BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHÂN LOẠI VÀ IN SẢN PHẨM ỨNG DỤNG MACHINE VISION (Có code cuối bài)

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
-----------------⸙∆⸙-----------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI: MÔ HÌNH PHÂN LOẠI VÀ IN SẢN PHẨM
ỨNG DỤNG MACHINE VISION
GVHD: TS. Vũ Văn Phong
SVTH: Điểu Văn Hậu
Nguyễn Đăng Nghĩa

Tp. Hồ Chí Minh tháng 7 năm 2019

15151139
15151185


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
-----------------⸙∆⸙-----------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI: MÔ HÌNH PHÂN LOẠI VÀ IN SẢN PHẨM
ỨNG DỤNG MACHINE VISION
GVHD: TS. Vũ Văn Phong
SVTH: Điểu Văn Hậu
Nguyễn Đăng Nghĩa

15151139
15151185

Tp. Hồ Chí Minh tháng 7 năm 2019
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM


KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o---Tp. HCM, ngày 01 tháng 07 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên 1: Điểu Văn Hậu
MSSV: 15151139
Họ và tên sinh viên 2: Nguyễn Đăng Nghĩa
MSSV: 15151185
Chuyên ngành:
Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
Hệ đào tạo:
Đại học chính quy
Khóa: K15
Lớp: 151512A
I. TÊN ĐỀ TÀI: MÔ HÌNH IN SẢN PHẨM ỨNG DỤNG MACHINE VISION
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:

- Nghiên cứu về thiết kế khung CNC được điều khiển bởi step motor.
- Nghiên cứu về xử lý ảnh Labview.
- Tìm hiểu cách giao tiếp giữa Labview và TIA.
- Tìm hiểu về Driver stepmotor.
2. Nội dung thực hiện:
- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của khung CNC.
- Lập trình cho xử lý ảnh.
- Thiết kế và thi công mô hình.
- Viết chương trình điều khiển cho PLC.
- Kiểm tra và điều chỉnh các thông số để phù hợp với khung CNC.
- Thiết kế, lập trình màn hình Scada với bộ điều khiển .
- Nhận xét và kết luận.
3. Sản phẩm: Mô hình in sản phẩm ứng dụng Machine Vision
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 1/3/2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 1/7/2019
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:TS. Vũ Văn Phong
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o---Tp. HCM, ngày 01 tháng 07 năm 2019

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên 1: Điểu Văn Hậu
MSSV: 15151139
Họ tên sinh viên 2: Nguyễn Đăng Nghĩa
MSSV: 15151185
Tên đề tài: Mô hình in sản phẩm ứng dụng Machine Vision
Tuần/ngày
1/3/2019 –
8/3/2019
9/3/2019 –
16/3/2019
17/3/2019 –
2/4/2019
3/4/2019 –
10/4/2019
11/4/2019 –
25/4/2019
26/4/2019 –
10/5/2019
11/5/2019 –
18/5/2019
19/5/2019 –
3/6/2019
4/6/2019 –
18/6/2019
19/6/2019 –
1/7/2019

Xác nhận
GVHD

Nội dung
Định hình đề tài, bước đầu tham khảo các nguồn
có liên quan đến đề tài sẽ làm, đặt mục tiêu cho
đồ án sắp thực hiện.
Thu thập tài liệu, tham quan mô hình thực tế,
tham khảo các vấn đề thực tế
Tham khảo tài liệu, nghiên cứu lập trình xử lý
ảnh xác định sản phẩm lỗi và góc của vật
Nghiên cứu chuyển dữ liệu từ Labview sang vi
điều khiển và PLC
Nghiên cứu lập trình PLC điều khiển step motor
qua driver
Mua, kiểm tra, xây dựng phần cứng, hoàn thiện
phần kết nối đồ án
Lập trình kết nối từng phần kiểm tra mô hình lần
1
Lập trình kiểm tra mô hình lần 2, kiểm tra sự ổn
định của hệ thống đã đáp ứng được so với mục
tiêu đề ra ban đầu
Chỉnh sửa mô hình lần cuối. Viết báo cáo đồ án
Hoàn thành mô hình đồ án, hoàn thành báo cáo
đồ án

GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

----o0o---Tp. HCM, ngày 01 tháng 07 năm 2019

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam kết đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và
không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó.

Người thực hiện đề tài


LỜI CẢM ƠN


Đầu tiên, chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn tận tình của thầy Vũ Văn
Phong, Khoa Điện-Điện Tử Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM. Trong suốt thời
gian thực hiện đồ án thầy đã giành rất nhiều thời gian và tâm huyết trong việc hướng dẫn
chúng em. Thầy đã cung cấp cho chúng em rất nhiều kiến thức và kinh nghiệm thực tế khi
chúng em thực hiện đồ án. Trong quá trình thực hiện đồ án thầy luôn định hướng, góp ý
và sửa chữa những chỗ sai giúp chúng em.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong Khoa Điện-Điện Tử, cũng như
các thầy cô trong trường đã giảng dạy, giúp đỡ chúng em trong những năm học qua.
Chính các thầy cô đã xây dựng cho chúng em những kiến thức nền tảng và những kiến
thức chuyên môn để chúng em có thể hoàn thành đồ án này cũng như công việc của mình
sau này.
Cuối cùng chúng em gởi lời cảm ơn đến các anh chị đi trước, bạn bè, người thân đã
trao đổi, truyền đạt kinh nghiệm và luôn ủng hộ, động viên chúng em trong suốt quá trình
thực hiện đồ án.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài


MỤC LỤC


LIỆT KÊ HÌNH


LIỆT KÊ BẢNG


TÓM TẮT
Hiện nay, sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày càng phát triển mạnh mẽ, sự
tiến bộ của khoa học kỹ thuật, trong đó kỹ thuật điều khiển tự động cũng góp phần rất lớn
tạo điều kiện để nâng cao hiệu quả trong quá trình sản xuất. Vì thế tự động hóa quá trình
công nghệ đã thực sự phát triển và ứng dụng mãnh mẽ trong công nghiệp, cũng là sự lựa
chọn tối ưu trong mọi lĩnh vực nhằm tạo ra sản phẩm chất lượng cao, tiết kiệm chi phí sản
xuất tạo khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường. Trong các ngành công nghiệp mới
việc điều khiển động cơ bước rất phổ biến. Nhằm đáp ứng độ chính xác để phục vụ quá
tình sản xuất đạt hiệu quả tốt hơn, đảm bảo quá trình sản xuất không bị gián đoạn, tăng
tuổi thọ thiết bị. Động cơ bước với tốc độ quay nhanh, mô men sản sinh lớn, độ chính xác
tương đối, thực sự là một thiết bị mang lại hiệu quả cực kỳ cao trong máy móc.
Song song với đó thiết bị không thể thiếu và cũng đang là xu hướng hiện nay chính
là thị giác máy tính, xử lý ảnh công nghiệp từ lâu đã trở thành một trong những thành
phần dần thay thế những cảm biến đắt tiền trong công nghiệp, độ chính xác tương đối cao,
xử lý cùng lúc những tính hiệu khác nhau để giao tiếp với bộ điều khiển. Xử lý ảnh là
một lĩnh vực mang tính khoa học và công nghệ. Nó là một ngành khoa học mới mẻ so với

nhiều ngành khoa học khác nhưng tốc độ phát triển của nó rất nhanh, kích thích các trung
tâm nghiên cứu, ứng dụng, đặc biệt là máy tính chuyên dụng riêng cho nó.


Chương 1. TỔNG QUAN

Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Theo báo cáo của Hiệp hội in ấn Việt Nam (VPA) [1], thị trường in ấn và đóng
gói bao bì tại Việt Nam đạt mức tăng trưởng 15%-20% trong năm vừa qua.
Các chuyên gia nhận định, khoảng hai năm trở lại đây, số lượng doanh nghiệp
trong nước tham gia vào thị trường đóng gói và in ấn đang tăng lên đáng kể. Điều
này xuất phát từ sự gia tăng nhu cầu đóng gói bao bì trên thị trường nói chúng. Tại
TP HCM, ngành đóng gói và in ấn chiếm 60%- 65% thị phần toàn ngành, với tốc độ
tăng trưởng hàng năm ở mức 15%.
Theo các chuyên gia, thách thức lớn nhất hiện nay đối với ngành công nghiệp
này không phải là tìm khách hàng mà là đầu tư đổi mới công nghệ để cạnh tranh và
bắt kịp nền sản xuất đang ngày càng phát triển.
Hiện nay, trong dây truyền in gia nhiệt sản phẩm hoặc đóng dấu sản phẩm ở một
vị trí cố định trên một băng tải lớn, để sản phẩm được in đúng vị trí cần in, người
công nhân phải đặt sản phẩm tại một vị trí cố định trên băng tải, và đặt vật không
được lệch so với đầu gia nhiệt của hệ thống, kèm theo đó phải phân loại những sản
phẩm không đạt tiêu chuẩn, việc này gây nên mất rất nhiều thời gian và phải thật cẩn
thận để có một sản phẩm hoàn chỉnh, càng không thể truyền từ băng truyền này sang
băng truyền khác để xử lý, thêm vào đó con người phải làm việc thay ca 24/24 để
đảm bảo hệ thống được vận hành liên tục. Những cảm biến hiện nay chưa đáp ứng
được những vấn đề như vậy.
Một trong những giải pháp hiệu quả trong những năm trở lại đây là ứng dụng xử
lý ảnh vào trong công nghiệp giúp giải quyết những vấn đề hóc búa về bài toán tự
động hóa nhà máy. Và cũng từ những cơ sở trên nhóm chúng em quyết định chọn đề

tài “Mô hình in sản phẩm ứng dụng xử lý ảnh” nhằm nghiên cứu cách hoạt động của

BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

11


Chương 1. TỔNG QUAN
xử lý ảnh trong công nghiệp cũng như là giải quyết vấn đề trong thực tế mà nhóm
em đã đề ra.

1.2. MỤC TIÊU
Mục tiêu cụ thể của đề tài là thiết kế và thi công được mô hình có khả năng xử
lý ảnh để xác đinh vị trí tọa độ, góc lệch của vật so với băng tải và xác định được lỗi
về kích thước của sản phẩm so với mẫu chuẩn. Hệ thống này cho phép thực hiện
thao tác giám sát và điều khiển trên giao diện SCADA và một trang web hiển thị
được dữ liệu của hệ thống.

1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
 Thiết kế mô in sản phẩm sử dụng PLC Siemens s7-1200 (sử dụng Driver step
motor) điều khiển động cơ bước.
 Tìm hiểu cách xác định vị trí vật, góc lệch của vật và vật lỗi thông qua xử lý ảnh
LabView
 Tìm hiểu các thiết bị và lựa chọn thiết bị phù hợp cho mô hình ứng dụng.
 Thiết kế sơ bộ kết cấu phần cơ khí.
 Tiến hành lập trình chương trình điều khiển động cơ bước trên PLC sử dụng ngõ
ra xung của PLC S7- 1212 DC/DC/DC
 Thiết kế giao diện giám sát SCADA trên WinCC RT Start
 Thiết kế Web server để giám sát các thông số.

1.4. GIỚI HẠN
Đề tài “Mô hình in sản phẩm ứng dụng xử lý ảnh” đã đạt được các yêu cầu đề ra
đó là xử lý hình ảnh để phát hiện ra vị trí, góc lệch, sản phẩm không đạt yêu cầu từ
đó trả tín hiệu về cho PLC và Arduino điều khiển khung in sản phẩm theo đúng vị
trí, góc xoay của vật và phân loại sản phẩm lỗi. Tuy nhiên đề tài chỉ giới hạn ở các
công việc:
 Phân loại và in từng sản phẩm một thay vì liên tục.
 Sử dụng Driver step motor thay vì dùng module điều khiển động cơ chuẩn công

BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

12


Chương 1. TỔNG QUAN
nghiệp.
 Xử lý ảnh phân loại được kích thước, bề mặt của sản phẩm vuông, chưa tích hợp
nhiều điều kiện hơn như phân loại màu sắc, vật có hình dạng phức tạp hơn...

BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

13


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC S7-1200
Bộ điều khiển PLC S7-1200, được sử dụng với sự linh động và khả năng mở
rộng phù hợp đối với hệ thống tự động hóa nhỏ và vừa tương ứng với người dung

cần.
Thiết kế nhỏ gọn, cấu hình linh động, hỗ trợ mạnh mẽ về tập lệnh đã làm cho
PLC S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo trong việc điều khiển, chọn lựa phù
hợp đối với nhiều ứng dụng khác nhau.
CPU của PLC S7-1200 được kết hợp với 1 vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp,
các tín hiệu đầu vào/ra, thiết kế theo nền tảng PROFINET, các bộ đếm/phát xung tốc
độ cao tích hợp trên than, điều khiển vị trí ( motion control ), và ngõ vào analog đã
làm cho PLC S7-1200 trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn nhưng mạnh mẽ. Sau khi
download chương trình xuống CPU vẫn lưu giữ những logic cần thiết để theo dõi
và kiểm soát các thiết bị thông tin trong ứng dụng của người lập trình. CPU giám
sát ngõ vào và những thay đổi của ngõ ra theo logic trong chương trình người
dung, có thể bao gồm các phép toán logic của đại số Boolean, những bộ đếm, bộ
định thì, các phép toán phức tạp, và những giao tiếp truyền thông với những thiết
bị thông minh khác.
PLC S7-1200 được tích hợp sẵn một cổng PROFINET để truyền thông mạng
PROFINET. Ngoài ra, PLC S7-1200 có thể truyền thông PROFIBUS, GPRS, RS485
hoặc RS232 thông qua các module mở rộng. [2]

Hình 2.1. Cấu tạo CPU S7 1200
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

14


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. Nguồn cấp PS
2. Thẻ nhớ MMC
3. Kết nối với các module mở rộng
4. Đèn Led hiển thị I/O trên board
5. Kết nối PROFINET

2.1.1. Các thành phần phần cứng của PLC S7-1200:

Hình 2.2: Các thành phần của PLC S7-1200
Để tìm hiểu kỹ hơn về PLC S7-1200 chúng ta cùng tìm hiểu chi tiết hơn về
những module phần cứng mà PLC S7-120 hỗ trợ đến người dùng. Để từ đó, người
dùng có những lựa chọn về sản phẩm phù hợp với ứng dụng theo yêu cầu khách
hàng.
 Module xử lý trung tâm CPU
Module xử lý trung tâm CPU chứa vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định
thì, bộ đếm, cổng truyền thông PROFINET,… module lưu trữ chương trình người
dùng trong bộ nhớ của nó. Ngoài ra, module CPU có thể tích hợp một vài cổng
vào/ra số, analog tùy thuộc vào mã hàng (order number).
CPU S7-120 hỗ trợ các protocol như TCP/IP, ISO-on-TCP, S7 communication.
Đồng thời, CPU tích hợp những tập lệnh hỗ trợ cho truyền thông như: USS,
Modbus RTU, S7 communication „T-Send/T-Receive‟ hay Freeport …

BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

15


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Cổng PROFINET tích hợp cho phép CPU có thể kết nối với HMI, máy tính lập
trình, hay những PLC S7 thông qua PROFINET.
 Module tín hiệu SM
Module AI: module đọc analog với các loại tín hiệu khác nhau như dòng 4 †
20 mA (theo cách đấu 2 dây và 4 dây), đọc tín hiệu điện áp 0 † 10 VDC, đọc tín
hiệu RTD, TC …
•
•

•
•

Module AI/AO: module đọc/xuất analog
Module AO: module xuất tín hiệu analog
Module DI: module đọc tín hiệu digital
Module DI/DO: module đọc/xuất tín hiệu digital

 Module xử lý truyền thông
Module truyền thông được gắn bên trái CPU và được ký hiệu là CM 1241 CP
124x. Tối đa chỉ có thể gắn được 3 module mở rộng về truyền thông.
-

Module xử lý truyền thông CM 1241: module truyền thông CM 1241 hỗ trợ các
protocol theo các tiêu chuẩn như: [2]
 Truyền thông ASCII: được xử dụng để giao tiếp với những hệ thống của bên
thứ 3 (third – party systems) để truyền những giao thức protocol đơn giản
như kiểm tra các ký tự đầu và cuối hoặc kiểm tra các thông số của khối dữ
liệu.
 Truyền thông Modbus: được sử dụng truyền thông theo tiêu chuẩn Modbus
RTU.
• Modbus Master: có thể giao thức với PLC S7 là master.
• Modbus Slave: có thể giao thức với PLC S7 là slave, không cho phép
trao đổi dữ liệu giữa slave với slave trong truyền thông.
 Truyền thông USS Driver: lệnh cho phép kết nối USS với Driver. Các
Driver. Các Driver có thể trao đổi dữ liệu theo chuẩn RS485, trong truyền
thông cho phép điều khiển Driver cũng như đọc và ghi các thông số cần
thiết.
 Truyền thông Point – to – point: kết nối nối đa điểm được sử dụng theo
truyền thông trao đổi dữ liệu nối tiếp. Truyền thông đa điểm được ứng dụng

BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

16


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
trong hệ thống tự động hóa Simatic S7 và những hệ thống tự động hóa khác
để liên kết với máy in, điều khiển robot, máy scan, đọc mã vạch …
 Truyền thông Profibus: được sử dụng với tiêu chuẩn profibus DP hỗ trợ
DPV1, có thể sử dụng làm master hoặc slave tùy thuộc vào ứng dụng mà

-

module sử dụng.
 Module hỗ trợ AS – I Master.
Module xử lý truyền thông CP 124x: Module xử lý truyền thông CP 123x hỗ trợ
những chuẩn truyền thông về GPRS/GSM, Messages/Email, DNP3, SNMP,
Teleservice …
• Module CP 1242 – 7: Hỗ trợ kết nối PLC S7 – 1200 với GPRS/GSM.
• Module CP 1243 – 1: Hỗ trợ kết nối PLC S7 – 1200 với Messages/ Email,
DNP3, SNMP, Redundancy …

 Module nguồn cung cấp Power module
Module nguồn Power module cung cấp nguồn hoạt động cho các module phần
cứng kết nối với CPU. Tên viết tắt của module nguồn S7 – 1200 là PM 1207.
Module nguồn PM 1207 yêu cầu áp cung cấp đầu vào là 120/230 VAC và ngõ ra là
24 VDC / 2,5 A được thiết lập riêng dành cho S7 – 1200 và không cần cấu hình
trong phần cứng. [2]
 Các module đặc biệt và Board tín hiệu

-

Module I/O link
Module được sử dụng có thể kết nối lên tới 4 thiết bị I/O – kink phù hợp với

đặc tính kỹ thuật I/O – link V1.1. Các thông số của I/O – link có thể cấu hình phần
mềm Port Configuration Tool (PCT) V3.2 hoặc phiên bản cao hơn. [2]
-

Module cân SIWAREX
 Module cân Siwres WP231 là module cân đa năng cho tất cả các ứng dụng
cân đơn giản, phức tạp hay ứng dụng trong đo lực … Module nhỏ gọn dễ
dàng lắp đặt với PLC S7 – 1200 và có thể hoạt động độc lập mà không cần
PLC S7 – 1200.
 Module cân Siwares WP1 có thể kết nối trực tiếp với PLC S7 thông qua
Ethernet (Modbus TCP/IP ) và RS485 ( Modbus RTU ). Đồng thời, module

BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

17


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
có thể hoạt động với những PLC hoặc thiết bị của các hãng tự động hóa
-

khác.
Module CANopen
Để mở rộng tính năng kết nối, giao tiếp truyền thông với các thiết bị của nhiều

hãng, Siemens phát triển module CM CANopen cho PLC S7 – 1200, cho phép cấu
hình với cả hai chế độ Master và slave.
-

Signal Board
Signal Board được cắm phía trên than CPU để có thể mở rộng them DI/DO,

AI/AO, Pin backup ( Battery board ) dữ liệu về thời gian thực, mở rộng truyền thông
với RS485 ( Communications boards )
2.1.2. Ngôn ngữ lập trình PLC S7-1200
Với dòng sản phẩm PLC S7-1200 ứng dụng cho hệ thống nhỏ và vừa, Siemens
phát triển và ưu tiên hỗ trợ cho 3 ngôn ngữ lập trình chính, đó là: LAD, FBD và
SCL. [2]
• LAD – Ladder: Đây là ngôn ngữ lập trình dựa theo sơ đồ mạch. Nó đơn
giản, dễ hiểu, dễ chỉnh sửa và tiện lợi.
• FBD – Function Block Diagram: Đây là ngôn ngữ lập trình dựa theo đại số
Bool.
• SCL – Structure Language Control: Đây là ngôn ngữ lập trình theo dạng text
và là ngôn ngữ trình cấp cao sử dụng dựa trên nền Pascal phát triển. Ngôn
ngữ lập trình SCL có thể coi là ngôn ngữ hướng tới đối tượng cho PLC, vì
nó gần gũi với tư duy người dùng.
Khi viết code cho một khối hàm nào đó ( OB, FB, FC ) thì người dùng có thể sử
dụng 1 trong 3 ngôn ngữ trên để có thể lập trình.
2.1.3. Một số dòng CPU S7-1200 thông dụng
Bảng 2.1. Một số dòng S7-1200 thông dụng

BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

18

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1.4. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động
 Cấu trúc:
Tất cả PLC đều có thành phần chính là một bộ nhớ chương trình RAM bên
trong, một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC, các
module I/O. Bên cạnh đó, một số PLC hoàn chỉnh còn đi kèm theo một đơn vị lập
trình bằng tay hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ
RAM để chứa đựng chương trinh dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung. Nếu đơn vị lập
trình là đơn vị sách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào
chương trình đã được kiểm tra và sẵn sang sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

19


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
PLC. Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hỗ trợ cho viết, đọc
và kiểm tra chương trình. Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422,
RS458…. [3]
 Nguyên lý hoạt động của PLC:
Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ
thực hiện từng lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái
ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi và toàn bộ các hoat động thực
thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ. Hệ thống
bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song:
[3]
• Address bus: bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ tới các module khác nhau
• Data bus: bus dùng để truyền dữ liệu

• Control bus: bus điều khiển dung để truyền các tín hiệu định thì và điều khiển
đồng bộ các hoạt động trong PLC Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi
thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O. Bên cạnh đó CPU được cung cấp một
xung clock có tần số từ 1, 8 Mhz. Xung này quyết định tốc độ hoạt động của
PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống.
 Đèn tín hiệu PLC
Có 3 loại đèn báo hoạt động:
• Run/stop: đèn xanh/đèn vàng báo hiệu PLC đang hoạt động/dừng hoạt động
• Error: đèn báo lỗi
• Maint: đèn báo khi ta buộc (Force) địa chỉ nào đó lên 1 Có 2 loại đèn chỉ thị:
 Ix.x: chỉ trạng thái logic ngõ vào.
 Qx.x: chỉ trạng thái logic ngõ ra.
 Bộ nhớ PLC
PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp: làm bộ định thời cho các
kênh trạng thái I/O. Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời,
đếm, gọi các Relay. Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất
cả các vị trí trong bộ nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ

BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

20


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
nhớ. Địa chỉ của từng ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ nằm bên trong
bộ vi xử lý. Bộ vi xử lý sẽ có giá trị trong bộ đếm này thêm một trước khi xử lý lệnh
tiếp theo. Với một địa chỉ mới, nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đầu ra,
quá trình này gọi là quá trình đọc. Bộ nhớ bên trong của PLC được tạo bởi vi mạch
bán dẫn, mỗi vi mạch này có khả năng chứa 2000-16000 dòng lệnh tuỳ theo loại vi
mạch trong PLC các bộ nhớ như RAM và EPROM đều được sử dụng [3]

• RAM có thể nạp chương trình, thay đổi hay xoá bỏ nội dung bất kì lúc nào,
nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bị mất. Để tránh tình trạng
này các PLC đều được trang bị pin khô có khả năng cung cấp năng lượng dự
trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm. Trong thực tế RAM được dung khởi
tạo và kiểm tra chương trình. Khuynh hướng hiện nay dùng CMOSRAM do
khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ cao
• EPROM là bộ nhớ mà người sử dụng bình thường có thể đọc chứ không ghi
nội dung vào được, nội dung của EPROM không bị mất khi mất nguồn, nó
được gắn sẵn trong máy, đã dược nhà sản xuất nạp và chứa sẵn hệ điều hành.
Nếu người sử dụng không muốn sử dụng bộ nhớ thì chỉ dùng EPROM gắn
bên trong PLC. Trên PG có sẵn chổ ghi và xoá EPROM
• EEEPROM liên kết với những truy xuất linh động của RAM và có tính ổn
định. Nội dung của nó có thể xoá và lập trình bằng điện tuy nhiên số lần là có
giới hạn

2.2. PHẦN MỀM LẬP TRÌNH TIA PORTAL
TIA Portal chính là tên một phần mềm dùng để lập trình cho thiết bị có tên là bộ
điều khiển logic ( Programmable Logic Controller) trong công nghiệp. Không giống
như các phần mềm lập trình trước, TIA Portal tích hợp hết các chức năng từ lập
trình, giả lập cpu hay thiết kế cả Wincc giao diện người- máy. Đây là phiên bản hoàn
thiện nhất cho việc thiết kế trọn bộ hệ thống điều khiển bằng PLC. [4]
Trong các phiên bản trước thì hãng Siemens chỉ hỗ trợ chúng ta các phần mềm
riêng biệt cho từng tiện ích mà ta sử dụng. Tức là để có thể thiết kế hoàn thiện,
chúng ta cần phải cài đặt nhiều phần mềm rời rạc. Điều này rất bất tiện cho các kĩ sư
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

21


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

điện, nhất là với những người vừa mới bắt đầu tiếp cận bộ lập trình logic này.
Một điều đáng lưu ý nữa là với phần mềm tia portal, chúng ta có thể dùng để lập
trình cho hầu hết các dòng PLC như S7 300, 400, 1200, 1500. Điều này vô cùng tiện
lợi cho thiết kế vì chúng ta chỉ cần học sử dụng một lần là có thể lập trình cho tất cả
các đời PLC.

Hình 2.3. Giao diện TIA Portal V13

Hình 2.4. Các chức năng của phần mềm TIA Portal V13
Tuy vậy, các bạn cũng cần phải lưu ý vấn đề cấu hình bên cạnh sự tiện dụng nó
mang lại. Vì là phần mềm tích hợp nên rất nặng mà phức tạp. Đây chính là nhược
điểm lớn nhất của sự tích hợp. Phần mềm Tia portal yêu cầu cấu hình phù hợp nhất
là Ram 8GB đổ lên. Về dung lượng thì gói cài đặt phần mềm này nặng, tính ra xấp

BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

22


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
xỉ 30 tới 40 GB sau khi tải và cài đặt. Phần mềm này tiêu tốn khá nhiều tài nguyên
nên có thể nói, đây thuộc loại ứng dụng khủng.

Hình 2.5. Các dòng CPU mà TIA Portal hỗ trợ
 Motion Control trong TIA Portal:
• Khái niệm:
Trong TIA Portal, với chức năng "Motion Control" của CPU S7-1200 sẽ hỗ trợ
bạn trong việc điều khiển động cơ bước và động cơ servo với giao diện xung. Bạn
định cấu hình các "Axis" và "Command table" trong Technology objects. CPU S71200 điều khiển ngõ ra xung và hướng để điều khiển các driver bằng cách sử dụng
Technology objects. [5]

• Các thành phần phần cứng:

Hình 2.6. Cấu hình phần cứng Motion Control
• Tùy thuộc vào cài đặt của động cơ bước, mỗi xung ảnh hưởng đến chuyển động
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

23


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
của động cơ bước bởi một góc cụ thể. Nếu động cơ bước được đặt thành 200
xung trên mỗi vòng quay thì nó di chuyển 1.8 ° mỗi xung. Tốc độ của động cơ
bước được xác định bởi số lượng xung trên đơn vị thời gian.

Hình 2.7. Tốc độ được xác định bởi số xung trên đơn vị thời gian
• Trong chương trình người dùng, bạn điều khiển "Axis" bằng các lệnh về Motion
Control:
-

MC_Power: Cho phép hoặc vô hiệu trục chuyển động.

-

MC_Reset: Đặt lại tất cả các lỗi điều khiển chuyển động

-

MC_Home: Chọn vị trí thực với trục tọa độ làm điểm gốc ban đầu.

-

MC_Halt: Dừng tất cả chuyển động.

-

MC_MoveAbsolute: Di chuyển đến một vị trí tuyệt đối.

-

MC_MoveRelative: Di chuyển đến một vị trí tương đối.

-

MC_MoveVelocity: Di chuyển trục liên tục với tốc độ quy định.

-

MC_MoveJog: Di chuyển trục theo chế độ từng bước.

-

MC_CommandTable: kết hợp nhiều trục riêng lẻ để điều khiển một
chuỗi chuyển động.

-

MC_ChangeDynamic: Thay đổi các cài đặt của trục.

2.3. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM XỬ LÝ ẢNH LABVIEW 2014
 Khái niệm:

LabVIEW là một môi trường lập trình đồ họa mà bạn có thể sử dụng để tạo các
ứng dụng với giao diện người dùng chuyên nghiệp một cách nhanh chóng và hiệu
quả. Hàng triệu kỹ sư và nhà khoa học sử dụng LabVIEW để phát triển các ứng
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

24


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
dụng đo lường, kiểm thử, và điều khiển tinh vi bằng cách sử dụng các biểu tượng
trực quan và dây nối tín hiệu. Ngoài ra, LabVIEW có thể được mở rộng cho nhiều
nền tảng phẩn cứng và hệ điều hành khác nhau. Trong thực tế, nền tảng LabVIEW
có khả năng tích hợp với hàng nghìn thiết bị phần cứng và cung cấp hàng trăm thư
viện được xây dựng sẵn để phân tích nâng cao và hiển thị dữ liệu giúp bạn tạo ra các
thiết bị ảo có thể tùy chỉnh theo nhu cầu của mình. [6]
Khác với các ngôn ngữ lập trình dạng văn bản, như C++ và Visual Basic,
LabVIEW sử dụng các biểu tượng thay vì các dòng văn bản để tạo ra các ứng dụng.
Trong lập trình dạng văn bản, thứ tự các dòng lệnh xác định trình tự thực hiện
chương trình. LabVIEW sử dụng lập trình đồ họa dạng dòng chảy dữ liệu. Trong lập
trình đồ họa dạng dòng chảy dữ liệu, dòng chảy của dữ liệu qua các nút trên Block
Diagram xác định trình tự thực hiện chương trình. Lập trình đồ họa và thực thi dạng
dòng chảy dữ liệu là hai đặc tính chính làm LabVIEW khác với hầu hết ngôn ngữ
lập trình đa dụng khác.

Hình 2.8: Logo LabVIEW 2014
BỘ MÔN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

25