1

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN

TIỀU LUẬN
MƠN HỌC: PLC

Đề tài: NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG HỆ THỐNG GIA CÔNG
VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM TỰ ĐỘNG

Lớp học phần: DHDKTD14B
GVHD: LÊ LONG HỒ

Thành phố Hồ Chí Minh, 07 tháng 07 năm 2021


2

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA KHOA HỌC CƠ BẢN

MƠN HỌC: PLC
Đề tài: NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG HỆ THỐNG GIA CÔNG
VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM TỰ ĐỘNG
Lớp học phần: DHDKTD14B
Các thành viên trong nhóm:
STT

HỌ VÀ TÊN

MSSV

1

NGUYỄN ANH TUẤN

18065171

2

LÊ ANH TUẤN

18083091

3

NGUYỄN HOÀI NAM

18059141

4

ĐỖ TRUNG TÂN

18063951

5


PHẠM MINH TIẾN

18084031

ĐÁNH GIÁ

Thành phố Hồ Chí Minh, 07 tháng 07 năm 2021

CHỮ
KÝ


3

LỜI CẢM ƠN
“Để hoàn thành tiểu luận này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
Xin cảm ơn giảng viên bộ môn – Lê Long Hồ đã giảng dạy tận tình, chi tiết để chúng em có
đủ kiến thức và vận dụng vào bài tiểu luận này.

Về mặt kỹ năng, bản thân nhóm em đã nắm được nhiều kỹ năng bổ ích như phân
tích số liệu, trình bày vấn đề dưới dạng văn bản, kỹ năng sử dụng các phần mềm
hỗ trợ như TIA Portal , Factory I/O và cả kỹ năng tìm kiếm thơng tin và xử lý
thơng tin từ nhiều nguồn.

Do chưa có nhiều kinh nghiệm làm để tài cũng như những hạn chế về kiến thức, trong bài tiểu
luận chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự nhận xét, ý kiến
đóng góp, phê bình từ phía Thầy để bài tiểu luận được hồn thiện hơn.

Đó là tất cả những điều chung nhất nhóm em rút ra sau khi hồn thành Chuyên
đề thực tế. Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Long Hồ- người đã tận

tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện cho chúng em hoàn thành tốt đồ
môn học PLC .


4

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................... 3
Chương 1. TỔNG QUAN...............................................................................................5
1.1.

Lý do chọn đề tài..................................................................................................5

1.2.

Thực trạng hiện nay.............................................................................................5

1.3.

Mục tiêu................................................................................................................6

1.4.

Nội dung nghiên cứu............................................................................................6

1.5.

Giới hạn................................................................................................................6

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.....................................................................................7

2.1.Tổng quan về dòng PLC S7-1200..............................................................................7
2.2.

Modulde S7-1200...................................................................................................7

2.3 Sensor..................................................................................................................... 24
Chương 3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ LẬP TRÌNH.......................................39
3.1. Ngun lí hoạt động................................................................................................39
3.2. Sơ đồ đấu dây..........................................................................................................41
3.3. Mơ hình hệ thống....................................................................................................47
3.4. Lưu đồ giải thuật.....................................................................................................53
3.5. Lập trình hệ thống..................................................................................................54
Chương 4.Kết luận..........................................................................................................70
4.1.

Kết quả đạt được................................................................................................70

4.2.

Hạn chế...............................................................................................................70

4.3.

Hướng phát triển................................................................................................70

TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................71


Chương 1. TỔNG QUAN
1.1.


Lý do chọn đề tài

Trong công nghiệp việc làm những cơng việc có tính chất lặp đi lặp lại khơng những
tốn nhiều nhân cơng mà cịn làm cho người làm cảm thấy nhàm chán , làm việc tay chân
vất vả và không mang lại năng suất tốt nhất .Ngồi ra, có những phân loại dựa trên các
chi tiết kĩ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra. Điều đó sẽ làm ảnh hưởng trực
tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất. Để giải quyết vấn đề đó tự động
hóa q trình sản xuất đã ra đời là cơng nghệ mà theo đó quy trình thực thi cơng việc
được thực hiện mà khơng hoặc ít cần sự trợ giúp của con người. Sử dụng các hệ thống
điều khiển khác nhau cho các thiết bị vận hành như máy móc, quy trình trong nhà máy,
các ứng dụng và phương tiện khác nhằm giảm sự can thiệp của con người, một số quy
trình đã được hồn tồn tự động. Đến nay Việt Nam được đánh giá là thị trường mới nổi
cho robot và tự động hóa , khơng nằm ngồi xu thế của khu vực .
Hiện nay đa phần các xí nghiệp điều đã thực hiện các dây chuyền sản xuất tự động
hóa , khơng cịn sử dụng đến lao động tay chân nhiều nữa . Các mơ hình tự động hóa
ngày càng hoàn thiện và sử dụng rộng rãi .Thành phần chính cũng như bộ não của các mơ
hình dây chuyền đó PLC ( Program Logic Controller) – Các dịng PLC ngày càng được
cải thiện và đạt được hiểu quả . Vì vậy nhóm em chọn làm đề tài hệ thống gia công
phân loại sản phẩm tự động sử dụng PLC SIEMEN S7 – 1200 nhằm tiết kiệm thời gian
, nhân cơng, có tính chính xác và năng suất lao động được nâng cao .

1.2.

Thực trạng hiện nay

Trên thị trường Việt Nam hiện nay . Tùy vào mức độ phức tạp trong yêu cầu gia
công và phân loại, các hệ thống tự động có những quy mơ lớn, nhỏ khác nhau. Tuy nhiên,
có một đặc điểm chung là chi phí cho các hệ thống này khá cao, đặc biệt đối với điều kiện
của Việt Nam. Hiện nay đa số các hệ thống gia công phân loại chọn lọc tự động đa phần

mới chỉ được áp dụng trong các hệ thống có yêu cầu phân loại phức tạp, còn một lượng
rất lớn các doanh nghiệp vừa và nhỏ tại Việt Nam vẫn sử dụng trực tiếp sức lực con người
để làm việc. Bên cạnh các băng chuyền để vận chuyển sản phẩm thì một u cầu cao hơn
được đặt ra đó là phải có cả một hệ thống từ bước gia cơng đến phân loại và lọc sản phẩm
lỗi thì chưa hoặc rất ít được sử dụng. Cịn rất nhiều loại sản phẩm tùy theo yêu cầu của
nhà sản xuất về gia cơng sản phẩm thì có rất nhiều kiểu gia cơng khác nhau tùy vào sản
phẩm và yêu cầu của từng cơng ty. Phân loại sản phẩm cũng có nhiều hình thức : phân
loại theo kích thước, Phân loại sản phẩm theo màu sắc, Phân loại sản phẩm theo khối
lượng, Phân loại sản phẩm theo mã vạch, Phân loại sản phẩm theo hình ảnh v.v… Vì có
nhiều phương pháp khác nhau nên có nhiều thuật tốn, hướng giải quyết khác nhau cho
từng sản phẩm, đồng thời các thuật tốn này có thể đan xen, hỗ trợ lẫn nhau.
Về phần phân loại sản phẩm dùng webcam (cảm biến vision): sử dụng 1 camera chụp
lại sản phẩm khi đi qua và đưa ảnh về so sánh với ảnh gốc. Nếu giống thì cho sản phẩm
đi qua, cịn nếu khơng thì loại sản phẩm đó sẽ đáp ứng được tính tương thích đước với tất
cả các sản phẩm của các công ty khác nhau.
Nhận thấy thực tiễn đó, nay trong luận văn này, em sẽ làm một mơ hình gia cơng và
phân loại mà nó mang tính được sử dụng rơng rãi đáp ứng đúng nhu cầu người dùng


1.3.

Mục tiêu

Thiết kế 1 hệ thống gia công phân loại sản phẩm sử dụng PLC S7 – 1200, lập
trình trên phần mềm Tia Portal V16 và mô phỏng 3D trên phần mềm Factory I/O

1.4.

Nội dung nghiên cứu


Qua quá trình tìm hiểu về quy trình nghiên cứu mơ phỏng hệ thống gia cơng và phân loại sản
phẩm tự động nhóm em đã nghiên cứu về PLC SIEMEN S7-1200 gồm có:


Phần cứng kết nối với PLC là ứng dụng mô phỏng Factory i/o



Phần mềm kết nối chương trình với PLC là ứng dụng Tia Portal V16



Các thiết bị ngõ ra , ngõ vào trong công nghiệp



Sơ đồ đấu dây với PLC SIEMEN S7-1200



Sơ đồ kết nối mạch động lực



Quy trình vận hành



Mơ hình 3D




Ngơn ngữ Ladder viết cho PLC SIEMEN S7 – 1200



Loại PLC , thiết bị ngõ vào/ra

1.5.

Giới hạn


Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.Tổng quan về dòng PLC S7-1200
S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa
dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động. Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu
hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7- 1200 trở thành một giải pháp
hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau.
Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch
ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ.
Sau khi người dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu
cầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng. CPU giám sát các
ngõ vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình người dùng, có thể bao
gồm các hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép tốn phức hợp và
việc truyền thơng với các thiết bị thông minh khác.

2.2.

Modulde S7-1200


2.2.1. Modulde cấp nguồn

1. Bộ phận kết nối nguồn
2. Bộ phận kết nối dây
3. Khe thẻ nhớ
4.Led trạng thái
PROFINET trên CPU

5.Bộ phận kết nối


2.2.2. CPU

Chức năng

CPU

CPU

CPU

CPU

CPU

1211C

1212C


1214C

1215C

1217C

110x100x
75
100 KB

130x100x
75
125 KB

150x100x
75
150 KB

Kích thức ( mm )
Bộ

Làm

nhớ

việc

Ngườ

Nạp


i

90x100x75
50
KB

75
KB

1
MB

2
MB

Giữ lại

dùng
I/Otíc

Digital

h hợp

10 KB
6DI–

8DI–


4DO

6DO

Analog

cục

14DI–
10DO

2
AI

bộ
Bộ nhớ bit ( M )
Module tín hiệu
mở

4 MB

2AI – 2AO

40
96
0

rộng
Module


8192
2

8

3 ( Mở rộng về bên
trái)

truyền
thông
Thẻ nhớ
Profinet

SIMATIC
1 cổng truyền thơng Ethernet

2 cổng truyền
thơng
Ethernet

Tốc độ thực thi
tính
tốn tốn học
Tốc độ thực
thi
Boolean
Module mở rộng PLC S7-1200

2.3s/lệnh
3


0.08s/lệnh
8


PLC S7-1200 có thể mở rộng các module tín hiệu và các module gắn ngoài để
mở rộng chức năng của CPU. Ngồi ra, có thể cài đặt thêm các module truyền thông
để hỗ trợ giao thức truyền thông khác.
Khả năng mở rộng của từng loại CPU tùy thuộc vào các đặc tính, thơng số và
quy định của nhà sản xuất. S7-1200 có các loại module mở rộng sau:


– Communication module (CM).
– Signal Board (SB)
– Signal Module (SM)
2.2.3. Các Module

- Signal Board ( SB )


– Signal Module (SM)


– Analog Module


– Failsafe Module


– Communication Module (CM)


– Module truyền thơng tích hợp


Nổi bật tính năng
Cổng truyền thơng Profinet (Ethernet) được tích hợp sẵn:
 Dùng để kết nối máy tính, với màn hình HMI hay truyền thơng PLC-PLC
 Dùng kết nối với các thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở
 Đầu nối RJ45 với tính năng tự động chuyển đổi đấu chéo
 Tốc độ truyền 10/100 Mbits/s
 Hỗ trợ 16 kết nối ethernet
 TCP/IP, ISO on TCP, và S7 protocol
Các tính năng về đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển quá trình:
 6 bộ đếm tốc độ cao (high speed counter) dùng cho các ứng dụng đếm và đo
lường, trong đó có 3 bộ đếm 100kHz và 3 bộ đếm 30kHz
 2 ngõ ra PTO 100kHz để điều khiển tốc độ và vị trí động cơ bước hay bộ lái
servo (servo drive)
 Ngõ ra điều rộng xung PWM, điều khiển tốc độ động cơ, vị trí valve, hay điều
khiển nhiệt độ…
 16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số điểu khiển (autotune functionality)
Thiết kế linh hoạt:


Mở rộng tín hiệu vào/ra bằng board tín hiệu mở rộng (signal board), gắn trực
tiếp phía trước CPU, giúp mở rộng tín hiệu vào/ra mà khơng thay đổi kích
thước hệ điều khiển



Mỗi CPU có thể kết nối tối đa 8 module mở rộng tín hiệu vào/ra.




Ngõ vào analog 0-10V được tích hợp trên CPU



3 module truyền thơng có thể kết nối vào CPU mở rộng khả năng truyền thông,
vd module RS232 hay RS485



Card nhớ SIMATIC, dùng khi cần rộng bộ nhớ cho CPU, copy chương trình
ứng dụng hay khi cập nhật firmware



Chẩn đoán lỗi online / offline


2.2.4. HMI

HMI KTP400


HMI KTP700


HMI KTP900



HMI KTP1200


2.2.5. Giới thiệu các tập lệnh lập trình
1. Bit logic

Tiếp điểm thường mở
Adrress : I,Q,M,L, D
Tiếp điểm thường
đóng Adrress :
I,Q,M,L, D
Cuộn dây ngõ ra
Adrress : Q,M,L, D
Lệnh Set
Adrress : I,Q,M,L, D
Lệnh Reset
Adrress : I,Q,M,L, D
Tiếp điểm xung cạnh lên
Tiếp điểm xung cạnh xuống
2. Timer

Sử dụng lệnh Timer để tạo một chương trình trễ định thời.Số lượng của Timer
phụ thuộc vào người sử dụng và số lượng vùng nhớ của CPU.
Mỗi timer sử dụng 16byte IEC_Timer dữ liệu kiểu cấu trúc DB. Step 7 tự động
tạo khối DB khi lấy khối Timer Kích thước và tầm của kiểu dữ liệu Time là 32 bit, lưu
trữ như là dữ liệu Dint :
T#-14d_20h_31m_23s_648ms đến T#24d_20h_31m_23s_647ms hay là 2.147.483.648 ms đến 2.147.483.647 ms.



To
n

Khi ngõ vào IN ngừng tác động thì
reset và
dừng hoạt động Timer.
Thay đổi PT khi Timer vận hành
khơng có ảnh hưởng gì

To
ff

Khi ngõ vào IN ngừng tác động thì
reset và dừnghoạt động Timer.
Thay đổi PT khi Timer vận hành
khơng có ảnh hưởng gì

Timer
tạo
xung
TP

Timer TP tạo một chuỗi xung với
độ rộng
xung đặt trước. Thay đổi PT, IN
không ảnh
hưởng khi Timer đang chạy.
Khi đầu vào IN được tác động
vào timer sẽ tạo ra một xung có
độ rộng bằng thời gian đặt PT


TonR –
Timer
có nhớ

Thay đổi PT khơng ảnh hưởng
khi Timer đang vận hành, chỉ ảnh
hưởng khi timer đếm lại
Khi ngõ vào IN chuyển sang
“FALSE” khi
vận hành thì timer sẽ dừng nhưng
khơng đặt
lại bộ định thì. Khi chân IN
“TRUE” trở lại thì
Timer bắt đầu tính thời gian từ
giá trị thời gian đã tích lũy.

3. Counter
Lệnh Counter được dùng để đếm các sự kiện ở ngồi hay các sự kiện q trình ởtrong
PLC. Mỗi Counter sử dụng cấu trúc lưu trữ của khối dữ liệu DB để làm dữ liệu của
Counter. Step 7 tự động tạo khối DB khi lấy lệnh.
Tầm giá trị đếm phụ thuộc vào kiểu dữ liệu mà bạn chọn lựa.Nếu giá trị đếm là một số
Interger khơng dấu, có thể đếm xuống tới 0 hoặc đếm lên tới tầm giới hạn.Nếu giá trị
đếm là một số interder có dấu, có thể đếm tới giá trị âm giới hạn hoặc đếm lên tới một
số dương giới hạn.


CTU
Giá trị bộ đếm CV được tăng lên 1 khi tín
hiệu ngõ vào CU chuyên từ 0 lên 1. Ngõ ra Q

được tác động lên 1 khi CV>=PV. Nếu trạng
thái R
= Reset được tác động thì bộ đếm CV = 0.

CTD
Giá trị bộ đếm được giảm 1 khi tín hiệu ngõ
vào CD chuyển từ 0 lên 1. Ngõ ra Q được tác
động lên 1 khi CV <=0. Nếu trạng thái
LOAD được tác động thì CV = PV.

CTU
D

Giá trị bộ đếm CV được tăng lên 1 khi tín
hiệu ngõ vào CU chuyển từ 0 lên 1. Ngõ ra
QU được tác động lên 1 khi CV >=PV. Nếu
trạng thái R = Reset được tác động thì bộ
đếm CV
=0.
Giá trị bộ đếm CV được giảm 1 khi tín hiệu
ngõ vào CD chuyển từ 0 lên 1. Ngõ ra QD
được tác động lên 1 khi CV <=0. Nếu trạng
thái Load được tác động thì CV = PV

4. Lệnh so sánh

So sánh trong
khoảng

So sánh ngoài

khoảng

Tham số : MIN, VAL, MAX
Kiểu dữ liệu so sánh : SInt, Int, Dint,
USInt,
UInt, UDInt, Real, LReal, Constant
So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu so
sánh
MIN<=VAL<=MAX thỏa thì tác động
mức cao
và ngược lại
Tham số : MIN, VAL, MAX


Kiểu dữ liệu so sánh : SInt, Int, Dint,
USInt,
UInt, UDInt, Real, LReal, Constant
So sánh 2 kiểu dữ liệu giống nhau, nếu so
sánh
MIN > VAL hoặc MAX < VAL thỏa thì
tác
động mức cao và ngược lại

5. Lệnh toán học

Lệnh cộng ADD : OUT = IN1 + IN2
Lệnh trừ SUB : OUT = IN1 – IN2
Lệnh nhân MUL : OUT = IN1*IN2
Lệnh chia DIV : OUT = IN1/IN2
Tham số IN1, IN2 phải cùng kiểu dữ liệu :

SInt, Int, Dint, USInt, UInt, UDInt, Real,
LReal,Constant
Tham số OUT có kiểu dữ liệu : SInt, Int, Dint,
USInt, UInt, UDInt, Real, LReal
Tham số ENO = 1 nếu khơng có lỗi xảy ra
trong q trình thực thi. Ngược lại ENO = 0
khi có lỗi, một số lỗi xảy ra khi thực hiện lệnh
này :
-Kết quả toán học nằm ngoài phạm vi của kiểu
dữ liệu.
- Chia cho 0 (IN2 = 0)
-Real/LReal : Nếu một trong những giá trị đầu
vào là NaN sau đó được trả về NaN.
-ADD Real/LReal : Nếu cả hai giá trị IN là
INF có dấu khác nhau, đây là
một khai báo
không hợp lệ và được trả về NaN
-SUB Real/LReal : Nếu cả hai giá trị IN là INF
cùng dấu, đây là một khai báo không hợp lệ và
được trả về NaNhoặc là INF, đây là khai báo
không hợp lệ và được trả về NaN.
-DIV Real/LReal : Nếu cả hai giá trị IN bằng
không hoặc INF, đây là khai báo không hợp lệ
và được trả về NaN


Chia lấy phần
dư

Lệnh tăng –

giảm

Lệnh Modulo sẽ lấy phần dư của phép toán. Giá trị
ngõ vào IN1 chia cho IN2 và giá trị phần dư sẽ
được lưu vào OUT
Tham số:
EN : Bool
ENO : Bool
IN1 & IN2 : SINT, INT, DINT, USINT, UINT,
UDINT
OUT : SINT, INT, DINT, USINT, UINT, UDINT

Tăng / giảm giá trị kiểu số Interger lên / xuống một
đơn vị
Tham số :
EN : cho phép ngõ vào
IN/OUT : toán tử ngõ vào và ra
ENO : cho phép ngõ ra
ENO = 1 : khơng có lỗi
ENO = 0: kết quả nằm ngoài tầm giá trị của kiểu dữ
liệu

Lệnh MIN –
MAX
Lệnh MIN/MAX so sánh các giá trị đầu vào và
trả lại giá trị nhỏ nhất/ lớn nhất ở đầu ra
Tham số :
EN : cho phép ngõ vào
IN : Toán tử đầu vào, có thể lên tới 32 đầu vào
OUT : Tốn tử ngõ ra

ENO : cho phép ngõ ra


6. Lệnh move

Lệnh
Move

Lệnh Move di chuyển nội dung ngõ
vào IN đến
ngõ ra OUT mà không làm thay đổi
giá trị ngõ
IN
Tham số:
EN : cho phép ngõ vào
ENO : cho phép ngõ ra
IN : nguồn giá trị đến
OUT1: Nơi chuyển
đến
Lệnh Move_BLK sao chép các nội
dung của một vùng nhớ IN đến một bộ
nhớ xác định khác.
Số lượng các giá trị được sao chép
được quy
định trong COUNT. Hoạt động sao
chép theo
hướng tăng dần các địa chỉ
Tham số:
EN : cho phép ngõ
vào ENO : cho phép

ngõ ra IN : nguồn
giá trị đến
COUNT : số giá trị sao
chép OUT1: Nơi chuyển
đến