LỜI NÓI ĐẦU Hiện tiến khoa học kỹ thuật giới diễn nhanh chóng, với đời hàng loạt sản phẩm ứng dụng tiến nước phát triển Đặc biệt năm gần kỹ thuật điều khiển phát triển mạnh mẽ, có nhiều cơng nghệ điều khiển đời để thay cho công nghệ lỗi thời Để bắt kịp với tiến khoa học kỹ thuật giới đáp ứng u cầu CNH-HĐH đất nước ngành cơng nghiệp Việt Nam thay đổi nhanh chóng, cơng nghệ thiết bị đại dần thay công nghệ lạc hậu thiết bị cũ Các thiết bị công nghệ tiên tiến với hệ thống điều khiển lập trình PLC, vi xử lý, điện khí nén, điện tử ứng dụng rộng rãi công nghiệp dây chuyền sản xuất nước ngọt, chế biến thức ăn gia súc, máy điều khiển theo chương trình CNC, hệ thống đèn giao thông, hệ thống báo động Trong trường đại học, cao đẳng trường trung học đưa thiết bị đại có khả lập trình vào giảng dạy Một loại thiết bị có ứng dụng mạnh mẽ đảm bảo độ tin cậy cao hệ thống điều khiển tự động PLC Nhận thức tâm quan trọng chúng em làm việc nghiêm túc vận dụng kiến thức sẵn có thân, đóng góp ý kiến bạn bè đặc biệt hướng dẫn T.S Đỗ Thành Hiếu thầy cô giảng dạy khoa Cơ Khí trường để hồn thành đồ án với đề tài: “Ứng dụng PLC S7-1200 lập trình điều khiển mơ hình phân loại sản phẩm theo chiều cao” Do thời gian nghiên cứu có hạn nên khơng tránh khỏi sai sót, chúng em mong nhận đóng góp, dẫn thêm thầy ý kiến đóng góp bạn sinh viên để đề tài chúng em hoàn thiện hơn, đáp ứng đầy đủ mục tiêu đặt Hưng Yên, ngày tháng .năm 2022 Sinh viên thực Hồng Tơ Hiệu MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU .1 DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Phương pháp nghiên cứu đề tài 1.3 Mục đích yêu cầu đề tài 1.4 Kết luận CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ .8 2.1 PLC S7-1200 2.2 Lựa chọn thiết bị điều khiển .14 2.2.1 Giới thiệu PLC S7-1200 1214 DC/DC/DC 14 2.3 Cảm biến chiều cao 18 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT HỆ THỐNG 20 3.1 Yêu cầu toán 20 3.2 Nguyên lí hoạt động 20 3.3 Thiết kế mơ hình 21 3.4 Lưu đồ thuật toán 24 3.5 Phần mềm lập trình PLC 26 3.6 Lập trình điều khiển 28 3.7 Phương thức kết nối Ethernet .31 3.8 Bảng symbol 32 3.9 Chương trình điều khiển 33 3.10 Mơ hình thực tế 43 3.11 Kiểm tra vận hành 44 3.12 Vận hành 44 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN 45 4.1 Nội dung thực đề tài 45 4.2 Đánh giá .45 4.3 Định hướng phát triển 46 4.4 Kết luận 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Cấu trúc bên PLC S7-1200 10 Hình 2.2: Module tín hiệu 11 Hình 2.3: Module truyền thơng 11 Hình 2.4: Một số kiểu truyền thơng qua cổng Profinet .12 Hình 2.5: Các khối chức CPU S7-1200 14 Hình 2.6: Hình dạng bên ngồi S7 – 1200 module mở rộng 14 Hình 2.7: Hình dạng bên ngồi S7 – 1200 (CPU 1214C) 15 Hình 8: Phương pháp điều khiển 16 Hình 2.9: Cảm biến HG C1400 17 Bảng 2.10: Thông số kỹ thuật HG-C1400 .18 Hình 2.11: Phương thức hiển thị chùm tia đo 18 Hình 3.1: Bản vẽ mơ hình sản phẩm 20 Hình 3.2: Mơ hình tủ điện 21 Hình 3.3: Sơ đồ kết nối PLC .22 Hình 3.4: Phần mềm Tia portal V15 25 Hình 3.5: Khởi tạo chương trình 27 Hình 3.6: Chọn loại mã PLC .28 Hình 3.7: Setup địa chỉa IP 28 Hình 3.8: Viết bảng symbol 29 Hình 3.9: Viết chương trình 29 Hình 3.10: Nạp chương trình 30 Hình 3.11: Kết nối PLC - PG 30 Hình 3.12 Bảng symbol .32 Hình 13: Mơ hình thực tế 41 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý chọn đề tài Trong giai đoạn công nghiệp hóa, đại hóa kinh tế đất nước ngày có nhiều dây chuyền sản xuất đại sử dụng rộng rãi tất lĩnh vực sản xuất, phục vụ đời sống người Một ứng dụng PLC điều khiển giám sát thiết bị HMI Hiện nay, nhà sản xuất không ngừng cho đời loại PLC hệ có tính chất kế thừa, dễ dàng sử dụng phát huy tối đa công sản phẩm Trước đa dạng, khả ứng dụng rộng rãi đời sống thực tế việc tìm hiểu, lập trình ứng dụng PLC trở thành phần yêu cầu sinh viên ngành Cơ Điện Tử Nhóm thực chúng em nhận thấy rằng: dùng PLC S7-1200 hình HMI để điều khiển giám sát thiết bị phương pháp có nhiều tối ưu, ứng dụng Trên sở đồng ý khoa Cơ khí – Bộ mơn Cơ điện tử chúng em tiến hành thực đề tài: “Ứng dụng PLC S7-1200 lập trình điều khiển mơ hình phân loại sản phẩm theo chiều cao” 1.2 Phương pháp nghiên cứu đề tài  Nghiên cứu lý luận: - Tham khảo tài liệu có liên quan đến đề tài thực - Phân tích tài liệu chọn thông tin phù hợp - Tham khảo ý kiến giáo viên hướng dẫn - Nghiên cứu tìm hiểu thành phần, thiết bị sơ đồ kết nối Thực hành: Tiến hành lập trình điều khiển giám sát cho mơ hình 1.3 Mục đích u cầu đề tài  Mục đích nghiên cứu: - Hồn tất chương trình môn học để đủ điều kiện trường Cụ thể nghiên cứu thực đề tài chúng em muốn phát huy thành ứng dụng PLC nhằm tạo sản phẩm, thiết bị tiên tiến hơn, đạt hiệu - Mặt khác đồ án làm tài liệu tham khảo cho sinh viên khóa sau Giúp họ hiểu rõ ứng dụng PLC S7-1200 - Ngồi q trình thực đề tài hội để chúng em kiểm tra lại kiến thức học trường, đồng thời phát huy tính sáng tạo, khả giải vấn đề theo yêu cầu đặt Và dịp để chúng em tự khẳng định trước trường tham gia vào hoạt động sản xuất xã hội  Yêu cầu đề tài: - Hệ thống hoạt động xác - Kết cấu khí chắn - Bộ phận hiển thị rõ ràng - Mạch điện không phức tạp, bảo đảm an toàn, dễ sử dụng, đảm bảo khả bảo trì sửa chữa - Giá thành không đắt - Các sản phẩm đa dạng với nhiều chủng loại: đặc, rỗng, kích cỡ khác Nhưng với khả thiết bị mạch đếm sản phẩm có khả che ánh sáng có màu sắc khác  Nhiệm vụ: - Tìm hiểu thiết bị có mơ hình lắp đặt sẵn - Đưa giải pháp mà số liệu thu chênh lệch so với thực tế - Hướng dẫn sử dụng bảo trì cho người an tồn hiệu 1.4 Kết luận Để đáp ứng yêu cầu toán đặt mơ hình phải đầy đủ u cầu sau: - Khay chứa phôi - Cảm biến phân biệt màu sắc - cảm biến quang, cấu xy lanh đẩy khí nén cấu kẹp - Động điện chiều để kéo băng tải - Nút bấm, van khí - Bộ điều khiển lập trình PLC-HMI có chương trình Qua trình nghiên cứu em hiểu nguyên lý hoạt động mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc, tìm phương hướng thiết kế giải vấn đề, hợp lý giá thành gia công dễ dàng mà hiệu cao CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ 2.1 PLC S7-1200 2.1.1 Định nghĩa PLC tổng quan  Định Nghĩa: - PLC viết tắt Programmable Logic Controler, thiết bị điều khiển lập trình cho phép thực linh hoạt giải pháp điều khiển logic thông qua ngơn ngữ lập trình Người lập trình thực loạt trình tự kiện Các kiện kích hoạt tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoạt động có thời gian định hay kiện đếm - Một kiện kích hoạt thực sự, bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên gọi thiết bị vật lí Một điều khiển lập trình liên tục “lặp” chương trình “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ngõ vào xuất tín hiệu ngõ thời điểm lập trình - Để khắc phục nhược điểm điểm điều khiển dùng dây nối người ta chế tạo PLC nhằm thỏa mãn yêu cầu sau:  Lập trình PLC đơn giản ngơn ngữ lập trình dễ đọc  Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa  Dung lượng nhớ lớn để chứa chương trình phức tạp  Hồn tồn tin cậy môi trường làm việc  Giao tiếp với thiết bị thơng minh khác như: máy tính, nối mạng, mơi modul mở rộng  Giá cạnh tranh - Các thiết kế nhằm thay cho phần cứng rơ le logic thời gian Tuy nhiên, bên cạnh việc địi hỏi tăng cường dung lượng nhớ tính dễ dàng cho PLC mà đảm bảo tốc độ xử lý giá Chính điều gây quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC cơng nghiệp Các tập lệnh nhanh chóng từ lệnh logic đơn giản đến lệnh đếm, định thời, ghi dịch Sau chức làm toán máy lớn Sự phát triển máy tính dẫn đến PLC có dung lượng lớn, số lượng I/O nhiều - Trong PLC phần cứng CPU chương trình đơn giản trình điều khiển xử lý hệ thống Chức mà điều khiển cần thực xác định chương trình Chương trình nạp sẵn vào nhớ PLC, PLC thực việc điều khiển dựa vào chương trình Như muốn thay đổi hay mở rộng quy trình cơng nghệ, ta cần thay đổi chương trình bên nhớ PLC - Việc thay đổi hay mở rộng chức thực cách dễ dàng mà không cần can thiệp vật lý so với dây nối hay rơ le  Cấu trúc bên PLC: - Tất PLC có thành phần là: Một nhớ chương trình RAM bên (có thể mở rộng thêm nhớ EPROM) Một vi xử lý có cổng giao tiếp phục vụ cho việc ghép nối với PLC Các modul vào/ra - Bên cạnh đó, PLC hồn chỉnh cịn kèm thêm đơn vị lập trình tay hay máy tính Hầu hết đơn vị có đủ RAM để chứa chương trình dạng hồn thiện hay bổ sung Nếu đơn vị lập trình đơn vị xách tay, RAM thường loại CMOS có pin dự phòng, kiểm tra sẵn sàng sử dụng truyền sang nhớ PLC Đối với PLC lớn thường lập trình máy tính nhằm hỗ trợ cho việc viết, đọc kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS233, RS422, RS458,  Nguyên lý hoạt động PLC: - CPU điều khiển hoạt động bên PLC Bộ xử lý đọc kiểm tra chương trình chứa nhớ, sau thực thứ tự lệnh chương trình, đóng hay ngắt đầu Các trạng thái ngõ phát tới thiết bị liên kết để thực thi Và toàn hoạt động thực thi phụ thuộc vào chương trình điều khiển nhớ - Các dòng PLC thông dụng Việt Nam: OMRON (Nhật Bản), Siemens (CHLB Đức), Delta (Đài Loan), Mitsubishi (Nhật Bản), Keyence (Nhật Bản) - Việt Nam tin dùng có giá thành tốt, hoạt động ổn định, ngơn ngữ lập trình dễ hiểu gần gũi với thực tế kết nối với nhiều loại thiết bị khác Trong có PLC S7-1200 hãng Siemens đáp ứng với yêu cầu đặt 2.1.2 Các tính bât - Năm 2009, Siemens rs dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay dần cho S7-200 So với S7-200 S7-1200 có tính trội - S7-1200 dịng điều khiển logic lập trình (PLC) kiểm sốt nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp tập lệnh mạnh làm cho có giải pháp hoàn hảo cho ứng dụng sử dụng với S71200 - S7-1200 bao gồm microprocessor, nguồn cung cấp tích hợp sẵn, đầu vào/ra (DI/DO) - S7-1200 cung cấp cổng profinet, hỗ trợ enthernet TCP/IP dễ dàng download chương trình xuống PLC - Ngồi dùng modul mở rộng kết nối với RS485 - Phần mềm dùng lập trình cho S7-1200 step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình FBD, LAD SCL Phần mềm tíc hợp TIA Protal V14 cảu Siemens - Vậy để làm dự án với S7-1200 cần cài TIA Protal V14 phần mềm bao gồm mơi trường lập trình cho PLC thiết kế giao diện HMI 2.1.3 Cấu hình chi tiết Hình 2.1: Cấu trúc bên ngồi PLC S7-1200 Các phận kết nối dây người dùng tháo (phía sau cá khe nắp che) Khe cắm thẻ nhớ nằm cửa phía Các LED trạng thái dành cho I/O Tích hợp Bộ phận kết nối PROFINET (phía CPU) 2.1.4 Các modul tín hiệu Người ta sử dụng module tín hiệu để thêm vào CPU chức Các module kết nối vào phía bên phải CPU 10