Thiết kế hệ thống máy bán hàng tự động PLC S1200 TIA portal V15 ( có sẵn file và mô phỏng )

ĐẠI HỌC SPKT HỒ CHÍ MINH
Bộ mơn Điều khiển và Tự động hóa
----------

ĐỒ ÁN MƠN HỌC
Thiết kế hệ thống điều khiển và tự động

Giáo viên hướng dẫn: Thái Hữu Nguyên
Sinh viên thực hiện :
Lớp:

: DHTDHCK13B

HCM, 6/2021


Chương I : Phân tích đặc điểm cơng nghệ
Chương II : Giới thiệu thiết bị PLC S7-1200 và phần mềm TIA
Chương III : Thiết kế chương trình điều khiển
Chương IV: Thiết kế giao diện
Chương V : Mô phỏng kiểm chứng
Để hoàn thành tốt đồ án này, em xin cảm ơn gia đình đã sinh thành em ni dạy em, cảm
ơn các thầy cô trong khoa Điện và các bạn đã hướng dẫn chỉ bảo góp ý nhiệt tình để mình
hồn thành được đồ án này. Do thời gian có hạn nên cũng khơng thể tránh được những
sai sót trong q trình làm đề tài. Em mong được những ý kiến đóng góp của các thầy cơ
và bạn để có thể hoàn thiện đề tài tốt hơn
Xin chân thành cảm ơn!
ngày 8 tháng 5 năm 2021
CHƯƠNG I : ĐẶC ĐIỂM CÔNG NGHỆ
1.1 Giới thiệu về máy bán hàng tự động

Máy bán hàng tự động là một chiếc máy thơng minh có thể tự động thực hiện giao
dịch mua, bán các loại hàng có trong kho của nó với khách hàng. Người mua là khách
hàng, người bán là chiếc máy đó. Thao tác mua, bán về cơ bản diễn ra bình thường như
truyền thống.
Với sự xuất hiện của máy bán hàng tự động trong những năm gần đây đã tạo ra sự
phát triển mạnh mẽ các dịch vụ công cộng như bán nước uống, đồ ăn nhanh… Những


máy bán hàng tự động này xuất hiện chủ yếu ở những chỗ tập trung đông người như: siêu
thị, ngân hàng, hoặc ở những khu vui chơi giả trí.
Những lợi ích mà máy bán hàng tự động đem lại cho chúng ta là rất lớn, cụ thể như:
Với một chiếc máy bán hàng, việc mua bán có thể diễn ra bất cứ thời gian nào,
trong điều kiện thời tiết nào.
Một chiếc máy bán hàng tự động có thể coi tương đương một quầy hàng nhỏ,
chuyên bán một số mặt hàng. Hơn nữa quầy hàng này không cần nhân viên bán hàng, nên
tiết kiệm được tiền lương trả cho nhân viên.
Máy bán hàng tự động có diện tích nhỏ nên có thể đặt được ở nhiều nơi, tận dụng
được nhiều khoảng trống, và có thể tiết kiệm được tiền thuê mặt bằng.
Mọi người thường có tâm lý e ngại khi mua một số mặt hàng ở các quầy hàng, thì
việc mua ở các máy bán hàng tự động, hoàn toàn thoải mái.
Các loại máy bán hàng tự động được thiết kế giao tiếp ngày càng thân thiện với
người sử dụng. Việc thực hiện mua sản phẩm rất dễ dàng, và không sai xót.
Bằng việc sử dụng những đồng tiền xu sẽ làm thay đổi suy nghĩ của mọi người
trong việc sử dụng và lưu thông những đồng tiền xu. Các máy hiện đại có khả năng thanh
tốn bằng thẻ tín dụng, nên có thể giảm được lượng tiền mặt lưu thơng trên thị trường….
Từ nhu cầu thực tiễn và lợi ích của xã hội ta thấy máy bán hàng tự động là rất cần
thiết trong một xã hội phát triển.
1.2. Tổng quan về máy bán hàng tự động
Máy bán hàng tự động là một sản phẩm tự động hóa đã rất phổ biến trên thế giới.
Ở các nước phát triển như Nhật, Mỹ, EU…., sản phẩm này đã trở lên thông dụng với

người dân. Các loại máy náy, bán rất nhiều các loại mặt hàng từ các loại nước đóng chai,
đến các loại đồ ăn, các sản phẩm dân dụng… Và mới đây nhất là chiếc máy bán vàng tự
động. Các loại máy này trên thế giới đã rất hoàn thiện về kết cấu, tính năng sử dụng, và
độ hồn thiện, đa dạng trong công nghệ nhận biết loại thiết bị dùng để thanh tốn như có
thể dùng tiền xu, tiền giấy, thẻ tín dụng hay bằng tin nhắn SMS qua điện thoại di động…
Ở Việt Nam, năm 2003 khi tiền xu đưa vào lưu thông, máy bán hàng tự động cũng
đã xuất hiện, nhưng sự phát triển loại máy này ở Việt Nam rất chậm chạp. Gần đây là
xuất hiện các loại máy tự động thanh toán bằng tiền polyme. Xu hướng này có vẻ được
chấp nhận hơn do tâm lý ngại dùng tiền xu của người Việt Nam.


Về cơ bản, một máy bán hàng tự động bao gồm một hay nhiều kho hàng để chứa
sản phẩm, các máy hiện đại, các kho được thiết kế có chức năng giữ nhiệt độ mặt hàng ở
mức mong muốn. Một hay một số thiết bị dùng để khách hàng thanh tốn tiền, đó có thể
là một thiết bị nhận dạng tiền mặt, một thiết bị trừ tiền trong card hay một thiết bị kết nối
mạng để trả tiền qua sms…Các cơ cấu chấp hành để đưa hàng ra, đó là các động cơ,
xilanh thủy lực…Các thiết bị hiển thị, có thể là màn hình led hoặc màn hình cảm ứng.
Các nút bấm, các cơ cấu trả tiền thừa. Bộ điều khiển và các cảm biến.
1.3 Cấu tạo chi tiết của máy bán hang
•

Khay: được sử dụng để đặt hàng hóa, được đánh số thứ tự theo ngăn chứa hàng.

•

Ngăn chứa hàng: một khay được khia thành nhiều ngăn, mỗi ngăn được đánh
theo số thứ tự, hàng hóa bán được đặt vào mỗi ngăn chứa hàng.

•

Loa: Sử dụng cho màn hình quảng cáo LCD.

•

Bảng điều khiển: Điều khiển mua hàng cũng như cài đặt, cấu hình cho máy bán
hàng.

•

Đầu đọc tiền: được sử dụng để nhận tiền, lưu trữ tiền và trả lại tiền thừa.

•

Hệ thống lạnh: làm lạnh cho hàng hóa trong máy.

•

Nút nguồn: được sử dụng để quản lý nguồn điện cho máy, hệ thống làm lạnh và
đèn chiếu sáng.

•

Màn hình quảng cáo: hỗ trợ video, hình ảnh quảng cáo được để định dạng
AVI/MPG, độ phân giải 720*576 (màn hình 8 inch hoặc 22 inch).


•

Màn hình hiển thị LCD: giúp hướng dẫn điều khiển cho người mua hàng cũng
như cài đặt máy.

•

Bàn phím: được sử dụng để chọn hàng, cài đặt, cấu hình máy.

•

Khóa: sử dụng mở cửa máy và khoang hàng, cũng như bảo vệ để tránh mất hàng
trong khoang hàng.

•

Khoang lấy hàng: để lấy hàng khi khách đã mua xong.

•

Dây điện: đùng để nối nguồn điện.
1.4 Nguyên lý hoạt động
B1 : Bỏ tiền vào => tiền đi qua cảm biến => hiển thị số lượng tiền trong máy
B2 : Chọn mã sản phẩm => thanh toán => Lấy sản phẩm trong khay và nhận tiền thừa .

CHƯƠNG II : GIỚI THIỆU PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM TIA
2.1 Khái niệm chung về PLC S7-1200
PLC S7-1200 là một dòng sản phẩm của Siemens được sản xuất năm 2009, ra đời
với mục đích thay thế cho thế hệ trước là PLC S7-200.
S7- 1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng
hỗ các yêu cầu về điều khiển tự động. sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt
và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo cho việc
điều khiển ứng dụng đa dạng khác nhau.

Các thành phần của PLC S7-1200:
•

3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau giống

•

như điều khiển AC hoặc DC phạm vi rộng.
2 mạch tương tự và số mở rộng điều khiển modum trực tiếp trên CPU làm giảm

•
•
•
•

chi phí sản phẩm.
13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau.
2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP.
Bổ sung 4 cổng Ethernet.
Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp 24VD.

2.2 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động
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 hồn chỉnh cịn 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 phịng, chỉ khi nào chương
trình đã được kiểm tra và sẵn sang sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ 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
* Nguyên lý hoạt động
CPU điều khiển các hoạt động bên trong 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:
+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 truyen 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
2.3 . 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.
2.4. 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 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
+RAM có thể nạp chương trình, thay đổi hay xố 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 khơ 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 dung 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 khơng 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 xố và lập trình bằng điện tuy nhiên số lần là có giới
hạn
2.5 Giới thiệu phần mềm TIA
Siemens tạo ra 1 phần mềm dùng để điều khiển và lập trình cho PLC S7-1200 là
TIA Portal (Totally Intergrated Automation Portal ). Đây là phần mềm cơ sở tích hợp tất
cả các phần mềm lập trình cho các hệ thống tự động hóa và truyền động điện. Phần mềm
tích hợp các sản phẩm SIMATIC khác nhau trong một phần mềm ứng dụng ví dụ Simatic
Step 7 V13 để lập trình các bộ điều khiển Simatic. Simatic WinCC V13 để cấu hình các
màn hình HMI và chạy Scada trên máy tính, giúp tăng năng suất và hiệu quả làm việc.
Chương này cũng hướng dẫn cách lập trình mô phỏng PLC S7 – 1200 với TIA portal
và cách làm việc với 1 chạm PLC.
Tất cả các bộ đều khiển PLC, màn hình HMI, các bộ truyền động của Siemens đều
được lập trình, cấu hình trên TIA portal. Việc này giúp giảm thời gian, công sức trong
việc thiết lập truyền thơng giữa các thiết bị này. Ví dụ người sử dụng có thể sử dụng tính
năng “kéo và thả’ một biến của trong chương trình điều khiển PLC vào một màn hình của
chương trình HMI. Biến này sẽ được gán vào chương trình HMI và sự kết nối giữa PLC
– HMI đã được tự động thiết lập, không cần bất cứ sự cấu hình nào thêm.


Phần mềm mới Simatic Step 7 V11, tích hợp trên TIA Portal, để lập trình cho S7-1200,
S7-300, S7-400 và hệ thống tự động PC-based Simatic WinAC. Simatic Step 7 V15 được
chia thành các module khác nhau, tùy theo nhu cầu của người sử dụng. Simatic Step 7
V11 cũng hỗ trợ tính năng chuyển đổi chương trình PLC, HMI đang sử dụng sang
chương trình mới trên TIA Portal.
Phần mềm mới Simatic WinCC V11, cũng được tích hợp trên TIA Portal, dùng để
cấu hình cho các màn hình TP và MP hiện tại, màn hình mới Comfort, cũng như để giám
sát điều khiển hệ thống trên máy tính (SCADA).

CHƯƠNG III : THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

3.1 Chương trình điều khiển và nguyên lý hoạt động
Network 1: Khởi động hệ thống

Network 2 : Khi hệ thống hoạt động thì mỗi lần nhấn M_cambien thì bộ đếm sẽ đếm
tăng lên 1 đơn vị vì nó được nối với cổng Counter up của bộ CTUD
Và ta có 5 tiếp điểm hở nối với counter down để đếm xuống ( ta sẽ gặp lại nó ở network 3
để giảm tiền khi có sản phẩm ra )


Network 2 : Thời gian sản phẩm xuống và khi xung tín hiệu p6 có điện thì khối ADD kia
sẽ cộng giá trị 10 và miền nhớ tổng tiền

Network 3 : Khi hệ thống hoạt động giá trị ( số tiền ) lớn hoặc bằng 1 sau đó nhấn OK
( thanh tốn ). Sau khi nhập mã sp thì đi qua tiếp điểm kín ( ở Network 5 có bộ đếm quá 6
lần thì sẽ báo hết sản phẩm ) và sau đó đếm xuống -1 sp ( ở network 2 )


Network 4: Thời gian đưa 5 loại sản phẩm xuống khay


Network 5 : Bộ đếm xuống từ 6 đếm xong thì sản phẩm cảnh báo đã hết .


Network 6 : Nhấn nút reset để reset lại bộ đếm cũng như tổng tiền


CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ GIAO DIỆN
4.1 Giới thiệu phần mềm Wincc
WinCC (Windows Control Center) là phần mềm của hãng Siemens dùng để giám
sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong q trình sản xuất. Nói rỏ hơn, WinCC là chương

trình dùng để thiết kế các 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 số liệu, giám sát và điều khiển quá trình sản xuất. Với WinCC, người dùng có
thể trao đổi dữ liệu với PLC của nhiều hãng khác nhau như: Siemens, Mitsubishi, Allen
braddly, Omron,.. thông qua cổng COM với chuẩn RS232 của PC và chuẩn RS485 của
PLC.
Với WinCC, ta có thể tận dụng nhiều giải pháp khác nhau cho để giải quyết cơng
việc, từ thiết kế cho hệ thống có quy mô nhỏ đến quy mô lớn, hệ thống thực hiện sản xuất
– MES (Manufacturing Excution System). WinCC có thể mơ phỏng bằng hình ảnh các sự
kiện xảy ra trong quá trình điều khiển dưới dạng chuổi sự kiện. Để đáp ứng yêu cầu công
nghệ ngày càng phát triển, WinCC cung cấp nhiều hàm chức năng cho mục đích hiển thị,
thơng báo, ghi báo cáo, xử lý thông tin đo lường, các tham số công thức,.. và là một trong
những chương trình thiết kế giao diện Người và Máy – HMI được tin dùng nhất hiện nay.

4.2 Giao diện máy bán hàng tự động trong WinCC


Nút Start : gán M_START ( M0.0 )
Nút Stop : gán M_STOP ( M0.1 )
Nút Reset hệ thống : gán M_RESET ( M3.2 )
2 đèn tín hiệu : gán D_STOP (Q0.0) và D_START (Q0.1)
Nút Cảm Biến ( đưa tiền vào ) : gán M_cambien (M3.3)
Bộ đếm tiền : gán MW12
Bộ đếm sản phẩm 1: gán MW25
Bộ đếm sản phẩm 2 : gán MW30
Bộ đếm sản phẩm 3 : gán MW35
Bộ đếm sản phẩm 4: gán MW40
Bộ đếm sản phẩm 5 : gán MW45
Cảnh báo hết sản phẩm 1 : gán M2.0
Cảnh báo hết sản phẩm 2 : gán M2.1

Cảnh báo hết sản phẩm 3 : gán M2.2
Cảnh báo hết sản phẩm 4 : gán M2.3
Cảnh báo hết sản phẩm 5 : gán M2.4
CHƯƠNG V : KẾT QUẢ MÔ PHỎNG


1. Giao diện ban đầu của máy bán hàng

2. Reset hệ thống

3. Khởi động hệ thống


4. Nhấn cảm biến để nộp 10 ngàn vào ( mỗi lần nhấn tương đương mỗi lần nộp )

5. Nạp 60k vào máy bán hàng


6. Nhập mã sản phẩm

7.Bấm OK để thanh toán ( sản phẩm ra )


8. Thanh tốn 6 lần thì báo hàng và hết tiền không cho chọn sản phẩm nữa.

FILE :
/>