Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát dây chuyền sản xuất long nhãn sấy khô.

LỜI CẢM ƠN


Trong suốt quá trình thực hiện Đồ án, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Cô giáo
Thạc sĩ Hoàng Thị Hải Yến người đã hết lòng hướng dẫn và ủng hộ tinh thần cho em
trong thời gian thực hiện đồ án, giúp em có được hướng đi đúng đắn nhất để hoàn thành
đồ án. Em xin chân thành cảm ơn Cô và tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Cô.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy giáo, cô giáo trong Khoa Công nghệ Tự
động hóa – Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông đã dạy bảo, truyền đạt
lại kiến thức cho em trong suốt 5 năm học đại học, để em có được những kiến thức như
ngày hôm nay và từ những kiến thức nền tảng đó, em hoàn thiện đồ án được tốt hơn.
Xin cảm ơn các bạn sinh viên đã nhiệt tình giúp đỡ rất nhiều về tài liệu cũng như
những kiến thức để em hoàn thành tốt đồ án này.
Thái Nguyên, tháng 5 năm 2020
Sinh viên
Đào Ngọc Thanh


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan toàn bộ nội dung của bài báo cáo này là do em tự tìm hiểu,
nghiên cứu và tham khảo 1 số tài liệu liên quan . Nội dung báo cáo này không sao chép
và vi phạm bản quyền từ bất kỳ công trình nghiên cứu nào.
Nếu những lời cam đoan trên không đúng, em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm
trước nhà trường
Thái Nguyên, tháng 5 năm 2020
Sinh viên
Đào Ngọc Thanh


MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật. Đặc biệt trong lĩnh
vực tự động hóa đã tạo nên một động lực thức đẩy và phát triển các ngành công nghiệp
khác nhằm phục vụ và đáp ứng được nhu cầu của con người trong cuộc sống. Con người
với sự trợ giúp của máy móc, những công cụ thông minh đã không phải trực tiếp làm
việc, hay những công việc mà con người không thể làm được với khả năng của minh mà
chỉ việc điều khiển chúng hay chúng làm việc hoàn toàn tự động đã mang lại những lợi
ích hết sức to lớn, giảm nhẹ và tối ưu hóa công việc. Với sự tiến bộ này đã đáp ứng được
những nhu cầu của con người trong cuộc sống hiện đại nói chung và trong sự phát triển
của khoa học kỹ thuật nói riêng.
Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử và tự động hóa đã
phát triển nhanh chóng nên việc ứng dụng PLC vào các nhà máy sản xuất đã
không còn quá xa lạ
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. Các Công ty, xí nghiệp sản xuất
thường sử dụng công nghệ lập trình PLC sử dụng các loại phần mềm tự động.
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.
Do đó em xin giới thiệu đến hội đồng các đặc tính của công nghệ của 1 hệ thống
sản xuất và sấy khô tự động cũng như dây chuyền em đã tìm hiểu và mô phỏng “Thiết
kế hệ thống điều khiển và giám sát dây chuyền sản xuất long nhãn sấy khô”. Đây là cơ
sở để thiết kế những hệ thống tương tự ngoài thực tế được ứng dụng rộng rãi trong các
khu công nghiệp hay nhà máy.


Nội dung báo cáo gồm 3 chương được giới thiệu sơ lược sau đây:
- Chương 1: Cơ sở lý thuyết
- Chương 2: Tổng quan về hệ thống
- Chương 3: Phân tích và thiết kế mô hình hệ thống

Do kiến thức còn hạn chế, cộng với thời gian tích lũy chưa nhiều nên báo cáo này
không tránh khỏi thiếu sót và một số nội dung chưa được chi tiết, mong các thầy cô giáo
góp ý và thông cảm.
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1, Tổng quan về hệ thống điều khiển và giám sát
SCADA là từ viết tắt của Supervisory Control And Data Acquisition (Điều khiển
giám sát và thu thập dữ liệu). Nó không những là một hệ thống điều khiển đầy đủ mà
còn là hệ thống giám sát. Hệ thống SCADA là kết quả của sự kết hợp chặt chẽ giữa
công nghệ thông tin và công nghệ tự động hoá. Các thiết bị tự động hoá ở đây đều có
khả năng truyền thông và tham gia vào mạng truyền thông công nghiệp.
Một hệ thống SCADA bao gồm 1 hay nhiều máy tính, dùng kèm với 1 phần mềm
ứng dụng thích hợp. Chúng hình thành các Trạm chính (MS - Master Stations) kết
nối thông qua hệ thống thông tin liên lạc (đường dây hữu tuyến, vô tuyến, đường dây
truyền tải, cáp quang, mạng Internet...) kết nối với các đơn vị tải đầu cuối (RTU Remote Terminal Units). Các RTU được đặt ở nhiều vị trí khác nhau để thu thập dữ
liệu, điều khiển từ xa, tự điều khiển linh hoạt hệ thống và thông báo định kỳ kết quả
về máy tính chủ.
Một hệ thống SCADA sẽ thu thập thông tin, truyền thông tin trở lại vị trí trung tâm, sau
đó cảnh báo trạm chính rằng đã có sự cố xảy ra, cần thực hiện các phân tích và điều
khiển, xem xét liệu sự cố đó có nguy cấp hay không, rồi hiển thị thông tin theo một dạng
logic và có tổ chức nhất định. Hệ thống SCADA có thể ở dạng đơn giản, như một hệ
thống giám sát điều kiện môi trường, nhưng có thể rất phức tạp, như hệ thống giám sát


các hoạt động của một nhà máy năng lượng hạt nhân. Trước đây, các hệ thống SCADA sử
dụng mạng chuyển mạch chung (PSN - Public Switched Network) để phục vụ mục đích
giám sát. Hiện nay, nhiều hệ thống giám sát sử dụng cơ sở hạ tầng của LAN/WAN (Local
Area Network/Wide Area Network). Kỹ thuật không dây cũng đang được ứng dụng rộng
rãi cho mục đích giám sát.

1.1.2, Cấu trúc hệ thống điều khiển giám sát

Hình 1.1: Cấu trúc 1 hệ thống SCADA
Hệ scada bao gồm .
 Một hoặc nhiều thiết bị giao tiếp dữ liệu, thường là các RTU hoặc PLC.
 Một hệ truyền thông sử dụng để truyền dữ liệu giữa các thiết bị giao tiếp dữ

liệu và các khối điều khiển, các máy tính trong máy chủ trung tâm SCADA.


Hệ thống có thể là sóng vô tuyến, điện thoại, cáp, vệ tinh.... hoặc là sự kết
hợp của bất kỳ loại nào ở đây.
 Một hoặc nhiều máy tính chủ ở trung tâm (còn được gọi là SCADACenter,

Master Station, hoặc Master Terminal Unit - MTU).
Một tập các chuẩn và/hoặc hệ thống phần mềm (đôi khi được gọi làphần mềm giao diện
người – máy (HMI – Human Machine Interface hoặc MMI – Man Machine Interface) sử
dụng để hỗ trợ cho máy chủtrung tâm SCADA và ứng dụng của thiết bị đầu cuối, hỗ trợ
hệ thống truyền thông, giám sát và điều khiển các thiết bị giao diện dữ liệu từ xa.

1.1.3, Phần cứng hệ thống điều khiển giám sát
1.1.4, Các đơn vị tải đầu cuối RTU
RTU là một thiết bị giao tiếp với các đối tượng trong hệ SCADA bằng cách truyền
dữ liệu của phép đo từ xa tới hệ thống và/hoặc cảnh báo trạng thái của các đối tượng đã
kết nối dựa trên các thông báo điều khiển nhận được từ hệ thống.
Một RTU điển hình có một giao diện truyền thông (thường là nối tiếp, Ethernet,
giao diện riêng hoặc bất kỳ sự kết hợp nào ở đây), một bộ xử lý đơn giản, một vài cảm
biến, một vài chuyển mạch, và một Bus sử dụng để liên lạc với các thiết bị và/hoặc các
Board giao diện. Bus này đôi khi được gọi là Bus thiết bị. Các Board giao diện có thể là ở
dạng số và dạng tương tự, nó được thiết kế chỉ cho dầu vào, chỉ cho dầu ra hoặc cả hai.

Chúng thường được viết tắt là "DI" (Digital Input), "AO" (Analog Output), ...
Các RTC thực chất là các bộ điều khiển (PLC hoặc bộ vi điều khiển), bên trong nó
thường chứa sẵn các bộ chuyển đổi ADC (Analog Digital Converters) và DAC
(Digital Analog Converters).
Các bộ RTU được thiết kế rất chặt chẽ, bao gồm: các ngõ vàora I/O được bảo vệ
nghiêm ngặt để khử nhiễu và chống các xung quá độ điện áp. Các bộ RTU được thiết kế


để làm việc trong môitrường có nhiệt độ khắc nghiệt (- 40°C đến +85°C), được cấp
nguồn hoặc bằng điện AC 120/240V, hoặc bằng điện DC 125/24VDC. Một RTU có thể
có nhiều cổng kết nối sao cho 1 RTU có thể được chia sẻ bởi nhiều máy (Master Station).
 Có các loại RTU như sau
•

RTU dùng cho các trạm trung chuyển

•

RTU dùng để tự động hoá lưới phân phối

•

Bộ điều khiển Logic khả trình (PLC -Programmable Logic Control)

•

Bộ chuyển đổi (Transducer)

•

Bộ đồn xung (Pulse Accumulator)

1.1.5, Trạm chủ của hệ thống SCADA
Trạm chủ trong hệ thống SCADA có nhiệm vụ giám sát và điều khiển các RTU,
khả năng tương tác đồ hoạ ngày càng cao của các máy tính dùng trong trạm cho phép
người vận hành dễ dàng truy cập theo dõi toàn bộ hệ thống. Trạm chủ chạy các trình ứng
dụng SCADA trên nền hệ điều hành UNIX hoặc Windows, các chương trình này được
viết bởi nhà cung cấp và có thể được người sử dụng hiệu chỉnh bổ sung.
Trạm chủ không chỉ giám sát điều khiển các RTU mà còn có thể truy cập dữ liệu
của khách hàng. Khai thác cơ sở dữ liệu cho phép ta viết các chương trình thông minh
cho phép lọc các sự cố cảnh báo và thực hiện một số hiệu chỉnh mà không cần người điều
hành can thiệp.Dựa vào loại thiết bị của trạm chủ, ta có thể phân ra:
 Hệ thống dựa vào máy tính PC (PC Based Systems)
 Hệ thống trạm làm việc (Workstation Systems)


 Hệ thống dùng máy tính Mini (Minicomputer Systems)

1.1.6, Xử lý dữ liệu
- Dữ liệu truyền tải trong hệ SCADA có thể là dạng liên tục (analog), dạng số
(digital) hay dạng xung (pulse).
- Dữ liệu truyền tải trong hệ SCADA thể hiện chỉ dưới dạng số gọi là trường Dữ
liệu (data field). Dữ liệu dạng số này được hình thành từ các dạng tín hiệu logic
(on/off), tín hiệu analog dòng/áp, tín hiệu xung tốc độ cao,....

Giao diện cơ sở để vận hành tại các thiết bị đầu cuối là một màn hình giao diện đồ
họa GUI (Graphical User Interface) dùng để hiển thị toàn bộ hệ thống điều khiển giám
sát hoặc các thiết bị trong hệ thống. Tại một thời điểm, dữ liệu được hiện thị dưới dạng
hình ảnh tĩnh, khi dữ liệu thay đổi thì hình ảnh này cũng thay đổi theo.
Trong trường hợp dữ liệu của hệ thống biến đổi liên tục theo thời gian, hệ SCADA

thường hiện thị quá trình thay đổi dữ liệu này trên màn hình giao diện đồ họa (GUI) dưới
dạng đồ thị.

Một ưu điểm lớn của hệ SCADA là khả năng xử lý lỗi rất thành công khi hệ thống xảy ra
sự cố. Nhìn chung, khi có sự cố hệ SCADA có thể lựa chọn một trong các cách xử lý sau:

•

Sử dụng dữ liệu cất giữ trong các RTU: trong các hệ SCADA có các RTU có dung
lượng bộ nhớ lớn, khi hệ thống hoạt động ổn định dữ liệu sẽ được sao lưu vào


trong bộ nhớ của RTU. Do đó, khi hệ thống xảy ra lỗi thì các RTU sẽ sử dụng tạm
dữ liệu này cho đến khi hệ thống hoạt động trở lại bình thường.
•

Sử dụng các phần cứng dự phòng của hệ thống: hầu hết các hệ SCADA đều được
thiết kế thêm các bộ phận dự phòng, ví dụ như hệ thống truyền thông hai đường
truyền, các RTU đôi hoặc hai máy chủ…do vậy, các bộ phận dự phòng này sẽ
được đưa vào sử dụng khi hệ SCADA có sự cố hoặc hoạt động offline (có thể cho
mục đích bảo dưỡng, sửa chữa, kiểm tra…).

1.1.7, Giải pháp mạng truyền thông cho hệ thống điều khiển giám sát
- Để kết nối vật lý giữa máy chủ với các đầu cuối RTU, thường cần 1 mạng LAN

(Local Area Network) hay WAN (Wide Area Network). Ở khoảng cách xa (hàng trăm km
trở lên), đường truyền tải điện được dùng hỗ trợ để truyền dự liệu kèm theo đường điện
thoại cùng các trạm thu phát vô tuyến. Từ những năm 80 trở lại đây mới bổ sung thêm
đường cáp quang truyền tải thông tin đường dài. Hiện tại, ta có thể khai thác các phương
tiện truyền tải sau để thực hiện kết nối liên lạc cho các hệ thống SCADA nói chung:

o Đường truyền dùng cáp kim loại.
o Kênh truyền dùng dây điện thoại.
o Mạng truyền sóng vô tuyến.
o Mạng thu phát vệ tinh.
o Mạng cáp quang

1.2, Phần mềm hệ thống điều khiển giám sát(WinCC)


HMI là từ viết tắt của Human-Machine-Interface, nghĩa là thiết bị giao tiếp giữa
người điều hành và máy móc thiết bị. Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà con
người “giao tiếp” với một máy móc qua 1 màn hình giao diện thì đó là một HMI.

Phần mềmWinCC của Siemens là một phần mềm chuyên dụng cho mục
đích này.
WinCC là một trong các chương trình ứng dụng Scada trong lĩnh vực dân
dụng và công nghiệp. WinCC được dùng để điều hành các màn hình hiển thị và hệ
thống điều khiển trong tự động hóa sản xuất và quá trình.
WinCC là chữ viết tắt của Window Control Center, là một phần mềm của
hãng Siemens dùng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá trình sản
xuất. Theo nghĩa hẹp, WinCC là chương trình hỗ trợ cho người lập trình thiết kế
giao diện Người và Máy– HMI (Human Machine Interface) trong hệ thống
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), với chức năng chính là thu
thập dữ liệu, giám sát và điều khiển quá trình sản xuất. Những thành phần có trong
WinCC dễ sử dụng, giúp người dùng tích hợp những ứng dụng mới hoặc có sẵn mà
không gặp bất kỳ trở ngại nào.
WinCC kết hợp các bí quyết của Siemens, công ty hàng đầu trong tự động
hóa quá trình, và năng lực của Microsoft, công ty hàng đầu trong việc phát triển
phần mềm cho PC. Ngoài khả năng thích ứng cho việc xây dựng các hệ thống có
quy mô lớn nhỏ khác nhau, WinCC còn có thể dễ dàng tích hợp với những ứng

dụng có quy mô toàn công ty như việc tích hợp với những hệ thống cấp cao
như MES (Manufacturing Excution System - Hệ thống quản lý việc thực hiện sản
xuất) và ERP (Enterprise Resource Planning). WinCC cũng có thể sử dụng trên cơ
sở quy mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ giúp của Siemens có mặt khắp nơi trên thế
giới. Ở Việt Nam hệ thống của Siemens được tài trợ đưa vào hệ đào tạo chính thức
Với WinCC, người dùng có thể trao đổi dữ liệu trực tiếp với nhiều PLC của


các hãng khác nhau như Misubishi, Allen Braddly, Siemens,v.v…thông qua cổng
COM với chuẩn RS – 232 của máy tính với chuẩn RS – 485 của PLC.
Khi sử dụng WinCC để thiết kế giao diện điều khiển Người – Máy (HMI)
và mạng SCADA, WinCC sử dụng các chức năng sau:
+Graphics Designer: thực hiện dễ dàng các chức năng mô phỏng và hoạt
động qua các đối tượng đồ họa của WinCC,Windows,OLE,I/O,…với nhiều thuộc
tính động(Dynamic).
+Alarm Logging: thực hiện việc hiển thị các thông báo hay các báo cáo
trong khi hệ thống vận hành. Đảm trách về các thông báo nhận được và lưu trữ, để
chuẩn bị, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ chúng. Ngoài ra, Alarm Logging còn giúp ta
tìm nguyên nhân của lỗi.

+Tag Logging: Thu thập, lưu trữ và nén các giá trị đo dưới nhiều dạng khác
nhau. Tag Logging cho phép lấy dữ liệu từ các quá trình thực thi, chuẩn bị để hiển
thị và lưu trữ dữ liệu đó. Dữ liệu có thể cung cấp các tiêu chuẩn về công nghệ và
kỹ thuật quan trọng liên quan đến trạng thái hoạt động của toàn hệ thống.

+Report Designer: có nhiệm vụ tạo các thông báo, báo cáo và các kết quả
này được lưu dưới dạng các trang nhật ký sự kiện.

WinCC có thể tạo một giao diện Người – Máy (HMI) dựa trên cơ sở giao
tiếp giữa con người và hệ thống máy, thiết bị điều khiển ( PLC, CNC,…) thông qua

các hình ảnh, sơ đồ, hình vẽ hoặc câu chữ có tính trực quan hơn. Có thể giúp người
vận hành theo dõi được quá trình làm việc, thay đổi các tham số, công thức hoặc
quá trình hoạt động, hiển thị các giá trị hiện thời cũng như giao tiếp với quá trình


công nghệ thông qua các hệ thống tự động. Giao diện HMI cho phép người vận
hành giám sát các quy trình sản xuất và cảnh báo, báo động hệ thống khi có sự cố.
Do đó, WinCC là chương trình thiết kế giao diện Người – Máy thật sự cần thiết,
không thể thiếu trong các hệ thống có quá trình tự động hóa phức tạp và hiện đại.
Từ máy tính trung tâm, có thể điều khiển sự hoạt động toàn bộ dây chuyền sản xuất
được lập trình trên WinCC, ta có thể giám sát tất cả các thiết bị trên dây chuyền.
Dựa vào giao diện HMI, có thể giám sát và thu thập dữ liệu vào ra (I/O) một cách
chính xác, hỗ trợ các phương thức xử lí dữ liệu, tổ chức số liệu một cách linh hoạt
thông qua kiểu lập trình bằng ngôn ngữ C.

Hình 1.2: Giao diện màn hình chính WinCC
1.3, Tổng quan về phần mềm PLC


PLC là viết tắt của (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình,
được thiết kế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lý từ đơn
giản đến phức tạp, tuỳ thuộc vào người điều khiển mà nó có thể thực hiện một loạt
các chương trình hoặc sự kiện, sự kiện này được kích hoạt bởi các tác nhân kích thích
(hay còn gọi là đầu vào) tác động vào PLC hoặc qua các bộ định thời (Timer) hay các
sự kiện được đếm qua bộ đếm.
Khi một sự kiện được kích hoạt nó sẽ bật ON, OFF hoặc phát một chuỗi xung ra
các thiết bị bên ngoài được gắn vào đầu ra của PLC. Như vậy nếu ta thay đổi các chương
trình được cài đặt trong PLC là ta có thể thực hiện các chức năng khác nhau, trong các
môi trường điều khiển khác nhau.

1.3.1, Cấu trúc của PLC


Hình 1.3: Cấu trúc PLC
-

Phần đầu và /đầu ra (Input/Output): Phần đầu vào hoặc mô-đun đầu vào bao
gồm các thiết bị như cảm biến, công tắc và nhiều nguồn đầu vào thế giới thực
khác. Đầu vào từ các nguồn được kết nối với PLC thông qua đường ray đầu nối
đầu vào. Phần đầu ra hoặc mô-đun đầu ra có thể là một động cơ hoặc một solenoid
hoặc một đèn hoặc một lò sưởi, có chức năng được điều khiển bằng cách thay đổi

-

các tín hiệu đầu vào.
CPU: (Central Processing Unit) là đơn vị xử lý trung tâm. Nó là một bộ vi xử lý
mà có thể kết hợp với các hoạt động của hệ thống PLC. CPU thi hành chương
trình xử lý các tín hiệu I/O và được nối trực tiếp đến các thiết bị I/O thông qua các

-

tuyến đường dây thích hợp bên trong PLC.
Thiết bị lập trình (Device): Đây là nền tảng mà chương trình hoặc logic điều
khiển được viết. Nó có thể là một thiết bị cầm tay hoặc một máy tính xách tay
hoặc một máy tính chuyên dụng.


-

Nguồn cung cấp (Power Supply): Nó thường hoạt động trên một nguồn cung cấp

-

điện khoảng 24 V, được sử dụng để cung cấp năng lượng đầu vào và các đầu ra.
Bộ nhớ (Memory): Bộ nhớ được chia thành hai phần – Bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ
chương trình. Thông tin chương trình hoặc logic điều khiển được lưu trữ trong bộ
nhớ người dùng hoặc bộ nhớ chương trình từ nơi CPU tìm nạp các lệnh chương
trình. Tín hiệu đầu vào và đầu ra và tín hiệu bộ định thời và bộ đếm được lưu trữ
trong bộ nhớ hình ảnh đầu vào và đầu ra tương ứng

1.3.2, Các ngôn ngữ lập trình của PLC
Các loại PLC hỗ trợ nhiều loại lệnh khác nhau cho phép ta người lập trình sử dụng
để giải quyết nhiều công việc tự động hóa. Việc lựa chọn ngôn ngữ nào để lập
trình là tùy thuộc vào kinh nghiệm, khả năng và sở thích của từng người. Các ngôn
ngữ lập trình của PLC bao gồm:
a. Ladder Logic (LAD)
Ngôn ngữ LAD cho phép ta viết chương trình tương tự như mạch tương
đương của sơ đồ nối dây mạch điện. Rất nhiều người lập trình và các nhân
viên kỹ thuật chọn lựa sử dụng phương pháp này. Chương trình LAD cho
phép CPU mô phỏng di chuyển của dòng điện từ nguồn, qua một loạt các
điều kiện ngõ vào để tác động đến ngõ ra.

Hình 1.4: Ngôn ngữ LAD trên PLC S7 200 (Siemens)


Các lệnh khác nhau được biểu diễn bằng các ký hiệu đồ họa, gồm có các dạng cơ bản:
-

Tiếp điểm: Biểu diễn các điều kiện logic ngõ vào, như các công tắc, nút nhấn,

-

trạng thái của cảm biến… gồm (tiếp điểm thường đóng và thường hở)
Cuộn dây (coil): biểu diễn cho kết quả logic ngõ ra, như đèn, động cơ, cuộn

-

dây của relay, …
Hộp (box): Biểu tượng cho các hàm khác nhau, nó hoạt động khi có dòng
điện chạy đến hộp. Ví dụ ở hình trên, hộp (Mov_B) chỉ hoạt động khi tiếp
điểm I2.1 thông ( tức là có dòng điện chạy qua tiếp điểm I2.1 cấp cho hộp box
Mov_B. Các dạng hàm thường được biểu diễn bằng hộp box gồm các bộ đếm
thời gian (Timer), bộ đếm (Counter) và các hàm toán học.. Cuộn dây và các
hàm phải mắc đúng chiều toán học.
Một số ưu điểm đáng chú ý của ngôn ngữ LAD:

-

LAD thích hợp cho người mới bắt đầu lập trình.
Biểu diễn đồ họa dễ hiểu và thông dụng hơn.
Luôn chuyển được từ dạng LAD sang STL.
b. Function Block Diagram (FBD)
Ngôn ngữ FBD cho phép ta xem các lệnh như là các hộp logic, tương tự
như sơ đồ cổng logic. Không có các tiếp điểm và cuộn dây, nhưng sẽ có các
hộp. Chương trình logic sẽ được tạo ra bằng việc kết nối các hộp, ngõ ra
lệnh này sẽ tác động đến ngõ vào lệnh kia tạo thành chương trình điều
khiển logic. Phương pháp kết nối này cho phép ta giải quyết được nhiều bài
toán logic khác nhau. Luôn chuyển đổi từ chương trình FBD sang STL.
c. Statement List (STL)
Soạn thảo chương trình theo phương pháp STL cho phép ta viết chương

trình điều khiển bằng các lệnh gợi nhớ. Nói chung soạn thảo bằng STL phù
hợp cho người có kinh nghiệm lập trình và đã quen với PLC cũng như cách
lập trình logic.


Soạn thảo bằng ngôn ngữ STL cũng cho phép ta tạo ra các chương trình mà
các ngôn ngữ LAD và FBD không thực hiện được. Vì STL là cách lập trình
theo ngôn ngữ tự nhiên của CPU, trong khi các phương pháp khác là lập
trình đồ họa. Ví dụ viết chương trình theo ngôn ngữ STL như sau:

Hình 1.5: Ngôn ngữ STL trên PLC
Chương trình này tương tự như lập trình bằng ngôn ngữ Assembler. CPU thực hiện
chương trình bằng cách chạy các lệnh từ trên xuống dưới, rồi lặp lại.Các điểm chính cần
quan tâm khi chọn ngôn ngữ lập trình STL:
-

Ngôn ngữ lập trình PLC: STL thích hợp cho những người lập trình kinh

-

nghiệm
STL cho phép ta giải quyết các điều khiển phức tạp mà LAD và FBD không

-

thực hiện được
STL chỉ thực hiện với tập lệnh SIMATIC
Có thể chuyển từ chương trình STL sang LAD và FBD nhưng ngược lại thì sẽ
bị giới hạn

Trong bài này, em sử dụng ngôn ngữ LAD để lập trình
1.3.3, Các ưu, nhược điểm của PLC
Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất cả trong
công nghiệp và dân dụng. Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ thống đơn giản, chỉ
có chức năng đóng/mở (ON/OFF) thông thường đến các ứng dụng cho các lĩnh vực phức
tạp, đòi hỏi tính chính xác cao, ứng dụng các thuật toán trong quá trình sản xuất.


Tuy vậy nó vẫn có 1 số những ưu, nhược điểm sau
-

a. Ưu điểm:
Khả năng mở rộng
Khả năng lập trình mở
Độ tin cậy cao
Gọn nhẹ, dễ dàng tích hợp vào các hệ thống
Chi phí lắp đặt thấp, giá thành phù hợp
Người sử dụng không cần có kiến thức sâu về mạch điện tử như vi điều

-

khiển vẫn có thể khai thác dễ dàng.
Được thiết kế để làm việc trong môi trường công nghiệp nên có khả năng
chống nhiễu, chịu ẩm, hóa học, …Điện áp làm việc và ghép nối tương thích

-

với chuẩn công nghiệp.
Được thiết kế để có thể kết nối với nhau tạo thành mạng công nghiệp hoặc kết

-

nối với Internet dễ dàng.
Phần mềm lập trình có giao diện và ngôn ngữ đồ họa dễ nhớ, dễ học.
Có các phần mềm giao diện giám sát trên máy tính được thiết kế chuyên

-

nghiệp giao tiếp truyền thông hoàn toàn ẩn với người sử dụng
b. Nhược điểm:
Giá thành phần cứng cao (tùy từng nhà sản xuất), một số hãng phải mua thêm

-

phần mềm để lập trình.
Đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ chuyên môn nhất định.

1.3.4, Các loại PLC thông dụng
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất PLC nhưng xét về phương
diện thông dụng nhất ở thị trường Việt Nam là 4 hãng sau: Siemens, Mitsubishi,
Delta, Keyence
-

Ở đây em xin đề cập đến các PLC của hãng thông dụng nhất
đó là SIEMENS
PLC Siemens có các họ như Logo, S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200,S71500.
a. PLC Logo: Là dòng sản phẩm cho các ứng dụng nhỏ khoảng 16-24 I/O


Hình 1.6: PLC Logo Siemens thực tế

b. PLC S7-200: Là dòng sản phẩm trung bình có ứng dụng cho các dự án
với I/O khoảng 128.

Hình 1.7: PLC S7-200 Siemens thực tế
c. PLC S7-300 và S7-400: Là dòng sản phẩm cao cấp cho các dự án lớn,
có số lượng I/O lớn, viết bằng nhiều ngôn ngữ khác nhau, thời gian đáp
ứng nhanh.


Hình 1.8: PLC S7-300 Siemens thực tế
-

d. PLC S7-1200:
Là dòng sản phẩm nâng cấp của S7-200, truyền thông qua cổng Ethernet có

-

thể kết nối PC-PLCs, PLCs-HMI, PLCs-PLCs.
Tốc độ truyền thông profinet 10/100Mbits/s, tích hợp tính năng đo lường, điều
khiển vị trí, điều khiển quá trình.

Hình 1.9: PLC S7-1200 Siemens thực tế
e. PLC S7-1500:
Là dòng sản phẩm nâng cấp của S7-300 và S7-400 cũng là sản phẩm mới
nhất của Siemens với nhiều ưu điểm, tính năng vượt trội


Hình 1.10: PLC S7-1500 Siemens thực tế
Trong bài này em sẽ dùng Step7 v5.5 PLC S7-300 để lập trình
1.4, Mục tiêu của đề tài:

+
+
+

Nâng cao năng lực nghiên cứu và tự tìm hiểu tài liệu.
Tìm hiểu quy trình sấy khô nhãn trong nhà máy.
Thiết kế và mô phỏng thành công hệ thống điều khiển giám sát long nhãn sấy khô trong
nhà máy với 2 chế độ bằng tay và tự động
Tại Việt Nam, nhu cầu sử dụng các hệ thống tự động hóa ngày càng nhiều và mở ra một
thị trường đầy tiềm năng cho các nhà nghiên cứu và sản xuất. Tuy nhiên, để đón nhận,
vận dụng và phát triển 1 hệ thống hoàn toàn tự động này, chúng ta cần có sự hiểu biết
nhất định về chúng. Nhận định được những điều đó và thấy được tiềm năng ứng dụng của
công nghệ tiên tiến này nên em làm đề tài: “Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát
dây chuyền sản xuất long nhãn sấy khô”
Kết luận: Trong chương 1, em đã tìm hiểu và giới thiệu về các phần mềm giám sát,lập
trình em sử dụng trong bài. Chi tiết về công nghệ và các linh kiện dùng trong dây chuyền
giống với thực tế em xin trình bày ở chương 2
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
2.1, Khảo sát dây chuyền thực tế
Theo hiệp hội trái cây Việt Nam(Vinafruit). Hiện nay trái cây sấy khô, đóng hộp vẫn là
những mặt hàng xuất khẩu chủ lực của Việt Nam. Thay vì xuất khẩu trái cây tươi, nhiều


doanh nghiệp đã và đang xuất khẩu trái cây sấy khô và “biến tấu” dưới dạng pha trộn
thêm gia vị để xuất khẩu sang thị trường Châu Á, Mỹ và EU. Xét về tính dài hạn thì đây
là cơ hội cho trái cây Việt Nam, đặc biệt đối với những loại trái cây có diện tích trồng lớn
và cho trái quanh năm như thanh long, dứa, xoài, đu đủ, chôm chôm,… Và đặc biệt là
nhãn.
Trái cây sấy khô thực chất là trái cây tươi đã được loại bỏ gần như hầu hết lượng nước
bên trong. Chính vì thế, sản phẩm trái cây sấy khô có ưu điểm là gọn nhẹ hơn, dễ chuyên

chở và bảo quản hơn trái cây tươi khi xuất khẩu, đồng thời vẫn giữ được những chất dinh
dưỡng cần thiết. Trái cây sấy khô chứa nhiều chất khoáng, vitamins và các enzyme có lợi
cho cơ thể(trừ vitamin C thường bị tiêu hủy khi sấy khô)
Em xây dựng hệ thống này hướng đến mục tiêu thiết kế chế tạo được mô hình thực tiễn
mà giá thành cũng không quá cao, ngoài ra việc ứng dụng hệ thống giám sát điều khiển
SCADA từ xa cho dây chuyền sản xuất là một trong những công cụ hỗ trợ thiết thực cho
các công ty trong việc điều hành hệ thống sản xuất. Vì thế nếu nhà máy xuất khẩu nào
cũng có 1 dây chuyền tự động thì chắc chắn năng suất sẽ tăng đáng kể và chất lượng trái
cây sau khi sấy cũng được đảm bảo


Hình 2.1: Một nhà máy sấy khô trái cây tự động