do an tot nghiep dung plc 1200

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN

----------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đề tài:
NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH NĂNG CỦA PLC S7 – 1200 SIEMENS,
ỨNG DỤNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN LOẠI SẢN
PHẨM CỦA CHI TIẾT CƠ KHÍ VỚI CHIỀU CAO
TƯƠNG ỨNG 5cm, 10cm, 15cm.

Giáo viên hướng dẫn

: Th.S TRẦN THỊ HỒNG THẮM

Sinh viên thực hiện

: Trần Văn Chung

Lớp

1041040600

Nguyễn Hữu Cường

1041040526

Đỗ Hải Đăng

1041040522

: ĐH Điện 6 –K10

Hà Nội, 2019


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Điện

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
Hà Nội, ngày tháng năm 2019
Giáo viên hướng dẫn

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Điện

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
.........................................................................................................................
Hà Nội, ngày tháng năm 2019
Giáo viên phản biện

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Điện

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................ 1
DANH MỤC BẢNG BIỂU........................................................................... 3
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ....................................................................... 4
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................... 5
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................... 6
CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG PHÂM LOẠI SẢN PHẨM
THEO CHIỀU CAO .................................................................................... 7
1.1 Đặt vấn đề................................................................................................. 7
1.2 Các băng truyền phân loại sản phẩm hiện nay........................................... 7
1.2.1 Các loại băng tải .................................................................................... 7
1.2.2 Các loại băng truyền phân loại sản phẩm hiện nay ............................... 12
1.3 Dây truyền phân loại sản phẩm theo chiều cao ....................................... 13
1.3.1 Giới thiệu chung .................................................................................. 13
1.3.2 Cấu tạo dây truyền phân loại sản phẩm theo chiều cao ........................ 13
1.3.3 Nguyên lí hoạt động............................................................................. 14
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7 – 1200, CẢM
BIẾN, CƠ CẤU CHẤP HÀNH.................................................................. 16
2.1 Giới thiệu chung về bộ điều khiển PLC .................................................. 16
2.1.1 Lịch sử phát triển ................................................................................. 16
2.1.2 Khái niệm PLC .................................................................................... 18
2.1.3 Phân loại .............................................................................................. 18

2.1.4 Ứng dụng ............................................................................................. 18
2.1.5 Ưu điểm, nhược điểm .......................................................................... 19
2.1.6 Cấu trúc PLC ....................................................................................... 20
2.2 Tìm hiểu về PLC SIEMENS S7 – 1200 .................................................. 24
2.2.1 Cấu hình và điều hành SIEMENS S7 – 1200 ....................................... 24
2.2.2 Đặc điểm và thông số một số loại CPU S7 – 1200 ............................... 25
2.2.3 Nguyên lý hoạt động ............................................................................ 26
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Điện

2.3 Cảm biến ................................................................................................ 27
2.3.1 Khái niệm ............................................................................................ 27
2.3.2 Phân loại cảm biến ............................................................................... 27
2.3.3 Ứng dụng của cảm biến ....................................................................... 28
2.4 Động cơ điện một chiều .......................................................................... 29
2.4.1 Khái niệm ............................................................................................ 29
2.4.2 Cấu tạo động cơ điện một chiều ........................................................... 30
2.4.3 Nguyên lí hoạt động............................................................................. 33
2.5 Băng tải .................................................................................................. 33
2.6 Rơle ........................................................................................................ 33
2.6.1 Khái niệm ............................................................................................ 33
2.6.2 Phân loại .............................................................................................. 34
2.6.3 Rơle trung gian .................................................................................... 35
2.7 Các thiết bị điều khiển khí nén ................................................................ 35
2.7.1 Van đảo chiều ...................................................................................... 35
2.7.2 Van tiết lưu .......................................................................................... 37

2.7.3 Xy lanh ................................................................................................ 39
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN LOẠI SẢN
PHẨM THEO CHIỀU CAO TƯƠNG ỨNG ............................................ 41
3.1 Phần mềm lập trình TIA – PORTAL V13 ............................................... 41
3.1.1 Trình tự các bước thiết kế chương trình điều khiển .............................. 41
3.1.2 Kết nối và lựa chọn CPU ..................................................................... 41
3.1.3 Nạp chương trình xuống PLC .............................................................. 44
3.1.4 Giao tiếp giữa máy tính và PLC ........................................................... 46
3.1.5 Khởi tạo bảng tag mới ......................................................................... 46
3.1.6 Giám sát và thực hiện chương trình ..................................................... 48
3.2 Sơ đồ khối của hệ thống.......................................................................... 48
3.3 Nguyên lí hoạt động của hệ thống ........................................................... 49
3.4 Lưu đồ thuật toán .................................................................................... 51
3.5 Viết chương trình .................................................................................... 52

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


Đồ án tốt nghiệp

Khoa Điện

3.6 Xây dựng mạch lực ................................................................................. 59
3.6.1 Mạch đấu nối PLC ............................................................................... 59
3.6.2 Mạch khí nén điều khiển xylanh .......................................................... 59
CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
KẾT QUẢ ................................................................................................... 61
4.1 Yêu cầu, mục đích đối với mô hình thực nghiệm .................................... 61
4.1.1 Yêu cầu đối với mô hình...................................................................... 61
4.1.2 Mục đích .............................................................................................. 61

4.2 Thiết kế và lựa chọn các thiết bị ............................................................. 61
4.2.1 Lựa chọn PLC ...................................................................................... 61
4.2.2 Cảm biến quang ................................................................................... 62
4.2.3 Rơ le ................................................................................................. 63
4.2.4 Van khí nén ......................................................................................... 63
4.2.5 Động cơ và bộ giảm tốc ....................................................................... 64
4.2.6 Băng tải ............................................................................................... 65
4.2.7 Nguồn một chiều. ................................................................................ 66
4.3 Mô hình mô phỏng trên phầm mềm TIA PORTAL V13 ......................... 67
4.4 Đánh giá kết quả ..................................................................................... 68
KẾT LUẬN ................................................................................................. 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................... 70

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


Đồ án tốt nghiệp

1

Khoa Điện

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Cấu tạo chung của băng truyền ...................................................... 8
Hình 1.2: Băng tải dạng xích........................................................................ 10
Hình 1.3: Băng tải con lăn ........................................................................... 10
Hình 1.4: Băng tải dạng cào ........................................................................ 11
Hình 1.5: Băng tải dạng xoắn ...................................................................... 11
Hình 2.1: PLC đầu tiên ra năm 1968 tại Hoa Kì .......................................... 16
Hình 2.2: Một số loại PLC của SIEMENS .................................................... 18

Hình 2.3: Cấu trúc của PLC ......................................................................... 20
Hình 2.4: Sơ đồ khối PLC ............................................................................ 23
Hình 2.5: Bảng tín hiệu ................................................................................ 24
Hình 2.6: Môdun tín hiệu ............................................................................. 24
Hình 2.7: Môdun truyền thông ..................................................................... 24
Hình 2.8: Một số loại mođun ........................................................................ 26
Hình 2.9: Cảm biến quang thu phát rời ........................................................ 28
Hình 2.10: Cảm biến quang thu phát chung ................................................. 29
Hình 2.11: Một số loại động cơ thực tế ........................................................ 30
Hình 2.12: Kích thước dọc ngang của máy điện một chiều ........................... 30
Hình 2.13: Cấu tạo các cực .......................................................................... 31
Hình 2.14: Một số loại băng tải gân và cao su ............................................. 33
Hình 2.15: Một số loại rơ le ......................................................................... 35
Hình 2.16: Rơle trung gian Omron ............................................................... 35
Hình 2.17: Nguyên lí hoạt động của van đảo chiều ...................................... 36
Hình 2.18: Kí hiệu van 2/2 ........................................................................... 36
Hình 2.19: Kí hiệu van 3/2 ........................................................................... 37
Hình 2.20: Kí hiệu van 5/2 ........................................................................... 37
Hình 2.21: Cấu tạo van tiết lưu .................................................................... 38
Hình 2.22: Xylanh nén khí ............................................................................ 39
Hình 2.23: Cấu tạo xylanh ........................................................................... 39

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


Đồ án tốt nghiệp

2

Khoa Điện

Hình 3.1: Các bước thiết kế một chương trình điều khiển............................. 41
Hình 3.2: Giao diện soạn thảo chính ............................................................ 42
Hình 3.3: Sau khi IP đã chọn đúng ............................................................... 45
Hình 3.4: Thiết lập ID .................................................................................. 45
Hình 3.5: Tạm dừng PLC ............................................................................. 46
Hình 3.6: Nạp chương trình xuống PLC ....................................................... 46
Hình 3.7: Kết nối PLC với máy tính ............................................................. 46
Hình 3.8: Giao diện chính để giám sát chương trình .................................... 48
Hình 3.9: Cửa sổ làm việc HMI.................................................................... 48
Hình 3.10: Sơ đồ khối hệ thống .................................................................... 49
Hình 3.11: Lưu đồ của bài toán .................................................................... 51
Hình 3.12: Sơ đồ đấu nối PLC ..................................................................... 59
Hình 3.13: Mạch khí nén .............................................................................. 59
Hình 4.1: Loại CPU 1214C AC/DC/RLY ...................................................... 62
Hình 4.2: Cảm biến quang ORMON E3F2 ................................................... 62
Hình 4.3: Rơ le trung gian OMRON ............................................................. 63
Hình 4.4: Van đảo chiều 5/2 ......................................................................... 64
Hình 4.5: Động cơ giảm tốc ......................................................................... 64
Hình 4.6: Băng tải loại PVC ........................................................................ 66
Hình 4.7: Nguồn một chiều 24V ................................................................... 66
Hình 4.8: Giao diện khi OFF ....................................................................... 67
Hình 4.9: Giao diện khi ON.......................................................................... 67

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


Đồ án tốt nghiệp

3

Khoa Điện

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Một số loại băng tải ........................................................................ 9
Bảng 2.1: Đặc điểm và thông số một số loại CPU S7-1200 .......................... 25
Bảng 3.1: Bảng địa chỉ chương trình ............................................................ 52

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


4

Đồ án tốt nghiệp

Khoa Điện

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
PLC

Programmable Logic Controller

IC

Integrated circuit

ASIC

Application Specific Integrated Circuit

AC

Alternating Current

DC

Direct Current

CPU

Central Processing Unit

EPROM

Erasable Programmable Read-Only Memory

I/O

Input/Output

PID

Proportional Intergral

PVC

Polyvinyl clorua

RAM

Random Access Memory

ROM

Read Only Memory

VDC

Volts Direct Current

EEPROM

Erasable Erasable Programmable Read OnlyMemory

SB

Signal board

BB

Battery board

CB

Communication board

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


5

Đồ án tốt nghiệp

Khoa Điện

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ,
đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè.
Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Trần Thị Hồng Thắm
người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo nhóm em trong suốt quá trình làm khoá
luận.
Nhóm cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Đại
học Công Nghiệp Hà Nội nói chung, các thầy cô trong Bộ môn nói riêng đã
dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên
ngành, giúp nhóm có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ
em trong suốt quá trình học tập.
Cuối cùng, chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn
tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên nhóm trong suốt quá trình học tập
và hoàn thành khoá luận tốt nghiệp.

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


6

Đồ án tốt nghiệp

Khoa Điện

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay trong công nghiệp hiện đại hoá đất nước, yêu cầu ứng dụng tự
động hoá ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều
khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ…). Mặt khác nhờ công nghệ thông
tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một loại thiết
bị điều khiển khả trình PLC.
Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được số lượng sản
phẩm lớn, nhanh mà lại tiện lợi về kinh tế. Dây chuyền sản xuất tự động PLC
giảm sức lao động của công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu quả cao đáp ứng
kịp thời cho đời sống xã hội.
Trên đây là đề tài “Nghiên Cứu Các Tính Năng Của Plc S7 – 1200
Siemens, Ứng Dụng Thiết Kế Hệ Thống Điều Khiển Phân Loại Sản Phẩm
Của Chi Tiết Cơ Khí Với Chiều Cao Tương Ứng 5cm, 10cm, 15 cm” do
ThS. TRẦN THỊ HỒNG THẮM hướng dẫn thực hiện.
Đề tài gồm những nội dung sau:
Chương I: Sơ lược về hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước
Chương II: Giới thiệu về bộ điều khiển PLC S7 – 1200, cảm biến, cơ cấu
chấp hành
Chương III: Thiết kế hệ thống điều khiển phân loại sản phẩm theo chiều
cao tương ứng
Chương IV: Xây dựng mô hình thực nghiệm và đánh giá kết quả
Em xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể các thầy cô trong bộ môn tự động
hóa và đặc biệt là sự định hướng, chỉ bảo tận tình của cô giáo hướng dẫn đã
giúp em hoàn thành đề tài một cách tốt nhất.
Em rất mong nhận được sự góp ý chân thành của thầy cô và các bạn để
hoàn thiện đề tài của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

7

Đồ án tốt nghiệp

Khoa Điện

CHƯƠNG 1:
SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG PHÂM LOẠI SẢN PHẨM
THEO CHIỀU CAO
1.1 Đặt vấn đề
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, kĩ thuật điện tử
mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh
vực khoa học kĩ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông
tin…do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách hiệu quả nhằm
góp phần vào sự phát triển của khoa học kĩ thuật thế giới nói chung và sự phát
triển điều khiển tự động nó riêng. Xuất phát từ những đợt đi thực tập ở nhà
máy, cũng như đi tham quan thực tế tại các xí nghiệp, chúng em đã thấy được
nhiều khâu tự động hóa trong quá trình sản xuất. Một trong những khâu tự
động trong dây truyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm sản xuất
ra được các băng tải vận chuyển và hệ thống nâng gắp phân loại sản phẩm.
Đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc này vẫn chưa hoàn toàn
được tự động vẫn phải sử dụng nhân công, chính vì vậy nhiều khi cho ra năng
xuất thấp chưa đạt hiệu quả. Từ những điều đã nhìn thấy trong thực tế cuộc
sống và những kiến thức đã được học ở trường và muốn tạo ra hiệu xuất gấp
nhiều lần mà vẫn đảm bảo độ chính xác về kích thước. Nên chúng em đã
quyết định và thi công mô hình để phân loại sản phẩm theo chiều cao vì nó
gần gũi với thực tế, vì thực tế nhiều sản phẩm sản xuất ra đòi hỏi có sự chính
xác về kích thước và nó thật sự có ý nghĩa với chúng em, góp phần làm cho
xã hội ngày càng phát triển
1.2 Các băng truyền phân loại sản phẩm hiện nay

1.2.1 Các loại băng tải
1.2.1.1 Giới thiệu chung về băng tải
Băng tải thường được dùng 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

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


8

Đồ án tốt nghiệp

Khoa Điện

các cơ cấu nhẹ, 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.
Với các ưu điểm như:
 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 không lớn lắm.
1.2.1.2 Cấu tạo chung của băng tải

Hình 1.1: Cấu tạo chung của băng truyền
1_ Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật.
2_Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo.
3_Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo.

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


9

Đồ án tốt nghiệp

Khoa Điện

4_Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ,...) làm phần trượt cho bộ phận kéo và
các yếu tố làm việc.
1.2.1.3 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: Một số loại băng tải
Loại băng tải

Tải trọng

Phạm vi ứng dụng
Vận chuyển từng chi tiết

Băng tải dây đai

<50kg

giữa các công đoạn hoặc thùng
chứa trong gia công cơ và lắp ráp
Vận chuyển chi tiết trên vệ

Băng tải lá

25 ÷ 125 kg

tinh trong gia công chuẩn bị phôi
và trong lắp ráp.
Vận chuyển các chi tiết lớn

Băng tải thanh đẩy

50 ÷ 250 kg

giữa các bộ phận trên khoảng
cách > 50m

Băng tải con lăn

30 ÷ 500 kg

Vận chuyển chi tiết giữa các
bộ phận với khoảng cách <50m

Các lại băng tải xích, băng tải con lăn có ưu điểm là độ ổn định cao khi
vận chuyển. Tuy nhiên chúng đòi hỏi kết cấu cơ khí phức tạp, đòi hỏi độ

chính xác cao, giá thành khá đắt
Ứng dụng băng tải xích: Vận chuyển sản phẩm cần độ vững chắc như
tấm nâng hàng, dùng nhiều vào trong ngành thực phẩm, đặc biệt là trong sản
xuất đồ uống và nông sản và trong các ngành công nghiệp lắp ráp và thiết bị
điện tử: Ti vi, tủ lạnh, điều hoà, xe đạp điện, xe máy, ô tô,...

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


Đồ án tốt nghiệp

10

Khoa Điện

Hình 1.2: Băng tải dạng xích
Ứng dụng băng tải con lăn: trong các nhà máy sản xuất, sân bay, khu
công nghiệp…vận chuyển sản phẩm có đáy cứng như thùng hàng, khung
pallet, thùng carton, sản xuất, chế tạo đến in ấn, vận chuyển…

Hình 1.3: Băng tải con lăn
 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 0,2m/s. Chiều dài của
băng tải là không hạn chế trong phạm vi kéo là 10kN
Ứng dụng: sử dụng chủ yếu trong việc khải thác quặng, xi măng, than
đá…
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


11

Đồ án tốt nghiệp

Khoa Điện

Hình 1.4: Băng tải dạng cào
 Băng tải xoắn vít có 2 kiểu cấu tạo:
 Băng tải 1 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: có 2 buồng xoắn song song với nhau, 1 có
chiều xoắn phải, 1 có chiều xoắn trái. Chuyển động xoay vào nhau
của các buồng xoắn được thực hiện nhờ một tốc độ phân phối
chuyển động.
Cả 2 loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng bằng thép hoặc
bằng xi măng.
Ứng dụng: thường được dùng để nhào trộn, hoặc làm cho liệu được tời
rời ra cũng như trong ngành chế biến thức ăn gia súc (chuyên chở vật liệu
dạng bột, dạng hạt)…

Hình 1.5: Băng tải dạng xoắn
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


Đồ án tốt nghiệp

12

Khoa Điện

1.2.2 Các loại băng truyền phân loại sản phẩm hiện nay
Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều
trong thực tế 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 kĩ 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 nhằm đáp
ứng nhu cầu cấp bách này. Tùy vào mức độ phức tạp trong yêu cầu phân loại,
các hệ thống phân loại tự động có những quy mô lớn, nhỏ khác nhau.
Theo yêu cầu sản xuất trong thực tế mà người ta có thể phân loại sản
phẩm như sau:
 Phân loại theo kích thước( cao thấp, dài- ngắn).
 Phân loại theo khối lượng sản phẩm.
 Phân loại theo màu sắc của sản phẩm.
 Phân loại theo hình ảnh của sản phẩm.
 Phân loại theo mã vạch của sản phẩm.
Trong bất cứ hình thức phân loại nào thì đều phải sử dụng PLC. Sau đây
ta sẽ tìm hiểu sơ qua về từng kiểu phân loại đó:
- Phân loại theo kích thước: kiểu phân loại này sử dụng các cảm biến
quang hay hồng ngoại,... để phát hiện và so sánh kích thước của sản phẩm,
sau đó đưa tín hiệu về PLC và PLC thực hiện chức năng phân loại sản phẩm
theo yêu cầu. Kiểu phân loại này được sử dụng nhiều trong các nhà máy đóng
chai,lọ,.. Ưu điểm lớn nhất của kiểu phân loại này đó là chi phí cho cảm biến
khá thấp, lắp đặt đơn giản và dễ vận hành.
- Phân loại theo khối lượng sản phẩm:kiểu phân loại này sử dụng cảm
biến trọng lượng để phân biệt sản phẩm nặng nhẹ, đủ khối lượng yêu cầu hay
chưa... Cách hoạt động cũng giống như kiểu phân loại theo kích thước. Và ta
có thế thấy hình thức phân loại này ở các nhà máy sản xuất xi măng, phân bón
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

13

Đồ án tốt nghiệp

Khoa Điện

hay nói chung là các nhà máy sản xuất sản phẩm dưới dạng đóng gói bao bì
cần khối lượng chính xác.
- Phân loại theo màu sắc của sản phẩm: sử dụng các cảm biến màu( mỗi
cảm biến sẽ nhận biết một màu riêng biệt như xanh, đỏ, vàng,...) Cách thức
hoạt động cũng giống như hai hình thức phân loại trên. Ứng dụng của phân
loại theo màu sắc chủ yếu trong công nghiệp vải lụa, sản xuất màu,...
- Phân loại theo hình ảnh sản phẩm điều khác biệt trong hình thức này đó
là không sử dụng cảm biến mà người ta dùng camera để chụp ảnh của sản
phẩm cần phân loại, sau đó đưa ảnh đó so sánh với ảnh gốc chuẩn xem sản
phẩm đó thuộc loại nào. Hiện nay thì hình thức phân loại này đang được ứng
dụng để phân loại gạch granit.
- Phân loại theo mã vạch của sản phẩm: đây là kiểu phân loại khá hiện
đại sử dụng tới máy đọc mã vạch. Nó chủ yếu được sử dụng với các sản phẩm
là linh kiện máy...
1.3 Dây truyền phân loại sản phẩm theo chiều cao
1.3.1 Giới thiệu chung
Dây truyền phân loại sản phẩm theo chiều cao là kiểu phân loại theo kích
thước của sản phẩm, mà cụ thể ở đây là phân loại theo chiều cao của sản
phẩm mà phân ra các loại sản phẩm khác nhau (loại sản phẩm cao, thấy hay
trung bình….)
Như đã nói ở trên thì dây truyền phân loại sản phẩm theo chiều cao được
ứng dụng nhiều trong việc phân loại các sản phẩm chai, lọ….như bia, rượu,

nước đóng chai….Và đây là công đoạn cuối trong dây truyền sản xuất, có
chức năng phân loại sản phẩm và đưa vào các thùng chứa tương ứng.
1.3.2 Cấu tạo dây truyền phân loại sản phẩm theo chiều cao
- Hệ thống giá đỡ hay bộ khung.
- Băng tải.
- Con lăn.
- Hệ thống động lực gồm ( động cơ, rơle, cơ cấu bánh răng và dây đai
truyền động...).
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


14

Đồ án tốt nghiệp

Khoa Điện

- Hệ thống điều khiển (nút ấn, bảng mạch, PLC,...).
Ngoài ra còn có các bộ phận khác như: các cảm biến, hệ thống tay đẩy
(hoặc cơ cấu kẹp sản phẩm…)
1.3.3 Nguyên lí hoạt động
Chức năng cơ bản của dây chuyền là phải đẩy sản phẩm vào thùng chứa
đúng mức chiều cao qui định. Do vậy có thể phân quá trình hoạt động của dây
chuyền ra làm 2 giai đoạn như sau:
 Giai đoạn 1: Nhận biết mức chiều cao của sản phẩm: Đầu tiên, khi cấp
nguồn cho động cơ thì băng tải bắt đầu chuyển động; đồng thời nếu có
sản phẩm đi vào thì nó sẽ di chuyển theo chiều của băng tải. Các cảm
biến sẽ do người quản lí bố trí sao cho phù hợp với các mức chiều cao
của sản phẩm cần phân loại. Các cảm biến này có thể là cảm biến
quang hay hồng ngoại, có nhiệm vụ phân biệt sản phẩm đi qua là ở mức

chiều cao nào ( cao hay thấp…), sau đó đưa tín hiệu về PLC để xử lý.
PLC nhận tín hiệu từ các cảm biến truyền về, sẽ căn cứ vào chương
trình đã được lập trình sẵn bên trong mà sẽ nhận biết được mức chiều
cao của sản phẩm đó và ra lệnh điều khiển đến các tay đẩy tương ứng.
 Giai đoạn 2: Đẩy sản phẩm vào thùng chứa tương ứng: Sau khi sản
phẩm đi qua khu vực phân loại đặt các cảm biến thì tiếp tục di chuyển
trên băng tải đến khu vực đặt các tay đẩy. Tại đây, các tay đẩy sẽ căn
cứ vào sự điều khiển của PLC mà thực hiện đẩy vật vào thùng chứa đặt
ở dưới 1 cách chính xác.
Trên đây chỉ trình bày chức năng cơ bản nhất, quan trọng nhất của dây
chuyền phân loại sản phẩm theo chiều cao. Trên thực tế dây chuyền còn thực
hiện thêm nhiều chức năng khác nữa như: đếm sản phẩm, hiển thị số,...
Kết luận: Qua Chương 1 này đã nêu ra vấn đề cũng như tính cấp thiết
của hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao trong các nhà máy xí nghiệp.
Cấu tạo các loại băng tải và ứng dụng của của các băng tải vào trong dây
truyền sản xuất. Các loại dây truyền, cấu tạo và nguyên lí hoạt động của băng

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


Đồ án tốt nghiệp

15

Khoa Điện

tải mà dùng trong mô hình. Tuy nhiên vẫn còn những thiếu sót do kiến thức
có hạn. Sang Chương 2 này chúng em tìm hiểu để hiểu rõ hơn về cấu tạo và
các loại CPU của PLC, cảm biến và cơ cấu chấp hành trong việc phân loại sản
phẩm theo chiều cao.

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


16

Đồ án tốt nghiệp

Khoa Điện

CHƯƠNG 2:
GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7 – 1200,
CẢM BIẾN, CƠ CẤU CHẤP HÀNH
2.1 Giới thiệu chung về bộ điều khiển PLC
2.1.1 Lịch sử phát triển
Ngày nay tự động hóa ngày càng đóng vai trò quan trọng đời sống và
công nghiệp, tự động hóa đã phát triển vượt bậc nhờ những tiến bộ của lý
thuyết điều khiển tự động, tiến bộ của ngành điện - điện tử, Công nghệ thông
tin…Chính vì vậy mà nhiều hệ thống điều khiển tự động ra đời, nhưng phát
triển mạnh và có khả năng ứng dụng rộng rãi là Bộ điều khiển lập trình PLC.
Bộ điều khiển lập trình đầu tiên (Programmable controller) đã được
những kỹ sư Công ty General Motor – Hoa Kỳ đã sáng chế và cho ra đời năm
1968.
Với các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng các yêu cầu điều khiển:
 Dễ lập trình và thay đổi chương trình
 Cấu trúc dạng Module mở rộng, dễ bảo trì và sữa chữa.
 Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất

Hình 2.1: PLC đầu tiên ra năm 1968 tại Hoa Kì

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


17

Đồ án tốt nghiệp

Khoa Điện

Tuy nhiên hệ thống còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp
nhiều khó khăn trong việc vận hành và lập trình hệ thống. Vì vậy các nhà thiết
kế - chế tạo từng bước cải tiến hệ thống trở nên đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận
hành hơn.
Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay
(Programmable controller Handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969. Điều
này đã tạo ra sự thuận lợi và phát triển thật sự cho kỹ thuật lập trình điều
khiển. Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn
giản nhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển thời
kỳ đầu. Qua quá trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được
một tiêu chuẩn mới cho hệ thống.
Đó là tiêu chuẩn: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang.
Sự phát triển của hệ thống phần cứng từ năm 1975 cho đến nay đã làm
cho hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức năng mở rộng:
 Số lượng ngõ vào, ngõ ra nhiều hơn và có khả năng điều khiển các
ngõ vào, ngõ ra từ xa bằng kỹ thuật truyền thông.
 Bộ lưu trữ dữ liệu nhiều hơn.
 Nhiều loại Module chuyên dùng hơn
Trong những năm đầu thập niên 1970, với sự phát triển của công nghệ
phần mềm, bộ lập trình điều khiển PLC không chỉ thực hiện các lệnh Logic
đơn giản mà còn có thêm các lệnh về định thì, đếm sự kiện, các lệnh về xử lý

toán học, xử lý dữ liệu, xử lý xung, xử lý thời gian thực.
Từ năm 1970 cho đến nay, bộ điều khiển lập trình PLC đã trở thành một
thiết bị không thể thiếu trong công nghiệp tự động.
Các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối các hệ thống PLC riêng lẻ
thành một hệ thống chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẻ. Tốc độ
của hệ thống được cải thiện, chu kỳ quét nhanh hơn. Bên cạnh đó, PLC được
chế tạo có thể giao tiếp với các thiết bị ngoại vi nhờ vậy mà khả năng ứng
dụng của PLC được mở rộng hơn.
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


18

Đồ án tốt nghiệp

Khoa Điện

2.1.2 Khái niệm PLC
Bộ điều khiển khả trình PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị
điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý, xử dụng bộ nhớ lập trình được để lưu
trữ
các lệnh và thực hiện các chức năng I/O, timer, counter. PLC có thể coi là một
máy tính thu nhỏ, nhưng PLC được ứng dụng chủ yếu trong công nghiệp.
2.1.3 Phân loại
PLC được phân loại theo một trong 2 cách sau:
 Phân loại theo hãng sản xuất: Siemen, Omron, Mitshubishi,
Alenbratlay…
 Phân loại theo phiên bản: PLC của Siemem có các phiên bản S7200, S7-300, S7-400, S7-1200; PLC của Mitshubishi có các dòng
FX, FX-0 hay FX-ON…

Hình 2.2: Một số loại PLC của SIEMENS
2.1.4 Ứng dụng
PLC được ứng dụng vô cùng rộng rãi trong nhiều nghành, nhiều lĩnh vực
khác nhau như:
 Hóa học và dầu khí: định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống
dẫn
 Chế tạo máy và sản xuất: Tự động hóa trong chế tạo máy, cân đông,
quá trình lắp đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại...
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội


19

Đồ án tốt nghiệp

Khoa Điện

 Thủy tinh và phim ảnh: quá trình đóng gói, thí nghiệm vật liệu, cân
đong, các khâu hoàn tất sản phẩm, do cắt giấy.
 Bột giấy, giấy, xử lý giấy: Điều khiển máy băm, quá trình ủ boat, quá
trình cáng, quá trình gia nhiệt...
 Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: Phân loại sản phẩm, đếm sản phẩm,
kiểm tra sản phẩm, kiểm soát quá trình sản xuất, bơm (bia, nước trái cây ...)
cân đong, đóng gói, hòa trộn ...
 Kim loại: Điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), quy trình sản xuất,
kiểm tra chất lượng.
 Năng lượng: điều khiển nguyên liệu (cho quá trình đốt, xử lý các tuabin
...) các trạm cần hoạt động tuần tự khai thác vật liệu một cách tự động (than,
gỗ, dầu mỏ).
2.1.5 Ưu điểm, nhược điểm

2.1.5.1 Ưu điểm
Từ thực tế sử dụng người ta thấy rằng PLC có những điểm mạnh như sau:
 Giảm đến 80% số lượng dây nối.
 Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp.
 Khả năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho việc sửa chữa được nhanh
chóng và dễ dàng.
 Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình, khi
không có các yêu cầu thay đổi các đầu vào ra thì không cần phải nâng
cấp phần cứng.
 Giảm thiểu số lượng rơle và timer so với hệ điều khiển cổ điển.
 Không hạn chế số lượng tiếp điểm sử dụng trong chương trình.
 Thời gian để một chu trình điều khiển hoàn thành chỉ mất vài ms, điều
này làm tăng tốc độ và năng suất PLC.
 Chương trình điều khiển có thể được in ra giấy chỉ trong thời gian ngắn
giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống.
 Chức năng lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, dễ học.
Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội