BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2

MỤC LỤC


MỤC LỤC BẢNG


MỤC LỤC HÌNH
Hình 2. 1 Sơ đồ kết nối giữa PLC và PC systems
Hình 2. 2 Màn hình chính
Hình 2. 3 Màn hình tự động
Hình 2. 4 Biểu tượng Tia Portal V13
Hình 2. 5 Tạo đồ án mới
Hình 2. 6 Đặt tên
Hình 2. 7 Tạo đồ án mới
Hình 2. 8 Chọn add new device
Hình 2. 9 Chọn loại CPU PLC
Hình 2. 10 WinCC RT Advanced.
Hình 2. 11 Chọn PC systems
Hình 2. 12 Màn hình khi hoàn thành
Hình 2. 13 Kết nối PLC và PC System
Hình 2. 14 Lập bảng PLC Tag
Hình 2. 15 Network 1
Hình 2. 16 Network 2 nhánh 1
Hình 2. 17 Network 2 nhánh 2
Hình 2. 18 Network 2 nhánh 3
Hình 2. 19 Network 3 nhánh 1
Hình 2. 20 Network 3 nhánh 2
Hình 2. 21 Network 3 nhánh 3


PHẦN MỞ ĐẦU

1. Lí do chọn đề tài
Khoa học kỹ thuật luôn luôn phát triển trong tất cả các lĩnh vực,
nhất là trong lĩnh vực sản xuất. Vậy nên đòi hỏi cải tiến và nâng cấp
hệ thống sản xuất là ưu tiên hàng đầu vì cải tiến sẽ giúp cho các
doanh nghiệp phát triển hơn, nhằm đáp ứng được nhu cầu của thị
trường, thông qua cải tiến sẽ làm cho các hệ thống máy móc sản
xuất trở nên tối ưu về mọi mặt từ đó có thể giảm đi một số kinh phí
cho việc vận hành máy móc, cũng như tiết kiệm được nhân công cho
doanh nghiệp đó.
Để phân loại sản phẩm có rất nhiều phương pháp, tuy nhiên ngày
nay phương pháp sử dụng màu chưa được ứng dụng nhiều hoặc có
ứng dụng nhưng chưa đem lại hiệu quả tối ưu. Do đó đề tài “Thiết kế
hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc” là một đề tài mang tính
nghiên cứu và ứng dụng cao phù hợp với sự phát triển của các ngành
sản xuất
2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Chính vì lí do trên em đã chọn thiết kế một hệ thống phân loại sản
phẩm theo màu sắc bằng PLC giúp sản xuất linh hoạt hơn, tiết kiệm
thời gian và nhân lực, tăng sản lượng, đem lại lợi ích kinh tế cao và
hiệu quả.
3. Lịch sử vấn đề
- Tình hình nghiên cứu trong nước:
Việc ứng dụng tự động hóa vào sản xuất làđòi hỏi tất yếu của
ngành công nghiệp, cho tới nay đã có nhiều trung tâm nghiên cứu,
các công ty hoạt động trong lĩnh vực thiết kế, chế tạo và lắp đặt các
hệ thống, các dây chuyền sản xuất tự động. Trong lĩnh vực phân loại
sản phẩm hay nhận dạng vật thể, khuôn mặt ứng ứng dụng trong
thực tiễn nhưng nhìn chung, chúng ta vẫn chưa đưa ra được phương

4

án tối ưu nhất trong lĩnh vực nhận dạng và ứng dụng nó vào thực
tiễn thì chưa nhiều và hầu như chưa chế tạo được các thiết bị chuyên
dùng để ứng dụng trong lĩnh vực này.
- Tình hình nghiên cứu nước ngoài
Trên thế giới từ nông nghiệp đến công nghiệp, những công việc từ
đơn giản đến phức tạp hầu hết đều đã ứng dụng tự động hóa. Trong
lĩnh vực nhận dạng cũng đã có nhiều những thiết bị chuyên dùng
như các loại cảm biến màu sắc, các hệ thống chuyên dùng sử dụng
Camera có độ phân giải cao để nhận dạng .
4. Phương pháp nghiên cứu
Trong thực tế các dây chuyền sản xuất, để phân loại sản phẩm
theo màu sắc người ta sử dụng các cảm biến màu kết hợp với PLC để
nâng cao năng suất hoạt động cho các băng chuyền nhưng tính tối
ưu của chúng vẫn chưa được hoàn thiện.

5


Chương 1: TỔNG QUAN VỀ SCADA TRONG TIA PORTAL S7 1200
1.1 Giới thiệu về phần mềm WinCC
WINCC lỡ chữ viết tắt của Windows Control Center. Đây là phần
mềm ứng dụng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu của hệ
thống tự động hóa quá trình sản xuất. Việc sử dụng những bộ điều
kiển lập trình riêng lẻ không đáp ứng đợc yêu cầu điều khiển của hệ
thống SCADA, cần phải kết hợp thêm các bộ hiển thị HMI (Human
Machine Interface - Giao diện ngời-máy).

Hình 1. 1 Hệ thống WinCC

Trong lĩnh vực tự động hóa trong công nghiệp WINCC là một
trong những phần mềm HMI chuyên dùng của hãng SIEMEN để quản
lý, thu thập dữ liệu và điều khiển quá trình công nghiệp. WinCC đợc
sử dụng để thể hiện quá trình hoạt động của quá trình sản xuất và
khai thác giao diện sử dụng đồ họa cho ngời vận hành.
WinCC cho phép người vận hành quan sát hoạt động của quá
trình thông qua các hình ảnh đồ họa trên màn hình máy tính.

6


WinCC còn cho phép người vận hành thực hiện các thao tác điều
khiển tới quá trình sản xuất. Ví dụ ngời vận hành có thể thay đổi giá
trị đặt cho một biến quá trình hay thay đổi % phần trăm độ mở van
từ giao diện đồ họa trên màn hình.
Một cảnh báo sẽ tự động tạo ra trong trờng hợp trạng thái quá
trình có vấn đề, ví dụ một biến quá trình có giá trị vợt quá giá trị cho
phép, ngay lập tức một thông báo sẽ xuất hiện trên màn hình.
Các giá trị, thông số của quá trình đợc in ra hoặc lưu trữ tự động.
Các đặc điểm nổi bật của WinCC:
-

Lỡ một phần của Siemens TIA(Totally Integrated Automation-tự động
hóa tích hợp hoàn toàn), WinCC làm việc rất hiệu quả với các hệ

-

thống tự động sử dụng các sản phẩm thuộc dòng SIMATIC.
Dữ liệu của WinCC có thể đợc thay đổi với các giải pháp IT khác

-

thông qua các chuẩn giao tiếp, như với chương trình Microsoft Excel.
Giao diện chương trình mở của WinCC cho phép ngời sử dụng kết nối
với chơng trình của mình để điều khiển quá trình và dữ liệu quá trình.
Cấu hình WinCC có thể được sửa đổi mọi lúc.
WinCC là một hệ thống HMI tương thích với Internet.
WINCC còn là một chương trình ứng dụng 32 bit hướng đối tượng
có thể chạy trên hệ điều hành 32 bit từ Windows 95, Windows 98,
Windows XP.. Chương trình cho phép thực hiện đa nhiệm vụ, đảm
bảo phản ứng nhanh chóng với các ngắt và độ an toàn chống lại sự
mất dữ liệu bên trong ở mức độ cao. Nếu chạy trên nền Windows NT,
WINCC còn cung cấp các chức năng để tạo sự an toàn và phục vụ
như một servers trong hệ thống có nhiều người sử dụng. WINCC có
nhiều công cụ và lệnh mạnh giúp cho cán bộ quản lý cũng như các
chuyên gia kỹ thuật của các doanh nghiệp nhà máy khai thác có
hiệu quả trơng trình này.

7


1.1.1

Chương trình WinCC

Hình 1. 2 Màn hình chính của WinCC
•

Working Area: Mỗi đối tượng có 1 vùng soạn thảo của chính nó, được

•

gọi là vùng làm việc.
Property window: Đối tượng đơn có thể tìm thấy trong khung project,

•

vùng soạn thảo được mở sau khi double click.
Tools window: nơi chứa tất cảc đối tượng có thể được đặt trên màn

•

hình.
Thuộc tính window: chỉ biểu diễn tùy thuộc vào thuộc tính của đối

•

tượng được chọn.
Output Window chỉ ra các tin nhắn chẩn đoán, ví dụ lỗi khi biên dịch

•

project.
Project tree: cây chương trình, chúng tacó thể lựa chọn các biến Tag,
kểu kết nối Connection, hay sreen màn hình hiển thị đối tượng,...

8


1.1.2 Kết nối WinCC

Màn hình khi đã kết nối WinCC và PLC

Hình 1. 3 Màn kết nối của WinCC

1.2 Giới thiệu plc s7-1200
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay
thế dần cho S7-200. So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng
nổi trội:
-

S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể
kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí
thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp
hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7- 1200.

-

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 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 thì, các
phép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông minh
khác.

-

Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và

9


chương trình điều khiển:

+ Người dùng có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn
mã nằm trong một khối xác định.

+ Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép người
dùng cấu hình việc truy xuất đến các chức năng của CPU.
-

CPU cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếp qua một mạng
PROFINET. Các module truyền thông là có sẵn dành cho việc giao
tiếp qua các mạng RS232 hay RS485.

-

Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần
mềm này đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế
giao diện HMI.
Bộ phận kết nối nguồn
Các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo 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 PROFINET (phía trên của CPU).
Hình 1. 4 Cấu trúc PLC S7-1200
Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính

năng và tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác
nhau.
Bảng 1. 1 Các kiểu CPU
Chức năng
Kích thước vật lý (mm)

CPU 1211C
CPU 1212C
90 x 100 x 75

CPU 1214C
110 x 100 x 75

Bộ nhớ người dùng:
•

•

Bộ nhớ làm việc

• 25 kB

• 50 kB

•

Bộ nhớ nạp

• 1 MB

• 2 MB

Bộ nhớ giữ lại

• 2 Kb

• 2 kB

10


I/O tích hợp cục bộ • 6 ngõ vào / 4• 8 ngõ vào / 6 • 14 ngõ vào /
•
•

Kiểu số

ngõ ra

ngõ ra

• 2 ngõ ra

Kiểu tương tự

Kích thước ảnh tiến

4096 byte (Q)

Độ mở rộng các

Không

8

1

Các bộ đếm tốc độ cao

3

4

6

• 3 tại 100 kHz 3 tại 100 kHz 1
• 3 tại 100 kHz

tại 30 kHz
•

8192 byte

2

module tín hiệu
Bảng tín hiệu
Đơn pha

• 2 ngõ ra

1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra

Bộ nhớ
bit (M)
trình

•

• 2 ngõ ra

10 ngõ ra

Vuông pha

3 tại 30 kHz

• 3 tại 80 kHz • 3 tại 80 kHz 1• 3 tại 80 kHz 3

Các module truyền

tại 20 kHz
tại 20 kHz
3 (mở rộng về bên trái)

thông
Các ngõ
ra xung

2

Thẻ nhớ

Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)

Thời gian lưu giữ đồng

Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại

hồ thời gian thực
PROFINET
Tốc độ thực thi tính

40oC
1 cổng truyền thông Ethernet
18 μs/lệnh

toán thực
Tốc độ thực thi Boolean

0,1 μs/lệnh

11


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

Bảng 1. 2 Các module tín hiệu và truyền thông
Module

Chỉ ngõ vào
8 x DC In
Kiểu số

8 x DC In /

8 x Relay Out

8 x DC In / 8

16 x DC In / 16 x D

16 x Relay Out

4 x Analog In 8 x

2 x Analog In 4 x

Analog In

Analog In

Kiểu số

_

_

Kiểu tương tự

_

1 x Analog In

Kiểu tương tự

Kết hợp

8 x DC Out

16 x DC Out

16 x DC In

ệu (SM)

u (SB)

Chỉ ngõ ra

16 x Re
4 x Analog In /
2 x DC In /

Module truyền thông (CM)
RS485
RS232

1.2.1 Làm việc với phần mềm Tia Portal
1.2.1.1. Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic – tích hợp lập trình
PLC và HMI
- Step 7 basic hệ thống kỹ thuật đồng bộ đảm bảo hoạt động liên tục
hoàn hảo.
Một hệ thống kỹ thuật mới

12

_


Thông minh và trực quan cấu hình phần cứng kỹ thuật và cấu hình
mạng, lập trình, chẩn đoán và nhiều hơn nữa.
- Lợi ích với người dùng:
+ Trực quan : dễ dàng để tìm hiểu và dễ dàng để hoạt động
+ Hiệu quả : tốc độ về kỹ thuật
+ Chức năng bảo vệ : Kiến trúc phần mềm tạo thành một cơ sở ổn
định cho sự đổi mới trong tương lai.
1.2.1.2. Kết nối qua giao thức TCP/IP
Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay Laptop cần một kết nối
TCP/IP
Để PC và SIMATIC S7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quan
trọng là các địa chỉ IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau
1.2.1.3. Cách tạo một Project
Bước 1: Từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia
Portal V13.

Hình 1. 4 Biểu tượng Tia Portal V13

Bước 2 : Click chuột vào Create new project để tạo dự án.

13


Hình 1. 5 Màn hình chính
Bước 3 : Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn create

Hình 1. 6 Tạo create new project

Bước 4 : Chọn configure a device

Hình 1. 7 Chọn configure a device

14


Bước 5 : Chọn add new device

Hình 1. 8 Chọn add new device

Bước 6 : Chọn loại CPU PLC sau đó chọn add

Hình 1. 9 Chọn loại CPU PLC

15


Bước 7 : Project mới được hiện ra

Hình 1. 10 Project mới
1.2.1.4. TAG của PLC / TAG local
Tag của PLC .
- Phạm vi ứng dụng : giá trị Tag có thể được sử dụng mọi khối chức
năng trong PLC .
- Ứng dụng : binary I/O, Bits of memory .
- Định nghĩa vùng : Bảng tag của PLC .
- Miêu tả : Tag PLC được đại diện bằng dấu ngoặc kép
Tag Local .
- Phạm vi ứng dụng : giá trị chỉ được ứng dụng trong khối được khai
báo, mô tả tương tự có thể được sử dụng trong các khối khác nhau
cho các mục đích khác nhau.
- Ứng dụng : tham số của khối, dữ liệu static của khối, dữ liệu tạm
thời .
- Định nghĩa vùng : khối giao diện .
- Miêu tả : Tag được đại diện bằng dấu # .
- Sử dụng Tag trong hoạt động .

16


Hình 1. 11 Tag trong hoạt động
- Layout : bảng tag PLC chứa các định nghĩa của các Tag và các
hằng số có giá trị trong CPU. Một bảng tag của PLC được tự động tạo
ra cho mỗi CPU được sử dụng trong project.
- Colum : mô tả biểu tượng có thể nhấp vào để di chuyển vào hệ
thống hoặc có thể kéo nhả như một lệnh chương trình .
- Name : chỉ được khai báo và sử dụng một lần trên CPU .
- Data type : kiểu dữ liệu chỉ định cho các tag .
- Address : địa chỉ của tag .

- Retain : khai báo của tag sẽ được lưu trữ lại .
- Comment : comment miêu tả của tag .
Nhóm tag : Tạo nhóm tag bằng cách chọn add new tag table .

Hình 1. 12 Tạo nhóm tag

17


Tìm và thay thế tag PLC

Hình 1. 13 Tìm và thay thế tag PLC
Ngoài ra còn có một số chức năng sau:
- Lỗi tag .
- Giám sát tag của plc .
- Hiện / ẩn biểu tượng .
- Đổi tên tag : Rename tag .
- Đổi tên địa chỉ tag : Rewire tag .
- Copy tag từ thư viện Global .
1.2.2 Làm việc với một trạm PLC
1.2.2.1 Quy định địa chỉ IP cho module CPU
IP TOOL có thể thay đổi IP address của PLC S7-1200 bằng 1 trong
2 cách. Phương pháp thích hợp được tự động xác định bởi trạng thái
của địa chỉ IP đó :
- Gán một địa chỉ IP ban đầu : Nếu PLC S7-1200 không có địa chỉ
IP, IP TOOL sử dụng các chức năng thiết lập chính để cấp phát một
địa chỉ IP ban đầu cho PLC S7-1200.
- Thay đổi địa chỉ IP : nếu địa chỉ IP đã tồn tại, công cụ IP TOOL
sẽ sửa đổi cấu hình phần cứng (HW config) của PLC S7-1200.

18


1.2.2.2 Đổ chương trình xuống CPU
Đổ từ màn hình soạn thảo chương trình bằng cách kích vào biểu
tượng download trên thanh công cụ của màn hình

Hình 1. 14 Biểu tượng download trên thanh công cụ
Chọn cấu hình Type of the PG/PC interface và PG/PC interface
như hình dưới sau đó nhấn chọn load .

Hình 1. 15 Cấu hình Type of the PG/PC interface và PG/PC

19


Hình 1. 16 Trạng thái và hoạt động sau khi tải chương trình
1.2.2.3. Giám sát và thực hiện chương trình
Để giám sát chương trình trên màn hình soạn thảo kích chọn
Monitor trên thanh công cụ.

Hình 1. 17 Monitor trên thanh công cụ

20


Hoặc cách 2 làm như hình dưới:

Hình 1.18 Go offline trên thanh công cụ
Sau khi chọn monitor chương trình soạn thảo xuất hiện như sau:

Hình 1.19 Monitor chương trình soạn thảo

21


Chương 2: CHƯƠNG TRÌNH HỆ THỐNG PHÂN BIỆT SẢN PHẨM
THEO MÀU SẮC
2.1 Sơ đồ kết nối giữa PLC và PC systems

Hình 2. 1 Sơ đồ kết nối giữa PLC và PC systems

Hình 2. 2 Màn hình chính

22


Hình 2. 3 Màn hình tự động
2.2 Các bước thực hiện
Bước 1: Từ màn hình desktop nhấp đúp chuột chọn biểu tượng Tia
Portal V13.

Hình 2. 4 Biểu tượng Tia Portal V13

23


Bước 2 : Click chuột vào Create new project để tạo dự án.

Hình 2. 5 Tạo đồ án mới

Hình 2. 6 Đặt tên
Bước 3 : Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn create.

24


Bước 4 : Chọn configure a device.

Hình 2. 7 Tạo đồ án mới
Bước 5 : Chọn add new device.

Hình 2. 8 Chọn add new device

25