Ứng dụng plc s7 300 và wincc trong hệ thống tự động phân loại sản phẩm

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH

VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ
------------*****------------

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

ỨNG DỤNG PLC S7-300 VÀ WINCC TRONG HỆ THỐNG
TỰ ĐỘNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

Sinh viên thực hiện

: DƢƠNG ĐỨC QUANG

Lớp

: 53K1 - KTĐK&TĐH

Giảng viên hƣớng dẫn : ThS. TẠ HÙNG CƢỜNG

Nghệ An, 07-2017


TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH

VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ
------------*****------------

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

ỨNG DỤNG PLC S7-300 VÀ WINCC TRONG HỆ THỐNG TỰ
ĐỘNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

Sinh viên thực hiện

: DƢƠNG ĐỨC QUANG

Lớp

: 53K1 - KTĐK&TĐH

Giảng viên hƣớng dẫn : ThS. TẠ HÙNG CƢỜNG
Cán bộ phản biện

: ThS. LÊ VĂN CHƢƠNG

Nghệ An, 7-2017


MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU
LỜI CẢM ƠN
LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT ĐỒ ÁN
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM ................1
1.1. Đặt vấn đề. ...........................................................................................................1
1.2. Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thƣớc. ..............................2
1.2.1. Cấu tạo hệ thống. ..........................................................................................2
1.2.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống. .................................................................2
1.3. Các thiết bị sử dụng trong hệ thống. ....................................................................2
1.3.1. Băng tải. ........................................................................................................2
1.3.2. Cảm biến (Sensor). ........................................................................................4
1.3.3. Động cơ kéo băng tải ....................................................................................8
1.3.4. Nút ấn điều khiển hệ thống. ..........................................................................9
1.3.5. Các thiết bị điều khiển khí nén. ..................................................................10
CHƢƠNG 2: THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-300 VÀ PHẦN MỀM MÔ
PHỎNG WINCC .........................................................................................................11
2.1. Hệ thống điều khiển PLC S7-300. ......................................................................11
2.1.1. Hệ thống điều khiển PLC............................................................................11
2.1.2. Vai trò của cấu tạo PLC ..............................................................................12
2.1.3. Ƣu điểm và ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC ..................................13
2.1.4. Hệ thống PLC S7-300. ................................................................................14
2.1.4.1. Modul CPU ..............................................................................................15
2.1.4.2. Modul mở rộng. .......................................................................................16
2.1.4.3. Kỹ thuật lập trình. ....................................................................................17
2.1.4.4. Các ngơn ngữ lập trình. ............................................................................19
2.1.4.5. Các ngõ địa chỉ vào/ra. ............................................................................20


2.1.4.6. Cấu trúc bộ nhớ của S7-300.....................................................................20
2.1.4.7. Xử lý chƣơng trình. ..................................................................................21
2.1.4.8. Chức năng tốn học. ................................................................................23
2.1.4.9. Bộ thời gian. .............................................................................................24

2.1.4.10. Bộ đếm counter. .....................................................................................27
2.2. Phần mềm mô phỏng winCC. .............................................................................30
2.2.1. Định nghĩa về WinCC.................................................................................30
2.2.2. Truyền thông trong môi trƣờng WinCC. ....................................................31
2.2.3. Các chức năng củaWinCC. .........................................................................33
CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DÂY CHUYỀN PHÂN
LOẠI SẢN PHẨM TRÊN CƠ SỞ PLC S7-300........................................................38
3.1. Yêu cầu thiết kế. .................................................................................................38
3.2. Các thiết bị sử dụng trong mơ hình. ...................................................................38
3.2.1. Phần cứng mơ hình. ....................................................................................38
3.2.2. Ngun lý hoạt động. ..................................................................................41
3.3. Sơ đồ khối. ..........................................................................................................41
3.4. Thiết kế sơ đồ nguyên lý.....................................................................................45
3.4.1. PLC. ............................................................................................................45
3.5. Lập trình phần mềm. ...........................................................................................46
3.5.1. Lƣu đồ thuật tốn. .......................................................................................46
3.5.2. Lập trình chƣơng trình trên S7-300. ...........................................................47
3.6. Giao diện lập trình trên WIN CC. .......................................................................50
KẾT LUẬN ..................................................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................52


DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1. Cấu tạo chung của hệ thống phân lạo sản phẩm theo kích thƣớc....................1
Hình 1.2. Một số hình ảnh về băng tải ............................................................................2
Hình 1.3. Sơ đồ cấu tạo băng tải......................................................................................2
Hình 1.4. Sơ đồ cấu tạo Cảm biến quang điện ................................................................5
Hình 1.5. Dịng E3Z ........................................................................................................6
Hình 1.6. Dịng E3T ........................................................................................................6

Hình 1.7. Dịng E3X ........................................................................................................7
Hình 1.8. Động cơ dùng trong băng tải. ..........................................................................8
Hình 1.9. Nút ấn ..............................................................................................................9
Hình 1.10. Nút ấn thƣờng mở ..........................................................................................9
Hình 1.11. Nút ấn thƣờng đóng. ......................................................................................9
Hình 2.1. Nguyên lý chung về cấu trúc của một hệ điều khiển PLC ............................11
Hình 2.2. PLC của hãng Siemens ..................................................................................12
Hình 2.3. Cấu trúc phần cứng của hệ thống PLC S7-300 .............................................15
Hình 2.4. Modul CPU ....................................................................................................15
Hình 2.5. Sơ đồ bố trí một trạm PLC (S7-300). ............................................................16
Hình 2.6. Sơ đồ khối kiểu lập trình tuyến tính ..............................................................17
Hình 2.7. Sơ đồ kiểu lập trình có cấu trúc ....................................................................17
Hình 2.8. Quy trình thiết kế một hệ thống điều khiển tự động. ....................................18
Hình 2.9. Ngơn ngữ tối ƣu nhất .....................................................................................20
Hình 2.10. Chức năng của các khối OB trong CPU .....................................................22
Hình 2.11. Khối thực hiện chức năng cộng hai số nguyên 16 bits. ...............................23
Hình 2.12. Khối thực hiện chức năng trừ hai số nguyên 16 bits ...................................23
Hình 2.13. Khối thực hiện chức năng nhân hai số 16 bits.............................................23
Hình 2.14. Khối thực hiện chức năng chia hai số nguyên 16 bits .................................24
Hình 2.15. Khối thực hiện chức năng cộng hai số nguyên 32 bits ................................ 24
Hình 2.16. Khối thực hiện chức năng trừ hai số nguyên 32 bits ...................................24
Hình 2.17. Khối thực hiện chức năng nhân hai số nguyên 32 bit .................................25
Hình 2.18. Khối thực hiện chức năng chia hai số nguyên 32 bits .................................25
Hình 2.19. Sơ đồ khối bộ thời gian. ..............................................................................25


Hình 2.20. Bộ thời gian SP ............................................................................................27
Hình 2.21. Khối hàm thời gian SE ................................................................................27
Hình 2.22. Sơ đồ khối hàm SD ......................................................................................27
Hình 2.23. Khai báo bộ thời gian SS . ...........................................................................28

Hình 2.24. Khai báo bộ thời gian SA ............................................................................28
Hình 2.25. Sơ đồ khối bộ đếm Counter ............................................................................29
Hình 2.26. Sơ đồ khối bộ đếm tiến lùi...........................................................................30
Hình 2.27. Sơ đồ khối bộ đếm tiến. ...............................................................................31
Hình 2.28. Sơ đồ khối bộ đếm lùi..................................................................................31
Hình 2.29. Tạo kết nối với PLC ....................................................................................33
Hình 2.30. Chọn Driver kết nối với PLC ......................................................................33
Hình 3.1. Mơ hình thực tế phân loại sản phẩm theo kích thƣớc ...................................39
Hình 3.2. Cảm biến quang .............................................................................................40
Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý cảm biến tiệm cận ...............................................................41
Hình 3.4. Sơ đồ khối kết nối của hệ thống ....................................................................42
Hình 3.5. Cáp truyền thơng PC ADAPTER USB A2 ...................................................43
Hình 3.6. Cáp truyền thơng giao tiếp RS 232. ..............................................................43
Hình 3.7. Sơ đồ chân cổng nối tiếp ...............................................................................45
Hình 3.8. Cáp truyền thơng giao tiếp RS 232. ..............................................................45
Hình 3.9. Cách bố trí Module trong trạm ......................................................................46
Hình 3.10. Ngun lý đấu dây Module EM323 ...........................................................46
Hình 3.11. CPU 312 và Module EM323 của Siemens ..................................................46
Hình 3.12. Bộ nguồn 24VDC cấp cho CPU 312 và Module EM323 của Siemens .....47
Hình 3.13. Lƣu đồ thuật tốn điều khiển hệ thống khi nhấn Start ................................ 47
Hình 3.14. Lƣu đồ thuật tốn khi nhấn stop ..................................................................47
Hình 3.15. Địa chỉ các bít vào ra trên S7-300 ...............................................................48
Hình 3.16. Giao diện lập trinh win cc ...........................................................................51


LỜI NÓI ĐẦU

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền cơng nghiệp Việt Nam hiện nay, q
trình tự động hóa trong cơng nghiệp đƣợc đề cao cũng nhƣ ứng dụng nhiều trong công
nghiệp và dân dụng hiện nay. Với các nƣớc phát triển nhƣ Mỹ, Nhật,…thì tự động hóa

khơng còn xa lạ và đã trở nên quen thuộc. Việt Nam là nƣớc đang phát triển thì nhƣ
cầu hiện đại hóa trong cơng nghiệp là điều hết sức quan trọng đối với phát triển kinh tế
cũng nhƣ nhƣ cầu công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nƣớc.
Là những sinh viên theo học chuyên ngành Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động
Hóa cùng những nhu cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết của nền công nghiệp nƣớc nhà,
em muốn đƣợc nghiên cứu và tìm hiểu những thành tựu khoa học mới để có nhiều cơ
hội biết thêm về kiến thức thực tế, củng cố kiến thức đã học, phục vụ tốt cho sự
nghiệp cơng nghiệp hóa hiện đại hóa. Vì những lý do trên em đã chọn đề tài: “Ứng
dụng PLC S7-300 và WinCC trong hệ thống tự động phân loại sản phẩm”.
Nội dung chính của đề tài bao gồm:
Chƣơng 1: Tổng quan hệ thống phân loại sản phẩm.
Chƣơng 2: Thiết bị điều khiển PLC S7-300 và phần mềm mô phỏng WinCC.
Chƣơng 3: Thiết kế hệ thống điều khiển dây chuyền phân loại sản phẩm trên cơ sở
PLC S7-300.


LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện đề tài với nội dung “Ứng dụng PLC s7-300 và
WinCC trong hệ thống tự động phân loại sản phẩm”. Em đã vận dụng thành cơng
trong đồ án của mình, Trong q trình thực hiện đề tài cịn gặp nhiều khó khăn, nhƣng
em đã nhận đƣợc nhiều sự trợ giúp từ quý thầy cô giáo và các bạn.
Đầu tiên em xin chân thành cảm ơn thầy ThS. Tạ Hùng Cƣờng đã giúp em lựa
chọn và hƣớng dẫn tận tình để em hồn thành tốt yêu cầu của đề tài.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong viện Kỹ
Thuật và Công Nghệ đã truyền thụ và giúp đỡ em những kiến thức quý báu và bổ ích
trong thời gian em học tập tại trƣờng.
Do kiến thức còn hạn chế và thời gian hồn thành có hạn ,trong bài làm sẽ
khơng tránh khỏi sự sai lầm và thiếu xót nên em rất mong nhận đƣợc sự đánh giá và
phê bình của các thầy để em có thế rút đƣợc kinh nghiệm và bổ sung kiến thức cho
mình.

Sinh viên thực hiện
Dƣơng Đức Quang


TĨM TẮT ĐỒ ÁN
Đồ án đã trình bày khái qt về hệ thống phân loại sản phẩm, đƣa ra phƣơng
pháp phân loại sản phẩm theo kích thƣớc. Đồ án cũng đã trình bày tổng quan về PLC
S7-300 và WinCC, cơng cụ để mơ phỏng hệ thống tự động hóa.Trên cơ sở đồ án đã
mô phỏng hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thƣớc trên PLC S7-300 và WinCC

ABSTRACK
The project presented the general classification system, Out method of sorting
products by size. The project also presented an overview of PLC S7-300 and WinCC,
tool to simulate automation system. On the basis of the project has simulated the
product classification system by size on PLC S7-300 and WinCC


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
1.1. Đặt vấn đề.
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà
trong đó là kỹ thật điều khiển tự động đóng vai trị hết sức quan trọng trong mọi lĩnh
vực khoa học kỹ thuật, quản lý, cơng nghiệp tự động hóa, cung cấp thơng tin…do đó
chúng ta phải nắm bắt và vận dụng một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát
triển của nền khoa học kỹ thuật. Trên thực tế hiện nay ở một số nhà máy lớn thì việc
ứng dụng tự động hóa vào q trình sản xuất để tang năng suất là điều khơng có gì xa
lạ. Tuy nhiên, ở một số doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc ứng dụng cơng nghệ tự động
hóa vào các khâu phân loại và đống gói bao bì cịn rất hạn chế, chủ yếu là sử dụng lao
động thủ cong là chính, chính vì vậy mà năng suất thấp. Từ những vấn đề thực tế đó và

những kiến thức đã học em đã nghiên cứu và thiết kế mơ hình sử dụng bang tải để
phân loại sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế, vì trong thực tế có nhiều sản phẩm
đƣợc sản xuất ra đị hỏi phải có kích thƣớc tƣơng đối chính xác.

Hình 1.1. Dây chuyền phân loại sản phẩm trong thực tế

1


1.2. Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thƣớc.
1.2.1. Cấu tạo hệ thống.

Hình 1.2. Cấu tạo chung của hệ thống phân lạo sản phẩm theo kích thước.
1.2.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống.
Khi động cơ quay làm băng tải 1 chuyển động, sản phẩm sẽ đƣợc đƣa qua các
cảm biến sensor 1 và sensor 2. Hai cảm biến này sẽ xác định độ cao của các sản phẩm,
nếu Sensor 2 phát sáng báo hiệu sản phẩm có kích thƣớc lớn đi qua, cần gạt 2 sẽ hoạt
động gạt sản phẩm đó qua máng 1; nếu Sensor 1 phát sáng báo hiệu sản phẩm có kích
thƣớc trung bình đi qua, cần gạt 1 sẽ hoạt động gạt sản phẩm đó qua máng 2; cịn nếu
cả 2 sensor khơng sáng thì sản phẩm đó sẽ đi thẳng.
1.3. Các thiết bị sử dụng trong hệ thống.
1.3.1. Băng tải.
Băng tải là một hệ thống ứng dụng trong sản xuất với chức năng vận chuyển
hàng hóa, nguyên vật liệu,… từ điểm này tới một điểm nào đó mà khơng phải dùng
đến sức ngƣời. Ngày nay,băng tải đƣợc sử dụng phổ biến ở các dây chuyền sản xuất

Hình 1.3. Một số hình ảnh về băng tải

2

 Cấu tạo.
Cấu tạo băng tải gồm các cơ cấu nhƣ sau :

Hình 1.4. Sơ đồ cấu tạo băng tải.
(1) N : 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.
(4) : Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ….) làm phần trƣợt cho bộ phận kéo và các
yếu tố làm việc.
 Nguyên lý hoạt động.
Nguyên lý hoạt động của băng tải nhƣ sau : Khi rulô chủ động quay làm cho
dây băng tải chuyển động nhờ lực ma sát giữa rulô và dây băng băng tải . Để tạo ra lực
ma sát giữa rulô và dây băng tải khi dây băng tải gầu bị trùng thì ta điều chỉnh rulơ bị
động để dây băng tải căng ra tạo lực ma sát giữa dây băng tải và rulô chủ động lực ma
sát giữa dây băng tải và Rulô sẽ làm cho băng tải chuyển động tịnh tiến. Khi các vật
liệu rơi xuống trên bề mặt dây băng tải, nó sẽ đƣợc di chuyển nhờ vào chuyển động
của băng tải. Để tránh băng tải bị võng, ngƣời ta dùng các Con lăn đặt ở phía dƣới bề
mặt băng tải, điều này cũng làm giảm đi lực ma sát trên đƣờng đi của băng tải. Băng
tải cao su đƣợc bao bọc bởi chất liệu cao su chất lƣợng cao, bên trong làm bằng chất
liệu Polyester, một loại sợi tổng hợp và sợi Poliamit, có đặc tính rất bền, chịu đƣợc
nƣớc, chịu đƣợc thời tiết ẩm, Dây băng tải đòi hỏi phải bền, chắc, chịu mài mòn và ma
sát cao. Một yếu tố rất quan trọng là hệ số giãn dây băng tải phải rất thấp , vận chuyển
đƣợc nhiều, có thể chuyển đƣợc vật liệu ở khoảng cách vừa và xa với tốc độ cao.
 Ƣu điểm của băng tải.
Ƣu điểm của hệ dẫn động băng tải là:
3


- Băng tải cấu tạo đơn giản, bền,

- Có khả năng vận chuyển vật liệu theo hƣớng nằm ngang, nằm nghiêng (hay
kết hợp cả hai) với khoảng cách lớn,
- Làm việc êm, năng suất tiêu hao khơng lớn.
- chi phí đầu tƣ chế tạo thiết bị, băng tải không lớn lắm, trên cơ sở kết cấu giản
và không sử dụng quá nhiều quá nhiều vật liệu chuyên dụng đặc biệt đắt tiền.
- Có khoảng cách vận chuyển lớn và chủng loại vận chuyển phong phú.
 Các loại băng tải trong dây chuyền sản xuất và ứng dụng.
 Băng tải cao su: Chịu nhiệt, sức tải lớn.
 Thƣờng đƣợc dùng để tải các liệu nhƣ hạt, viên có góc cạnh, có độ ma sát
cao, hay tiếp xúc với hóa chất, sản phẩm có trọng lƣợng khá lớn, có độ ẩm
ƣớt lớn,…nhƣ xi măng, than, quặng, kim loại, kính vụn, … Với kết cấu linh
hoạt phù hợp với mọi địa hình.
 Băng tải xích : Khá tốt trong ứng dụng tải dạng chai, sản phẩm cần độ vững
chắc.
 Thƣờng đƣợc sử dụng trong mơi trƣờng khắc nghiệt hơn, chịu đƣợc sự
mài mịn cao, sản phẩm chống gỉ tốt nhất, tải đƣợc những hàng nặng hơn
so với băng tải xích nhựa. Băng tải xích kết cấu chung với những tấm
thép bắt ngang thƣờng đƣợc ứng dụng trong ngành sản xuất tải cây gỗ,
đất (trong sản xuất gạch), ximang, đá…
 Băng tải con lăn gồm: băng tải con lăn nhựa, băng tải con lăn nhựa PVC,
băng tải con lăn thép mạ kẽm, băng tải con lăn truyền động bằng motor.
 Băng tải đứng: vận chuyển hàng hóa theo phƣơng hƣớng lên thẳng đứng.
 Băng tải PVC: Tải nhẹ và thông dụng với kinh tế.
 Đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các ngành sản xuất chai, nƣớc ngọt, bình
bằng nhựa hay trong ngành thực phẩm, bảo quản thịt, rau và hoa quả tƣơi…
 Băng tải góc cong: chuyển hƣớng sản phẩm 30 đến 180 độ.
1.3.2. Cảm biến (Sensor).
Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận, biến đổi các đại lƣợng vật lý và các đại
lƣợng khơng có tính chất điện cần đo thành các đại lƣợng điện có thể đo và xử lý đƣợc.

4


 Phân loại cảm biến.
 Theo nguyên lý của cảm biến:
• Cảm biến điện trở.
• Cảm biến điện từ.
• Cảm biến tĩnh điện.
• Cảm biến hóa điện.
• Cảm biến nhiệt điện.
• Cảm biến điện tử và ion.
 Theo tính chất nguồn điện:
• Cảm biến phát điện.
• Cảm biến thơng số.
 Theo phƣơng pháp đo:
• Cảm biến biến đổi trực tiếp.
• Cảm biến bù.
 Cảm biến dùng trong hệ thống.
Ở đây ta sẻ dụng cảm biến quang điện.
 Cảm biến quang điện.
 Cấu tạo:
- Bộ phát sáng
Ngày nay cảm biến quang thƣờng sử dụng đèn bán dẫn LED
Ánh sáng đƣợc phát ra theo xung. Nhịp điệu xung đặc biệt giúp cảm biến phân
biệt đƣợc ánh sáng của cảm biến và ánh sáng từ các nguồn khác (nhƣ ánh nắng mặt
trời hoặc ánh sáng trong phịng).
Các loại LED thơng dụng nhất là LED đỏ, LED hồng ngoại hoặc LED laze. Một
số dòng cảm biến đặc biệt dùng LED trắng hoặc xanh lá. Ngồi ra cũng có LED vàng.
- Bộ thu sáng
Thơng thƣờng bộ thu sáng là một phototransistor (tranzito quang). Bộ phận này

cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ. Hiện nay nhiều loại cảm
biến quang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên dụng ASIC . Mạch này tích hợp
tất cả bộ phận quang, khuếch đại, mạch xử lý và chức năng vào một vi mạch (IC).

5


Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát (nhƣ trƣờng hợp của loại
thu-phát), hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát hiện (trƣờng hợp phản xạ khuếch tán).
- Mạch tín hiệu ra
Mạch đầu ra chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang / ASIC thành tín
hiệu On / Off đƣợc khuếch đại. Khi lƣợng ánh sáng thu đƣợc vƣợt quá mức ngƣỡng
đƣợc xác định, tín hiệu ra của cảm biến đƣợc kích hoạt.

Hình 1.5. Sơ đồ cấu tạo Cảm biến quang điện
 Phân loại:
- Cảm biến quang Thu Phát Độc Lập (Through Beam):
Đặc điểm:
• Độ tin cậy cao
• Khoảng cách phát hiện xa: tối đa 60m (E3Z)
• Khơng bị ảnh hƣởng bởi bề mặt, màu sắc vật
- Cảm biến quang Thu Phát Chung:
Đặc điểm:
• Độ tin cậy cao
• Giảm bớt dây dẫn, phát hiện tối đa 15m
• Có thể phân biệt đƣợc vật trong suốt, mờ, bóng lống.
 Một số cảm biến quang thông dụng.
Ở đây ta chỉ xét một số loại cảm biến quang của OMRON
• Dịng E3Z của OMRON

Hình 1.6. Dòng E3Z

6


E3Z là dịng dịng cảm biến thơng dụng kích thƣớc nhỏ thuộc loại phổ biến nhất
tồn cầu. Mỗi năm có khoảng 1 triệu bộ E3Z đƣợc bán ra. E3Z có đủ các model với
chế độ hoạt động khác nhau, cũng nhƣ có nhiều nhánh sản phẩm con và model đặc
biệt.
 E3Z có độ tin cậy rất cao:
• Khả năng chống nhiễu do ánh sáng mơi trƣờng rất cao.
• Khả năng chống nhiễu điện từ trƣờng cao
• Độ kín nƣớc cao IP67+IP69K (có thể xịt
nƣớc rửa trực tiếp) nhờ cấu trúc khn đặc biệt
• Trục quang học có độ lệch nhỏ (= > dễ
lắp đặt, chỉnh định).
• Dịng E3T của OMRON.
E3T là loại cảm biến quang mini cho ứng
dụng bị hạn chế không gian lắp đặt. Độ lệch trục
quang học rất nhỏ nhờ có cơng nghệ quang đặc
biệt.

Hình 1.7. Dịng E3T
Có 2 loại chính phân biệt theo hình dạng: dẹt và vng
- Tính năng chủ chốt:
• E3T-FL[…]: model BGS dẹt, chỉ dày 3,5mm với tỉ lệ lỗi trắng / đen nhỏ.
• E3T-SR4[…]: phản xạ gƣơng đồng trục, khả năng định vị chính xác và

khơng bị vùng chết khi phát hiện băng keo phản xạ.
• Dịng E3X của OMRON.

Đây là dịng cảm biến sợi quang. Bộ
điều khiển có thể nối với nhiều đầu sợi quang
với hình dạng, độ dài khác nhau, cho phép lắp
đặt ở những vị trí khơng gian rất hẹp. Đây là ƣu
thế đặc thù mà các loại cảm biến khác khơng có
đƣợc.
- Dịng này có các loại model:
• Thu phát, phản xạ gƣơng, phản xạ khuếch tán
• Bộ điều khiển (khuếch đại) với 1 hoặc 2 sợi quang Hình 1.8. Dòng E3X

7


• Lắp đặt thanh DIN rail.
- Tín năng đặc biệt tùy model:
• Chức năng thời gian bật trễ, tắt trễ và 1 xung ra.
• Tốc độ đáp ứng cao
• Khả năng phát hiện màu
• Hiện thị tín hiệu dạng đồ thị thanh
1.3.3. Động cơ kéo băng tải
Có thể nói trong băng tải thì động cơ là một phần khơng thể thiếu vì vậy việc
chọn động cơ trong thiết kế băng tải là một việc không hề dễ dàng. Một động cơ thiếu
công suất sẽ không thể tải hoặc chạy đồng bộ để đạt đƣợc tốc độ nhƣ ý muốn ngoài ra
cịn gầy tình trạng nóng nhanh hỏng động cơ. Cịn sử dụng động cơ dƣ cơng suất dẫn
đến lãng phí khơng đáng có, hao tốn nhiên liệu khơng cần thiết.
Do mơi trƣờng làm việc của xí nghiệp chủ yếu sử dụng nguồn điện xoay chiều
ba pha nên ta chủ yếu lựa chọn động cơ xoay chiều ba pha. Động cơ xoay chiều ba pha
có hai loại: động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ. Ở đây ta chỉ xét về loại động
cơ không đồng bộ ba pha do có cấu tạo và vận hành khơng phức tạp, giá thành rẻ, làm
việc tin cậy nên đƣợc sử dụng nhiều trong sản xuất nông nghiệp, công nghiệp; thƣờng

là bộ phận truyền động cho các cơ cấu máy.

Hình 1.9. Động cơ dùng trong băng tải.
 Phân loại:
Phân loại theo cấu tạo roto của động cơ gồm có hai loại:
- Động cơ khơng đồng bộ roto lồng sóc.
- Động cơ khơng đồng bộ roto dây quấn.
 Ƣu và nhƣợc điểm
- Động cơ roto dây quấn:
+ Ƣu điểm: Có ƣu điểm về mở máy và điều chỉnh tốc độ.

8


+ Nhƣợc điểm: Giá thành cao và vận hành kém tin cậy.
- Động cơ lồng sóc:
+ Ƣu điểm:
 Kết cấu đơn giản nên giá thành rẻ.
 Vận hành dể dàng, bảo quản thuận tiện.
 Sử dụng rộng rãi và phổ biến trong phạm vi công suất nhỏ và vừa.
 Sản xuất với nhiều cấp điện áp khác nhau (từ 24 V đến 10 kV) nên rất thích
nghi cho từng ngƣời sử dụng.
+ Nhƣợc điểm:
 Điều chỉnh tốc độ khó.
 Dịng khởi động lớn.
Do có nhiều ƣu điểm hơn nên ta chọn động cơ khơng đồng bộ ba pha lồng sóc
1.3.4. Nút ấn điều khiển hệ thống.
 Khái niệm: Nút ấn cịn gọi là nút điều khiển, là một loại khí cụ điện dùng để
đóng ngắt từ xa các thiết bị điện từ khác nhau, các dụng cụ báo hiệu…

Hình 1.10. Nút ấn
 Cấu tạo, sơ đồ chân:

Hình 1.11. Nút ấn thường mở
1.Tiếp điểm động 2.Tiếp điểm tĩnh 3.Lò xo 4.Ký hiệu

Hình 1.12. Nút ấn thường đóng.
1.Tiếp điểm động 2.Tiếp điểm tĩnh 3.Lò xo 4.Ký hiệu
9


 Nguyên lý:
- Nút ấn thƣờng mở: Khi nút bị ấn thì mạch thơng, khi thơi ấn nút, lị xo đẩy nút
lên và mạch bị cắt.
- Nút ấn thƣờng đóng: nó chỉ cắt mạch khi nút bị ấn.
 Ứng dụng: Nút ấn thƣờng đƣợc dùng để điều khiển các rơ le, cơng tắc tơ,
chuyển đổi mạch tín hiệu, bảo vệ…Phổ biến nhất là dùng nút ấn trong mạch điều
khiển động cơ để mở máy, dừng và đảo chiều quay điện.
1.3.5. Các thiết bị điều khiển khí nén.
Khi nén – Hệ thống năng lƣợng lƣu chất là hệ thống mà năng lƣợng truyền và
điều khiển bởi áp lực của khí hay chất lỏng. Đối với khí nén thì năng lƣợng là nguồn
khí lấy từ mơi trƣờng. nó bị nén bởi máy nén nhằm giảm thế tích và tăng áp lực. Khí
nén chủ yếu để tác dụng lên van hay piston, để khiển khí nén chính xác cần phải có đủ
kiến thức về các thiết bị khí nén và chức năng của chúng nhằm đảm bảo cho hệ thống
hoạt động hiệu quả. Dù hiện nay hệ thống đƣợc điều khiển bởi chuỗi lập trình hay điều
khiển logic đƣợc sử dụng rộng rãi nhƣng vẫn cần nắm chức năng của các thiết bị trong
hệ thống.Máy nén khí kiểu pittong, máy nén khí kiểu trục vít, máy nén khí kiểu cánh
quạt, máy nén khí kiểu Root.
Ứng dụng của khí nén hầu nhƣ khơng giới hạn, từ ứng dụng trong nhãn khoa áp
dụng áp suất để thự áp suất trong nhãn cầu và vô số chuyễn động thẳng và quay trong

máy robot đến những thiết bị cần áp lực cao nhƣ việc khoan bê tông chẳng hạn. Những
ứng dụng của khí nén trong thực tế thì rất nhiều và đa dạng trong cơng nghiệp và liên
tục đƣợc mở rộng và phát triển.

10


CHƢƠNG 2
THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-300 VÀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG WINCC
2.1. Hệ thống điều khiển PLC S7-300.
2.1.1. Hệ thống điều khiển PLC.
Tồn bộ chƣơng trình điều khiển đƣợc lƣu trong bộ nhớ của PLC dƣới dạng các
khối chƣơng trình (khối OB, FC hoặc FB) và đƣợc thực hiện theo chu kì của vịng qt.
CPU xử lý trung
tâm

Bộ nhớ
I/O

Cơng suất

AD/DA

(Rơle, KĐCS)
Cảm biến, cơ cấu chấp hành

Hình 2.1. Nguyên lý chung về cấu trúc của một hệ điều khiển PLC
Để có thể thực hiện một chƣơng trình điều khiển thì PLC phải có tính năng
tƣơng tự một máy tính, nghĩa là phải có bộ vi xử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ
để lƣu chƣơng trình điều khiển, dữ liệu và các cổng vào/ra để giao tiếp với đối tƣợng

điều khiển và trao đổi thông tin đối với môi trƣờng xung quanh.
Bên cạnh đó để phục vụ các bài tốn điều khiển, PLC cịn cần phải có các khối
chức năng đặc biệt nhƣ couter, timer, … và các khối hàm chuyên dụng khác.
Trong hệ thống điều khiển PLC thì các phần tử nhập tín hiệu nhƣ: chuyển
mạch, cảm biến, nút nhấn, … đƣợc nối với các đầu vào của thiết bị PLC. Các phần tử
chấp hành nhƣ đèn báo, rơ le, công tắc tơ,… đƣợc nối với các đầu ra của PLC tại các
đầu nối.
 Về hình dạng:
Có hai kiểu cơ cấu thông dụng với các hệ thống PLC là kiểu hộp đơn và kiểu
modul nối ghép.

11


Kiểu hộp đơn: thƣờng đƣợc sử dụng cho các thiết bị điều khiển lập trình cỡ nhỏ
và đƣợc cung cấp dƣới dạng nguyên chiếc hoàn chỉnh.
Kiểu modul ghép nối: Gồm nhiều modul riêng cho bộ nguồn, CPU, cổng
vào/ra.... đƣợc lắp trên thanh ray. Kiểu này có thể sử dụng cho các thiết bị lập trình ở
mọi kích cỡ.
 Về các hãng sản xuất và các dòng sản phẩm:
Cũng giống nhƣ các thiết bị điện tử khác PLC đƣợc sản xuất bởi nhiều hãng,
tập đồn cơng nghiệp điện tử lớn nhƣ: Mitsubishi, Omron, Siemens,…
Do đó mà các sản phẩm PLC có hình dạng, phần mềm, cáp kết nối cũng khác
nhau. Ví dụ hình dạng về PLC của hãng Siemens:

Hình 2.2. PLC của hãng Siemens
 Về kích thƣớc:
Đâu tiên là khả năng và giá trị cũng nhƣ nhu cầu về hệ thống sẽ giúp ngƣời sử
dụng chọn những loại PLC nào mà họ cần. Nhu cầu về hệ thống đƣợc xem nhƣ là một
nhu cầu ƣu tiên, nó giúp ngƣời sử dụng biết cần loại PLC nào và đặc trƣng của từng

loại để dễ dàng lựa chọn.
Các nhà thiết kế phân PLC ra thành các loại sau:
Loại 1: Micro PLC (PLC siêu nhỏ).
Loại 2: PLC cỡ nhỏ (Small PLC)
Loại 3: PLC cỡ trung bình (Medium PLC)
Loại 4: PLC cỡ lớn (large PLC).
Loại 5: PLC rất lớn (very large PLC)
2.1.2. Vai trò của cấu tạo PLC
 Vai trò của PLC
PLC đƣợc coi nhƣ là trái tim của một hệ thống điều khiển tự động đơn lẻ với
chƣơng trình điều khiển chứa trong bộ nhớ của PLC. Máy tính thƣờng xuyên kiểm tra
12


trạng thái của hệ thống thơng qua các tín hiệu hồi tiếp từ thiết bị nhập để từ đó đƣa ra
các tín hiệu điều khiển tƣơng ứng đến các thiết bị sản suất.
PLC có thể sử dụng cho những yêu cầu điều khiển đơn giản và đƣợc lặp đi lặp
lại theo một chu kỳ, hoặc liên kết với các máy tính chủ khác hoặc máy tính chủ thơng
qua hệ thống truyền thơng để thực hiện q trình xử lý phức tạp.
Tín hiệu vào: nhận tín hiệu từ cảm biến hoặc thiết bị nhập bằng tay.
Đối tƣợng điều khiển: rơ le, moto, van, đèn báo…, các thiết bị xuất đƣợc nối
với các ngõ ra của Modul ra. Các modul này có thể là DO hoặc AO.
 Cấu tạo của PLC
Thiết bị điều khiển lập trình PLC bao gồm khối xử lý trung tâm (CPU) trong
đó có chứa chƣơng trình điều khiển và các Modul giao tiếp vào/ra có nhiệm vụ liên
kết trực tiếp đến các thiết bị vào/ra.
Khối xử lý trung tâm : là một vi xử lý điều khiển tất cả các hoạt động của PLC
nhƣ: Thực hiện chƣơng trình, xử lý vào/ra và truyền thông với các thiết bị bên ngồi.
Bộ nhớ: có nhiều các bộ nhớ khác nhau dùng để chứa chƣơng trình hệ thống là
một phần mềm điều khiển các hoạt động của hệ thống, sơ đồ LAD, trị số của Timer,

Counter đƣợc chứa trong vùng nhớ ứng dụng, tùy theo yêu cầu của ngƣời dùng có thể
chọn các bộ nhớ khác nhau:
- Bộ nhớ ROM: là loại bộ nhớ không thay đổi đƣợc, bộ nhớ này chỉ nạp đƣợc
một lần nên ít đƣợc sử dụng phổ biến nhƣ các loại bộ nhớ khác .
- Bộ nhớ RAM: là loại bộ nhớ có thể thay đổi đƣợc và dùng để chứa các chƣơng
trình ứng dụng cũng nhƣ dữ liệu, dử liệu chứa trong Ram sẽ bị mất khi mất điện. Tuy
nhiên, điều này có thể khắc phục bằng cách dùng Pin.
- Bộ nhớ EPROM: Giống nhƣ ROM, nguồn nuôi cho EPROM không cần dùng
Pin, tuy nhiên nội dung chứa trong nó có thể xố bằng cách chiếu tia cực tím vào một
cửa sổ nhỏ trên EPROM và sau đó nạp lại nội dung bằng máy nạp.
- Bộ nhớ EEPROM: kết hợp hai ƣu điểm của RAM và EPROM, loại này có thể
xóa và nạp bằng tín hiệu điện. Tuy nhiên số lần nạp cũng có giới hạn.
2.1.3. Ƣu điểm và ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC
 Ƣu điểm của hệ thống PLC
Sự ra đời của hệ điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển cũng nhƣ
các quan niệm thiết kế về chúng, hệ điều khiển dùng PLC có nhiều ƣu điểm nhƣ sau:

13


Giảm 80% Số lƣợng dây nối.
- Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp .
- Có chức năng tự chuẩn đốn do đó giúp cho cơng tác sửa chữa đƣợc nhanh
chóng và dễ dàng.
- Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình (máy tính, màn
hình) mà khơng cần thay đổi phần cứng nếu khơng có yêu cầu thêm bớt các thiết bị
xuất nhập.
- Số lƣợng Rơle và Timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển.
- Số lƣợng tiếp điểm trong chƣơng trình sử dụng khơng hạn chế.
- Thời gian hồn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài mS) dẫn đến

tăng cao tốc độ sản xuất .
- Chi phí lắp đặt thấp .
- Độ tin cậy cao.
- Chƣơng trình điều khiển có thể in ra giấy chỉ trong vài phút giúp thuận tiện
cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống.
 Ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC.
Từ các ƣu điểm nêu trên, hiện nay PLC đã đƣợc ứng dụng trong rất nhiều lĩnh
vực khác nhau trong công nghiệp nhƣ:
- Hệ thống nâng vận chuyển.
- Dây chuyền đóng gói.
- Các ROBOT lắp giáp sản phẩm .
- Sản xuất xi măng.
- Dây chuyền lắp giáp Tivi.
- Điều khiển hệ thống đèn giao thông…
2.1.4. Hệ thống PLC S7-300.
Thông thƣờng, để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn
các đối tƣợng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng nhƣ chủng loại tín hiệu
vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC đƣợc thiết kế khơng bị cứng hố về cấu
hình. Chúng đƣợc chia nhỏ thành các modul. Số các Modul đƣợc sử dụng nhiều hay ít
tuỳ theo từng u cầu cơng nghệ, song tối thiểu bao giờ cũng phải có một Modul chính
là các modul CPU, các modul cịn lại là các modul truyền nhận tín hiệu đối với đối

14


tƣợng điều khiển, các modul chức năng chuyên dụng nhƣ PID, điều khiển động cơ,
chúng đƣợc gọi chung là Modul mở rộng. Tất cả các modul đƣợc gá trên những thanh
ray (RACK).

Hình 2.3. Cấu trúc phần cứng của hệ thống PLC S7-300

2.1.4.1. Modul CPU
Là loại module chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, bộ định thời, bộ đếm,
cổng truyền thơng,… và có thể có một vài cổng vào/ra (các cổng vào ra onboard).
Trong PLC S7-300 có nhiều loại modul CPU khác nhau. Nói chung chúng đƣợc
đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó nhƣ: CPU312, modul CPU 314, Modul CPU 315,...
Những modul cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nhƣng khác nhau về cổng
vào/ra onboard cũng nhƣ các khối làm việc đặc biệt đƣợc tích hợp sẵn trong thƣ viện
của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ đƣợc phân biệt
với nhau trong tên gọi bằng cách thêm cụm chữ cái IFM (Intergated Function Module)
Ví dụ: CPU 312IFM, 314IFM khơng có thẻ nhớ, loại 312IFM, 313 khơng có
pin ni…

Hình 2.4. Modul CPU
15


 Các đèn báo có ý nghĩa sau:
- SF ... (đỏ) ... lỗi phần cứng hay mềm
- BATF ... (đỏ) ... lỗi pin nuôi
- DC5V ... (lá cây) ... nguồn 5V bình thƣờng
- FRCE ... (vàng ) ... force request tích cực
- RUN ... (lá cây) ... CPU mode RUN ; LED chớp lúc start-up w. 1 Hz; mode
HALT w. 0.5 Hz
- STOP mode ... (vàng) ... CPU mode STOP hay HALT hay start-up; LED
chớp khi memory reset request
- BUSF ... (đỏ) ... lỗi phần cứng hay phần mềm ở giao diện PROFIBUS
 Khóa mode có 4 vị trí:
- RUN-P:

Chế độ lập trình và chạy

- RUN:

Chế độ chạy chƣơng trình

- STOP:

Ngừng chạy chƣơng trình

- MRES:

Reset bộ nhớ

2.1.4.2. Modul mở rộng.
Các modul mở rộng đƣợc chia làm 5 loại chính:

Hình 2.5. Sơ đồ bố trí một trạm PLC (S7-300).
- Modul PS (Power supply): modul nguồn ni. Có 3 loại 2A ,5A và 10A.
- Modul SM: Modul mở rộng cổng rín hiệu vào .
- FM (Function modul): modul có chức năng điều khiển riêng.
- IM (Interface module): Modul ghép nối .
- CP (communication modul): Modul phục vụ truyền thông trong mạng. giữa
các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính.

16