Nguyễn Quốc Nghĩa - PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG PLC S7-1200

ĐẠI HỌC ĐÀ NĂ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC
NGÀNH: CƠNG NGHỆ KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN
VÀ TỰ ĐỘNG HĨA

ĐỀ TÀI:

PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC
SỬ DỤNG PLC S7-1200

Người hướng dẫn : ThS. Võ Khánh Thoại
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Quốc Nghĩa
Mã sinh viên
: 1811505520234
Lớp
: 18TDH2

Đà Nẵng, 06/2022


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN
VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

ĐỀ TÀI:

PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC
SỬ DỤNG PLC S7-1200

Người hướng dẫn : ThS. Võ Khánh Thoại
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Quốc Nghĩa
Mã sinh viên
: 1811505520234
Lớp
: 18TDH2

Đà Nẵng, 06/2022


TÓM TẮT
Tên đề tài: Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quốc Nghĩa
Mã sinh viên: 1811505520234
Lớp: 18TDH2
Tóm tắt nội dung trình bày bao gồm:
➢ Chương 1: Tổng Quan.
+ Chương này trình bày vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài mục tiêu, nội dung nghiên
cứu các giới hạn bố cục đồ án.
➢ Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
- Giới thiệu các linh kiện.

+ Tổng quan về PLC S7-1200
+ Giới thiệu chung về Arduino Uno R3
+ Hệ thống điều khiển khí nén
+ Cảm biến về màu sắc TCS3200
+ Cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C1
+ Một số linh kiện khác
- Thiết bị sử dụng thiết kế hệ thống, các chuẩn truyền thông, giao thức.
➢ Chương 3: Thiết Kế Và Chọn Thiết Bị
+ Giới thiệu mơ hình hệ thống
+ Thiết kế sơ đồ khối hệ thống và tính tốn thiết kế các khối
+ Giải thích ngun lý hệ thống
➢ Chương 4: Lập trình phần mềm hệ thống.
+ Lưu đồ thuật tốn của chương trình
+ Phần mền lập trình
+ Kết quả đạt được và hướng phát triển


LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu đời sống của con người ngày càng
nâng cao, để đáp ứng được nhu cầu của khách hàng về các mặt hàng thì các nhà sản xuất
đang tìm nhiều giải pháp. Tự động hóa dây chuyền sản xuất là phương án phổ biến nhất
hiện nay, nó nhanh chóng, chính xác và giảm bớt sức lao động. Quá trình sản xuất càng
tự động hóa thì năng suất càng cao, giảm chi phí, tăng khả năng cạnh tranh của doanh
nghiệp.
Trong quá trình cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa ở nước ta, ngày càng có nhiều thiết
bị hiện đại được sử dụng để tự động điều khiển, giám sát quá trình chế biến, sản xuất,
chế biến sản phẩm ... Điều này đã dẫn đến việc hình thành một hệ thống sản xuất linh
hoạt, làm cho vận hành tự động của máy công cụ CNC., Sản xuất hàng loạt vừa và nhỏ
dựa trên rơ bốt cơng nghiệp. Trong số đó, một khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất

lượng hàng hóa là hệ thống phân loại sản phẩm.
Đồ án "Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7-1200" sau khi nghiên
cứu và tìm hiểu đề tài này đã giúp em củng cố thêm kiến thức đã học ở trường. Chủ đề
này có nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực, ví dụ: vận chuyển sản phẩm,
phân loại sản phẩm. Với hệ thống tự động này, chúng tơi có thể giảm nhân công và hạ
giá thành sản phẩm. Kiến thức tương đối rộng, tuy đã tham khảo nhiều thơng tin nhưng
vẫn cịn nhiều phần em chưa nắm vững. Khi thực hiện một dự án về tin học chắc chắn
không thể tránh khỏi một số nhược điểm và hạn chế. Rất mong được sự hướng dẫn và
góp ý của các thầy cơ và các bạn. Xin chân thành cảm ơn thầy Võ Khánh Thoại đã tận
tình hướng dẫn, tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt phần hướng dẫn đồ án tốt nghiệp
và đã truyền dạy cho em nhiều kiến thức.
Em xin chân thành cảm ơn!

i


LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn đã tận tình
dạy dỗ cho em kiến thức trong những năm đại học này ,giúp em có được cơ sở lý thuyết
vững vàng và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập.
Em cũng xin gửi lời tri ân và biết ơn sâu sắc đến thầy Võ Khánh Thoại người đã tận
tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm khoá luận.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã ln quan tâm, giúp
đỡ, động viên em trong suốt q trình học tập và hồn thành khoá luận tốt nghiệp.
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Quốc Nghĩa

ii



CAM ĐOAN
Đề tài này là do em tự thực hiện dựa vào một số tài liệu và không sao chép từ tài
liệu hay cơng trình đã có trước đó. Nếu có bất kì sự gian lận hay sao chép nào, em xin
chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình.
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Quốc Nghĩa

iii


MỤC LỤC

Nhận xét của người hướng dẫn
Nhận xét của người phản biện
Tóm tắt
Nhiệm vụ đồ án
Lời nói đầu……………………………………………………………………………..i
Lời cảm ơn…………………………………………………………………………….ii
Lời cam đoan…………………………………………………………………………iii
Mục lục………….……………………………………………………………………iv
Danh sách các bảng,hình vẽ…………………………….……………………………vii
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
Chương 1: TỔNG QUAN ............................................................................................... 2
1.1 Đặt vấn đề ..............................................................................................................2
1.2 Mục tiêu .................................................................................................................2
1.3 Nội dung nghiên cứu .............................................................................................. 2
1.4 Giới hạn ..................................................................................................................3

1.5 Bố cục.....................................................................................................................3
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ....................................................................................4
2.1 Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm ...........................................................4
2.2 Nguyên tắc phân loại sản phẩm .............................................................................4
2.2.1 Phân loại theo kích thước ................................................................................4
2.2.2 Phân loại theo màu sắc ....................................................................................4
2.2.3 Phân loại theo khối lượng ................................................................................4
2.3 Tổng quan về PLC và PLC S7-1200 ......................................................................4
2.3.1 Tổng quan về PLC ...........................................................................................4
2.3.2 Giới thiệu về PLC S7-1200 .............................................................................8
2.4 Giới thiệu chung về Arduino................................................................................13
2.4.1 Giới thiệu chung về Arduino .........................................................................13
iv


2.4.2 Giới thiệu chung về Arduino Uno R3. ........................................................... 14
2.5 Hệ thống điều khiển điện - khí nén. .....................................................................16
2.5.1 Những đặc điểm cơ bản. ................................................................................16
2.5.2 Cấu trúc của hệ thống khí nén. ......................................................................17
2.6 Giới thiệu về cảm biến màu sắc TCS3200. .......................................................... 18
2.6.1 Tổng quan. .....................................................................................................18
2.6.2 Đặc điểm. .......................................................................................................19
2.6.3 Nguyên lý hoạt động cảm biến mầu của linh kiện điện tử TCS3200. ...........20
2.6.4 Arduino giao tiếp với cảm biến màu SẮC TCS3200. ...................................21
2.7 Giới thiệu về cảm biến vật cản hồng ngoại. .........................................................22
2.7.1 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F- DS30C1. ................................................22
2.8 Một số linh kiện khác. .......................................................................................... 23
2.8.1 Động cơ DC băng tải. ....................................................................................23
2.8.2 Nút nhấn. ........................................................................................................24
2.8.3 MCB...............................................................................................................24

Chương 3. THIẾT KẾ VÀ CHỌN THIẾT BỊ............................................................... 26
3.1 Mơ hình hệ thống. ................................................................................................ 26
3.1.1 Giới thiệu về hệ thống. ..................................................................................26
3.1.2 Chức năng tồn phần. ....................................................................................26
3.2 Tính tốn và thiết kế hệ thống. .............................................................................26
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống. ........................................................................26
3.2.2 Tính tốn và thiết kế các khối. .......................................................................27
3.3 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống. .............................................................................38
Chương 4. LẬP TRÌNH PHẦN MỀM HỆ THỐNG ....................................................39
4.1 Lưu đồ thuật toán của chương trình. ....................................................................39
4.1.1 Lưu đồ thuật tốn chương trình chính. .......................................................... 39
4.1.2 Lưu đồ giải thuật cho khối nhận biết màu sắc. ..............................................40
v


4.1.3 Bảng phân công đầu vào và đầu ra. .......................................................... 42
4.1.4 Giản đồ thời gian ......................................................................................42
4.2 Phần mềm lập trình. ............................................................................................. 43
4.2.1 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển (Arduino Uno R3)............................. 43
4.2.2 Phần mềm lâp trình cho PLC .........................................................................45
4.3 Kết quả- nhận xét -đánh giá và hướng phát triển. ...............................................55
4.3.1 Kết quả. ..........................................................................................................55
4.3.2 Nhận xét – đánh giá. ......................................................................................55
4.3.3Hướng phát triển. ............................................................................................ 55
KẾT LUẬN ...................................................................................................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 57
PHỤ LỤC ..........................................................................................................................

vi



DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 2.1 Tổng quan PLC S7-1200 ..................................................................................9
Hình 2.2 Bảng tín hiệu của PLC S7-1200 .....................................................................12
Hình 2.3 Các Module tín hiệu PLC S7-1200 ................................................................ 12
Hình 2.4 Các Module truyền thơng PLC S7-1200 ........................................................13
Hình 2.5 Arduidno Uno R3 ........................................................................................... 14
Hình 2.6 Cấu trúc hệ thống điều khiển khí nén ............................................................. 17
Hình 2.7 Hệ thống điện – khí nén..................................................................................18
Hình 2.8 Cảm biến màu sắc TCS3200 trong thực tế .....................................................19
Hình 2.9 Cấu tạo cảm biến TCS 3200 ...........................................................................20
Hình 2.10 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C1 ................................................22
Hình 2.11 Động cơ DC giảm tốc 24V………………………………………………..23
Hình 2.12 Nút nhấn……………………………………….........................................24
Hình 2.13 Nút dừng khẩn cấp………………………………………………………...25
Hình 2.13 MCB…………………….……………………………………………….....25

Hình 3.1 Mơ hình chung của hệ thống ..........................................................................26
Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống ........................................................................................27
Hình 3.3 Sơ đồ kết nối cảm biến màu TCS 3200 .......................................................... 28
Hình 3.4 Module Relay 5V .......................................................................................... 29
Hình 3.5 Sơ đồ chân của Relay 5v ................................................................................29
Hình 3.6 Sơ đồ kết nối với Arduino và TCS3200 .........................................................30
Hình 3.7 Sơ đồ kết nối với PLC ....................................................................................31
Hình 3.8 Sơ đồ chân cảm biến hồng ngoại ....................................................................31
Hình 3.9 Mạch giao tiếp giữa cảm biến E3F-DS30C4 với PLC ...................................32
Hình 3.10. Sơ đồ kết nối động cơ với PLC ...................................................................32
Hình 3.11 Cấu tạo xilanh khí nén ..................................................................................33
Hình 3.12 Xilanh khí nén MAL 16X1000 ...................................................................33
Hình 3.13 Van điện từ ...................................................................................................34

Hình 3.14 Van điện từ 5/2 ............................................................................................. 35
Hình 3.15 Sơ đồ kết nối của van điện từ 5/2 với PLC...................................................35
Hình 3.16 Rơ le trung gian 14 chân...............................................................................35
Hình 3.17 PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC ........................................................36
Hình 3.18 Sơ đồ ngõ vào, ra và nguồn hoạt động của PLC S7-1200 CPU 1214C .......36
vii


Hình 3.19 Nguồn 24 VDC ............................................................................................. 37
Hình 3.20 Mạch giảm áp LM2596 ................................................................................37
Hình 3.21Sơ đồ đấu nối dây hệ thống ...........................................................................38

Hình 4.1 Lưu đồ giải thuật chương trình chính của hệ thống .......................................39
Hình 4.2 Lưu đồ giải thuật khối xử lý màu sắc ............................................................. 40
Hình 4.3 Giản đồ thời gian ............................................................................................ 41
Hình 4.4 Giao diện Arduino IDE ..................................................................................42
Hình 4.5 Biểu tượng TIA Portal V15 ............................................................................44
Hình 4.6 Giao diện bắt đầu của chương trình................................................................ 45
Hình 4.7 Giao diện Add new device .............................................................................45
Hình 4.8 Chọn cấu hình PLC ........................................................................................46
Hình 4.9 Giao diện làm việc .......................................................................................... 46
Hình 4.10 Giao diện viết chương trình ..........................................................................47
Hình 4.11 Giao diện điều khiển .....................................................................................53
Hình 4.12 Mơ hình thực tế............................................................................................. 54

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2. 1. Bảng phân loại chức năng của các dòng PLC S7-1200 ............................... 10
Bảng 2. 2. Bảng các Module hỗ trợ PLC S7-1200 ........................................................11
Bảng 2. 3. Thông số của mạch Arduino uno R3 ........................................................... 15

Bảng 2. 4. Bảng sơ đồ chân ........................................................................................... 19
Bảng 2. 5. Bảng lựa chọn 4 loại Photodiode .................................................................20
Bảng 2. 6. Bảng chọn mở rộng tần số đầu ra ................................................................ 21
Bảng 2. 7. Cách kết nối Arduino với module TCS 3200 ..............................................21
Bảng 4. 1. Bảng phân công đầu vào và đầu ra .............................................................. 41

viii


Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200

MỞ ĐẦU

Đồ án "Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7-1200" sau khi nghiên
cứu và tìm hiểu đề tài này đã giúp học sinh củng cố thêm kiến thức đã học ở trường.Với
đề này sủ dụng nhiều kiến thức về cảm biến,phân loại sản phẩm.Việc ứng dụng mơ hình
phân loại sản phẩm sẽ tiết kiệm nhiều chi phí như nhân cơng,chi tiêu sản xuất,.....
Với đề này có nhiều kiến thức cần để hồn thành đề tài này , và có nhiều phần em
chưa nắm vững. Khi thực hiện đồ án trong tính tốn khơng thể tránh khỏi được những
thiếu sót, hạn chế. Kính mong được sự chỉ bảo, góp ý của q thầy cơ và các bạn
Đồ án được hoàn thành với tổng số 5 chương sau đây:
➢
➢
➢
➢

Chương 1: Tổng Quan.
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Chương 3: Thiết Kế Chọn Thiết Bị
Chương 4: Lập trình phần mềm hệ thống.


1
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa

Người hướng dẫn:ThS. Võ Khánh Thoại


Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 Đặt vấn đề
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, đi kèm trong đó
là điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ
thuật, cơng nghiệp tự động hóa...Ở nước ta việc th nhân cơng rẻ nhưng việc làm thủ
cơng khó tránh việc thiếu và sai sót khi làm việc .Vì vậy các doanh nghiệp đã áp dụng
công nghệ tự động hố nhằm giải quyết các vấn đề về nhân cơng và chi phí sản xuất.
Sau khi tham khảo nhiều dây chuyền phân loại sản phẩm ,em quyết định chọn đề
tài: “Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200”.
Có khá nhiều đề tài đã thực hiện việc mơ hình phân loại sản phẩm như phân loại
theo chiều cao, phân loại theo khối lượng theo kích thước. Nhưng với những sản phẩm
có khối lượng và kích thước nhỏ và màu sắc thì các mơ hình phân loại kia khơng phù
hợp. Vì vậy chúng ta cần một phương pháp xử lý phù hợp hơn cho hệ thống phân loại
này đó là phân loại dựa trên màu sắc.
1.2 Mục tiêu
Với đề tài này mục tiêu mà em đề ra là tìm hiểu và nghiên cứu các linh kiện sử
dụng trong đề tài và các ứng dụng trong thực tế. Từ đó thiết kế và thi cơng mơ hình
phân loại sản phẩm theo màu sắc.
1.3 Nội dung nghiên cứu
• Nội dung 1: Nghiên cứu tài liệu về PLC S7-1200, cảm biến TCS3200, board

Arduino Uno R3, cảm biến vật cản hồng ngoại.
• Nội dung 2: Dựa trên các dữ liệu thu thập được, dựa trên đặc tính màu sắc của
sản phẩm, tiến hành lựa chọn giải pháp thiết kế và thi công mơ hình. Kết nối các
ngoại vi với PLC, cảm biến TCS3200 với Arduino.
• Nội dung 3: Thiết kế lưu đồ giải thuật và viết chương trình điều khiển cho PLC
và Arduino. Thiết kế giao diện điều khiển, giám sát hệ thống.
• Nội dung 4: Thử nghiệm và điều chỉnh phần mềm, phần cứng để mơ hình được
tối ưu, sử dụng dễ dàng. Đánh giá các thơng số của mơ hình so với thông số thực
tế, hiệu suất hoạt động của hệ thống so với tính tốn.
• Nội dung 5: Viết báo cáo thực hiện.
• Nội dung 6: Đánh giá kết quả thực hiện.

2
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa

Người hướng dẫn:ThS. Võ Khánh Thoại


Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200

1.4 Giới hạn
• Mơ hình phân loại quy mơ nhỏ.
• Phân loại theo 3 màu: Xanh, Vàng và Đỏ.
• Tốc độ phân loại chưa được nhanh.
1.5 Bố cục
➢ Chương 1: Tổng Quan.
Chương này trình bày vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên
cứu, các giới hạn và bố cục đồ án.
➢ Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Giới thiệu các linh kiện, thiết bị sử dụng thiết kế hệ thống, các chuẩn truyền thông,

giao thức.
➢ Chương 3: Thiết Kế Và Chọn Thiết Bị
Thiết kế, đưa ra sơ đồ nguyên lý của hệ thống.
➢ Chương 4: Lập trình phần mềm hệ thống.
Viết chương trình và đưa ra lưu đồ thuật toán.

3
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa

Người hướng dẫn:ThS. Võ Khánh Thoại


Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm
Sau khi chế tạo, trước khi đưa sản phẩm ra thị trường, cần phải trải qua nhiều khâu
phân loại để loại bỏ sản phẩm chưa đạt yêu cầu hoặc phân loại theo từng nhóm sản
phẩm. Sản phẩm sẽ được đưa vào hệ thống qua băng tải và đưa đến các khu phân loại
theo nhiều nguyên tắc như kích thước, khối lượng và màu sắc… Để chọn lọc những sản
phẩm theo đúng yêu cầu và phù hợp với nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng.
2.2 Nguyên tắc phân loại sản phẩm
2.2.1 Phân loại theo kích thước
Là hệ thống phân loại tự động cho sản phẩm khác nhau về kích thước như trái
cây,rau quả.... . Máy phân loại sản phẩm theo kích thước có độ chính xác cao, hoạt động
ổn định, phù hợp cho nhiều loại sản phẩm.
2.2.2 Phân loại theo màu sắc
Là mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc có thể phân loại các sản phẩm như ớt,
cà chua, nhựa màu, các loại hạt…

Ứng dụng để phân loại sản phẩm theo màu sắc trong các ngành nơng nghiệp, thực
phẩm, dầu, hóa chất, cơng nghiệp dược phẩm, linh kiện điện tử, thiết bị y tế…
2.2.3 Phân loại theo khối lượng
Là hệ thống phân cỡ sản phẩm ứng dụng đa dạng các loại/kiểu sản phẩm theo nguyên
tắc kiểm tra khối lượng, sau đó phân ra từng cỡ trọng lượng theo yêu cầu.
Ứng dụng phân loại sản phẩm theo khối lượng cho ngành thực phẩm, nông sản, trái
cây…
2.3 Tổng quan về PLC và PLC S7-1200
2.3.1 Tổng quan về PLC
a) Giới thiệu
Kỹ thuật điện tử đã phát triển đến trình độ kỳ diệu và sẽ có những tiến bộ vượt bật
trong tương lai. Nó góp phần khơng nhỏ và sản xuất công nghiệp. Nhất là trong giai
đoạn hội nhập hiện nay. Các doanh nghiệp không ngần ngại hạ giá thành sản phẩm tăng
sức cạnh tranh với các công ty khác. Một trong những giải pháp về trang thiết bị hiện
đại này là PLC. PLC có khả năng vận hành tự động theo một quy trình định sẵn mà
khơng cần có sự tham gia của con người lúc vận hành. Bởi tất cả những gì cần thiết cho
ra đời một loạt sản phẩm đã tích hợp tất cả trong một thiết bị nhỏ gọn đó là PLC. Hệ

4
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa

Người hướng dẫn:ThS. Võ Khánh Thoại


Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200

thống tự động này gần như tối ưu khi kết hợp với máy vi tính để điều khiển và kiểm sốt
q trình sản xuất hồn tồn chỉ trên máy vi tính.[1]
Thật ra hệ thống điều khiển tự động này đã xuất hiện từ năm 1970 và nhanh chóng
trở thành sự lựa chọn cho việc sản xuất. Nhưng ở Việt Nam, cịn khá nhiều cơng ty hồn

tồn xa lạ với PLC. Tại sao như vậy? Về giá thành? Đúng là PLC cịn khá đắt nhưng chỉ
với một cơng ty sản xuất thì giữa đầu tư ban đầu đó với những lợi ích nó đem lại thì giá
thành khơng đáng quan tâm lắm. Thật ra là do ngại thay đổi, do chưa hiểu nhiều về PLC
nên khi vận hảnh, bảo trì, bảo dưỡng, thay đổi chương trình gặp khơng ít khó khăn cho
người sử dụng. Vì vậy cần chủ động tiếp cận, khi nắm bắt được rồi vấn đề chuyển giao
công nghệ khơng cịn đáng lo và PLC có thể hiện tính ưu việt nhờ sự hiểu biết của người
sử dụng. Vậy PLC là gì? Hy vọng nội dung được đề cập trong đồ án này giúp người đọc
hiểu hơn về PLC. [1]
b) PLC là gì
PLC là viết tắt của Programmable Logic Controller có nghĩa là thiết bị điều khiển
logic khả trình. Sự phát triển của PLC đã mang lại nhiều thuận lợi và làm cho các thao
tác máy trở nên nhanh, nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn. Nó có khả năng thay thế hoàn toàn
cho các phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơle (loại thiết bị phức tạp và cồng
kềnh); khả năng điều khiển dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh
logic cơ bản; khả năng định thời, đếm; giải quyết các vấn đề tốn học và cơng nghệ; khả
năng tạo lập, gởi đi, tiếp nhận những tín hiệu nhằm mục đích kiểm sốt sự kích hoạt
hoặc đình chỉ những chức năng của máy hoặc một dây chuyển công nghiệp. [1]
Như vậy những đặc điểm làm cho PLC có tính năng ưu việt và tích hợp trong mơi
trường cơng nghiệp:
-

Khả năng kháng nhiễu tốt.

-

Cấu trúc dạng module rất thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng, cải tạo nâng
cấp…
Dùng để thực hiện chức năng đặc biệt hay những module truyền thông để kết nối
PLC với mạng công nghiệp hoặc qua mạng internet.
Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng để xếp

hạng một hệ thống điều khiển tự động.

-

Thuộc vào hệ sản xuất linh hoạt do tính thay đổi được do chương trình hoặc thay
đổi trực tiếp các thông số mà không cần thay đổi lại chương trình.

5
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa

Người hướng dẫn:ThS. Võ Khánh Thoại


Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200

c) Cấu trúc phần cứng PLC
Các thành phần cơ bản của một PLC thường có các module phần cứng sau:
-

Module nguồn.
Module đơn vị xử lý trung tâm.

-

Module bộ nhớ chương trình và dữ liệu.
Module đầu vào.

-

Module đầu ra.


-

Module phối ghép (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông nội bộ).

-

Module chức năng (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông mạng).

d) Cấu trúc bộ nhớ PLC
Bộ nhớ được chia làm 3 vùng chính:
• Vùng chứa chương trình ứng dụng: Vùng chứa chương trình được chia làm
miền:
- Organisation block: Miền chứa chương trình tổ chức, chứa chương trình chính,
các lệnh trong khối này ln được qt. [1]
-

-

Subroutine (Chương trình con): Miền chứa chương trình con, được tổ chức thành
hàm và có biến hình thức để trao đổi dữ liệu, chương trình con này sẽ được thực
hiện khi nó được gọi trong chương trình chính. [1]
Interrup (Chương trình ngắt): Miền chứa chương trình ngắt được tổ chức thành
hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác.
Chương trình này sẽ được thực hiện khi có sự kiện ngắt xảy ra. Có rất nhiều sự
kiện ngắt như: Ngắt thời gian, ngắt xung tốc độ cao … [1]

• Vùng chứa tham số của hệ điều hành: chia thành miền khác nhau:
- I (Process Image Input): Miền dữ liệu các cổng vào số, trước khi bắt đầu thực


-

hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào và cất giữ
chúng trong vùng nhớ I. Thơng thường chương trình ứng dụng không đọc trực
tiếp trạng thái logic của công vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm
I. [1]
Q (Process Image Output): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số. Kết thúc giai
đoạn thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới các
cổng ra số. Thơng thường chương trình khơng trực tiếp gán giá trị tới tận cổng ra
mà chỉ chuyển chúng tới bộ đệm Q. [1]

6
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa

Người hướng dẫn:ThS. Võ Khánh Thoại


Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200

-

M (Miền các biến cờ): Chương trình ứng dụng sử dụng những biến này dể lưu
giữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập theo bit (M), byte (MB), từ (MW)
hay từ kép (MW). [1]

-

-

T (Timer): Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer) bao gồm việc lưu giữ giá trị

thời gian đặt trước (PV- Preset Value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV- Current
Value) cũng như giá trị Logic đầu ra của bộ thời gian. [1]
C (Counter): Miền nhớ phục vụ bộ đếm bao gồm việc lưu giữ giá trị đặt trước
(PV- Preset Value), giá trị đếm tức thời (CV- Current Value) và giá trị logic đầu
ra của bộ đệm. [1]

• Vùng dữ liệu.
Vùng dữ liệu là một vùng nhớ động. Nó có thể được truy cập theo từng bit, từng
byte, từng từ đơn (word) hay từ kép (double word) và được sử dụng làm miền lưu trữ
dữ liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thơng, lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoay
vịng thanh ghi, con trỏ địa chỉ…[1]
e) Xử lý chương trình
PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp. Mỗi vịng lặp được gọi là một vòng
quét (Scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng việc đọc dữ liệu từ các cổng vào cùng bộ
đệm ảo, tiếp theo giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vịng qt chương trình
thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh kết thúc. Sau giai đoạn thực hiện
chương trình là giai đoạn truyền thơng và kiểm tra lỗi, vịng qt được kết thúc bằng
giai đoạn chuyền các nội dung của bộ đệm ảo đến cổng ra. [1]
f) Cấu trúc chương trình
Chương trình trong S7-1200 được lưu trong bộ nhớ PLC ở vùng dành riêng cho
chương trình và có thể được lập với 2 dạng cấu trúc khác nhau:
• Lập trình có cấu trúc: Chương trình được chia thành những phần nhỏ và mỗi
phần thực thi những nhiệm vụ riêng biệt của nó, từng phần này nằm trong những
khối chương trình khác nhau. Loại hình cấu trúc này phù hợp với những bài tốn
điều khiển nhiểu nhiệm vụ và phức tạp. PLC S7-1200 có 3 loại khối cơ bản sau:
- Loại khối Organization Block: Khối tổ chức và quản lí chương tình điều
khiển. Khối này luôn được thực thi và luôn được quét trong mỗi chu kì quét.
- Loại khối chương trình con: Khối chương trình với những chức năng riêng
giống như một chương trình con hoặc một hàm (chương trình con có biến
hình thức). Một chương trình ứng dụng có nhiểu khối chương trình con và

7
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa

Người hướng dẫn:ThS. Võ Khánh Thoại


Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200

các khối chương trình con này được phân biệt với nhau bằng tên của chương
trình con đó.
• Lập trình tuyến tính: Tồn bộ chương trình nằm trong một khối bộ nhớ. Loại hình
cấu trúc tuyến tính này phù hợp với những bài tốn tự động nhỏ. Khơng phức
tạp. Khối được chọn phải là khối Organization Block mà PLC luôn quét và thực
hiện tổng các lệnh đó thường xuyên. Từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối và quay lại
lệnh đầu tiên.
-

Loại khối chương trình ngắt: Là khối chương trình đặc biệt có khả năng trao
đổi 1 lượng lớn với các khối chương trình khác. Chương trình sẽ được thực
thi mỗi khi có sự kiện ngắt xảy ra.

2.3.2 Giới thiệu về PLC S7-1200
a) Khái niệm chung PLC S7-1200
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7- 200.
So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:
• S7-1200 là một dịng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm sốt
nhiều ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh
làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với
S7-1200 -S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích
hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO). [1]

• Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương
trình điều khiển:
- Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC.
- Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình.
• S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP. Ngồi
ra có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232.
• Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic. Step7 Basic hỗ trợ ba
ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL. Phần mềm này được tích hợp trong
TIA Portal của Siemens. [1]
• Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này đã
bao gồm cả mơi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.

8
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa

Người hướng dẫn:ThS. Võ Khánh Thoại


Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200

Hình 2.1 Tổng quan PLC S7-1200
Chú thích:
1: Bộ phận kết nối nguồn.
2: - Các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau các nắp
che).
- Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên.
3: Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp.
4: Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU).
Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp
cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.

Chức năng

CPU 1211C

Kích thước vật lý
(mm)

CPU 1212C

90 x 100 x 75

CPU 1214C
110 x 100 x 75

Bộ nhớ người dùng:
-

Bộ nhớ làm việc

-

25 kB

-

50 kB

-

Bộ nhớ nạp


-

1 MB

-

2 MB
9

Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa

Người hướng dẫn:ThS. Võ Khánh Thoại


Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200

-

Bộ nhớ giữ lại

-

2 kB

-

2 kB

I/O tích hợp cục bộ

-

Kiểu số

-

Kiểu tương tự

- 6 ngõ vào/4 ngõ ra - 8 ngõ vào / 6 ngõ ra - 14 ngõ vào / 10
ngõ ra
- 2 ngõ ra
- 2 ngõ ra
- 2 ngõ ra

Kích thước ảnh tiến 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)
trình
Bộ nhớ bit (M)
Độ mở rộng
Module tín hiệu
Bảng tín hiệu

4096 byte
các

8192 byte

Khơng

2


8

1

Các Module truyền 3 (mở rộng về bên trái)
thông
Các bộ đếm tốc độ cao 3
-

Đơn pha
Vuông pha

4
-

3 tại 100kHz
3 tại 80kHz

6
-

3 tại 100kHz
1 tại 30kHz
3 tại 80kHz
1 tại 20kHz

Các ngõ ra xung

2


Thẻ nhớ

Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)

-

3 tại 100kHz
3 tại 30kHz
3 tại 80kHz
3 tại 20kHz

Thời gian lưu trữ đồng Thơng thường 10 ngày/ít nhất 6 ngày tại 400C
hồ real time
PROFINET

1 cổng truyền thông Ethernet

Tốc độ thực thi tính 18 µs/lệnh
tốn thực

Bảng 2. 1. Bảng phân loại chức năng của các dòng PLC S7-1200

10
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa

Người hướng dẫn:ThS. Võ Khánh Thoại


Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200


Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để mở
rộng dung lượng của CPU. Người dùng cịn có thể lắp đặt thêm các module truyền thông
để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác.
Module
Module

Kiểu số

Chỉ ngõ vào

Chỉ ngõ ra

Kết hợp I/O

8 x DC In

8 x DC Out

8 x DC In / 8 x DC Out

8 x Delay Out

8 x DC In / 8 x Relay Out

16 x DC Out

16 x DC In / 16 x DC Out

tín hiệu
(SM)

16 x DC In

16 x Relay Out
Kiểu

4 x Analog In

2 x Analog Out

tương tự 8 x Analog In

4 x Analog Out

Bảng tín Kiểu số hiệu
Kiểu
(SB)
tương tự

16 x DC In / 16 x Relay
Out
4 x Analog In / 2 x Analog
Out

-

2 x DC In / 2 x DC Out

1 x Analog In

-


Module truyền thơng (CM)
• RS 485
• RS 232

Bảng 2. 2. Bảng các Module hỗ trợ PLC S7-1200
b) Các bảng tín hiệu
Một bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU. Người dùng
có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự. SB kết nối vào phía trước của
CPU.
• SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC)
• SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự.

11
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa

Người hướng dẫn:ThS. Võ Khánh Thoại


Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200

Hình 2.2 Bảng tín hiệu của PLC S7-1200
Chú thích:
1. Các LED trạng thái.
2. Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra.
c) Các module tín hiệu.
Người dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chức năng.
Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU.

Hình 2.3 Các Module tín hiệu PLC S7-1200


12
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa

Người hướng dẫn:ThS. Võ Khánh Thoại


Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200

Chú thích:
1. Các LED trạng thái dành cho I/O của module tín hiệu.
2. Bộ phận kết nối đường dẫn.
3. Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra.
d) Các module truyền thông.
Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thơng (CM) dành cho các tính năng bổ
sung vào hệ thống. Có 2 module truyền thơng: RS232 và RS485.
• CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thơng.
• Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một CM
khác).

Hình 2.4 Các Module truyền thơng PLC S7-1200
Chú thích:
1. Các LED trạng thái dành cho module truyền thông.
2. Bộ phận kết nối truyền thông.
2.4 Giới thiệu chung về Arduino.
2.4.1 Giới thiệu chung về Arduino
Arduino thực sự đã gây sóng gió trên thị trường người dùng DIY (là những người
tự sáng chế ra sản phẩm của mình) trên tồn thế giới trong vài năm gần đây, gần giống
với những gì mà Apple đã làm được trên thị trương thiết bị di động. Số lượng người
dùng cực kì lớn và đa dạng với trình độ trải rộng từ bậc phổ thông đến bậc đại học đã

làm cho ngay cả những người sáng tạo ra cũng phải ngạc nhiên về mức độ phổ biến.
Arduino thực ra là một bo mạch vi xử lí được dùng để tương tác với các thiết bị
phần cứng như cảm biến, động cơ, đèn hay các thiết bị khác. Đặc điểm nổi bật của
13
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa

Người hướng dẫn:ThS. Võ Khánh Thoại


Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200

Arduino là môi trường phát triển ứng dựng cực kì dễ sử dụng. Với ngơn ngữ lập trình
có thể học nhanh chóng ngay cả khi người học ít hiểu biết về điện tử và lập trình. Và
điều làm nên Arduino chính là mức giá rất thấp và tính chất nguồn mở từ cứng tới mềm.
Chỉ với khoảng $30, người dùng đã có thể sở hữu một board Arduino có 6 chân đầu vào
analog, 14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau.
Một hệ thống Arduino có thể cung cấp cho bạn rất nhiều sự tương tác với mơi trường
xung quanh với:
• Hệ thống cảm biến đa dạng về chủng loại (đo đạc nhiệt độ, độ ẩm, gia tốc, vận
tốc, cường độ ánh sáng, màu sắc vật thể, lưu lượng nước, phát hiện chuyển động,
phát hiện kim loại, khí độc…).
• Các thiết bị hiển thị (màn hình LCD, đèn LED).
• Các module chức năng (shield) hỗ trợ kêt nối có dây với các thiết bị khác hoặc
các kết nối không dây thông dụng (3G, GPRS, Wifi, Bluetooth, 315/433Mhz,
2.4Ghz…). Định vị GPS, nhắn tin SMS, và nhiều thứ thú vị khác.
2.4.2 Giới thiệu chung về Arduino Uno R3.
Arduino là một hệ thống nhúng khép kín với các thiết bị ngoại vi, bộ xử lý và bộ
nhớ. Ngày nay, phần lớn hệ thống nhúng được lập trình để ứng dụng trong các thiết bị
điện tử tiêu dùng, bao gồm cả máy móc, điện thoại, thiết bị ngoại vi, xe hơi, đồ dùng
điện lạnh trong gia đình… Do đó, cịn có tên gọi khác là “Bộ điều khiển nhúng”.

Nhắc tới dịng mạch Arduino dùng để lập trình, cái đầu tiên mà người ta thường nói
tới chính là dòng Arduino UNO. Hiện dòng mạch này đã phát triển tới thế hệ thứ 3 (R3).

Hình 2.5 ARDUINO UNO R3
14
Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa

Người hướng dẫn:ThS. Võ Khánh Thoại