Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3

Đồ án tốt nghiệp 1

MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
LỜI NÓI ĐẦU 4
CHƢƠNG 1: 6
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 6
1.1 Trạm phân phối gia công 6
1.1.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm phân phối gia công 6
1.1.2 Kết cấu thiết bị bao gồm: 6
1.2 Trạm kiểm tra sản phẩm 7
1.2.1 Tìm hiểu về quy trình công nghệ trạm kiểm tra sản phẩm 7
1.2.2 Kết cấu thiết bị bao gồm: 8
1.3 Trạm xử lý gia công phôi 8
1.3.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm xử lý gia công phôi 8
1.3.2 Kết cấu thiết bị bao gồm : 9
1.4 Trạm Rôbôt 5 bậc tự do Scara 10
1.4.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm Robot 5 bậc tự do Scara 10
1.4.2 Kết cấu thiết bị bao gồm: 10
1.5 Trạm lắp ráp sản phẩm 11
1.5.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm lắp ráp sản phẩm 11
1.5.2 Kết cấu thiết bị bao gồm: 11
1.6 Trạm Robot cánh tay khí nén di chuyển sản phẩm 12
1.6.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm Robot cánh tay khí nén di
chuyển vật 12
1.6.2 Kết cấu thiết bị bao gồm: 12
1.7 Trạm lƣu kho sản phẩm 13
1.7.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm lƣu kho sản phẩm 13

4.1. Khởi tạo Project và cấu hình trong WinCC 94
4.2. Kết nối biến của PLC trong WinCC 97
4.2.1 Kết nối các biến của PLC S7 300 với WinCC 97
4.2.2 Kết nối các biến của PLC S7 200 với WinCC 100
4.2.3 Thiết kế giao diện điều khiển giám sát cho WinCC 103
KẾT LUẬN 109

Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3

Đồ án tốt nghiệp 3

TÀI LIỆU THAM KHẢO 111
PHỤ LỤC 112
PHỤ LỤC 1: 112
GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG DÂY CHUYỀN SẢN
XUẤT 112
1.1. Giới thiệu chung về hệ thống điều khiển PLC 112
1.2. Thiết Bị Điều Khiển Lập Trình PLC Simatic S7 – 300 114
1.3. Thiết Bị Điều Khiển Lập Trình PLC Simatic S7 – 200 134
1.4. Module truyền thông PROFIBUS EM 277 và module mở rộng vào/ra số
EM 223 147
1.5. Một số thiết bị điều khiển khác trong dây chuyền 148
PHỤ LỤC 2: 151
GIỚI THIỆU VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP VÀ LẬP
TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG CÁC TRẠM QUA MẠNG TRUYỀN
THÔNG PROFIBUS 151
PHỤ LỤC 3: 155
GIỚI THIỆU PHẦN MỀM GIÁM SÁT WINCC V7.0 155

Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3

Với đề tài „„Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát trên nền WinCC sử dụng
mạng Profibus” sử dụng bộ PLC S7-300 và PLC S7-200 của siemens liên hệ với nhau
qua mạng truyền thông PROFIBUS mà em trình bày trong đồ án tốt nghiệp này, em hy
vọng sẽ đóng góp một phần nhỏ bé vào quá trình tìm hiểu công nghệ sản xuất.
Trong quá trình làm đồ án còn gặp nhiều khó khăn đó là tài liệu tham khảo cho
vấn đề này đang rất ít và hạn hẹp, nhƣng đƣợc sự hƣớng dẫn của thầy Thái Hữu
Nguyên và toàn thể các thầy cô giáo trong khoa Điện đã hƣớng dẫn và giúp đỡ em

Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3

Đồ án tốt nghiệp 5

trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp. Mặc dù đã rất cố gắng nhƣng về thời gian và khả
năng của em còn có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót rất mong sự đóng góp
ý kiến bổ sung của các thầy, cô giáo.
Em xin chân thành cảm ơn ! Vinh, ngày … tháng … năm 2012.
Sinh viên thực hiện Phan Thanh Tuyên

Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3

Đồ án tốt nghiệp 6

CHƢƠNG 1:
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT

 Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC và điều khiển tốc độ động cơ Băng tải.
 Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch và đèn báo.
1.2 Trạm kiểm tra sản phẩm
1.2.1 Tìm hiểu về quy trình công nghệ trạm kiểm tra sản phẩm
Khi trạm cấp phôi hoàn thành công đoạn cấp phôi, trạm kiểm tra sản phẩm có
nhiệm vụ kiểm tra phôi bị lỗi hay không (dài quá hoặc ngắn quá coi là phôi lỗi - phế
phẩm) nhờ hai cảm biến từ đo độ cao của phôi. Bảng chân lý để nhận biết phôi thành
phẩm và phôi phế phẩm nhƣ sau:
Đặc điểm phôi
Cảm biến từ 1
Cảm biến từ 2
Kết luận
Phôi ngắn
0
0
Phế phẩm ngắn
Phôi dài
1
1
Phế phẩm dài
Phôi vừa
1
0
Thành phẩm
Phế phẩm sẽ bị đẩy xuống thùng chứa phía dƣới. Phôi không bị lỗi sẽ đƣợc đẩy
xuống băng tải. Trên băng tải lắp đặt ba loại cảm biến gồm: Cảm biến quang điện phát
hiện tất cả các loại phôi, cảm biến tiệm cận phát hiện phôi có tính chất từ tính, cảm
biến mầu sắc phát hiện những phôi màu trắng. Bảng chân lý để nhận biết phôi nhƣ sau:
Đặc điểm phôi
Cảm biến quang

 Van điện : Điều khiển đóng/mở xy lanh khi có tín hiệu yêu cầu từ PLC.
 Bộ nguồn 24 VDC : Cấp nguồn 24 VDC cho mạch điện tử, cảm biến, van điện.
 Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 222.
 Module mở rộng EM 223.
 Module truyền thông PROFIBUS EM 277.
 Cảm biến quang : Sử dụng loại khuếch tán, phát hiện phôi ở cuối băng tải.
 Cảm biến từ : Giới hạn trên/dƣới cho cơ cấu kiểm tra phôi và phân biệt
phôi có bị lỗi hay không.
 Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC và điều khiển tốc độ động cơ Băng tải.
 Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch và đèn báo.
1.3 Trạm xử lý gia công phôi
1.3.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm xử lý gia công phôi

Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3

Đồ án tốt nghiệp 9

Trạm xử lý gia công nhận phôi từ trạm kiểm tra phôi. Phôi sau khi đƣợc xác định
không bị lỗi sẽ bắt đầu quá trình gia công ở trạm này theo yêu cầu công nghệ của từng
loại phôi theo bảng chân lý nhƣ sau:
Đặc điểm phôi
Khoan lỗ trên bề mặt
Kiểm tra lỗ của phôi
Phôi sắt
có
có
Phôi nhựa trắng
có
có
Phôi nhựa đen


Hình 1.4: Trạm Robot 5 bậc tự do
Robot SCARA gồm 5 bậc tự do sử dụng cơ cấu truyền động động cơ bƣớc và cơ
cấu gắp sản phẩm đƣợc điều khiển bằng khí nén. Robot đƣợc lập trình và mô tả tọa độ
trên phần mềm OpenGL. Robot sẽ gắp sản phẩm từ trạm gia công phôi chuyển đến
trạm lắp ráp sản phẩm.

1.4.2 Kết cấu thiết bị bao gồm:
 Bộ nguồn 24VDC : Cấp nguồn 24VDC cho mạch điện tử.

Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3

Đồ án tốt nghiệp 11

 Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 222 : Bộ điều khiển lập trình.
 Module mở rộng EM 223 : Module mở rộng vào/ra số.
 Module EM 277 : Module truyền thông PROFIBUS – DP.
 Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC
 Robot SCARA.
 Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch, đèn báo.
 Phần mềm điều khiển Robot Scara
1.5 Trạm lắp ráp sản phẩm
1.5.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm lắp ráp sản phẩm
Phôi đƣợc chuyển đến trạm lắp ráp sản phẩm nhờ Robot SCARA. Khi phôi đƣợc
đƣa đến đầu băng tải, cảm biến quang sẽ phát hiện, gửi tín hiệu về PLC S7 200 yêu
cầu cơ cấu giữ sản phẩm thực hiện nguyên công giữ. Khi sản phẩm đƣợc giữ chắc
chắn, cơ cấu lắp ráp sản phẩm sẽ thực hiện. Sau khí lắp ráp xong, cơ cấu kẹp vật nhả
ra, sản phẩm chạy đến cuối băng tải, sẵn sàng cho trạm tiếp theo

Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3

Đồ án tốt nghiệp 13

 Bộ điều khiển lập trình PLC S7 200 CPU 222 : Bộ điều khiển lập trình.
 Module mở rộng EM 223 : Module vào/ra số.
 Module EM 277 : Module truyền thông PROFIBUS – DP.
 Mạch điện tử : Bộ đệm cho đầu vào/ra PLC và van điện.
 Xy lanh khí : Kẹp sản phẩm
 Cánh tay khí nén : Ghắp vật sang trạm tiếp theo.
 Van điện : Nhận tín hiệu từ PLC để đóng/mở xy lanh.
 Nút bấm, khóa điện, chuyển mạch, đèn báo.
1.7 Trạm lƣu kho sản phẩm
1.7.1 Tìm hiểu quy trình công nghệ trạm lưu kho sản phẩm
Sản phẩm lắp ráp hoàn thiện đƣợc cánh tay khí nén gắp sang băng tải của trạm
lƣu kho. Băng tải di chuyển sản phẩm đến cuối hành trình. Trên băng tải có 3 loại cảm
biến để phân loại sản phẩm : Cảm biến tiệm cận phát hiện sản phẩm từ tính, cảm biến
màu sắc phát hiện sản phẩm màu trắng, cảm biến quang phát hiện sản phẩm màu đen.
Tƣơng ứng với mỗi sản phẩm đó, sẽ có tín hiệu gọi Robot lƣu kho và lƣu vào các hàng
tƣơng ứng 1, 2 hoặc 3.

Hình 1.7 trạm lưu kho sản phẩm
1.7.2 Kết cấu thiết bị bao gồm:
 Bộ nguồn 24VDC : Cấp nguồn 24VDC cho mạch điện tử, van điện, cảm
biến, động cơ băng tải.

Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3

Đồ án tốt nghiệp 14


Hình 1.8.2 Màn hình giám sát TP 177A và PLC S7 300
1.8.3 Bộ điều khiển PLC S7 300 điều khiển các trạm qua mạng PROFIBUS-
DP
PLC S7 300 CPU 313C-2DP có 16 đầu vào số, 16 đầu ra số, 1 cổng truyên thông
MPI, 1 cổng truyền thông PROFIBUS (cổng DP). PLC S7 300 giao tiếp với các trạm
thông qua mạng PROFIBUS, nó sẽ nhận các tín hiệu gửi lên từ các trạm và ra lệnh
điều khiển xuống đảm bảo đúng yêu cầu công nghệ và tính thời gian thực.

Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3

Đồ án tốt nghiệp 16 Hình 1.8.3 Bộ điều khiển lập trình PLC S7 300
1.8.4 Màn hình giao tiếp Người – Máy TP 177A và giao diện điều khiển giám
sát
Màn hình TP 177A là thiết bị giao tiếp Ngƣời – Máy (HMI)do hãng Siemens sản
xuất. Nó có khả năng giao tiếp với các loại PLC của Siemens thông qua chuẩn PPI,
MPI và PROFIBUS.
Màn hình TP 177A sẽ điều khiển và giám sát các biến của PLC trong các trạm
thông qua mạng PROFIBUS. Cho phép hiển thị trạng thái của các biến, các đầu vào/ra,
tín hiệu từ cảm biến về lên màn hình. Đồng thời, có thể điều khiển từ màn hình với
chức năng đa điểm chạm (Touch Panel).

Hình 1.8.4 Màn hình điều khiển TP 177A
1. Rãnh tháo lắp màn hình.
2. Màn hình hiển thị và điều khiển với chức năng đa điểm.
3. Gờ cạnh ngoài cùng của màn hình.
4. Chỗ lắp cơ cấu gá.


Đồ án tốt nghiệp 19

Khi nhấn chọn trạm sẻ xuất hiện biểu tƣợng Hardware.

Hình 3.4.: Chọn biểu tượng Hardware
Project có tên DOANTOTNGHIEP_FMS_2012 đã đƣợc thêm phần cứng bên
trong là một trạm PLC S7 300. Kích đúp trái chuột vào SIMATIC 300(1) bắt đầu cấu
hình phần cứng cho Project.
Cửa sổ HW_config cho phép ngƣời lập trình thiết lập cấu hình phần cứng của
toàn bộ hệ thống ngoài thực tế bao gồm trạm chủ PLC S7 300, các trạm tớ PLC S7
200 và chuẩn kết nối trong mạng truyền thông
Trong mục SIMATIC 300 chọn RACK-300, kích và giữ trái chuột vào Rail và thả
vào phần trống bên trái

Hình 3.5 : Chọn biệu tượng giá đỡ (Rail)
Ta theo quy tắc để lựa các khay Slot:

Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3

Đồ án tốt nghiệp 20

 Slot 1: Nguồn PS 307 2A
 Slot 2: CPU 313C-2DP
 X2 DP
 2.2 DI16/DO16
 2.4 Count
Lần lƣợt kéo thả các phần cứng đó vào đúng Slot sẽ đƣợc cấu hình nhƣ hình dƣới

Hình 3.6: Giao diện sau khi cài xong phần cứng


Đồ án tốt nghiệp 23 Hình 4.2: Chọn các Module EM 277
Chọn địa chỉ các module EM 277 cho PLC S7 200 trên các mạng. Ta có cấu hình
tất cả các module EM 277 cho tất cả trạm PLC S7 200 nhƣ sau:

Hình 4.3: Chọn địa chỉ cho PLC S7-200
Việc cấu hình ở trên đảm bảo Project vừa tạo ra đã đƣợc khai báo đầy đủ phần
cứng và chuẩn truyền thông. Để hệ thống hoạt động và kết nối đƣợc với nhau, trên
PLC S7 300 cần lập trình cho việc “truyền và nhận” dữ liệu mà các trạm PLC S7 200
gửi lên và đợi lệnh. Việc lập trình đó đã đƣợc thực hiện ở chƣơng trên.

Khoa Điện Lớp ĐH Điện A K3

Đồ án tốt nghiệp 24 Sau khi lập trình xong 7 trạm, tiến hành download cho trạm Master PLC S7 300
trƣớc với cấu hình mạng MPI. Sau đó, chuyển sang cấu hình mạng PROFIBUS và
download cấu hình này xuống PLC S7 300. Các bƣớc tiến hình nhƣ sau:
Vào Options  SetPG/PC Interface

Trong cửa sổ tiếp theo chọn chuẩn giao tiếp MPI => PC Adapter(MPI), kích chọn
Properties, chọn cổng truyền thông của Cable USB hoặc COM

Kích OK kết thúc quá trình chọn chuẩn giao tiếp. Sau đó, tiến hành Download
chƣơng trình của PLC S7 300 vào CPU(qua cổng MPI_COM1). Kích vào biểu tƣợng
Download: