm trong khối chương trình
chính (OB1), các lệnh trong chương trình luôn được quét từ đầu đến cuối chương
trình và quay lại từ đầu trong quá trình PLC hoạt động. Chương trình này chỉ
thường áp dụng với các ứng dụng không phức tạp lắm.
Chương trình có cấu trúc: Chương trình được chia thành những phần nhỏ và
mỗi phần thực hiện một nhiệm vụ riêng biệt, từng phần nằm trong những khối riêng
biệt. Loại chương trình này thường áp dụng với những yêu cầu phức tạp và nhiều
khâu. Khi lập trình chương trình có cấu trúc thường sử dụng các chương trình con
và chương ngắt. Chương trình con được viết trong khối chương trình con và được
gọi trong chương trình chính khi có lệnh gọi. Chương trình ngắt được viết trong

GVHD: TS. Nguyễn Văn Vinh

Page 19


Đồ Án Tốt Nghiệp
khối chương trình ngắt và thực hiện mỗi khi có sự kiện ngắt xảy ra bất kể trong thời
điểm nào của vòng quét..
Bộ phận kết nối nguồn
- Các bộ phận kết nối nối dây của

người dùng có thể tháo lắp được
(phía sau các nắp che)
- Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía
trên
- Các LED trạng thái dành cho I/O
tích hợp
- Bộ phận kết nối cổng PROFINET
-

Hình 2.2 Các bộ phận cơ bản trên PLC

2.3.2 Khả năng mở rộng
Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để
mở rộng khả năng của CPU. Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các module
truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác.

Hình 2.3 Module truyền thông (CM) RS485, RS23

2.3.3 Vùng nhớ
a. Vùng nhớ chương trình
Dùng để chứa chương trình chính, các lệnh trong khối này luôn được quét trong
mỗi vòng quét. Ngoài ra nó còn có thể dùng để chứa chương trình con, được tổ
chức thành hàm và có biến hình thức để trao đổi dữ liệu, chương trình con sẽ được
thực hiện khi có lệnh gọi từ chương trình chính. Hoặc chứa chương trình ngắt, được
tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất kỳ một khối chương trình
nào khác. Chương trình này sẽ được thực hiện khi có sự kiện ngắt.
GVHD: TS. Nguyễn Văn Vinh

Page 20

Đồ Án Tốt Nghiệp
b. Vùng nhớ dữ liệu
Vùng dữ liệu là một vùng nhớ các giá trị trong chương trình. Nó có thể được
truy cập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn (word) hay từ kép (double word) và
được sử dụng làm miền lưu trữ dữ liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông,
lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoay vòng thanh ghi…
-

Truy cập theo bit: Tên miền nhớ + địa chỉ byte + chỉ số bit.
Ví dụ: M10.4 chỉ bit 4 của byte 10 thuộc miền nhớ M.

-

Truy cập theo byte: Tên miền nhớ + B + địa chỉ byte.
Ví dụ MB15 chỉ byte 15 trong miền nhớ M.

-

Truy cập theo từ: Tên miền nhớ + W + địa chỉ byte cao của từ.
Ví dụ MW66 chỉ từ đơn gồm hai byte là MB66 và MB67 trong đó MB66 là
byte cao, MB67 là byte thấp.

-

Truy cập theo từ kép: Tên miền + D + địa chỉ byte cao trong miền.
Ví dụ MD345 chỉ từ kép gồm 4 byte 345, 346, 347, 348 trong miền nhớ M
trong đó 345 là byte cao trong từ kép, các byte còn lại là byte thấp.

c. Vùng nhớ giữ lại

Vùng nhớ giữ lại dùng để lưu giữ dữ liệu cho các đối tượng lập trình như các
giá trị của các Timers, Couters, HSC, khối dữ liệu DB, FB (Funtion block). Các giá
trị này được lưu trữ lâu dài và không bị mất kể cả khi mất điện.
2.3.4 Các tập lệnh cơ bản
a. Bit logic
Bảng 2.1 Các tiếp điểm ladder

Tiếp điểm thường mở
Tiếp điểm thường đóng
Ta có thể kết nối các tiếp điểm với nhau để tạo ra mạch logic. Các tín hiệu tiếp

điểm vật lý được nối đến các đầu “I” trên PLC. CPU quét các tín hiệu ngõ vào
được nối và cập nhật liên tục các giá trị này.
Bảng 2.2 Các thông số của tiếp điểm thường hở và thường đóng

GVHD: TS. Nguyễn Văn Vinh

Page 21


Đồ Án Tốt Nghiệp
Thông số
IN
Bảng 2.3 Cuộn dây ngõ ra (LAD)
Ngõ vào

Kiểu dữ liệu

Miêu tả

Bool

Bit được gán giá trị

Ngõ ra

Ngõ ra đảo

1
1
0
0
0
1
Cuộn dây ngõ ra sẽ ghi một giá trị cho một bit ngõ ra. Các tín hiệu ngõ ra cho

cơ cấu điều khiển được nối đến các đầu cực Q của S7 – 1200. Trong chế độ RUN,
hệ thống CPU quét một cách liên tục các tín hiệu ngõ vào, xử lý các trạng thái ngõ
vào theo chương trình logic, và sau đó tác động trở lại bằng cách thiết lập các giá
trị trạng thái ngõ ra.
Bảng 2.4 Các thông số của ngõ ra

Thông số
Out
Lệnh Set và Reset

Kiểu dữ liệu
Bool

Miêu tả

Bit được gán giá trị

Bảng 2.5 Lệnh Set và Reset
Lệnh Set
Lệnh Reset

Hai câu lệnh “Set” và “Reset” luôn đi cùng với nhau. Đầu ra “S” được kích
hoạt lên 1 ngay khi có tín hiệu vào lệnh “Set”. Sau đó, giá trị đầu ra chỉ bị reset về
0 nếu có tín hiệu vào lệnh “R”.
Lệnh tác động theo sườn
Bảng 2.6 Lệnh tác động theo sườn lên và sườn xuống
Lệnh tác động theo sườn lên
Lệnh tác động theo sườn xuống

- Lệnh (P): Khi có tín hiệu tác động, nó sẽ so sánh với giá trị lưu trong
“Operand2”. Nếu phát hiện sự thay đổi từ “0” lên “1” thì “Operand1” sẽ được thiết
lập cho một chu kỳ chương trình, bằng 0 trong các trường hợp khác.

GVHD: TS. Nguyễn Văn Vinh

Page 22


Đồ Án Tốt Nghiệp
- Lệnh (N): Khi có tín hiệu tác động, nó sẽ so sánh với giá trị lưu trong
“Operand2”. Nếu phát hiện sự thay đổi từ “1” xuống “0” thì “Operand1” sẽ được
thiết lập cho một chu kỳ chương trình, bằng 0 trong các trường hợp khác.
Bảng 2.7 Các thông số của lệnh dịch bit
Thông số
EN

IN
N
ENO
OUT
Trong Tia

Kiểu khai báo
Input
Input
Input
Output
Output
Portal, khi ta kích

Kiểu dữ liệu
Mô tả
Bool
Tín hiệu đầu vào
Bit strings, Intergers
Giá trị sẽ bị dịch
Usint, Uint, Udint
Số bít bị dịch
Bool
Tín hiệu đầu ra
Bit strings, Integers
Kết quả sau khi dịch
vào mũi tên chỉ xuống của lệnh dịch bit ta có thể

chọn được kiểu dữ liệu dùng để dịch (vd: Byte, Word, Dword…) và ta có thể lựa
chọn các kiểu dịch bít như mô tả trong bảng sau.

b. Các kiểu dịch bit
Bảng 2.8 Các kiểu dịch Bit
Ký hiệu

Ý nghĩa

SHR (Shift Right)

Dịch phải

SHL (Shift Left)

Dịch trái

ROR (Rote Right)

ROL (Rote Left)

Quay Phải

Quay trái

Mô tả hoạt động
Khi tín hiệu đầu vào được thiết
lập, lệnh sẽ thực hiện dịch bit
sang bên phải, các bit bị dịch sẽ
gán bằng 0.
Khi tín hiệu đầu vào được thiết
lập, lệnh sẽ thực hiện dịch bit
sang bên trái, các bit bị dịch đi sẽ

được gán bằng 0.
Khi tín hiệu đầu vào được thiết
lập, lệnh sẽ thực hiện quay bit từ
trái qua phải, bit sau sẽ thế chỗ
cho bit trước.
Khi tín hiệu đầu vào được thiết
lập, lệnh sẽ thực hiện quay bit từ
phải qua trái, bit sau sẽ thế chỗ
cho bit trước.

c. Lệnh so sánh
Bảng 2.9 Lệnh so sánh
Lệnh so sánh lớn hơn
GVHD: TS. Nguyễn Văn Vinh

Page 23


Đồ Án Tốt Nghiệp
Lệnh so sánh nhỏ hơn

Ta sử dụng các lệnh so sánh để so sánh hai giá trị của cùng một kiểu dữ liệu.
Khi việc so sánh đúng, tiếp điểm này được kích hoạt.
Bảng 2.10 Các thông số lệnh so sánh
Thông số

Kiểu dữ liệu
SInt, Int, Dint, USInt, UDInt, Real, LReal,
String, Char, Time, DTL, Constant

IN1, IN2

Miêu tả
Các giá trị để so sánh

Trong Tia Portal, khi kích vào mũi tên chỉ xuống của lệnh so sánh ta có thể
chọn được kiểu dữ liệu dùng để so sánh và các kiểu so sánh như sau.
Bảng 2.11 Các kiểu so sánh
Kiểu quan hệ

Sự so sánh là đúng nếu
IN1 bằng IN2
IN1 không bằng IN2
IN1 lớn hơn hoặc bằng IN2
IN1 nhỏ hơn hay bằng IN2
IN1 lớn hơn IN2
IN1 nhỏ hơn IN2
Thông số IN1 là toán hạng nằm bên trên câu lệnh so sánh, thông số IN2 là toán

hạng nằm bên dưới câu lệnh so sánh.
2.3.5 Các bộ Timer
Bảng 2.12 Timer TON và TOF
Bộ Timer TON

Bộ Timer TOFF

- Ta sử dụng các bộ Timer để tạo ra các trì hoãn thời gian theo lập trình.
+ TP: bộ định thì xung phát ra một xung với bề rộng xung được đặt trước.
+ TON : ngõ ra của bộ định thì Q được đặt lên ON sau một sự trì hoãn thời gian
đặt trước.

GVHD: TS. Nguyễn Văn Vinh

Page 24


Đồ Án Tốt Nghiệp
+ TOF : ngõ ra Q của bộ định thì được đặt lại về OFF sau một sự trì hoãn thời
gian đặt trước.
-

Thông số IN dùng để khởi động và dừng các bộ định thì.
+ Sự quá độ từ 0 lên 1 của thông số IN làm khởi động các bộ định thì TP và

TON.
+ Sự quá độ từ 1 về 0 của thông số IN làm khởi động bộ định thì TOF.
Bảng 2.13 Các thông số lệnh Timer
Thông số
Kiểu dữ liệu
Miêu tả
IN
Bool
Ngõ vào cho phép chạy
PT
Bool
Ngõ vào cài đặt giá trị thời gian
Q
Bool
Ngõ ra bộ định thì
ET

Time
Ngõ ra giá trị thời gian trôi qua
Khối dữ liệu Timer
DB
Lưu các giá trị Timer
Bảng 2.14 Những tác động khi thay đổi IN và PT đối với các bộ Timer
Bộ định thì
TP

TON

TOF

Những thay đổi trong các thông số PT và IN
Thay đổi PT không có ảnh hưởng trong khi bộ định thì vận hành.
Thay đổi IN không có ảnh hưởng trong khi bộ định thì vận hành.
Thay đổi PT không có ảnh hưởng trong khi bộ định thì vận hành.
Thay đổi IN sang “FALSE”, trong khi bộ định thì vận hành, sẽ đặt lại
dừng bộ định thì.
Thay đổi PT không có ảnh hưởng trong khi bộ định thì vận hành.
Thay đổi IN sang “TRUE”, trong khi bộ định thì vận hành, sẽ đặt lại
và dừng bộ định thời.

2.3.6 Các bộ đếm Counter
Bảng 2.15 Counter CTU và CTD

Bộ đếm lên

Bộ đếm xuống

- CTU: bộ đếm lên. Bộ đếm sẽ tăng giá trị CV sau mỗi lần đầu vào Couter được
kích hoạt. Đầu ra sẽ được kích hoạt khi CV >= PV.
GVHD: TS. Nguyễn Văn Vinh

Page 25