(Đồ án tốt nghiệp) ỨNG DỤNG PLC s7 1200 điều KHIỂN mô HÌNH PHÂN LOẠI sản PHẨM THEO TRỌNG LƢỢNG

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.73 MB, 81 trang )

2022
ỨNG DỤNG PLC S7-1200 PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO TRỌNG LƢỢNG
LƢƠNG TRUNG NAM

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

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

ỨNG DỤNG PLC S7-1200 ĐIỀU KHIỂN
MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
THEO TRỌNG LƢỢNG
Ngƣời hƣớng dẫn : ThS. Võ Khánh Thoại
Sinh viên thực hiện : Lƣơng Trung Nam
Mã sinh viên
: 1811505520233
Lớp
: 18TDH2

Đà Nẵng, 6/2022

TIEU LUAN MOI download :

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN
VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG PLC S7-1200 ĐIỀU KHIỂN
MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
THEO TRỌNG LƢỢNG

Ngƣời hƣớng dẫn : ThS. Võ Khánh Thoại
Sinh viên thực hiện : Lƣơng Trung Nam
Mã sinh viên
: 1811505520233
Lớp
: 18TDH2

Đà Nẵng, 6/2022

TIEU LUAN MOI download :

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................

...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
..............................................................................................................................................

TIEU LUAN MOI download :

NHẬN XÉT CỦA DOANH NGHIỆP
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................

...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................

TIEU LUAN MOI download :

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................

giúp đảm bảo các tiêu chí thành phẩm, đảm bảo độ đồng đều về hình dáng, màu sắc,
trọng lƣợng trƣớc khi đƣợc đóng gói hoặc các tiêu chí phân loại theo thơng tin và múc
đích sử dụng nào đó của nhà sản xuất, dịch vụ. Sản phẩm đƣợc phân loại có thể đƣợc
chuyển sang dây truyền đóng gói tự động hoặc lƣu/xuất kho. Hệ thống phân loại tự động
đã và đang là hình thức mà các đơn vị sản xuất, dịch vụ thƣơng mại điện tử, giao nhận
hƣớng tới trong thời đại công nghệ số hiện nay.
2.
-

Mục đích thực hiện đề tài
Nâng cao hiêu quả công việc.
Giảm bớt sức ngƣời và giảm một khoản chi phí nhân cơng.
Độ chính xác và an tồn cao.

3. Mục tiêu đề tài
Hệ thống phân loại sản phẩm theo trọng lƣợng là một hệ thống điều khiển thông
minh, tự động nhờ sử dụng bộ điều khiển PLC S7-1200 nhằm hạn chế tối đa không gian,
giảm sức ngƣời,... Đƣa khoa học công nghệ tự động vào giải quyết các bài toán nhƣ nhu
cầu thực tế. Đối tƣợng em nghiên cứu ở đây là việc phân loại sản phâm theo trọng lƣợng
trong quá trình sản xuất và điều khiển bằng màn hình HMI. Mọi việc đều đƣợc tự động
hóa nên ngồi phần lắp đặt về cơ khí, điện em đi sau vào trình chƣơng trình điều khiển
sao cho hệ thống ln luôn đƣợc cân bằng và hoạt động ổn định nhất.
4. Phạm vi, đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu
- Phạm vi: Nghiên cứu, tính tốn, thiết kế, chế tạo hệ thống ứng dụng PLC S7-1200
điều khiển mơ hình phân loại sản phẩm theo trọng lƣợng. Hệ thống bao gồm
những thành phần chính nhƣ: băng tải, điều khiển động cơ Servos, xử lí tín hiệu
Analogs, truyền thơng HMI và PLC.

TIEU LUAN MOI download :

-

Đối tƣợng nghiên cứu: Hệ thống phân loại sản phẩm tự động theo trọng lƣợng của
vật. Vật có các trọng lƣợng khác nhau, từ đó tìm ra cách phân loại chúng. Hệ

-

thống điều khiển bởi bộ điều khiển PLC S7-1200. Nghiên cứu đặc điểm và lập
trình điều khiển hệ thống.
Phƣơng pháp nghiên cứu: tìm hiểu quy trình vận hành các hệ thống đã có trong
thực tế. Tài liệu về điều khiển tự động hóa, các thiết bị linh kiện sử dụng.

5. Cấu trúc đồ án tốt nghiệp
Chƣơng 1: Tổng quan về đề tài
Chƣơng 2: Tổng quan về PLC Siemens S7-1200 và HMI
Chƣơng 3: Thiết kế và thi công hệ thống
Chƣơng 4: Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát
Chƣơng 5: Thi cơng mơ hình phân loại sản phẩm sử dụng S7-1200
KẾT LUẬN

TIEU LUAN MOI download :

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại

Sinh viên thực hiện:
Lƣơng Trung Nam Mã SV: 1811505520233
1. Tên đề tài:
“Ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển mơ hình phân loại sản phẩm theo trọng lượng”.
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
- Trần Văn Hiếu, “Tự Động Hóa PLC S7 – 1200 Với TIA Portal”, năm 2019, nhà
xuất bản khoa học - kỹ thuật.
- Lê Chí Kiên, “Giáo trình Đo lƣờng cảm biến”, năm 2013, nhà xuất bản Đại Học
Quốc Gia TP. Hị Chí Minh.
3. Nội dung chính của đồ án:
Chƣơng 1: Tổng quan về các loại băng chuyền trong công nghiệp.
Chƣơng 2: Tổng quan về PLC S7-1200 và HMI.
Chƣơng 3: Thiết kế chƣơng trình điều khiển.
Chƣơng 4: Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát.
Chƣơng 5: Thi cơng mơ hình phân loại sản phẩm sử dụng PLC S7-1200.
4. Các sản phẩm dự kiến
- Mơ hình phân loại sản phẩm theo trọng lƣợng, điều khiển và giám sát qua HMI.
5. Ngày giao đồ án: 21/02/2022
6. Ngày nộp đồ án: 30/05/2022
Đà Nẵng, ngày
Trƣởng Bộ môn

tháng

năm 2022

Ngƣời hƣớng dẫn

ThS. Võ Khánh Thoại

TIEU LUAN MOI download :

LỜI NĨI ĐẦU
Phân loại sản phẩm là một bài tốn đã và đang đƣợc ứng dụng rất nhiều trong công
nghiệp hiện nay. Dùng sức ngƣời, công việc này đỏi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp đi
lặp lại, nên các cơng nhân khó đảm bảo đƣợc sự chính xác trong cơng việc. Chƣa kể đến
có những phân loại dựa trên các chi tiết kỹ thuật rất nhỏ mà mắt thƣờng khó có thể nhận
ra. Điều đó sẽ ảnh hƣởng trực tiếp tới chất lƣợng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất. Vì
vậy, hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời là một sự phát triển tất yếu
nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này.
Sau khi tham quan gián tiếp trên mạng dây chuyền phân loại lốp xe của Intech Group
em nhận thấy cơng nghệ điều khiển tự động hóa đƣợc áp dụng chiếm khoảng 80-90%.
Giảm đƣợc một lƣợng lớn nhân công, đồng thời sự chính xác gần nhƣ hồn hảo trong quá
trình làm việc đã mang tới năng suất rất cao cho nhà máy cũng nhƣ tập đồn Intech. Khi
cơng nhân đƣa lốp xe lên hệ thống đang hoạt động, thì cảm biến loadcell nhận đƣợc tín
hiệu và xuất ra màn hình, đồng thời di chuyển trên băng truyền đến một vị trí đã đƣợc
tính tốn sẵn thì cảm biến sẽ phát hiện vật và phân loại theo khối lƣợng đã đƣợc hiệu
chỉnh ở cảm biến loadcell. Nhờ vậy ta có thể dễ dàng phân loại từng sản phẩm theo khối
lƣợng một cách chính xác nhất. Thơng qua hệ thống đếm tự động cho đến khi đủ số
lƣợng quy định thì hệ thống sẽ tự động dừng một khoảng thời gian để đóng gói sản phẩm.
Hệ thống hoạt động cho đến khi có lệnh dừng. Ngƣời cơng nhân chỉ việc tới lấy hộp xếp
lên xe đẩy và đƣa vào kho hàng. Hoạt động phân loại tự động có điểm mạnh là năng suất
và tính chính xác cao, cần ít sức ngƣời mà vẫn đạt hiểu quả nên có thể cạnh tranh về giá
cũng nhƣ chất lƣợng trên thị trƣờng. Bên cạnh đó khơng phải doanh nghiệp vừa và nhỏ
nịa của nƣơc ta cũng đầu tƣ số tiền rất lớn để mua một hệ thống tự động hóa hồn chỉnh
nhƣ nƣớc ngồi. Đó là ý tƣởng để em thực hiện đề tài “Phân loại sản phẩm theo khối
lƣợng”.
Là sinh viên ngành Tự động hóa, việc trang bị cho mình những kiến thức về ứng
dụng các thiết bị và phần mềm là một điều cần thiết. Và Đồ án tốt nghiệp là một công cụ

hữu hiệu để em bổ sung, mở rộng, và tổng kết kiến thức căn bản về điện tự động hóa.
Mặc dù vậy, với vị trí là một sinh viên còn đang ngồi trên ghế nhà trƣờng, với kiến thức
và kinh nghiệm thực tế chƣa nhiều chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em
rất mong nhận đƣợc nhiều ý kiến góp ý của q thầy cơ trong hội đồng để em có thêm
những kiến thức quý báu.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy ThS.Võ Khánh Thoại, ngƣời đã tận tình
hƣớng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn!
i

TIEU LUAN MOI download :

CAM ĐOAN
Em xin cam đoan rằng đề tài:”Ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển mơ hình phân loại
sản phẩm theo trọng lƣợng” đƣợc tiến hành một cách minh bạch, công khai. Mọi thứ
đƣợc dựa trên sự cố gắng tìm hiểu của bản thân và sự hƣớng dẫn tận tình từ thầy Võ
Khánh Thoại.
Các kết quả đƣợc đƣa ra trong đề tài này là trung thực và những phần có sử dụng tài
liệu tham khảo trong đồ án có nguồn gốc rõ ràng. Nếu nhƣu phát hiện rằng khơng có sự
trung thực, minh bạch trong q trình sử dụng thơng tin và kết quả đề tài thì em chịu
hồn tồn trách nhiệm
Sinh viên thực hiện

Lƣơng Trung Nam

ii

TIEU LUAN MOI download :

MỤC LỤC
TÓM TẮT .......................................................................................................................
LỜI NÓI ĐẦU................................................................................................................i
CAM ĐOAN ................................................................................................................ ii
MỤC LỤC ................................................................................................................... iii
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ ..................................................................... vii
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT........................................................x
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................1
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .........................................................................2
1.1. Khái niệm hệ thống phân loại sản phẩm ............................................................2
1.1.1. Khái niệm chung .........................................................................................2
1.1.2. Phân loại các hệ thống phân loại sản phẩm.................................................2
1.2. Hệ thống phân loại sản phẩm theo trọng lƣợng .................................................4
1.2.1. Các vấn đề đặt ra .........................................................................................4
1.2.1.1. Mục tiêu ................................................................................................4
1.2.1.2. Các yêu cầu cần thiết ............................................................................4
1.2.1.3. Giới hạn đề tài ......................................................................................5
1.2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................5
1.2.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống ..............................................................5
1.2.4. Ý nghĩa và ứng dụng của hệ thống ..............................................................6
1.2.4.1. Ý nghĩa .................................................................................................6
1.2.4.2. Ứng dụng ..............................................................................................6
Chƣơng 2: TỔNG QUAN VỀ PLC SIEMENS S7-1200 VÀ HMI ..............................7
2.1. Tổng quan về PLC ..............................................................................................7
2.1.1. Khái niệm về PLC .......................................................................................7
2.1.2. Cấu trúc .......................................................................................................8
2.1.3. Nguyên lý hoạt động ...................................................................................9
iii

TIEU LUAN MOI download :

2.1.4. Phân loại PLC..............................................................................................9
2.1.4.1. Theo hình dạng .....................................................................................9
2.1.4.2. Về số lƣợng các đầu vào ra ..................................................................9
2.1.5. Ƣu nhƣợc điểm của PLC .............................................................................9
2.1.5.1. Ƣu điểm ................................................................................................9
2.1.5.2. Nhƣợc điểm ........................................................................................10
2.1.6. Ứng dụng của PLC ....................................................................................10
2.2. Giới thiệu PLC Siemens s7 - 1200 ...................................................................10
2.2.1. Giới thiệu chung ........................................................................................10
2.2.1.1. Tổng quan ...........................................................................................10
2.2.1.2. Đặc điểm kỹ thuật dòng CPU S7-1200 ..............................................12
2.2.2. Cấu trúc .....................................................................................................12
2.2.2.1. Cấu trúc phần cứng.............................................................................12
2.2.2.2. Cấu trúc bộ nhớ ..................................................................................13
2.3. Màn hình HMI ..................................................................................................15
2.3.1. Định nghĩa .................................................................................................15
2.3.2. Ƣu điểm .....................................................................................................16
2.3.3. Phân loại ....................................................................................................16
2.3.4. Cấu tạo .......................................................................................................16
2.3.5. Ứng dụng ...................................................................................................16
Chƣơng 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................18
3.1. Giới thiệu thiết bị đƣợc sử dụng trong hệ thống ..............................................18
3.1.1. PLC Siemens S7 – 1200 ............................................................................18
3.1.2. Động cơ DC ............................................................................................... 19
3.1.3. Động cơ servo MG90S ..............................................................................19
3.1.4. Cảm biến khoảng cách NPN E3F-DS30C4 ..............................................20
3.1.5. Cảm biến trọng lƣợng (Loadcell) ..............................................................21

3.1.5.1. Cấu tạo ................................................................................................ 21
3.1.5.2. Nguyên lý hoạt động ..........................................................................21
iv

TIEU LUAN MOI download :

3.1.5.3. Phân loại .............................................................................................22
3.1.6. Màn hình HMI Weintek MT8070ie ..........................................................22
3.1.7. Động cơ Servo MG995 .............................................................................23
3.1.8. Mạch khuếch đại LoadCell JY S60 ...........................................................24
3.1.9. Mạch băm xung cách ly TLP 251 .............................................................25
3.1.10. Nút nhấn ..................................................................................................25
3.2. Thiết kế hệ thống ..............................................................................................26
3.2.1. Sơ đồ khối hệ thống...................................................................................26
3.2.2. Lƣu đồ thuật toán ......................................................................................28
3.2.3. Giản đồ thời gian .......................................................................................29
3.2.4. Bảng phân công đầu vào đầu ra ................................................................ 29
3.2.5. Thiết kế mơ hình .......................................................................................30
3.2.6. Sơ đồ đấu dây hệ thống .............................................................................32
3.2.7. Phƣơng pháp điều khiển động cơ Servo....................................................32
3.2.8. Giao thức Ethernet.....................................................................................33
3.2.8.1. Giới thiệu ............................................................................................33
3.2.8.2. Truyền dữ liệu qua Ethernet ............................................................... 34
3.2.8.3. Tính năng ............................................................................................34
Chƣơng 4: THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT ........................35
4.1. Viết chƣơng trình cho HMI ..............................................................................35
4.1.1. Cấu hình ....................................................................................................35
4.1.2. Thiết kế giao diện ......................................................................................36
4.1.2.1. Lấy tag từ PLC ...................................................................................36

4.1.2.2. Tạo nút nhấn .......................................................................................37
4.1.2.3. Đèn báo động cơ.................................................................................39
4.1.2.4. Đèn báo cảm biến hồng ngoại ............................................................40
4.1.2.5. Hiển thị giá trị khối lƣợng ..................................................................41
4.1.2.6. Hiển thị khoảng khối lƣợng phân loại ................................................42
4.1.2.7. Tạo Function Key ...............................................................................43
v

TIEU LUAN MOI download :

4.1.3. Giao diện hồn thiện .................................................................................44
4.2. Viết chƣơng trình cho PLC S7-1200 ................................................................ 44
4.2.1. Khởi động chƣơng trình ............................................................................44
4.2.2. Điều khiển động cơ Servo .........................................................................45
4.2.2.1. Xuất xung PWM.................................................................................45
4.2.2.2. Code điều khiển ..................................................................................46
4.2.3. Xử lí tín hiệu analog ..................................................................................47
4.2.4. Hoạt động của mơ hình .............................................................................48
Chƣơng 5: THI CƠNG MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM SỬ DỤNG S7-1200 54
5.1. Thi công hệ thống .............................................................................................54
KẾT LUẬN .................................................................................................................57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................
PHỤ LỤC ........................................................................................................................

vi

TIEU LUAN MOI download :

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
Bảng 3.1 Đầu ra đầu vào của PLC S7-1200............................................................... 29
Bảng 4.1 Tín hiệu vào ................................................................................................ 37
Bảng 4.2 Tín hiệu ra ...................................................................................................39
Bảng 4.3 Cảm biến ..................................................................................................... 40
Bảng 4.4 Giá trị offset để hiển thị ra màn hình HMI .................................................41
Bảng 4.5 Giá trị offset để hiển thị và nhập giá trị ......................................................42
Hình 1.1 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc ...................................................2
Hình 1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao .................................................3
Hình 1.3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng ................................................3
Hình 2.1 Hệ điều khiển bằng relay và bằng PLC ..........................................................7
Hình 2.2 Cấu trúc chính của bộ điều khiển lập trình PLC ............................................8
Hình 2.3 Bộ điều khiển lập trình PLC S7 – 1200 .......................................................10
Hình 2.4 Bộ điều khiển lập trình CPU S7 – 1200, 1211C, DC/DC/DC .....................11
Hình 2.5 Cấu trúc phần cứng của CPU S7-1200.........................................................13
Hình 2.6 Sơ đồ khối vào ra và đấu nối PLC S7-1200 1211C DC/DC/DC .................13
Hình 2.7 Màn hình MHI ..............................................................................................15
Hình 3.1 PLC Siemens S7-1200c DC/DC/DC ............................................................18
Hình 3.2 Sơ đồ khối vào/ra CPU 1211c DC/DC/DC ..................................................18
Hình 3.3 Động cơ DC JBG37 – 520 12V...................................................................19
Hình 3.4 Động cơ servo MG90S .................................................................................20
Hình 3.5 Cảm biến khoảng cách NPN E3F-DS30C4 .................................................20
Hình 3.6 Cảm biến loadcell .........................................................................................21
Hình 3.7 Cấu tạo của loadcell .....................................................................................21
Hình 3.8 Màn hình HMI Weintek8070ie ....................................................................22
Hình 3.9 Động cơ servo MG995 .................................................................................23
Hình 3.10 Mạch khuếch đại JY S60 ............................................................................24
Hình 3.11 Cách đấu dây ..............................................................................................24
Hình 3.12 Mạch băm xung cách ly TLP251 và sơ đồ đấu dây ...................................25
Hình 3.13 Nút nhấn .....................................................................................................26

vii

TIEU LUAN MOI download :

Hình 3.14 Sơ đồ khối của hệ thống .............................................................................27
Hình 3.15 Lƣu đồ thuật tốn .......................................................................................28
Hình 3.16 Giản đồ thời gian ........................................................................................29
Hình 3.17 Mơ hình thiết kế vẽ từ AutoCAD ............................................................... 30
Hình 3.18 Hình ảnh thực tế sau khi lắp ráp .................................................................31
Hình 3.19 Sơ đồ đi dây ................................................................................................ 32
Hình 3.20 Tín hiệu điều khiển động cơ RC Servo ......................................................32
Hình 3.21 Mạng Ethernet ............................................................................................33
Hình 3.22 Cổng kết nối Ethernet .................................................................................33
Hình 4.1 Màn hình làm việc của phần mềm EBPro ....................................................35
Hình 4.2 Cấu hình PLC trên HMI ...............................................................................35
Hình 4.3 Cách lấy tag từ PLC .....................................................................................37
Hình 4.4 Tạo nút nhấn trên HMI .................................................................................38
Hình 4.5 Hình ảnh giao diện .......................................................................................38
Hình 4.6 Đọc dữ liệu từ PLC ......................................................................................39
Hình 4.7 Hình ảnh giao diện .......................................................................................40
Hình 4.8 Đọc dữ liệu từ PLC ......................................................................................40
Hình 4.9 Giao diện hiển thị .........................................................................................41
Hình 4.10 Đọc dữ liệu từ PLC ....................................................................................41
Hình 4.11 Tƣơng tác với vùng nhớ thanh ghi đọc – ghi .............................................42
Hình 4.12 Nút nhấn Function ......................................................................................43
Hình 4.13 Giao diện nút nhấn Function ......................................................................43
Hình 4.14 Giao diện sau khi hồn thành .....................................................................44
Hình 4.15 Cho phép xuất xung PWM .........................................................................45
Hình 4.16 Cho phép xuất xung....................................................................................46

Hình 4.17 Chọn chu kỳ xung và đầu ra PLC ..............................................................46
Hình 4.18 Ứng dụng hàm NORM_X và SCALE_X xử lí góc quay của Servos ........47
Hình 4.19 Xử lí tín hiệu analog ...................................................................................47
Hình 4.20 Bỏ chọn optomized block access ............................................................... 48
viii

TIEU LUAN MOI download :

Hình 4.21 Khơi động và dừng chƣơng trình ............................................................... 45
Hình 4.22 Hoạt động từ khi có vật và kết thúc quá trình 1 .........................................49
Hình 4.23 TH1 hoạt động ............................................................................................50
Hình 4.24 TH2 hoạt động ............................................................................................51
Hình 4.25 TH3 hoạt động ............................................................................................52
Hình 4.26 Reset bộ đếm ..............................................................................................52
Hình 4.27 Dừng khẩn khấp .........................................................................................53
Hình 5.1 Lắp ráp băng chuyền ....................................................................................54
Hình 5.2 Xử lí mạch JY-S60 và TLP251 ....................................................................55
Hình 5.3 Test tín hiệu cảm biến và code động cơ Servo .............................................55
Hình 5.4 Mơ hình sau khi hoàn thành .........................................................................56

ix

TIEU LUAN MOI download :

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

CHỮ VIẾT TẮT:
PLC: Programmable Logic Controller

HMI: Human Machine Interface
RAM: Random Access Memory
EPROM: Erasable Programmable Read Only Memory
EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory
TCP: Transmission Control Protocol
CPU: Central Processing Unit
OSI: Human Machine Interface

x

TIEU LUAN MOI download :

ỨNG DỤNG PLC S7-1200 PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO TRỌNG LƯỢNG

MỞ ĐẦU

1. Mục đích thực hiện đề tài
 Nghiên cứu để phát triển hệ thống phân loại sản phẩm theo trọng lƣợng đƣợc
điều khiển trên HMI.
 Hạn chế tối đa sức ngƣời trong quá trình vận chuyển và phân loại một cách
chính xác nhất.
 Lắp đặt và bảo hành một cách thuận lợi
2. Mục tiêu đề tài
 Xây dựng mô hình phân loại sản phẩm kiểu mới phục vụ đời sống con ngƣời.
 Xây dựng sơ đồ thuật toán cho hệ thống phân loại.
 Điều khiển các động cơ cũng nhƣ cảm biến một cách tốt nhất.
 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm chứng minh tính hiệu quả của phƣơng
pháp đề xuất.
3. Phạm vi và đối tƣợng nghiên cứu

 Các hệ thống phân loại sản phẩm.
 Mơ hình thuật toán cho hệ thống phân loại.
 Cảm biến loadcell và Analogs Input của PLC S7-1200
 Điều khiển động cơ Servo
 Lập trình màn hình HMI Weintek
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
 Tìm tài liệu và các cơng trình nghiên cứu trƣớc đó, kết hợp với các kiến thức
đã học để xây dựng mơ hình thực nghiệm
5. Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp
Chƣơng 1: Tổng quan về đề tài
Chƣơng 2: Tổng quan về PLC Siemens S7-1200 và HMI
Chƣơng 3: Thiết kế và thi công hệ thống
Chƣơng 4: Thiết kế giao diện điều khiển và giám sát
Chƣơng 5: Thi cơng mơ hình phân loại sản phẩm sử dụng S7-1200

Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam

Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại

TIEU LUAN MOI download :

1

ỨNG DỤNG PLC S7-1200 PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO TRỌNG LƯỢNG

Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1. Khái niệm hệ thống phân loại sản phẩm
1.1.1. Khái niệm chung

Hiện nay công việc phân loại và đếm sản phẩm là một công việc lặp đi lặp lại nên
không thể tránh đƣợc sự nhàm chán trong công việc. Công việc phân loại và đếm gạch
men, các loại trái cây nhƣ dừa, bƣởi, các thùng hàng…là một công việc mất khá nhiều
thời gian và dễ gây sự nhầm lẫn. Ngày nay để nâng cao năng suất lao động, nâng cao chất
lƣợng và ổn định chất lƣợng sản phẩm, ngƣời ta đã đƣa vào các thiết bị sản xuất trong
công nghiệp với hệ thống điều khiển tự động từng phần hoặc tồn bộ q trình sản xuất.
Hệ thống phân loại sản phẩm là một hệ thống do con ngƣời tạo nên. Do vậy, nó phục
vụ mục đích và nhu cầu cho ngƣời sử dụng. Dựa vào những đặc điểm, tính năng khác
nhau mà sẽ có những hệ thống khác nhau. Từ đó tăng năng suất sản suất, giảm tổn hao
công sức của ngƣời.
1.1.2. Phân loại các hệ thống phân loại sản phẩm
Tùy vào độ phức tạp yêu cầu của từng sản phẩm mà ta có thể đƣa ra những phƣơng
pháp phân loại sản phẩm khác nhau. Hiện nay có một số phƣơng pháp phân loại sản
phẩm đƣợc ứng dụng rất nhiều trong đời sống nhƣ:
 Phân loại sản phẩm theo màu sắc:

Hình 1.1 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc
Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều hoạt động,
truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai. Xylanh piston sẽ đẩy sản phẩm
ra băng chuyền. Trên băng chuyền sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sản phẩm có màu
sắc khác nhau. Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý
sau đó PLC đƣa ra tín hiệu về van đảo chiều tác động điều khiển piston đẩy từng sản
phẩm có màu sắc khác nhau vào nơi chứa riêng biệt.

Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam

Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại

TIEU LUAN MOI download :

2

ỨNG DỤNG PLC S7-1200 PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO TRỌNG LƯỢNG

Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc đƣợc ứng dụng rất nhiều trong các dây
chuyền sản xuất Gạch, Ngói, Đá Granite, trong các dây chuyền phân loại các sản phẩm
nhựa hay trong chế biến Nông sản (nhƣ Cà Phê, Gạo)…
 Phân loại sản phẩm theo chiều cao:

Hình 1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao
Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều thứ nhất hoạt
động, truyền chuyển động cho băng chuyền thứ nhất thông qua dây đai. Trên băng chuyền
này sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sản phẩm có chiều cao khác nhau. Khi sản phẩm
đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đƣa ra tín hiệu về
van đảo chiều tác động điều khiển piston đẩy sản phẩm cao và trung bình vào khay chứa
tƣơng ứng, sản phẩm thấp sẽ đƣợc đi đến hết băng chuyền và đƣợc phân loại vào hộp chứa
nằm trên băng chuyền thứ hai. Sau đó động cơ một chiều thứ hai truyền chuyển động cho
băng chuyền thứ hai vận chuyển hộp chứa sản phẩm thấp về vị trí tƣơng ứng.
Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao đƣợc ứng dụng rất nhiều trong các
ngành công nghiệp:
 Ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói.
 Ứng dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm nhƣ bánh kẹo, hoa quả…
 Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất bia, nƣớc giải khát.
 Phân loại sản phẩm theo hình dạng:

Hình 1.3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam

Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại

TIEU LUAN MOI download :

3

ỨNG DỤNG PLC S7-1200 PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO TRỌNG LƯỢNG

Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều hoạt động,
truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai. Trên băng chuyền sẽ thiết kế
cảm biến thị giác Camera nhận dạng sản phẩm. Khi sản phẩm đi qua, Cảm biến thị giác
nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đƣa ra tín hiệu điều khiển động cơ
bƣớc gạt từng sản phẩm có hình dạng khác nhau vào nơi chứa riêngbiệt.
Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng đƣợc ứng dụng trong rất nhiềuvbngành
công nghiệp:
 Ứng dụng trong công nghiệp kiểm tra và phân loại sản phẩm có hình dáng
 khác nhau nhƣ: Gạch, Ngói, thực phẩm tiêu dùng…
 Ứng dụng trong kiểm tra và phân loại Nông Sản.
 Ứng dụng kết hợp với Robot thông minh.
Nhƣ vậy, ngoài ba loại hệ thống phân loại sản phẩm trên, chúng ta cịn thấy có hệ
thống phân loại sản phẩm khác theo đặc tính của sản phẩm. Ví dụ nhƣ phân loại sản
phẩm theo trọng lƣợng, kích thƣớc... Hầu hết cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chúng
khá tƣơng tự nhau, chỉ khác nhau ở bộ phận đẩy sản phẩm phân loại (có thể là xylanh
piston, động cơ bƣớc hoặc động cơ servo) và bộ phận nhận dạng sản phẩm (có thể là các
loại cảm biến nhƣ màu sắc, cảm biến quang thu phát, cảm biến phát hiện kim loại, hay
camera phát hiện hình dạng vật thể).

1.2. Hệ thống phân loại sản phẩm theo trọng lƣợng
Cũng nhƣ các hệ thống phân loại sản phẩm trên, nhiệm vụ chính của hệ thống phân
loại sản phẩm theo khôi lƣợng là phân loại và đếm chính xác các sản phẩm đƣợc đƣa vào

băng chuyền. Ở hệ thống này bộ phận nhận dạng sản phẩm sẽ là cảm biến khối lƣợng
(loadcell); bộ phận đẩy sản phẩm là động cơ servo “MG995” để đẩy sản phẩm vào băng
chuyền và “MG90S” để phân loại sản phẩm.
1.2.1. Các vấn đề đặt ra
1.2.1.1. Mục tiêu
 Muc tiêu đề tài đặt ra là nghiên cứu chế tạo Hệ thống phân loại sản phẩm theo trọng
lƣợng có thể phân loại và đếm chính xác với ba mức khối lƣợng khác nhau.
 Điều khiển đƣợc động cơ và hệ thống hoạt động dựa vào lập trình và điều khiển PLC.
 Sản phẩm hoạt thiện có thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt, bảo trì, sửa chữa.
1.2.1.2. Các yêu cầu cần thiết
 Về cơ khí: Phân tích tính tốn và lựa chọn vật liệu, thông số kỹ thuật của các chi tiết
sao cho thõa mãn mục tiêu đề tài: Nhỏ, gọn, nhẹ bền, có tính thẩm mỹ cao, dễ dàng
lắp đặt và sửa chữa.
 Vấn dề điểu khiển: Điều khiển hoàn toàn tự động và hiển thị kết quả ra màn hình
HMI.
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam

Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại

TIEU LUAN MOI download :

4

ỨNG DỤNG PLC S7-1200 PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO TRỌNG LƯỢNG

1.2.1.3. Giới hạn đề tài
Hệ thống phân loại sản phẩm là một đề tài đã đƣợc nghiên cứu và phát triển từ lâu.
Hiện nay trong các nhà máy, xí nghiệp đã có rất nhiều hệ thống hồn thiện cả về chất
lƣợng và thẩm mỹ. Tuy nhiên, trong phạm vi một đồ án môn học, với những giới hạn về

kiến thức, thời gian và kinh phí đề tài đƣợc giới hạn với những tính năng sau:
 Kích thƣớc: 849,97x467,81mm
 Hệ thống điều khiển: Sử dụng PLC S7-1200 để đọc tín hiệu Analog đƣợc gửi từ cảm
biến khối lƣợng, nhận tín hiệu từ các nút nhấn, cảm biến và truyền dữ liệu đến các
động cơ cũng nhƣ màn hình HMI để điều khiển mơ hình.
 Cơ cấu đẩy: Động cơ Servo MG90S.
 Động cơ truyền động: Động cơ điện một chiều.
 Khối nguồn hệ thống: Nguồn điện một chiều 24V.
 Hệ thống dẫn động: Băng chuyền
1.2.2. Phương pháp nghiên cứu
Phƣơng pháp tuần tự và đồng thời: Cụ thể là đầu tiên nghiên cứu mơ hình cụ thể sau
đó xây dựng mơ hình chứa đầy đủ những giới hạn của đề tài qua đó có cái nhìn tổng quan
về hệ thống chung và xác định các thông số cơ bản.
Nghiên cứu phƣơng pháp đọc tín hiệu analog của loadcell bằng PLC S7-1200 qua
mạch khuếch đại JY-S60 và giao tiếp với HMI bằng truyền thơng Ethernet để đọc tín
hiệu loadcell từ Arduino.
Nghiên cứu phƣơng pháp phát xung tốc độ cao bằng PLC S7 – 1200 để điều khiển
động cơ servo.
1.2.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Hệ thống phân loại theo khối lƣợng với ba mức khối lƣợng là vật nhẹ, vật trung bình
và vật nặng rồi đếm số lƣợng sản phẩm của từng loại. Khi nhấn nút khởi động, động cơ
một chiều truyền chuyển động cho băng chuyển thông qua dây đai. Nguyên lý hoạt động
đƣợc chia thành 2 quá trình:
 Quá trình cân và cấp sản phẩm vào băng chuyển: Khi cho sản phẩm đặt trên cảm biến
trọng lƣợng, cảm biến sẽ tự động cân trọng lƣợng sản phẩm và xuất ra giá trị analog
tƣơng ứng vào mạch JY-S60, từ JY-S60 sẽ xử lý và gửi tín hiệu về PLC. Bộ PLC xử
lý và đƣa ra tín hiệu cho động cơ servo đẩy sản phẩm vào băng chuyền. Hai cảm biến
hồng ngoại đƣợc bố trí trên băng chuyền với vị trí đặt cảm biến theo thứ tự lần lƣợt là
số kg mà ta đã setup trên HMI và tính từ đầu băng chuyền.
 Quá trình phân loại sản phẩm trên băng chuyền: Tùy thuộc vào khối lƣợng của sản

phẩm mà PLC nhận đƣợc để phân loại. Nếu sản phẩm có khối lƣợng x1 kg đi qua
cảm biến ở vị trí phân loại x1 kg thì PLC sẽ phát xung tín hiệu điều khiển động cơ
servo phân loại x1 kg dể gạt sản phẩm. Nguyên lý thực hiện tƣơng tự đối với sản
Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam

Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại

TIEU LUAN MOI download :

5

ỨNG DỤNG PLC S7-1200 PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO TRỌNG LƯỢNG

phẩm x2 kg. Cịn với sản phẩm x3 kg thì khơng có động cơ servo nào hoạt động để
sản phẩm đi thẳng.
 Mỗi loại sản phẩm sau khi đƣợc phân loại sẽ đƣợc đếm bằng các cảm biến hồng
ngoại và hiển thị số lƣợng lên màn hình HMI.
 Các thao tác khởi động, dừng, reset, setup số kg và hiển thị thông số hệ thống đều
đƣợc thực hiện trên màn hình HMI.
1.2.4. Ý nghĩa và ứng dụng của hệ thống
1.2.4.1. Ý nghĩa
 Tạo ra một hệ thống hoàn toàn tự động để tiết kiệm thời gian, nâng cao năng xuất,
giảm giá thành sản phẩm.
 Giảm bớt sức lao động của con ngƣời, làm cho việc quản lý trở nên dễ dàng.
 Cải thiện đƣợc điều kiện làm việc của công nhân, có thể thay cho con ngƣời làm việc
ở những nơi có điều kiện làm việc nguy hiêm, độc hại
1.2.4.2. Ứng dụng
 Ứng dụng đƣợc trong hầu hết các nhà máy, xí nghiệp: Sử dụng để phân loại sản
phẩm lỗi.

 Ứng dụng đƣợc vào nông nghiệp: Phân loại hoa quả theo khối lƣợng khác nhau để
phân biệt các hạng thành phẩm.

Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam

Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại

TIEU LUAN MOI download :

6

ỨNG DỤNG PLC S7-1200 PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO TRỌNG LƯỢNG

Chƣơng 2: TỔNG QUAN VỀ PLC SIEMENS S7-1200 VÀ HMI

2.1. Tổng quan về PLC
2.1.1. Khái niệm về PLC
PLC là viết tắt của Programmable Logic Controller, là bộ điều khiển logic có khả
năng lập trình đƣợc, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển logic thơng
qua ngơn ngữ lập trình.
Sự khác biệt cơ bản giữa điều khiển logic khả trình (thay đổi đƣợc qui trình hoạt
động) và điều khiển theo kết nối cứng (không thay đổi đƣợc qui trình hoạt động) là: Sự
kết nối dây khơng cịn nữa, thay vào đó là chƣơng trình.
PLC có thể đƣợc lập trình nhờ vào các ngơn ngữ lập trình đơn giản. Đặc biệt đối với
ngƣời sử dụng không cần nhờ vào các ngơn ngữ lập trình khó khăn, cũng có thể lập trình
PLC đƣợc nhờ vào các liên kết logic cơ bản.
Nhƣ vậy thiết bị PLC làm nhiệm vụ thay thế phần mạch điện điều khiển trong khâu
xử lý số liệu. Nhiệm vụ của sơ đồ mạch điều khiển sẽ đƣợc xác định bởi một số hữu hạn
các bƣớc thực hiện xác định gọi là chƣơng trình. Chƣơng trình này mơ tả các bƣớc thực

hiện gọi một tiến trình điều khiển, tiến trình này đƣợc lƣu vào bộ nhớ nên đƣợc gọi là
điều khiển theo lập trình nhớ hay điều khiển khả trình. Trên cơ sở khác nhau ở khâu xử lý
số liệu có thể biểu diễn hai hệ điều khiển nhƣ sau:

Hình 2.1 Hệ điều khiển bằng relay và bằng PLC
Khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển thì ngƣời ta thay đổi mạch điều khiển: Lắp lại
mạch, thay đổi các phần tử mới ở hệ điều khiển bằng relay điện. Trong khi đó khi thay
đổi nhiệm vụ điều khiển ở hệ điều khiển logic khả trình (PLC) thì ngƣời ta chỉ thay đổi
chƣơng trình soạn thảo[1].

Sinh viên thực hiện: Lƣơng Trung Nam

Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Võ Khánh Thoại

TIEU LUAN MOI download :

7

(Đồ án tốt nghiệp) ỨNG DỤNG PLC s7 1200 điều KHIỂN mô HÌNH PHÂN LOẠI sản PHẨM THEO TRỌNG LƢỢNG

Trích đoạn

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về