HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
TRỘN SƠN DÙNG PLC SIM VÀ FACTORY
IO VÀ SCADA, CÓ CODE


Trang 2


Trang 3

Mục lục


Trang 4
CÁC TỪ VIẾT TẮT
PLC

Programmable logic controller

IP

Internet Protocol


Trang 5
MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống

8

Hình 2.2 Siemens S7-1500 1516-3 PN/DP

9

Hình 2.3 Cảm biến E3Z-D81 12-24VDC NPN

9

Hình 2.4 Bơm định lượng C-6250HV

11

Hình 2.5 Bồn chứa sơn

14

Hình 2.6 Hệ thống băng tải

15

Hình 2.7 Hệ thống bốc và thả nắp

16

Hình 2.8 Khu vực đóng nắp

17

Hình 2.9 Khu vực trộn sơn

18


Hình 2.10 Giao diện giám sát

19

Hình 2.11 Bảng điều khiển

20

Hình 2.12 Bảng đặt các trị số

20

Hình 2.13 Bảng chọn màu

21

Hình 2.14 Phân quyền người dùng vào web

22

Hình 2.15 Phần mềm WinCC WebConfigurator

22

Hình 2.16 Tạo IP web của IP mơ đun wifi

23

Hình 2.17 Giao diện web khi vào bằng Internet Explorer


23

Hình 3.1 Sơ đồ giải thuật chế độ tự động

26

Hình 3.2 Sơ đồ giải thuật chế độ bằng tay

28

Hình 3.3 Sơ đồ giải thuật chương trình chính

30

Hình 4.1 Tia Portal và PLC sim

31


Trang 6
Hình 4.2 Liên kết PLC sim với Factory IO

32

Hình 4.3 Đăng nhập vào WinCC

32

Hình 4.4 Nút bật hệ thống trên tủ điện Factory IO


33

Hình 4.5 Chọn chế độ tự động hoặc bằng tay trên giao diện WinCC

33

Hình 4.6 Chọn màu cần trộn trên bảng màu

33

Hình 4.7 Các thơng số cần thiết được nhập vào ơ tương ứng

34

Hình 4.8 Cảnh báo xuất hiện trên màn hình WinCC

34

Hình 4.9 Thùng sơn đã đến vị trí rót

34

Hình 4.10 Thùng sơn đã đến vị trí băng tải nắp

35

Hình 4.11 Nắp được bốc và đặt lên thùng

35


Hình 4.12 Thùng sơn đã đến vị trí đóng nắp

36

Hình 4.13 Xi lanh đẩy thùng vào ca bin lắc sơn

36

Hình 4.14 Theo dõi mức sơn cịn lại trong bồn

37

Hình 4.15 Mẫu báo cáo được xuất ra sau khi hoàn tất

37


Trang 7
MỤC LỤC BẢNG SỐ LIỆU
Bảng 2.1 Quy ước tín hiệu

13


Trang P - 8

2.1
1.1


Chương 1. Tổng quan về đề tài

Giới thiệu đề tài

Trong xây dựng và trang trí, sơn đóng vai trị vơ cùng quan trọng và khơng thể thiếu. Từ
25.000 năm trước, con người đã biết sử dụng các nguyên liệu từ thiên nhiên để tạo ra loại
sơn đầu tiên.
1.2

-

Mục đích nghiên cứu
Áp dụng các kiến thức đã được học về PLC, SCADA,... để có thể hiện tự tay thực
hiện một hệ thống hoàn chỉnh.

-

Việc dùng PLC để điều khiển và giám sát hệ thống qua SCADA là một cách rất tối ưu
trong điều khiển và tự động hóa.

1.3

Đối tượng nghiên cứu

-

Nắm vững kiến thức và lựa chọn PLC phù hợp với yêu cầu của bài.

-


Lập trình PLC.

-

Tìm hiểu SCADA.

-

Tìm hiểu FACTORY IO.

-

Tìm hiểu hệ thống trộn sơn tự động.

-

Tìm hiểu phương pháp giám sát và thu thập dữ liệu.

1.4

Phạm vi nghiên cứu
Với việc thực hiện đồ án chuyên ngành, hạn chế về thời gian và kinh phí thực hiện nên
phạm vi nghiên cứu sẽ tập trung vào việc tìm hiểu cách thức mơ phỏng về điều khiển,
giám sát và thu thập dữ liệu từ hệ thống trộn sơn tự động


Trang P - 9

1.5


Dự kiến kết quả

-

Mô phỏng thành công hệ thống bằng PLC SIM, FACTORY IO.

-

Giám sát quá trình hoạt động của hệ thống qua SCADA và FACTORY IO.

-

Thu thập dữ liệu và xuất ra file.


Trang P - 10

2.2 Chương 2. Thiết kế và thi công
2.3

SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG

KHỐI GIÁM SÁT
VÀ ĐIỂU KHIỂN

KHỐI CẢM BIẾN

KHỐI XỬ LÝ
TRUNG TÂM


KHỐI BĂNG TẢI

KHỐI BƠM

KHỐI XILANH

Hình 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống
2.1.1 Khối xử lí trung tâm: điều khiển tồn bộ q trình hoạt
động của hệ thống.
-

Linh kiện chính: CPU SIEMENS S7-1500 1516-3 PN/DP.

-

Thơng số kỹ thuật CPU SIEMENS S7-1500 1516-3 PN/DP:

-

Bộ xử lý trung tâm với bộ nhớ làm việc 1 MB cho chương trình và 5 MB cho dữ
liệu.

-

Giao diện thứ nhất: PROFINET IRT với

-

công tắc 2 cổng.


-

Giao diện thứ 2: PROFINET RT

-

Giao diện thứ 3: PROFIBUS.

-

Hiệu suất bit 10 ns, yêu cầu Thẻ nhớ SIMATIC


Trang P - 11

Hình 2.2 Siemens S7-1500 1516-3 PN/DP
2.1.2 Khối cảm biến: xác định vị trí của thùng và nắp để thực
hiện các tác vụ của hệ thống.

Hình 2.3 Cảm biến E3Z-D81 12-24VDC NPN

-

Linh kiện chính: Cảm Biến Quang E3Z-D81 12-24VDC NPN

-

Thông số kỹ thuật Cảm Biến Quang E3Z-D81 12-24VDC NPN:

▪


Khoảng cách cảm ứng: 30m (Thu-phát); 4m (Phản xạ gương); 1m (Phản xạ

khuếch tán)

▪

Nguồn cấp cho cảm biến: 12~24VDC ±10%

▪

Ngõ ra cảm biến: NPN, 26.4VDC max., 100mA max.

▪

Chế độ ngõ ra Light-ON / Dark-ON


Trang P - 12

▪

Nguồn sáng cảm biến: Infrared LED (860nm)

▪

Mạch bảo vệ của cảm biến: Ngược cực nguồn cấp, ngõ ra; ngắn mạch ngõ ra.

▪


Thời gian đáp ứng của cảm biến: 1ms max.

▪

Biến trở điều chỉnh độ nhậy được tích hợp.

▪

Ổn định tốt với ánh sáng môi trườngNhiệt độ môi trường hoạt động tốt nhất:

-200C đến 550C
2.1.3 Khối băng tải: có nhiệm vụ vận chuyển thùng sơn và nắp
đến vị trí cần thiết
-

Linh kiện chính: Băng tải xích.

-

Thơng số kỹ thuật:

▪ Chất liệu: thép cacbon, SS 201, SS 304, SS 316.
▪ Độ dày tấm: 0,8 mm, 1 mm, 1,2 mm, 1,5 mm, 2 mm, 2,5 mm, 3 mm.
▪ Đường kính thanh kết nối: 5 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm, 12 mm.
▪ Khoảng cách thanh: 19,05 mm, 25,4 mm, 31,75 mm, 38,1 mm, 50,8 mm, 76,2
mm.

▪ Chiều rộng tấm xích: 200 mm đến 4.000 mm.
▪ Chiều dài dây đai: tùy chỉnh.
▪


Xử lý bề mặt: mạ kẽm nhúng nóng, làm đen.

2.1.4 Khối xi lanh: Đóng chặt nắp và đưa thùng sơn vào, ra vị trí
trộn
-

Linh kiện chính: Xi lanh khi nén AIRTAC SC50-1000.

-

Thông số kỹ thuật Xi lanh khi nén AIRTAC SC50-1000:


Trang P - 13

▪ Đường kính phi 50mm hành trình 1000mm.
▪ Kích thước cổng: ren 13mm (1/4")
▪ Áp suất : 0,1~1MPa (1~10kg)
▪ Nhiệt độ: -20 ~ 80 độ C
▪ Hãng sản xuất: AIRTAC (Đài Loan)
2.1.5 Khối bơm: Bơm nguyên liệu (sơn) vào thùng để tạo ra màu
đặt trước.

Hình 2.4 Bơm định lượng C-6250HV
-

Linh kiện chính: Bơm định lượng C-6250HV (100 lít/h).

-


Thơng số kỹ thuật Bơm định lượng C-6250HV (100 lít/h):

▪ Lưu lượng: 100 lít/h
▪ Cột áp: 0.35 bar
▪ Vật liệu: Nhựa PP
▪ Công suất: 45W/220V/50Hz
2.1.6 Khối điều khiển và giám sát
Phần mềm TIA PORTAL, WinCC và Web server.


Trang P - 14

2.2 Quy ước ký hiệu
Bảng 2.1 Quy ước tín hiệu
Default tag
I_ON

table
Default tag

Bool

%I0.0

I_OFF

table
Default tag


Bool

%I0.1

I_CYAN_Pump

table
Default tag

Bool

%I0.2

I_MAGENTA_Pump

table
Default tag

Bool

%I0.3

I_YELLOW_Pump

table
Default tag

Bool

%I0.4


I_BLACK_Pump

table
Default tag

Bool

%I0.5

I_Out_DONGNAP

table
Default tag

Bool

%I0.6

I_Out_MIX

table
Default tag

Bool

%I0.7

I_Out_TOP


table
Default tag

Bool

%I1.0

I_Out_CONVEYHOP

table
Default tag

Bool

%I1.1

I_Out_CONVEYTOP

table
Default tag

Bool

%I1.2

I_Out_PUTIN

table
Default tag


Bool

%I1.3

I_Out_PUTOUT

table
Default tag

Bool

%I1.4

I_CB_BOX

table
Default tag

Bool

%I1.5

I_CB_ROT

table
Default tag

Bool

%I1.6


I_CB_DONGNAP

table
Default tag

Bool

%I1.7

I_CB_NAP

table
Default tag

Bool

%I2.0

I_CB_TRON
I_MANUAL

table
Default tag

Bool
Bool

%I2.1
%I2.2



Trang P - 15
table
Default tag
I_AUTO

table
Default tag

Bool

%I2.3

IW_CYAN_Level

table
Default tag

Real

%ID10

IW_MAGENTA_Level

table
Default tag

Real


%ID14

IW_YELLOW_Level

table
Default tag

Real

%ID18

IW_Black_Level

table
Default tag

Real

%ID22

Q_CYAN_Pump

table
Default tag

Real

%QD20

Q_MAGENTA_Pump


table
Default tag

Real

%QD24

Q_YELLOW_Pump

table
Default tag

Real

%QD28

Q_BLACK_Pump

table
Default tag

Real

%QD32

Q_Out_CONVEYBOX

table
Default tag


Bool

%Q0.0

Q_Out_CONVEYTOP

table
Default tag

Bool

%Q0.1

Q_Out_DONGNAP

table
Default tag

Bool

%Q0.2

Q_Out_PUTIN

table
Default tag

Bool


%Q0.3

Q_Out_PUTOUT

table
Default tag

Bool

%Q0.4

Q_Out_MIX

table
Default tag

Bool

%Q0.5

SP Y

table
Default tag

Real

%QD8

Q_Lamp_On


table
Default tag

Bool

%Q1.1

Q_Lamp_Of

table
Default tag

Bool

%Q1.2

Q_Lamp_Mode_Auto

table
Default tag

Bool

%Q1.3

Q_Lamp_Mode_Manu
Q_Out_CONVEYBOX2

table

Default tag

Bool
Bool

%Q1.4
%Q1.0


Trang P - 16
table
Default tag
CYAN_BOM VAO

table
Default tag

Real

%QD36

MAGENTA_BOM VAO

table
Default tag

Real

%QD40


YELLOW_BOM VAO

table
Default tag

Real

%QD44

WHITE_BOM VAO

table
Default tag

Real

%QD48

SP X

table
Default tag

Real

%QD12

boc

table

Default tag

Bool

%Q1.5

grab

table
Default tag

Bool

%Q1.6

SP Z

table
Default tag

Real

%QD16

M_Simulation

table
Default tag

Bool


%M10.0

M_Reset

table
Default tag

Bool

%M10.1

INVISIBLE

table
Default tag

Bool

%M10.2

BANGMAU

table
Default tag

Bool

%M10.3


M_STEP1

table
Default tag

Bool

%M10.4

M_STEP2

table
Default tag

Bool

%M10.5

M_STEP3

table
Default tag

Bool

%M10.6

M_STEP4

table

Default tag

Bool

%M10.7

M_STEP5

table
Default tag

Bool

%M11.0

M_STEP6

table
Default tag

Bool

%M11.1

M_STEP7

table
Default tag

Bool


%M11.2

DKHD
I_CB_DONG

table
Default tag

Bool
Bool

%M12.0
%I2.4


Trang P - 17
table
Default tag
DAYVAO_LIMIT

table
Default tag

Bool

%I2.5

DAYRA_LIMIT


table
Default tag

Bool

%I2.6

Tag_1

table
Default tag

Bool

%M12.1

Tag_2

table
Default tag

Bool

%Q0.6

Tag_3

table
Default tag


Bool

%Q0.7

METRON

table

DInt

%QD4

2.3 Thiết kế mơ hình
2.3.1 Thiết kế khu vực bồn cấp sơn

Hình 2.5 Bồn chứa sơn

- Khu vực bồn chứa sơn bao gồm 4 bồn Cyan (Xanh lơ), Magenta (Hồng cánh sen),
Yellow (Vàng) và White (Trắng).

- Các bồn được xả bằng hệ thống bơm định lượng 100 lít/h
- Mỗi bồn có dung tích 55 lít.


Trang P - 18

2.3.2 Thiết kế hệ thống băng tải nắp và băng tải thùng sơn

Hình 2.6 Hệ thống băng tải


- Hệ thống băng tải bao gồm 2 băng tải 6 mét và 1 băng tải 4 mét.
- 2 băng tải 6 mét dùng để vận chuyển thùng và băng tải 4 mét vận chuyển nắp
- Vị trí lắp đặt của các băng tải như hình 2.6.


Trang P - 19

2.3.3 Thiết kế bộ phận bốc và thả nắp

Hình 2.7 Hệ thống bốc và thả nắp

- Hệ thống bốc và thả nắp được đặt cố định tại vị trí giao nhau của băng tải nắp và
băng tải thùng sơn.

- Hệ thống này hoạt động dựa trên sự di chuyển theo trục X:Y:Z của cánh tay bốc thả.


Trang P - 20

2.3.4 Thiết kế khu vực đóng nắp

Hình 2.8 Khu vực đóng nắp

- Khu vực đóng nắp bao gồm 1 xy lanh làm nhiệm vụ đóng chắt nắp vào thùng sơn.


Trang P - 21

2.3.5 Thiết kế khu vực trộn sơn


Hình 2.9 Khu vực trộn sơn

- Khu vực trộn sơn bao gồm 2 xi lanh đẩy vào và đẩy ra ca-bin trộn.
- Do khó khăn trong thiếu thốn các thiết bị trong Factory IO nên ở đây, em mô phỏng
bằng 1 ca-bin với 1 đèn giả lập động cơ trộn.


Trang P - 22

2.4 Thiết kế giao diện điều khiển
2.4.1 Thiết kế màn hình giám sát quá trình

Hình 2.10 Giao diện giám sát

- Giao diện giám sát bao gồm tất cả các phần tử cần được quan sát trong quá trình
vận hành.

- Các IO Field dùng để hiển thị mức sơn còn lại trong bồn và lượng sơn đã được bơm
vào thùng cũng như số lượng thùng sơn đã được trộn.

- Các thanh hiển thị thực tế mức sơn còn lại trong bồn.
- Các chi tiết như thùng sơn, băng tải, bơm, xi-lanh được dùng để hiển thị quá trình
vận hành của toàn hệ thống.


Trang P - 23

2.4.2 Thiết kế bảng điều khiển

Hình 2.11 Bảng điều khiển


- Bảng điều khiển được thiết kế gồm các nút nhấn cần thiết, tinh gọn.
- Nút nhấn mô phỏng Sim được dùng để thực hiện mô phỏng khi không muốn lấy dữ
liệu từ các cảm biến.

- Nút chạy/dừng hệ thống dùng để mô phỏng nút nhất khởi động và dừng hệ thống.
- Nút nhấn Auto và Manual dùng để chuyển đổi giữa 2 chế độ làm việc.
- Nút bảng màu dùng để hiển thị cửa sổ chọn màu sơn.
- Các đèn báo trạng thái bắt đầu, dừng, chế độ tự động và bằng tay được thiết kế nằm
phía trên bảng điều khiển.
2.4.3 Thiết kế bảng đặt các trị số

Hình 2.12 Bảng đặt các trị số


Trang P - 24

- Bảng này dùng đặt các trị số như thời gian trộn, số mẻ trộn, tỉ lệ các màu và thể tích
của thùng sơn cần trộn.

- Các phần tử được liên kết với các tag trong quá trình lập trình cho PLC.
- Các thanh slider dùng để mơ phỏng mức sơn cịn lại trong bồn ở chế độ Simulation.
2.4.4 Thiết kế bảng chọn màu

Hình 2.13 Bảng chọn màu

- Bảng chọn màu được thiết kế theo hệ màu trừ C-M-Y. Do khi pha 3 màu này lại với
nhau ta ra được màu đen nên ta thêm màu White (trắng) để đạt được tối đa màu
cần pha.


- Cách thức trộn màu:
▪ Các hệ màu chính gồm 4 màu: 24, 16, 20, 25 với tỉ lệ 100% màu của nó mà
không pha với màu khác

▪ Các hệ màu hệ số 2: 14, 18, 22 được pha từ 2 màu chính. Ví dụ màu 14 được pha
từ 2 màu 16 và 24, với tỉ lệ 1:1.


Trang P - 25

▪ Các hệ màu hệ số 3: 13, 15, 17, 19, 21, 23 được pha từ 2 màu chính với tỉ lệ màu
chính 1 và màu chính 2 là 1:0.5. Ví dụ: màu 13 được pha từ màu 24 và màu 16
với tỉ lệ màu 24 là 1 và 16 là 0.5

▪ Các màu có sắc tố cao hơn, tối hơn sẽ được pha bằng cách tăng thêm 30% màu
cịn lại. Ví dụ màu số 1 sẽ thêm 30% của màu 20 vào màu số 13.
2.5 Thiết kế giao diện Web
- Công cụ sử dụng: Web Nevigator của WinCC.
- Các bước thực thiện:

▪

Bước 1: Thiết lập phân quyền người dùng vào web.

Hình 2.14 Phân quyền người dùng vào web

▪

Bước 2: Tạo web bằng WinCC Webconfigurator


Hình 2.15 Phần mềm WinCC WebConfigurator