Thiết kế chế tạo hệ thống giám sát quá trình chiết rót và đóng nắp chai tự động

MỤC LỤC
MỤC LỤC………………………………………………………………………….............................1
MỤC LỤC.......................................................................................................................................................... 1
DANH MỤC HÌNH............................................................................................................................................ 2
TÓM TẮT ĐỒ ÁN.............................................................................................................................................. 2
ABSTRACT........................................................................................................................................................ 4
LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................................................... 5


DANH MỤC HÌNH
MỤC LỤC.......................................................................................................................................................... 1
DANH MỤC HÌNH............................................................................................................................................ 2
TÓM TẮT ĐỒ ÁN.............................................................................................................................................. 2
ABSTRACT........................................................................................................................................................ 4
LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................................................... 5

TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Trong khóa luận này sẽ đề cập đến thiết kế giao diện để điều khiển, giám
sát và thu thập dữ liệu từ xa cho mô hình trộn, chiết rót và đóng nắp chai. Giao
diện được thiết kế trên phần mềm WinCC của hãng Siemens với thiết kế đẹp mắt
và đầy đủ các tính năng cần thiết cho người vận hành cũng như người giám sát
hệ thống.
Khóa luận cũng hướng dẫn cụ thể các bước để các bạn khóa sau có thể
tham khảo lập trình trên WinCC một cách dễ dàng. Một số đoạn chương trình
lập trình theo ngôn ngữ Visual C++ cơ bản kết hợp với ngôn ngữ lập trình Visual
Basic hiển thị thông tin tính toan biểu thức. Với các chức năng cần thiết, phân
quyền người dùng trong WinCC, thiết kế giao diện từ thư viện, tạo nút nhấn,
hiển thị tín hiệu Analog Input hoặc Output,hiển thị cửa sổ làm việc nhỏ trên cửa
sổ lớn, chuyển đổi giữa các file ảnh khác nhau, tạo cảnh báo Alarm hoặc xuất dữ
liệu ra Excel …
Mô hình được điều khiển thông qua PLC S7-300 của Siemens đây cũng là

loại PLC cao cấp của Siemens sử dụng rộng rãi trong các khu công nghiệp tự
động vừa và lớn với yêu cầu ổn định và chất lượng cao. Mô hình điều khiển thiết
kế đơn giản với 3 bồn thực hiện cấp nguyên liệu và trộn nhiên liệu, trong mô
hình này sử dụng cảm biến siêu âm để xác định mực nước trong bồn trộn và thu
thập dữ liệu đưa về WinCC. Các cảm biến khác bao gồm cảm biến quang để xác


định vị trí chai, cảm biến từ xác định vị trí xi lanh, cảm biến điện dung xác định
mực nước trong chai và hệ thống khí nén cũng được sử dụng.
Băng tải có thể điều chỉnh tốc độ bằng tay tuy nhiên các bạn khóa sau có
thể nâng cấp điều khiển tốc độ động cơ băng tải bằng Analog Ouput để phát
triển đề tài. Do nhiều khó khăn và kinh phí không cho phép nên mô hình chưa
được hoàn thiện như mong muốn. Hi vọng quý bạn đọc có thể tìm hiểu khóa
luận này để có thể phục vụ cho nhu cầu cần thiết của mình trong học tập hay
trong quá trình đi làm tại các nhà máy có sử dụng SCADA .


ABSTRACT
This topic will address the interface design for remote control, data
collection and monitoring of the mixing, filling and capping model. The
interface is designed on Siemens' WinCC software with a beautifully designed
and full of essential features for the operator as well as the system supervisor.
The course also provides detailed instructions for you to lock the following
can refer to programming on WinCC easily. Some programming sequences in
basic Visual C ++ programming language combine with the Visual Basic
programming language to display expressive information. With the necessary
functions, user authorization in WinCC, interface design from the library, button
creation, display of Analog Input or Output, display of small windows in large
windows, switching between Various image files, Alarm alert or export data to
Excel ...

The Siemens S7-300 PLC is also a high-end Siemens PLC that is widely
used in large and medium auto parks with high quality and stable requirements.
Simple design control model with 3 sinks providing material feed and fuel
mixing, in this model use ultrasonic sensor to determine the water level in the
mixing tank and collect the data to WinCC. Other sensors include optical
sensors for locating the cylinders, magnetic sensors locating cylinders,
capacitive sensors for determining water levels in cylinders and compressed air
systems also used.
Conveyors can be adjusted manually, but the latter can be upgraded to
control the speed of the motor with Analog Ouput to develop the subject. Due to
many difficulties and funding, the model has not been completed as expected.
Hope you read this topic to be able to cater to your needs in learning or in the
process of working at SCADA factories.


LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay quá trình tự động hóa trong công nghiệp là hết sức quan trọng
đối với sự phát triển của một quốc gia. Với các nước phát triển như Mỹ, Nhật....
thì tự động hóa không còn xa lạ. Ở các nước này máy móc hầu như đã thay thế
lao động chân tay, số lượng công nhân trong nhà máy đã giảm hẳn và thay vào
đó là những lao động chuyên môn, những kỹ sư có tay nghề, điều khiển giám sát
trực tiếp quá trình sản xuất trên thông qua máy tính. Một trong những ứng dụng
giám sát đó là WinCC (Windows Control Centre), nó giúp ta điều khiển và giám
sát toàn bộ quá trình sản xuất thông qua máy tính mà không phải trực tiếp xuống
nới sản xuất để quan sát. Những điều trên chứng tỏ tầm quan trọng của việc ứng
dụng WinCC trong lĩnh vực tự động hóa. Việt Nam là nước đang phát triển thì
nhu cầu hiện đại hóa trong công nghiệp là điều hết sức quan trọng đối với sự
phát triển kinh tế cũng như nhu cầu công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước.
Là những sinh viên theo học chuyên ngành “ Kỹ thuật điều khiển và tự
động hóa” cùng những nhu cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết của nền công nghiệp

nước nhà, em muốn được nghiên cứu và tìm hiểu những thành tựu khoa học mới
để có nhiều cơ hội biết thêm về kiến thức thực tế, củng cố kiến thức đã học,
phục vụ tốt cho sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa. Vì những lí do trên em
đã chọn đề tài: “Thiết kế chế tạo hệ thống giám sát quá trình chiết rót và đóng
nắp chai tự động ”.
Đề tài gồm có các nội dung chính như sau:
Chương I: Tổng quan về dây chuyền chiết rót, vặn nắp chai.
Chương II: Tổng quan về Simatic S7-300 .
Chương III: Chương trình điều khiển, mô hình thực tế.
Chương IV: Tổng kết và hướng phát triền đề tài.
Mục đích nghiên cứu :


Nắm vững kiến thức về lập trình với S7-300, mô phỏng quá trình
hoạt động của một hệ thống với WinCC.
Nghiên cứu đề tài nhằm tích lũy kinh nghiệm, học hỏi thêm kiến
thức và phát huy tính sáng tạo, giải quyết vấn đề.
Theo phương châm học đi đôi với hành thì việc tạo ra một hệ thống
mô phỏng dùng S7-300 và WinCC là một yêu cầu cần thiết, đáp ứng được
nhu cầu đặt ra.


Đánh giá đồ án tốt nghiệp
(Dùng cho cán bộ phản biện)
Giảng viên đánh giá:.......................................................................................................
Họ và tên Sinh viên:................................................ MSSV:……………………………
Tên đồ án: ................................... ................................... ..............................................
…………………………………………………………………………………………..
Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây:
Rất kém (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5)

Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)
Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và các giả thuyết (bao
1
gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như phạm vi ứng dụng của đồ án
2 Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế)
3 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề
4 Có kết quả mô phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả đạt được
Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)
Mục tiêu và phương pháp thực hiện dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một
5
cách có hệ thống
Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết quả đều được phân
6
tích và đánh giá thỏa đáng.
Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa kết quả đạt được và
7 mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp lập luận để đề xuất hướng giải quyết
có thể thực hiện trong tương lai.
Kỹ năng viết (10)
Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương logic và đẹp mắt
(bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được đánh số thứ tự và được giải thích
8 hay đề cập đến trong đồ án, có căn lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có
mở đầu chương và kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo và có trích dẫn
đúng quy định
Kỹ năng viết (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận logic và có cơ sở,
9
từ vựng sử dụng phù hợp v.v.)
Kết quả nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)
Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/đạt giải SVNC khoa học
10a giải 3 cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa học (quốc tế/trong nước) từ giải 3
trở lên/ Có đăng ký bằng phát minh sáng chế

Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa
10b học nhưng không đạt giải từ giải 3 trở lên/Đạt giải khuyến khích trong các kỳ thi
quốc gia và quốc tế khác về chuyên ngành
10c Không có thành tích về nghiên cứu khoa học

1

2

3

4

5

1
1
1

2
2
2

3
3
3

4
4
4

5
5
5

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

Điểm tổng

5
2
0

/50

Điểm tổng quy đổi về thang 10
3. Nhận xét thêm của Thầy/Cô
.....................................................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................................................
.....................................................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
Nghệ An, ngày…..tháng 05 năm 2017
Người nhận xét


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT, VẶN NẮP CHAI
1.1. Tổng quan về dây chuyền
1.1.1. Phạm vi áp dụng
Cơ sở sản xuất sữa, sữa tươi, sữa chưa và các loại nước uống tinh khiết
đóng chai hoặc nước khoáng hoặc các loại nước uống không ga khác. Chai nước
sử dụng: Loại chai PET có dung tích từ250ml đến 2250ml.
1.1.2. Yêu cầu thiết kế
• Điện áp sử dụng: 1 pha 220V, 50Hz hay 3 pha 380V, 50 Hz. Dòng tải: Tùy
theo công suất bơm sử dụng và các thiết bị ngoại vi khác, thông thường
không nhỏ hơn 5A.
• Các biện pháp an toàn điện: Hệ thống được thiết kế ELCB chống giật trên
toàn hệ thống và các thiết bị điện khác đạt chuẩn CE. Nút tắt khẩn cấp khi
có sự cố xảy ra.
• Khung sườn thiết bị: Được thiết kế bằng thép không gỉ SS304 hoặc
SS316, chịu được lực rung lớn.
• Ống dẫn nước: Ống chịu áp lực cao bằng PVC hoặc bằng thép không gỉ

304 (tùy theo yêu cầu thiết kế), đảm bảo an toàn vệ sinh, không đóng cặn,
gỉ sét và gây ra các nấm mốc vi sinh.
• Các thiết bị lọc sữa: Vật tư, thiết bị lọc đạt chuẩn.

Hình 1.1 Hệ thống chiết rót, đóng nắp sữa


Hình1.2 Thiết bị chiết rót sữa
1.1.3. Các chức năng chính của hệ thống
• Hệ thống kết hợp 3 máy xúc rửa, chiết rót và đóng nắp thành 1 dây
chuyền thống nhất.
• Hệ thống tiêu chuẩn: hệ thống bao gổm 3 máy rời rạc: Xúc rửa, chiết rót,
đóng nắp, nối liền với nhau thành 1 hệ thống xuyên suốt.
• Mạch điều khiển trung tâm PLC của Siemens: Điều khiển xuyên suốt hệ
thống xúc rửa, chiết rót, đóng nắp. Bảng mạch hiển thị trạng thái hoạt
động của hệ thống trên các đèn led (màu xanh). Khi có sự cố xảy ra, hệ
thống ngắt điện hoàn toàn tự động, tín hiệu âm thanh bíp bíp sẽ được phát
ra. Ngoài ra chương trình trong PLC này nhiều chức năng hơn hệ thống
tiêu chuẩn.
• Khung sườn : Được làm bằng thép không gỉ.
• Động cơ xoay vòng bằng công nghệ Đức: Các chai PET được vận chuyển
tự động trên băng chuyền xoay vòng liên tục vào hệ thống chiết rót, xúc
rửa.
• Ống dẫn nước: Bằng Inox.


• 2 chế độ hoạt động auto/manual: Giúp người sử dụng có thể kiểm tra hoạt
động của các chức năng.
1.1.4. Nguyên lý hoạt động
Hệ thống hoạt động theo các bước sau đây:

• Vỏ chai PET được đặt trên băng chuyền trước khi vào hệ thống xúc rửa
chiết rót và đóng nắp (gọi tắt là RFC).
• Nguồn nước tinh khiết từ bồn chứa được nối vào hệ thống RFC.
• Băng chuyền sẽ tự động vận chuyển chai PET vào hệ thống xúc rửa. Các
chai di chuyển xoay vòng và vào đúng vị trí vòi nước xúc rửa. Lưu ý nước
rửa có áp lực khá mạnh để rửa sạch chai PET do bơm thiết kế sẵn trong
máy phun lên.
• Sau khi rửa, chai PET sẽ được đưa vào vịtrí chiết rót, các cánh tay đòn sẽ
giữ chặt cổ chai để tránh đổc hai trong qua trinh rót. Các chai được xoay
vòng liên tục trên băng chuyền chiết rót. Máy bơm nước được thiết kế sẵn
trong máy sẽ tự động chiết rót vào bình.
• Khi bình chứa đã đầy nước, sẽ được chuyển sang vị trí đóng nắp. Nắp
bình chứa được lấp đầy trong ống chứa và được đưa vào ngay đầu chai
PET.
• Các tay đòn sẽ siết nắp chặt.
• Sau đó chai PET được chuyển trên băng tải ra ngoài.
• Bình chứa được tiếp tục chuyển đến máy bao màng co bằng (nếu có).


Hình 1.3 Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động
Do giới hạn đề tài là mô phỏng trên máy tính nên em sẽ nghiên cứu những
thiết bị phần điện tự động là chính, mô hình mô phỏng sẽ có một số điểm khác
so với hệ thống thực để thuận thiện cho việc mô phỏng.Cụ thể là dây chuyền mô
phỏng sẽ có các khâu chính là:
• Kiểm tra khuyết tật chai.
• Chiết nước vào chai.
• Đóng nắp chai.
• Đưa sang dây chuyền đóng thùng sản phẩm.
1.1.5. Các công nghệ trên dây chuyền chiết rót, đóng nắp, đóng thùng
1.1.5.1. Kiểm tra khuyết tật chai

Để kiểm tra được khuyết tật trên sản phẩm chai nhựa người ta thường
dùng các hệ thống máy hiện đại, hiện nay có không ít các nhà cung cấp thiết bị
để thực hiện quá trình này, theo kinh nghiệm và tìm hiểu thì em được biết hãng
PRESSCO TECHNOLOGY INC là nhà cung cấp dòng sản phẩm
INTELLISPEC mã CP500 thực hiện quá trình kiểm tra và phân loại và loại bỏ
chai bị hỏng không đủ yêu cầu chất lượng như:
• Chai bị móp trong lúc sản xuất hay trong quá trình vận chuyển.
• Chai dính bẩn.


Dòng sản phẩm INTELLISPEC CP500: được trang bị 2 camera bên trong
và được kết nối với hệ thống máy tính chuyên dụng được cung cấp bởi chính
nhà cung cấp. Máy có bộ nguồn UPS mắc song song với nguồnđiện nên có thể
hoạt động thêm một thời gian sau khi cúp điện.
Nguyên tắc: Camera chụp và phân tích hình ảnh từng chai, đưa tín hiệu về
máy tính xử lí với phần mền chuyên dụng được cài đặt độ nhạy theo mục đích
của yêu cầu sản phẩm và loại (Reject) các sản phẩm không đạt yêu cầu. Tốc độ
chụp của camera có thể lên đến hàng nghìn chai một phút.

Hình 1.4 Máy kiểm tra khuyết tật chai
1.1.5.2. Chiết nước vào chai
Hiện nay có khá nhiều công nghệ chiết nước vào chai, tùy loại chất lỏng
sẽ có cách chiết rót khác nhau như: Nước có ga, nước không ga, chất lỏng dạng
cô đặc. Định lượng sản phẩm lỏng là chiết một thể tích nhất định sản phẩm lỏng
và rót vào trong chai, bình, lọ, v.v.. Định lượng sản phẩm lỏng bằng máy được
sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất thực phẩm. Khi định lượng bằng
máy thì cải thiện được điều kiện vệ sinh, đảm bảo được năng suất cao và định
lượng sản phẩm một cách chính xác.
Các phương pháp định lượng chủ yếu gồm có:

• Định lượng bằng bình định mức: Chất lỏng được định lượng chính xác
nhờ bình định mức trước khi rót vào chai.
• Định lượng bằng chiết tới mức cố định: Chất lỏng được chiết tới mức cố
định trong chai bằng cách chiết đầy, sau đó lấy khối thể tích bù trừ ra khỏi
chai; khi đó mức lỏng trong chai sẽ sụt xuống một khoảng như nhau bất
kể thể tích của các chai có bằng nhau hay không. Ngoài ra còn sử dụng
ống thông hơi, chất lỏng được chiết tới khi ngập miệng ống thông hơi sẽ
dứng lại. Phương pháp nầy có độ chính xác không cao, tuỳ thuộc độ đồng
đều của chai.
• Định lượng bằng cách chiết theo thời gian: Cho chất lỏng chảy vào chai
trongkhoảng thời gian xác định, có thể xem như thể tích chất lỏng chảy là
không đổi. phương pháp nầy chỉ áp dụng cho các sản phẩm có giá tri thấp,
không yêu cầu độ chính xác định lượng.
Các phương pháp chiết rót sản phẩm gồm có:
• Phương pháp rót áp suất thường: chất lỏng tự chảy vào trong chai do
chênh lệch về độ cao thủy tĩnh. Tốc độ chảy chậm nên chỉ thích hợp với
các chất lỏng ít nhớt.
• Phương pháp rót chân không: Nối chai với một hệ thống hút chân không,
chất lỏng sẽ chảy vào trong chai do chênh áp giữa thùng chứa và áp suất
trong chai. Lượng chất lỏng chảy vào chai thông thường cũng được áp
dụng phương pháp bù trừ hoặc chiết đầy chai.
• Phương pháp rót đẳng áp: Phương pháp này được áp dụng cho các sản
phẩm có gas như bia, nước ngọt.Trong khi rót, áp suất trong chai lớn hơn
áp suất khí quyển nhằm tránh không cho ga (khí CO2) thoát khỏi chất
lỏng. Với phương pháp rót đẳng áp thông thường, người ta nạp khí CO2
vào trong chai cho đến khi áp suất trong chai bằng áp suất trong bình hứa,
sau đó cho sản phẩm từ bình chứa chảy vào trong chai nhờ chênh lệch độ
cao. Máy định lượng-chiết rót sản phẩm lỏng gồm nhiều cơ cấu rót, mỗi
cơ cấu rót được bố trí chiết cho 1 chai.

• Các cơ cấu rót có thể được bố trí thẳng hàng, làm việc cùng lúc (máy chiết
có cơ cấu chiết thẳng) hoặc bố trí trên bàn quay, làm việc tuần tự (máy
chiết bàn quay) như hình bên dưới:

Hình 1.5 Máy chiết bàn quay
1.1.5.3. Đóng nắp chai
Máy đóng nắp chai được ứng dụng rộng rãi trong ngành sản xuất đồ uống,
thức phẩm, mỹ phẩm và hóa chất công nghiệp. Máy có tác dụng đóng bao kín
các loại chai thủy tinh, nhựa, đảm bảo việc niêm phóng kín, không rò rỉ chất
lỏng ra ngoài.
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 1.6 Máy chiết rót và đóng nắp kiểu bàn xoay
1.1.5.4. Cảm biến dùng trong các dây chuyền chiết rót


Tại mỗi khâu chúng ta dùng cảm biến vị trí để xác định vị trí của sản
phẩm. Khi gặp sản phẩm cảm biến sẽ có tín hiệu báo về bộ điều khiển để ra lệnh
điều khiển. Để xác định vị trí và dịch chuyển của sản phẩm, ta dùng loại cảm
biến quang điện. Cảm biến quang điện bao gồm 1 nguồn phát quang và 1 bộ thu
quang. Nguồn phát quang sử dụng Led hoặc Laser phát ra ánh sáng thấy hoặc
không thấy tùy theo bước sóng. 1 bộ thu quang sử dụng diode hoặc transitor
quang. Ta đặt bộ thu và phát sao cho vật cần nhận biết có thể che chắn hoặc
phản xạ ánh sáng khi vật xuất hiện.
Ánh sáng do Led phát ra được hội tụ qua thấu kính. ở phần thu ánh sáng

từ thấu kính tác động đến transitor thu quang. Nếu có vật che chắn thì chùm tia
sẽ không tác động đến bộ thu được. sóng dao động dùng để bộ thu loại bỏ ảnh
hưởng của ánh sáng trong phòng. Ánh sáng của mạch phát sẽ tắt và sáng theo
tần số mạch dao động. Phương pháp này sử dụng mạch dao động làm cho cảm
biến thu phát xa hơn và tiêu thụ ít công suất hơn.
Trên thị trường hiện nay có 3 loại cảm biến quang điện chính:Throughbeam sensors (cảm biến tia xuyên qua), Retro-reflective sensors (cảm biến phản
quang), Diffuse reflection sensor (cảm biến phản xạ khuếch tán).

Hình 1.7 Cảm biến phản quang


Trong quá khứ, đối với nhà máy bia, nước ngọt, việc phát hiện các chai
PET có chất liệu trong suốt là rất khó khăn, yêu cầu phải điều chỉnh phức tạp
cảm biến cho ứng dụng đó. Hiện nay công nghệ phát triển hơn ta có loại cảm
biến phản quang dể dàng phát hiện các vật liệu cho trai PET và thủy tinh. Một
trong số đó là bộcảm biến O5G500 và một bộ lọc phân cực cùng với lăng kính
phản xạ E20722.
1.1.5.5. Dây chuyền đóng thùng
Các máy đóng thùng chai hiện nay rất đa dạng từ thô sơ tới cực kỳ hiện
đại. tùy theo doạng sản phẩm sẽ có cách đóng gói khác nhau. Với chai lọ thủy
tinh dễ vỡ hay các chai có dung tích lớn thường được đóng thùng bằng cánh tay
Robot.
Phương pháp này hiện đại và chính xác nhất, đảm bảo chống va đập làm
hư sản phẩm. Số lượng sản phẩm phụ thuộc vào kích thước thùng chứa, số
lượng chai gắp trong một lần cũng dễ dàng cài đặt, ví dụ như để đóng két cho
bia chai thì mỗi lần cánh tay robot có thể gắp 20 chai. Dây chuyền đóng thùng
gồm 2 băng tải, một bang tải đưa sản phẩm đến tay gắp, một băng vận chuyển
thùng, hai băng tải đặt ngang nhau. Bộ phận gắp chai đượcđiểu khiển đồng bộ
bằng khí nén.

Hình 1.8 Bộ phận gắp chai


Với các loại chai nhỏ và khó vỡ thì thường dùng phương pháp đóng thùng
kiểu “Drop”, hệ thống có hai băng tải, một băng tải chở sản phẩm chai
ở phía trên, băng tải chứa thùng phía dưới, khi số chai chạy vào khung đủ số
lượng thì phần đáy của khung mở ra để toàn bộ chai trong khung rơi xuống
thùng, các chai rơi xuống thùng đồng thời thùng được hạ xuống để giảm lực tác
động vàođáy chai, cách đóng thùng này nhanh và đơn giản hơn dùng cánh tay
Robot.

Hình 1.9 Đóng thùng kiểu “Drop”


CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ SIMATIC S7-300
2.1.

Giới thiệu chung
Để đáp ứng yêu cầu tự động hóa ngày càng tăng đòi hỏi kỹ thuật điều

khiển phải có nhiều thay đổi về thiết bị cũng như về phương pháp điều khiển. Vì
vậy người ta phát minh ra bộ điều khiển lập trình rất đa dạng như PLC.
Sự phát triển của PLC đã đem lại nhiều thuận lợi và làm cho các thao tác máy
trở nên nhanh nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn. Nó có thể thay thế gần như hoàn
toàn cho các phương pháp điều khiển truyền thống. Như vậy PLC có tính năng
ưu việt và thích hợp trong môi trường công nghiệp là:
• Khả năng chống nhiễu tốt.
• Cấu trúc dạng modul rất thuận tiện cho việc mở rộng, cải tạo nâng cấp.
• Có những modul chuyên dụng để thực hiện chức năng đặc biệt.

• Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng để
xếp hạng một hệ thống điều khiển tự động.
• Hiện nay trên thị trường có các loại PLC của các hãng sản xuất như:
Omron,
Mitsubishi, Siemens, ABB, Allen Bradley...
S7-300 là dòng sản phẩm cao cấp, được dùng cho những ứng dụng lớn với
những yêu cầu I/O nhiều và thời gian đáp ứng nhanh, yêu cầu kết nối mạng và
có khả năng mở rộng, nâng cấp.Ngôn ngữ lập trình đa dạng cho phép người sử
dụng có quyền chọn lựa. Đặc điểm nổi bật của S7-300 đó là ngôn ngữ lập trình
cung cấp những hàm toán đa dạng cho những yêu cầu chuyên biệt. Hoặc ta có
thể sử dụng ngôn ngữ chuyên biệt để xây dựng hàm riêng cho ứng dụng mà ta
cần.
Ngoài ra S7-300 còn xây dựng phần cứng theo cấu trúc modul, nghĩa là
đối với S7-300 sẽ có những modul tích hợp cho những ứng dụng đặc biệt.


2.1.1.

Các modul PLC S7-300

Hình 2.1 Cấu hình của một trạm PLC S7-300
Để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng vào thực tế phần lớn các đối tượng
điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào/ra
khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hoá về cấu
hình. Chúng được sử dụng theo kiểu các modul, số lượng modul nhiều hay ít tuỳ
vào yêu cầu thực tế, xong tối thiểu bao giờ cũng có một modul chính là CPU,
các modul còn lại nhận truyền tín hiệu với các đối tượng điều khiển, các modul
chức năng chuyên dụng như PID, điều khiển động cơ, van thuỷ khí… Chúng gọi
chung là modul mở rộng. Cấu hình của một trạm PLC S7-300 như hình 2.1.
2.1.1.1 . Modul CPU

Modul CPU là loại modul có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các
bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485) và có thể còn có một vài cổng
vào ra số. Các cổng vào ra số có trên modul CPU được gọi là cổng vào ra
Onboard. PLC S7_300 có nhiều loại modul CPU khác nhau. Chúng được đặt tên
theo bộ vi xử lý có trong nó như modul CPU312, modul CPU314, modul
CPU315. Những modul cùng sử dụng 1 loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về
cổng vào/ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong


thư viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ
được phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ IFM (Intergrated
Function Module).

Hình 2.2 Một số CPU của PLC S7-300
Ngoài ra còn có các loại module CPU với 2 cổng truyền thông, trong đó
cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân
tán. Các loại modul này phân biệt với các loại modul khác bằng cụm từ DP
(Distributed Port) như là modul CPU314C-2DP.
2.1.1.2.

Modul mở rộng
Thiết bị điều khiển khả trình SIMATIC S7-300 được thiết kế theo kiểu

modul. Các modul này sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Việc xây dựng
PLC theo cấu trúc modul rất thuận tiện cho việc thiết kế các hệ thống gọn nhẹ và
dễ dàng cho việc mở rộng hệ thống. Số các modul được sử dụng nhiều hay ít tuỳ
theo từng ứng dụng nhưng tối thiểu bao giờ cũng phải có một modul chính là
modul CPU, các modul còn lại là những modul truyền và nhận tín hiệu với đối
tượng điều khiển bên ngoài như động cơ, các đèn báo, các rơle, các van từ.
Chúng được gọi chung là các modul mở rộng.

Các modul mở rộng chia thành 5 loại chính:
a) Module nguồn nuôi (PS - Power supply)
Có 3 loại: 2A, 5A, 10A.
b) Module xử lý vào/ra tín hiệu số (SM - Signal module)


Modul mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:
• DI (Digital input): Modul mở rộng các cổng vào số. Số các cổng vào số
mở rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại modul.
• DO (Digital output): Modul mở rộng các cổng ra số. Số các cổng ra số mở
rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại modul.
• Modul mở rộng các cổng vào/ra số...
• Số các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8 vào/8ra hoặc 16 vào/16 ra tuỳ
từng loại modul.
• CPU 312 IFM CPU 314C-2PTP CPU 314 CPU 314C-2DP AI (Analog
input):
• Modul mở rộng các cổng vào tương tự. Số các cổng vào tương tự có thể là
2, 4, 8 tuỳ từng loại modul.
• AO (Analog output): Modul mở rộng các cổng ra tương tự. Số các cổng ra
tương tự có thể là 2, 4 tuỳ từng loại modul.
• AI/AO (Analog input/Analog output): Modul mở rộng các cổng vào/ra
tương tự. Số các cổng vào/ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hay 4 vào/4 ra
tuỳ từng loại modul.
Các CPU của S7_300 chỉ xử lý được các tín hiệu số, vì vậy các tín hiệu
analog đều phải được chuyển đổi thành tín hiệu số. Cũng như các modul số,
người sử dụng cũng có thể thiết lập các thông số cho các modul analog.
c) Modul ghép nối (IM - Interface modul)
Modul ghép nối nối các modul mở rộng lại với nhau thành một khối và
được quản lý chung bởi 1 modul CPU. Thông thường các modul mở rộng được
gắn liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là rack. Trên mỗi rack có nhiều nhất là 8

modul mở rộng (không kể modul CPU, modul nguồn nuôi). Một modul CPU
S7-300 có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 rack và các rack này phải được
nối với nhau bằng modul IM.


Các modul ghép nối (IM) cho phép thiết lập hệ thống S7_300 theo nhiều
cấu hình, S7-300 cung cấp 3 loại modul ghép nối sau:
• IM 360: Là modul ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứa 8 modul
trên đó với khoảng cách tối đa là 10 m lấy nguồn từ CPU.
• IM 361: Là modul ghép nối có thể mở rộng thêm ba tầng, với một tầng
chứa 8 modul với khoảng cách tối đa là 10 m đòi hỏi cung cấp một nguồn
24 VDC cho mỗi tầng.
• IM 365: Là modul ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứa 8 modul
trên đó với khoảng cách tối đa là 1m lấy nguồn từ CPU.
d) Modul chức năng (FM - Function modul)
e) Modul có chức năng điều khiển riêng. Ví dụ như modul PID, modul điều
khiển động cơ bước.
f) Module truyền thông (CP - Communication modul)
Modul phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc
giữa PLC với máy tính.

Hình 2.3 Các loại modul mở rộng của S7-300


Các Tín hiệu kết nối với PLC:
• Tín hiệu số : Là các tín hiệu thuộc dạng hàm Boolean, dạng tín hiệu chỉ có
2 trị 0 hoặc 1.
Mức 0 : tương ứng với 0V hoặc hở mạch.
Mức 1 : Tương ứng với 24V.
Vd: Các tín hiệu từ nút nhấn, từ các công tắc hành trình….. đều là những tín

hiệu số.
• Tín hiệu tương tự : Là tín hiệu liên tục, từ 0-10V hay từ 4-20mA….
Vd: Tín hiệu đọc từ Loadcell,từ cảm biến lưu lượng…
• Tín hiệu khác : Bao gồm các tín hiệu giao tiếp với máy tính với các thiết
bị ngoại vi khác bằng các giao thức khác nhau như giao thức RS232,
RS485, Modbus…. Modul ra sè (DO).
Kiểu dữ liệu:
• Kiểu Bool: True hoặc False ( 0 hoặc 1) VD: M0.0
• Kiểu Byte : gồm 8 Bit
• Kiểu Word
• Kiểu DWord
• Kiểu Int
• Kiểu Real.....


Hình 2.4 Cấu trúc của một bộ điều khiển PLC
2.2.

Ngôn ngữ lập trình

PLC S7_300 có 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản sau:
Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL (Statement List). Đây là dạng
ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính. Một chương trình được ghép bởi
nhiều câu lệnh theo 1 thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm 1 hàng và đều có cấu
trúc chung là “tên lệnh”+”toán hạng”.
Ví dụ:

Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD (Ladder Logic). Đây là dạng
ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển
logic.

Ví dụ:


Ngôn ngữ “hình khối”, ký hiệu là FBD (Function Block Diagram). Đây là
dạng ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển
số.
Ví dụ:

Trong đồ án em sử dụng ngôn ngữ LAD để lập trình để đơn giản và trực
quan hơn. Phần mềm dùng viết chương trình là Step7 V5.5 SP1_Home_x32.
2.3. Tập Lệnh S7-300
2.3.1. Lệnh về timer
Lệnh S_PULSE:

Nếu I0.0=1 Timer được kích chạy,khi I0.0=0 hoặc chạy đủ thời gian đặt
2s thì Timer dừng. Hoặc có tín hiệu I0.1 thì Timer cũng dừng.