Lập trình và thiết kế giao diện điều khiển mô hình tay gắp sản phẩm trên WINCC

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
----------

ĐỒ ÁN MƠN HỌC
Tên đề tài: “Lập trình và thiết kế giao diện điều
khiển mơ hình tay gắp sản phẩm trên WINCC.”
Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật Điện, điện tử
Mã ngành: 7510301

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Cường
Người hướng dẫn: TS. Trần Ngọc Sơn

Nam Định – 1/2019
SV: Nguyễn Văn Cường

1


BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
----------

ĐỒ ÁN MƠN HỌC
Tên đề tài: “Lập trình và thiết kế giao diện điều
khiển mơ hình tay gắp sản phẩm trên WINCC.”
Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật Điện, điện tử
Mã ngành: 7510301

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Văn Cường
Người hướng dẫn: TS. Trần Ngọc Sơn

Nam Định – 1/2019
SV: Nguyễn Văn Cường

2


TÊN ĐỀ TÀI
Đề số 02 : Cho mơ hình lắp đặt sản phẩm sử dụng PLC S7-1200.

Hình 1 : Mơ hình trạm lắp đặt sản phẩm


Thiết bị và chức năng :



Hệ thống trạm lắp ráp sản phẩm được điều khiển bởi một PLC S7-1200
(CPU 1214 AC/DC/RL)



3 cảm biến quang : được cấp tín hiệu điện dùng để phát hiện phơi, cấp tín
hiệu đầu vào cho PLC điều khiển hoạt động đầu ra của trạm.



6 van điện từ 5/2 tự phục hồi: được cấp tín hiệu để đóng mở van điện từ
cấp khí nén điều khiển các xilanh.



2 xilanh đơn được cấp khí nén để giữ hoặc nhả phơi.



1 xilanh quay được cấp khí nén để chuyển phơi từ ơ bên trái sang ô bên phải
hoặc ngược lại để hứng phôi.



2 xilanh đơi trượt: được cấp tín hiệu khí nén để nâng hạ đẩy ra, rút vào khi
có phơi

SV: Nguyễn Văn Cường

3




1 xilanh kẹp:được cấp tín hiệu khí nén để kẹp-nhả kẹp phơi



u cầu :
1.Phân tích cơng nghệ trạm Lắp đặt sản phẩm
2.Tìm hiểu PLC S7-1200 (CPU 1214 AC/DC/RL)
3.Lập trình cho trạm theo yêu cầu công nghệ
4.Thiết kế giao diện điều khiển sử dụng phần mềm WINCCpro_RunTime

SV: Nguyễn Văn Cường

4


LỜI CÁM ƠN
Qua gần 4 năm học tập và rèn luyện tại trường Trường ĐH Kinh tế kỹ thuật
công nghiệp Hà Nội, được sự chỉ bảo và giảng dạy nhiệt tình của q thầy cơ,
đặc biệt là q thầy cơ khoa Điện đã truyền đạt cho em những kiến thức về lý
thuyết và thực hành trong suốt thời gian học ở trường. Và trong thời gian đã học
tập tại trường em đã có cơ hội áp dụng những kiến thức học ở trường vào thực tế
ở ngoài xã hội. Cùng với sự nổ lực của bản thân, em đã hoàn thành ĐỒ Án 2 của
mình.
Từ những kết quả đạt được này, em xin chân thành cám ơn:
Quý thầy cô trường Trường ĐH Kinh Tế Kỹ Thuật Công Nghiệp Hà Nội, đã
truyền đạt cho em những kiến thức bổ ích trong thời gian qua. Đặc biệt, là thầy
Trần Ngọc Sơn đã tận tình hướng dẫn em hồn thành tốt báo cáo Đồ Án 2 này.
Do kiến thức còn hạn hẹp nên khơng tránh khỏi những thiếu sót trong cách
hiểu, lỗi trình bày. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô
để báo cáo tốt nghiệp đạt được kết quả tốt hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN CỦA SINH VIÊN
Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi và được sự
hướng dẫn khoa học của T.S Trần Ngọc Sơn . Các nội dung nghiên cứu, kết quả
SV: Nguyễn Văn Cường

5

trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước
đây. Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét,
đánh giá được chính tác giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong
phần tài liệu tham khảo..
Ngồi ra, trong đồ án cịn sử dụng một số nhận xét, đánh giá cũng như số
liệu của các tác giả khác, cơ quan tổ chức khác đều có trích dẫn và chú thích
nguồn gốc.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm
về nội dung luận văn của mình. Trường đại học Kinh Tế Kỹ Thuật - Công
Nghiệp không liên quan đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tơi gây ra
trong q trình thực hiện (nếu có).

Nam Định, ngày 14 tháng 1 năm 2019
SV thực hiện đồ án
Nguyễn Văn Cường

Giáo viên hướng dẫn xác nhận về mức độ hoàn thành và cho phép được bảo
vệ:
………………………………………………………………………………
………..
SV: Nguyễn Văn Cường

6


……………………………………………………………………………………
…..
……………………………………………………………………………………
…..

……………………………………………………………………………………
…..
……………………………………………………………………………………
…..
……………………………………………………………………………………
…..
……………………………………………………………………………………
…..
……………………………………………………………………………………
…..
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………
……………………

Xác nhận của Bộ Môn

NĐ, ngày ….. tháng ….. năm 2019
Giáo viên hướng dẫn

SV: Nguyễn Văn Cường

7


MỤC LỤC
Tên đề tài................................................................................................................3

Lời Cám Ơn............................................................................................................5
Lời cam đoan của sinh viên...................................................................................6
Mục lục..................................................................................................................8
Phần Mở đầu........................................................................................................11
CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU MƠ HÌNH lắp đặt SẢN PHẨM VÀ GIAO DIỆN
ĐIỀU KHIỂN.......................................................................................................12
1.1 .Giới thiệu tính năng của mơ hình phân loại sản phẩm:........................12
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CƠNG NGHỆ TRẠM Lắp Đặt SẢN PHẨM..........13
2.1. Phân tích quy trình thực hiện................................................................13
2.2. Giới thiệu cấu tạo cơng nghệ trạm lắp đặt sản phẩm............................14
2.2.1.Khí nén:...........................................................................................14
2.2.1.1. Những đặc trưng của khí nén:.................................................14
2.2.2.2. Ưu, nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén.......15
2.2.2.3. Máy nén khí kiểu pittơng:.......................................................16
2.2.2.Cảm biến.........................................................................................18
2.2.2.1. Nối dây cho cảm biến.............................................................19
2.2.2.2. Phát hiện đối tượng.................................................................19
2.2.2.3. Chuyển mạch tiếp xúc............................................................19
2.2.2.4. Cảm biến quang (Optical Sensor)...........................................19
2.3: Xy lanh tác động 2 chiều (xy lanh tác động kép)............................22
2.2.4.Nút nhấn..........................................................................................23
2.2.4.1 Khái niệm.................................................................................23
2.2.4.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của nút nhấn..........................23
2.2.5.Van điện từ 5/2, 1 trạng thái............................................................24
SV: Nguyễn Văn Cường

8


CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM TIA PORT V14

..............................................................................................................................25
3.1.Giới thiệu phần mềm TIA PORTAL V14...............................................25
3.1.1. Giới thiệu về SIMATIC WinCC.....................................................25
3.1.2.Cách tạo một Project.......................................................................27
3.2.Khái niệm chung PLC s7-1200..............................................................29
3.2.1.Giới thiệu........................................................................................29
3.2.2.Cấu trúc của PLC............................................................................30
3.2.3.Kỹ thuật lập trình và cấu trúc bộ nhớ..............................................30
3.1.3.1 Vịng qt chương trình...........................................................30
3.1.3.2.Cấu trúc lập trình.....................................................................31
3.1.3.3.Khối tổ chức OB- OGANIZATION BLOCKS........................32
3.1.3.4.Hàm chức năng – FUNCTION................................................32
3.1.3.5 .Cấu trúc bộ nhớ.......................................................................33
3.2.4.TAG của PLC/TAG local................................................................34
3.2.5.Các loại CPU thông dụng của S7-1200..........................................36
CHƯƠNG 4: SƠ ĐỒ KẾT NỐI MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ CHƯƠNG TRÌNH
ĐIỀU KHIỂN.......................................................................................................38
4.1

.Sơ đồ kết nối mạch điều khiển.........................................................38

4.2.Bảng khai báo biến symbol....................................................................39
4.2.1. InPut...............................................................................................39
4.2.2. OutPut............................................................................................40
4.2.3. Tag nội WINCC.............................................................................40
4.3 Chương Trình Trong PLC......................................................................41
4.3.1.Chương trình chính (OB1)..............................................................41
4.3.2. Chương trình con ‘ Gắp ‘...............................................................43
4.3.2. Chương trình ‘Hết Phơi’................................................................46
SV: Nguyễn Văn Cường

9


4.3.3. Hàm Chức Năng ‘ Simulation’......................................................47
CHƯƠNG 5: Thiết kế giao diện điều khiển triên WinCC...................................54
5.1. Khởi tạo một dự án mới và lựa chọn PC systems để thiết kế...............54
5.2.Điều khiển giám sát mơ hình lắp đặt sản phẩm trên WINCC................58
Chương 6 : Kết luận và kiến nghị........................................................................59
6.1.Kết luận..................................................................................................59
6.2.Kiến nghị................................................................................................60
Tài Liệu Tham Khảo............................................................................................61

SV: Nguyễn Văn Cường

10


PHẦN MỞ ĐẦU
Ngày nay hệ thống điều khiển tự động khơng cịn q xa lạ với chúng ta.
Nó được ra đời từ rất sớm, nhằm đáp ứng được nhu cầu thiết yếu trong cuộc
sống của con người. Và đặc biệt trong sản xuất, công nghệ tự động rất phát triển
và nó đã giải quyết được rất nhiều vấn đề mà một người bình thường khó có thể
làm được. Ngày càng nhiều các thiết bị tiên tiến đòi hỏi khả năng xử lý, mức độ
hồn hảo , sự chính xác của các hệ thống sản xuất ngày một cao hơn, đáp ứng
nhu cầu sản xuất về số lượng, chất lượng, thẩm mỹ ngày càng cao của xã hội. Vì
vậy điều khiển tự động đã trở thành một ngành khoa học kỹ thuật chuyên nghiên
cứu và ứng dụng của ngành điều khiển tự động vào lao động sản xuất, đời sống
sinh hoạt của con người.
Hệ thống giám sát và điều khiển được thiết kế với phần mềm SCADA

WinCC ProRuntime của Siemens có nhiệm vụ giám sát và điều khiển từ xa
‘Trạm lắp đặt Sản Phẩm’. Người vận hành có thể giám sát trạng thái hoạt động
của Trạm, số lượng sảm phẩm trên băng tải ,số lượng hàng trong kho,sự cố. Hệ
thống SCADA giám sát và điều khiển phân loại sản phẩm cũng có thể được thiết
kế chung với hệ thống SCADA của nhà máy chính.

Đồ án 2 của em gồm 6 chương:
Chương 1: Giới thiệu tính năng của mơ hình lắp đặt sản phẩm
Chương 2: Phân tích cơng nghệ trạm lắp đặt sản phẩm
Chương 3: Giới thiệu chung về PLC S7-1200 và phần mềm TIA PORTAL V14
Chương 4: Sơ đồ kết nối mạch điều khiển và chương trình điều khiển
Chương 5: Thiết kế giao diện điều khiển trên WinccPro – Runtime
Chương 6: Kết luận và kiến nghị
Trong quá trình thực hiện đề tài em đã cố gắng tìm hiểu và học hỏi. Nhưng
do khả năng cịn hạn chế nên có những sai xót mong nhận được sự thơng cảm từ
q thầy cơ.

SV: Nguyễn Văn Cường

11


CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU MƠ HÌNH LẮP ĐẶT SẢN PHẨM VÀ GIAO
DIỆN ĐIỀU KHIỂN
1.1 .GIỚI THIỆU TÍNH NĂNG CỦA MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM:
Trong xu thế phát triển của nên kinh tế cũng như ứng dụng của công nghệ
vào cơng nghiệp trên tồn thế giới về cụ thể hơn là ứng dụng của công nghệ
trong phát triển của ngành tự động hóa càng thơi thúc phát triển những sáng tạo
để dần dần có thể thay thế được con người trong từng cơng đoạn làm việc.
Khơng ngồi những u cầu cấp bách phát triển của đặc thù ngành nghề,

cũng như sáng tạo được các công việc mà bộ môn tự động hóa có thể đem lại.
Nhóm sinh viên chúng em quyết định thực hiện đồ án có mơ hình với tên gọi
“Trạm lắp đặt sản phẩm”. Mơ hình trạm phân loại sản phẩm được cấu thành từ
những thiết bị, linh kiện điện điện tử, cơ khí và khí nén. Quá trình hoạt động rất
quen thuộc trong lĩnh vực sản xuất. Khi tìm hiểu và vận hành hệ thống giúp sinh
viên có kiến thức cần thiết để thiết kế các hệ thống điều khiển tự động hóa trong
thực tế sản xuất tại các cơng ty xí nghiệp. Giúp sinh viên có điều kiện thực tập
trên mơ hình thực, tiếp cận được các thiết bị công nghiệp hiện đại: PLC, cảm
biến… nâng cao tầm hiểu biết, cũng như tri thức về quá trình sản xuất, các khâu
hoạt động của hệ thống gồm điện- khí nén- điện tử-máy tính, góp phần phục vụ
cơng tác giảng dạy các bộ môn chuyên ngành: SCADA, Điều khiển điện - khí
nén, Lập trình PLC hay Kỹ thuật Đo lường cảm biến.
Với những tính năng cơ bản nhất của mơ hình là như sau:
Độ chính xác của các khâu khi vận hành của sản phẩm là 100%.
Ứng dụng, nâng cấp để cũng kết hợp với các hệ thống máy khách một cách
nhuần nhuyễn với cũng một cơ chế và cách thực hiện.
Có sử dụng cơng nghệ cao nên hạn chế được lỗi khi vận hành.
Kết cấu vững chắc nên có thể di chuyển phân loại được những vật có trọng
lượng lớn.

SV: Nguyễn Văn Cường

12


CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CƠNG NGHỆ TRẠM LẮP ĐẶT SẢN PHẨM
2.1. PHÂN TÍCH QUY TRÌNH THỰC HIỆN
Bước 1: Mở nguồn khí nén, khởi động PLC, kết nối PC với PLC
Bước 2. Bấm phím START đèn xanh sáng
Bước 3. Nếu ơ bên trái tay quay khơng có phơi

Bước 4. Cylinder 4-2 rút về để thả phôi xuống Cylinder 4-1
Bước 5. Cylinder 4-2 duỗi ra để chặn phôi ở lớp thứ 2
Bước 6. Cylinder 4-1 rút về để thả phôi xuống ô bên trái
Bước 7. Cylinder 4-1 duỗi ra để chặn phôi
Bước 8. Khi ơ bên trái có phơi và ơ bên phải khơng có phơi
Bước 9. Tay quay sẽ quay ơ bên trái qua vị trí ơ bên phải
Bước 10. Khi ô bên phải có phôi
Bước 11. Tay gắp hạ xuống
Bước 12. Tay gắp kẹp chặt
Bước 13. Tay gắp rút lên
Bước 14. Tay gắp đi ra
Bước 15. Tay gắp hạ xuống
Bước 17. Tay gắp rút lên
Bước 18. Tay gắp rút về
Bước 19. Xả hết phơi ra thì đèn báo trạng thái màu xanh tắt và đèn màu đỏ sáng
nhấp nháy, ta thả phôi vào đèn xanh lại sáng, đèn đỏ tắt và hệ thống tiếp tục hoạt
động bình thường.
Bước 20. Khi đang hoạt động, bấm STOP đèn xanh tắt, đèn đỏ sáng, trạm dừng
ngay cơng việc hiện hành ,nhấn Start thì trạm tiếp tục hoạt động.
Mơ hình hồn chỉnh

SV: Nguyễn Văn Cường

13


Hình 2 : Mơ hình trạm lắp đặt sản phẩm
2.2. GIỚI THIỆU CẤU TẠO CÔNG NGHỆ TRẠM LẮP ĐẶT SẢN PHẨM
2.2.1.Khí nén:
2.2.1.1. Những đặc trưng của khí nén:

- Về số lượng:có sẵn ở khắp mọi nơi nên có thể sử dụng với số luợng vơ hạn.
- Về vận chuyển: khí nén có thể vận chuyển dễ dàng trong các đường ống,
với một khoảng cách nhất định. Các đường ống dẫn về khơng cần thiết vì khí
nén sau khi sử dụng sẽ được cho thốt ra ngồi mơi trường sau khi đã thực hiện
xong cơng tác.
- Về lưu trữ:máy nén khí khơng nhất thiết phải sử dụng liên tục.Khí nén có thể
được lưu trữ trong các bình chứa để cung cấp khi cần thiết.
- Về nhiệt độ: khí nén ít thay đổi theo nhiệt độ.
SV: Nguyễn Văn Cường

14


- Về phịng chống cháy nổ: khơng một nguy cơ nào gây cháy bởi khí
nén, nên khơng mất chi phí cho việc phịng cháy.Khơng khí nén thường hoạt
động với áp suất khoảng 6 bar nên việc phịng nổ khơng q phức tạp.
- Về tính vệ sinh: khí nén được sử dụng trong các thiết bị đều được lọc các bụi
bẩn, tạp chất hay nước nên thường sạch, không một nguy cơ nào về phần vệ
sinh. Tính chất này rất quan trọng trong các ngành công nghiệp đặc biệt như:
thực phẩm, vải sợi, lâm sản và thuộc da.
- Về cấu tạo thiết bị : đơn giản nên rẻ hơn các thiết bị tự động khác.
- Về vận tốc: khí nén là một dịng chảy có lưu tốc lớn cho phép đạt được tốc
độ cao (vận tốc làm việc trong các xy - lanh thường 1-2 m/s).
- Về tính điều chỉnh: vận tốc và áp lực của những thiết bị công tác bằng khí nén
được điều chỉnh một cách vơ cấp.
2.2.2.2. Ưu, nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén.
a) Ưu điểm:
-Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của khơng khí, nên có thể trích chứa khí
nén một cách thuận lợi.
-Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa, vì độ nhớt động học của khí nén nhỏ

và tổn thất áp suất trên đường dẫn ít.
-Đường dẫn khí nén (thải ra) khơng cần thiết.
-Chi phí để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén thấp, vì hầu
như trong các nhà máy, xí nghiệp hệ thống đường dẫn khí nén đã có sẵn.
-Hệ thống bảo vệ q áp suất được đảm bảo.
b) Nhược điểm:
-Lực truyền tải trọng thấp.
-Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi thì vận tốc truyền cũng thay đổi vì khả
năng đàn hồi của khí nén lớn, cho nên không thể thực hiện những chuyển đổng
thẳng hoặc quay đều.
-Dịng khí nén thốt ra ở đường dẫn ra gây tiếng ồn.
SV: Nguyễn Văn Cường

15


2.2.2.3. Máy nén khí kiểu pittơng:
Trong doanh nghiệp, các máy nén pittơng được sử dụng rộng rãi cho cả nén
khí và làm lạnh. Các máy nén khí này hoạt động trên nguyên lý của bơm xe đạp
và được đặc trưng bởi sự ổn định của lưu lượng khi áp suất đẩy thay đổi. Năng
suất của máy tỷ lệ thuận với tốc độ. Tuy nhiên công suất của máy nén lại thay
đổi.
a) Cấu tạo
- Máy nén pittơng có rất nhiều cấu tạo khác nhau, bốn loại được sử dụng nhiều
nhất là: thẳng đứng, nằm ngang, nối tiếp và nằm ngang cân bằng - đối xứng.
- Máy nén pittông trục đứng được sử dụng trong khoảng công suất từ 50 –150
cfm (foot khối/ phút).
- Máy nén nằm ngang cân bằng đối xứng sử dụng trong khoảng công suất từ
200–5000 cfm (foot khối/ phút) được sử dụng với nhiều cấp và lên tới 10.000
cfm với các thiết kế một cấp.

- Máy nén khí pittơng là loại máy nén khí tác động đơn nếu q trình nén chỉ sử
dụng một phía của pittơng. Nếu máy nén sử dụng cả 2 phía của pittơng là máy
nén tác động kép.
- Máy nén một cấp là máy nén có q trình thực hiện bằng một xylanh đơn hoặc
một số xy lanh song song.

Hình 7: Máy nén khí chuyển động tịnh tiến.
-Rất nhiều ứng dụng yêu cầu vượt quá khả năng thực tế của một cấp nén đơn lẻ.
Tỷ số nén quá cao (áp suất đẩy tuyệt đối/ áp suất hút tuyệt đối) có thể làm nhiệt
SV: Nguyễn Văn Cường

16


độ cửa đẩy cao quá mức hoặc gây ra các vấn đề thiết kế khác. Điều này dẫn đến
nhu cầu sử dụng máy nén hai hay nhiều cấp cho yêu cầu áp suất cao với nhiệt độ
khí cấp (cửa đẩy) thấp hơn (1400C –1600C) so với máy nén một cấp (2050C –
2400C). Trong sử dụng thực tế, các nhà máy, xí nghiệp đều dùng máy nén
pittơng trên 100 mã lực nhiều cấp, trong đó hai hoặc nhiều bước nén được ghép
nối tiếp nhau.
Khơng khí thường được làm mát giữa các cấp để giảm nhiệt độ và thể tích khi
đưa vào cấp tiếp theo.
Máy nén khí pittơng có sẵn ở cả dạng làm mát khơng khí và làm mát nước,
có bơi trơn hoặc khơng bơi trơn, có thể bán dưới dạng tổng thành trọn gói với dải
áp suất và cơng suất rộng.
b) Ngun lý hoạt động:

Hình 8 : pittong
+ Khơng khí được hút vào khi pittông đi xuống, van nạp mở ra, van xả đóng
lại do áp suất giảm xuống. Đây gọi là pha hút.

+ Ở điểm chết dưới của pittông, van nạp đóng, buồng khí đóng kín
+ Pittơng đi lên, áp suất tăng, van xả mở, đây gọi là pha nén
+ Ở điểm chết trên của pittơng, van xả đóng lại, van nạp mở ra. chuẩn bị cho
một chu trình mới.
- Máy nén khí kiểu pittơng một ấp có thể hút lưu lượng đến 10m3/phút và áp
suất nén được 6 bar, một số trường hợp áp suất nén đến 10bar.
SV: Nguyễn Văn Cường

17


c) Ưu, nhược điểm của máy nén khí kiểu pittơng:
-Ưu điểm: Cứng, vững, hiếu suất cao, kết cấu vận hành đơn giản
-Nhược điểm: Tạo ra khí nén theo xung, thường có dầu, ồn.
Một số máy nén khí kiểu pittơng được sử dụng trong thực tê:

Hình 9: Một vài hình ảnh máy nén khí.
2.2.2.Cảm biến
Cảm biến(sensor) cho phép PLC phát hiện trạng thái của một quá trình. Các
cảm biến logic chỉ có thể phát hiện trạng thái đúng hoặc sai. Các hiện tượng vật
lý tiêu biểu cần được phát hiện là:
- Tiếp cận cảm: cho biết một đối tượng là kim loại có đến gần vị trí cần nhận
biết chưa?
- Tiếp cận dung: cho biết một đối tượng là không kim loại có đến gần vị trí cần
nhận biết chưa?
-Sự xuất hiện ánh sáng: Cho biết một đối tượng có làm ngắt chùm tia sáng hay
ánh sáng phản xạ?
- Tiếp xúc cơ học: Đối tượng có chạm vào cơng tắc?
Giá thành của cảm biến ngày càng giảm thấp và trở nên thơng dụng. Chúng
có nhiều hình dáng khác nhau được sản xuất bởi nhiều công ty khác nhau như

SV: Nguyễn Văn Cường

18


Siemens, Omron, Pepperl+Fuch,… Trong các ứng dụng, các cảm biến được kết
nối với PLC của nhiều hãng khác nhau, nhưng mỗi cảm biến sẽ có các yêu cầu
giao tiếp riêng. Phần này sẽ trình bày cách thức nối dây cho các cảm biến và một
số tính chất cơ bản của nó.
2.2.2.1. Nối dây cho cảm biến.
Khi một cảm biến phát hiện một sự thay đổi trạng thái logic thì nó phải
truyền trạng thái thay đổi này đến PLC. Tiêu biểu là việc đóng hoặc ngắt dịng
điện hay điện áp.Trong một vài trường hợp, ngõ ra của cảm biến sử dụng để
đóng mạch trực tiếp cho tải mà khơng thơng qua PLC. Các ngõ ra tiêu biểu của
cảm biến là:
- Sinking/Sourcing: Đóng hoặc ngắt dịng điện.
- Switches: Đóng hoặc ngắt điện áp.
- Solid State Relays: Chuyển mạch AC.
- TTL(Transistor Transistor Logic): Sử dụng điện áp 0V và 5V để chỉ thị mức
logic.
2.2.2.2. Phát hiện đối tượng.
Có hai cách cơ bản để phát hiện đối tượng: tiếp xúc và tiếp cận (proximity).
Tiếp xúc có nghĩa là tiếp điểm cơ khí cần một lực tác động giữa cảm biến và đối
tượng. Tiếp cận để chỉ báo rằng một đối tượng đang ở gần nhưng không yêu cầu
tiếp xúc.
2.2.2.3. Chuyển mạch tiếp xúc.
Chuyển mạch tiếp xúc (contact switch ) thường có hai dạng là thường hở
(normally open) và thường đóng (normally closed).Vỏ của chúng được gia cố để
có thể chịu được lực cơ tác động nhiều lần.
2.2.2.4. Cảm biến quang (Optical Sensor).

Cảm biến ánh sáng được sử dụng gần một thế kỷ qua. Nguyên thủy là tế
bào quang được sử dụng cho các ứng dụng như đọc các track âm thanh trên các
hình ảnh chuyển động. Nhưng các cảm biến quang hiện đại thì phức tạp hơn
nhiều. Các cảm biến quang yêu cầu có cả hai bộ phận là nguồn sáng (phát) và
SV: Nguyễn Văn Cường

19


đầu thu (detector). Các đầu phát (emitter) sẽ phát ra các tia sáng trong vùng phổ
nhìn thấy và khơng nhìn thấy được sử dụng LED và diode laser. Đầu thu có cấu
tạo là các diode quang (photodidode) hoặc transistor quang (phototransistor).
Đầu phát và đầu thu được đặt vào vị trí để đối tượng khi xuất hiện sẽ cắt ngang
hoặc phản xạ lại tia sáng. Cảm biến quang đơn giản cho ở hình 1.1

Hình 4: Cảm biến quang cảm cơ bản.
Trong hình, chùm sáng được tạo ra nằm ở bên trái, được hội tụ qua một
thấu kính. Đối diện là đầu thu, chùm tia được hội tụ bằng một thấu kính thứ hai.
Nếu chùm tia bị ngắt, thì đầu thu sẽ chỉ báo một đối tượng xuất hiện. Ánh sáng
được tạo ra dưới dạng xung để cảm biến có thể lọc được ánh sáng bình thường
trong phịng. Ánh sáng từ đầu phát được tắt và mở tại một tần số đặt. Khi đầu
thu nhận ánh sáng, nó kiểm tra để đảm bảo chắc chắn rằng nó có cùng tần số.
Nếu ánh sáng đang nhận được tại tần số đúng thì chùm tia không bị ngắt.Tần số
dao động nằm trong phạm vi KHz. Ngồi ra với phương pháp tần số thì các cảm
biến có thể được sử dụng với cơng suất thấp hơn và khoảng cách dài hơn. Đầu
phát có thể bắt đầu từ một điểm trực tiếp tại đầu thu, đây còn gọi là chế độ tự
phản xạ. Khi tia sáng bị ngắt, thì đối tượng được phát hiện. Cảm biến này cần
hai bộ phận riêng. Sự xếp đặt này làm việc tốt với các đối tượng chắn sáng và
phản xạ với đầu phát và đầu thu được tách riêng với khoảng cách lên đến cả
trăm mét.

SV: Nguyễn Văn Cường

20


Hình 5: Các loại cảm biến quang khác nhau.
Đầu thu và đầu phát tách riêng làm tăng vấn đề về bảo trì và yêu cầu về sự
thẳng hàng. Một giải pháp khác là đầu phát và đầu thu được đặt chung trên một
vỏ. Nhưng điều này yêu cầu ánh sáng tự phản xạ trở về. Các cảm biến này chỉ tốt
cho các đối tượng lớn với khoảng cách một vài mét. Trong hình, đầu phát phát
một chùm tia sáng. Nếu ánh sáng bị dội trở về từ gương phản xạ thì hầu hết sẽ
trở về đầu thu. Khi một đối tượng ngắt chùm tia giữa đầu phát và gương phản xạ
thì chùm tia sẽ khơng tự phản xạ trở về đầu thu và cảm biến được tác động. Một
vấn đề rủi ro cho các cảm biến này là các đối tượng tự phản xạ lại chùm tia sáng
tốt. Để giải quyết thì sử dụng biện pháp phân cực ánh sáng tại đầu phát (bằng bộ
lọc), và sau đó sau đó sử dụng một bộ lọc phân cực tại đầu thu.

SV: Nguyễn Văn Cường

21


Hình 6: Cảm biến quang.
2.3: Xy lanh tác động 2 chiều (xy lanh tác động kép)


Nguyên lý làm việc:

-Nguyên tắc hoạt động của xylanh tác động kép là áp suất khí nén được dẫn vào

cả 2 phía của xylanh.


Ký hiệu:

Xylanh tác động 2 chiều khơng có giảm chấn:

Hình 10: Xylanh tác động 2 chiều khơng có giảm chấn
Xylanh tác động 2 chiều có giảm chấn: Nhiệm vụ của cơ cấu giảm chấn là
ngăn chặn sự va đập của pittong vào thành của xylanh ở vị trí cuối hành trình.
Người ta dùng van tiết lưu một chiều để thực hiện giảm chấn.

Hình 11: Xylanh tác động 2 chiều có giảm chấn điều chỉnh

SV: Nguyễn Văn Cường

22


2.2.4.Nút nhấn
2.2.4.1 Khái niệm
Nút ấn còn gọi là nút điều khiển là 1 loại khí cụ điện điều khiển bằng tay,
dùng để điều khiển từ xa các khí cụ điện đóng cắt bằng điện từ, điện xoay chiều,
điện 1 chiều hạ áp, các dụng cụ báo hiệu và cũng để chuyển đổi các mạch điện
điều khiển, tín hiệu liên động bảo vệ …
Nút ấn thường dùng để khởi động, dừng và đảo chiều quay các động cơ
điện bằng cách đóng cắt các cuộn dây nam châm điện của công tắc tơ, khởi động
từ.
2.2.4.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của nút nhấn
Nút ấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường mở và thường

đóng và vỏ bảo vệ. khi tác động vào nút ấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái và
khi khơng cịn tác động, các tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu.
Nút ấn thường đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút ấn. các loại nút ấn
thơng dụng có dịng điện định mức là 5A, điện áp ổn định mức là 400V, tuổi thọ
điện đến 200.000 lần đóng cắt, tuổi thọ cơ đến 1000000 đóng cắt nút ấn màu đỏ
thường dùng để đóng máy, màu xanh để khởi động máy.

Hình 3 : Nút ấn stop, start.
Trên hình là một số loại nút ấn có trên thị trường và có thể dùng trong mơ
hình phân loại sản phẩm.
SV: Nguyễn Văn Cường

23


2.2.5.Van điện từ 5/2, 1 trạng thái

Hình 12: Van 5/2, 1 trạng thái.
1 Hai chấu kết nối với nguồn diện.
2 Hộp nam châm diện có chứa cuộn
dây solenoid.

Cửa số 1: Nối với nguồn khí.
Cửa số 2, 4: Cửa nối làm việc.
Cửa số 3, 5: Cửa xả khí.

3 Ống sắt từ.
4 Nịng van.


Khi cuộn dây solenoid có điện, trạng thái của van như sau:

Cuộn dây solenoid có điện, lực từ sinh ra tác dụng vào ống sắt từ (3), kéo
ống sắt từ qua bên trái, lúc này dịng khí theo khe hở nhỏ đi qua đẩy nòng van
(4) trượt qua bên phải, ép lị xo (5) lại. Vị trí của nịng van lúc này làm cho cửa
số 1 thơng khí với cửa số 4, dẫn khí lên, cửa số 2 thơng với cửa số 3, còn cửa số
5 bị chặn.

SV: Nguyễn Văn Cường

24


CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200 VÀ PHẦN MỀM TIA PORT
V14
3.1.GIỚI THIỆU PHẦN MỀM TIA PORTAL V14
TIA Portal là viết tắt của Totally Integrated Automation Portal – hệ thống tự
động hóa tích hợp tồn diện. TIA Portal là một phần mềm tự động hóa với nền
tảng chính gồm ba phần mềm SIMATIC STEP7, SIMATIC WinCC và
StartDrive.
SIMATIC STEP7 dùng để lập trình cho các bộ điều khiển PLC S7 với các
phiên bản Basic và Professional.
SIMATIC WinCC dùng để thiết kế màn hình giao diện giám sát và điều khiển
HMI cũng như SCADA với các phiên bản Basic, Comfort, Advanced và
Professional.
StartDrive dùng để cấu hình cho các Drives (biến tần và động cơ).
Với các phiên bản mới, TIA Portal ngày càng được tích hợp thêm nhiều tính
năng và ứng dụng như:
SCOUT được sử dụng để lập trình cho các bộ SIMOTION – các bộ điều
khiển chuyên biệt dành cho việc truyền động nay đã được tích hợp vào trong TIA

Portal.
TIA Openness giúp cho người dùng có thể đồng thời sử dụng các phần
mềm lập trình hướng đối tượng như C++, .NET, HTML, JavaScript để lập trình
hệ thống.
SIMOCODE ES được sử dụng để thiết kế và lập trình cho các bộ
Simocode trong điều khiển và bảo vệ động cơ.
TIA Portal đã giúp cho việc thiết kế và thực hiện một hệ thống tự động hóa
hồn chỉnh nhất trở thành đơn giản nhất.
3.1.1. Giới thiệu về SIMATIC WinCC
WinCC là viết tắt của Windows Control Center được Siemens phát triển từ
rất sớm và đưa ra thị trường từ năm 1994-1996.

SV: Nguyễn Văn Cường

25