ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 1

1.1 Phạm vi áp dụng: 1

1.2 Yêu cầu thiết kế: 1

1.3 Các chức năng chính của hệ thống 2

1.4 Nguyên lý hoạt động: 2

1.5 Các công nghệ trên dây chuyền chiết, đóng nắp, đóng thùng: 3

1.5.1 Kiểm tra khuyết tật chai: 3

1.5.2 Chiết nước vào chai: 5

1.5.3 Đóng nắp chai: 6

1.5.4 Cảm biến dùng trong các dây chuyền chiết rót: 7

1.5.5 Dây chuyền đóng thùng: 8

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ SIMATIC S7-300 11

2.1. Giới Thiệu Chung 11



4.3 Thiết kế mô phỏng trên WinCC: 48

4.3.1 Tạo biến 52

4.3.2 Tạo ảnh: 56

4.3.3 Thiết lập các thuộc tính hình ảnh. 58

4.3.4 Tạo nút nhấn thoát chương trình: 60

4.3.5 Tạo thanh trượt chọn giá trị Slider Object : 61

4.3.6 Tạo nút nhấn đăng nhập và đăng xuất: 62

4.3.7 Thiết lập tài khoản quản trị: 62

4.3.8Tạo khung hiển thị số: 64

4.3.9Lấy đối tượng đồ họa từ thư viện WinCC: 65

4.3.10Gán thuộc tính quá trình cho đối tượng: 68

4.3.11Tạo bảng thông báo trạng thái hệ thống: 70

4.3.12Global Script: 73

4.4Thiết lập các điều kiện và chạy Runtime: 78

4.5Thao tác trên màn hình Runtime: 84

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

TP.HCM, ngày 12tháng 12 năm 2013
Sinh viên thực hiện
Bùi Hữu Tài ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay quá trình tự động hóa trong công nghiệp là hết sức quan trọng đối
với sự phát triển của một quốc gia. Với các nước phát triển như Mỹ, Nhật,…thì tự
động hóa không còn xa lạ và đã trở nên quen thuộc. Ở các nước này máy móc hầu
như đã thay thế lao động chân tay, số lượng công nhân trong nhà máy đã giảm hẳn
và thay vào đó là những lao động chuyên môn, những kỹ sư có tay nghề, điều khiển
giám sát trực tiếp quá trình sản xuất thông qua máy tính. Một trong những ứng dụng
giám sát đó là WinCC (Windows Control Centre), nó giúp ta điều khiển và giám sát
toàn bộ quá trình sản xuất thông qua máy tính mà không phải trực tiếp xuống nơi
sản xuất để quan sát. Những điều trên chứng tỏ tầm quan trọng của việc ứng dụng
WinCC trong lĩnh vực tự điều khiển động hóa. Việt Nam là nước đang phát triển thì
như cầu hiện đại hóa trong công nghiệp là điều hết sức quan trọng đối với phát triển
kinh tế cũng như như cầu công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước.
Là những sinh viên theo học chuyên ngành “Điện Công nghiệp” cùng những
nhu cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết của nền công nghiệp nước nhà, em muốn được
nghiên cứu và tìm hiểu những thành tựu khoa học mới để có nhiều cơ hội biết thêm
về kiến thức thực tế, củng cố kiến thức đã học, phục vụ tốt cho sự nghiệp công


CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
Có thể thấy các sản phẩm tiêu dùng hiện nay phần lớn được chứa đựng trong
các bao bì dạng chai lọ nhất là trong ngành thực phẩm ví dụ như: bia, rượu, nước
giải khát, hóa mỹ phẩm, v.v…, với nhiều ưu điểm nổi trội như giá thành hạ, cứng
cáp, tính thẩm mỹ cao, dễ sản xuất. Cũng chính vì lý do này các hệ thống máy chiết
rót, đóng chai tự động được sữ dụng rất rộng rãi với nhiều chũng loại khác nhau.
Trong đồ án này em sẽ thiết kế mô phỏng hệ thống chiết rót đóng nắp chai dựa theo
hệ thống máy có thật đó là “Hệ Thống Xúc Rửa, Chiết Rót Và Đóng Nắp Chai PET
250-2250ml” của Công ty TNHH Hy Đan . Sau đây em xin giới thiệu về hệ thống
này:
1.1 Phạm vi áp dụng:
- Cơ sở sản xuất nước uống tinh khiết đóng chai hoặc nước khoáng, hoặc các
loại nước uống không gaz khác
- Chai nước sử dụng : Loại chai PET có dung tích từ250ml đến 2250ml
1.2 Yêu cầu thiết kế:
- Nguồn nước tinh khiết : có chất lượng nước đạt chuẩn nước uống tinh khiết
TCVN 6096:2004
- Áp suất nước trong hệthống: hệthống được thiết kế với áp suất trung bình
không quá 10kgf/cm
2
. Vì vậy cần phải dùng công tác áp suất hoặc dùng biến tần để
điều chỉnh áp lực nước phù hợp trong quá trình vận hành.
- Điện áp sử dụng:1 pha 220V, 50Hz hay 3 pha 380V, 50 Hz
- Dòng tải: tùy theo công suất bơm sửdụng và các thiết bị ngoại vi khác,
thông thường không nhỏ hơn 5A.
- Các biện pháp an toàn điện: hệthống được thiết kế ELCB chống giật trên
toàn hệ thống và các thiết bị điện khác đạt chuẩn CE. Nút tắt khẩn cấp khi có sự cố
xảy ra.

- Vỏ chai PET được đặt trên băng chuyền trước khi vào hệ thống xúc rửa chiết
rót và đóng nắp (gọi tắt là RFC).
- Nguồn nước tinh khiết từ bồn chứa được nối vào hệ thống RFC.
- Băng chuyền sẽ tự động vận chuyển chai PET vào hệ thống xúc rửa. Các
chai di chuyển xoay vòng và vào đúng vị trí vòi nước xúc rửa. Lưu ý nước rửa có áp
lực khá mạnh để rửa sạch chai PET do bơm thiết kế sẵn trong máy phun lên.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH: Bùi Hữu Tài
3

- Sau khi rửa, chai PET sẽ được đưa vào vịtrí chiết rót, các cánh tay đòn sẽ
giữ chặt cổchai để tránh đổc hai trong qua trinh rót. Các chai được xoay vòng liên
tục trên băng chuyền chiết rót. Máy bơm nước được thiết kế sẵn trong máy sẽ tự
động chiết rót vào bình. (Lưu ý : thể tích nước có thể điều chỉnh được).
- Khi bình chứa đã đầy nước, sẽ được chuyển sang vị trí đóng nắp. Nắp bình
chứa được lấp đầy trong ống chứa và được đưa vào ngay đầu chai PET.
- Các tay đòn sẽ siết nắp chặt .
- Sau đó chai PET được chuyển trên băng tải ra ngoài.
- Bình chứa được tiếp tục chuyển đến máy bao màng co bằng (nếu có) .

Hình 1.2 Dây chuyền sản xuất nước đóng chai.
Do giới hạn đề tài là mô phỏng trên máy tính nên em sẽ nghiên cứu những
thiết bị phần điện tự động là chính, mô hình mô phỏng sẽ có một số điểm khác so
với hệ thống thực để thuận thiện cho việc mô phỏng.Cụ thể là dây chuyền mô
phỏng sẽ có các khâu chính là:
- Kiểm tra khuyết tật chai.
- Chiết nước vào chai.
- Đóng nắp chai.
- Đưa sang dây chuyền đóng thùng sản phẩm.
1.5 Các công nghệ trên dây chuyền chiết, đóng nắp, đóng thùng:

5
Hình 1.4 Máy kiểm tra khuyết tật chai.
1.5.2 Chiết nước vào chai:
Hiện nay có khá nhiều công nghệ chiết nước vào chai, tùy loại chất lỏng sẽ có
cách chiết rót khác nhau như: Nước có gaz, nước không gaz, chất lỏng dạng cô đặc.
Định lượng sản phẩm lỏng là chiết một thể tích nhất định sản phẩm lỏng và rót vào
trong chai, bình, lọ, v.v Định lượng sản phẩm lỏng bằng máy được sử dụng rộng
rãi trong nhiều ngành sản xuất thực phẩm. Khi định lượng bằng máy thì cải thiện
được điều kiện vệ sinh, đảm bảo được năng suất cao và định lượng sản phẩm một
cách chính xác.
Các phương pháp định lượng chủ yếu gồm có:

Định lượng bằng bình định mức: chất lỏng được định lượng chính xác nhờ
bình định mức trước khi rót vào chai.

Định lượng bằng chiết tới mức cố định: chất lỏng được chiết tới mức cố định
trong chai bằng cách chiết đầy, sau đó lấy khối thể tích bù trừ ra khỏi chai; khi đó
mức lỏng trong chai sẽ sụt xuống một khoảng như nhau bất kể thể tích của các chai
có bằng nhau hay không. Ngoài ra còn sử dụng ống thông hơi, chất lỏng được chiết
tới khi ngập miệng ống thông hơi sẽ dứng lại. Phương pháp nầy có độ chính xác
không cao, tuỳ thuộc độ đồng đều của chai.

Định lượng bằng cách chiết theo thời gian: cho chất lỏng chảy vào chai trong
khoảng thời gian xác định, có thể xem như thể tích chất lỏng chảy là không
đổi. phương pháp nầy chỉ áp dụng cho các sản phẩm có giá tri thấp, không
yêu cầu độ chính xác định lượng.
Cácphương pháp chiết rót sản phẩm gồm có :

loại chai thủy tinh, nhựa, đảm bảo việc niêm phóng kín, không rò rỉ chất lỏng ra
ngoài.
Nắp chai được dẫn từ thùng chứa xuống đường dẫn đồng thời được xếp đúng
chiều, chai nước được đưa vào vị trí dập nắp và cố định để hệ thống dập nắp hoạt
động (hình 1.6). Sau khi dập nắp chai sẽ được đưa tới bộ phận vặn nắp để chắc
chắn rằng tất cả các nắp phải được đóng kín.

Hình 1.6 Máy chiết rót và đóng nắp kiểu bàn xoay.
1.5.4 Cảm biến dùng trong các dây chuyền chiết rót:
Tại mỗi khâu chúng ta dùng cảm biến vị trí để xác định vị trí của sản phẩm.
Khi gặp sản phẩm cảm biến sẽ có tín hiệu báo về bộ điều khiển để ra lệnh điều
khiển. Để xác định vị trí và dịch chuyển của sản phẩm, ta dùng loại cảm biến quang
điện.
Cảm biến quang điện bao gồm 1 nguồn phát quang và 1 bộ thu quang.
Nguồn phát quang sử dụng Led hoặc Laser phát ra ánh sáng thấy hoặc không thấy
tùy theo bước sóng. 1 bộ thu quang sử dụng diode hoặc transitor quang. Ta đặt bộ
thu và phát sao cho vật cần nhận biết có thể che chắn hoặc phản xạ ánh sáng khi vật
xuất hiện. Ánh sáng do Led phát ra được hội tụ qua thấu kính. ở phần thu ánh sáng
từ thấu kính tác động đến transitor thu quang. Nếu có vật che chắn thì chùm tia sẽ
không tác động đến bộ thu được. sóng dao động dùng để bộ thu loại bỏ ảnh hưởng
của ánh sáng trong phòng. Ánh sáng của mạch phát sẽ tắt và sáng theo tần số mạch
dao động. Phương pháp này sử dụng mạch dao động làm cho cảm biến thu phát xa
hơn và tiêu thụ ít công suất hơn.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH: Bùi Hữu Tài
8

Trên thị trường hiện nay có 3 loại cảm biến quang điện chính:Through-beam
sensors (cảm biến tia xuyên qua), Retro-reflective sensors (cảm biến phản quang),
Diffuse reflection sensor (cảm biến phản xạ khuếch tán).

thì phần đáy của khung mở ra để toàn bộ chai trong khung rơi xuống thùng, các chai
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH: Bùi Hữu Tài
10

rơi xuống thùng đồng thời thùng được hạ xuống để giảm lực tác động vàođáy chai,
cách đóng thùng này nhanh và đơn giản hơn dùng cánh tay Robot.

Hình 1.10: Drop Packer

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH: Bùi Hữu Tài
11

CHƯƠNG II
TỔNG QUAN VỀ SIMATIC S7-300

2.1. Giới Thiệu Chung
Để đáp ứng yêu cầu tự động hóa ngày càng tăng đòi hỏi kỹ thuật điều khiển
phải có nhiều thay đổi về thiết bị cũng như về phương pháp điều khiển. Vì vậy
người ta phát minh ra bộ điều khiển lập trình rất đa dạng như PLC.
Sự phát triển của PLC đã đem lại nhiều thuận lợi và làm cho các thao tác máy
trở nên nhanh nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn. Nó có thể thay thế gần như hoàn toàn
cho các phương pháp điều khiển truyền thống. Như vậy PLC có tính năng ưu việt và

được sử dụng theo kiểu các modul, số lượng modul nhiều hay ít tuỳ vào yêu cầu
thực tế, xong tối thiểu bao giờ cũng có một modul chính là CPU, các modul còn lại
nhận truyền tín hiệu với các đối tượng điều khiển, các modul chức năng chuyên
dụng như PID, điều khiển động cơ, van thuỷ khí …Chúng gọi chung là modul mở
rộng. Cấu hình của một trạm PLC S7-300 như hình 2.1.
2.1.1.1 Modul CPU
Modul CPU là loại modul có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ
thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485) và có thể còn có một vài cổng vào ra
số. Các cổng vào ra số có trên modul CPU được gọi là cổng vào ra Onboard.
PLC S7_300 có nhiều loại modul CPU khác nhau. Chúng được đặt tên theo bộ
vi xử lý có trong nó như modul CPU312, modul CPU314, modul CPU315.
Những modul cùng sử dụng 1 loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng
vào/ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện
của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ được phân
biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ IFM (Intergrated Function Module).
Ví dụ như modul CPU312 IFM, modul CPU314 IFM.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH: Bùi Hữu Tài
13Hình 2.2: Một số CPU của PLC S7-300.
Ngoài ra còn có các loại module CPU với 2 cổng truyền thông, trong đó cổng
truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán. Các
loại modul này phân biệt với các loại modul khác bằng cụm từ DP (Distributed
Port) như là modul CPU314C-2DP.
2.1.1.2 Modul mở rộng
Thiết bị điều khiển khả trình SIMATIC S7-300 được thiết kế theo kiểu modul.
Các modul này sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Việc xây dựng PLC theo
cấu trúc modul rất thuận tiện cho việc thiết kế các hệ thống gọn nhẹ và dễ dàng cho

đều phải được chuyển đổi thành tín hiệu số. Cũng như các modul số, người sử dụng
cũng có thể thiết lập các thông số cho các modul analog.
c) Modul ghép nối (IM - Interface modul)
Modul ghép nối nối các modul mở rộng lại với nhau thành một khối và được
quản lý chung bởi 1 modul CPU. Thông thường các modul mở rộng được gắn liền
với nhau trên một thanh đỡ gọi là rack. Trên mỗi rack có nhiều nhất là 8 modul mở
rộng (không kể modul CPU, modul nguồn nuôi). Một modul CPU S7-300 có thể
làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 rack và các rack này phải được nối với nhau
bằng modul IM.
Các modul ghép nối (IM) cho phép thiết lập hệ thống S7_300 theo nhiều cấu
hình, S7-300 cung cấp 3 loại modul ghép nối sau:
IM 360: Là modul ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứa 8 modul trên
đó với khoảng cách tối đa là 10 m lấy nguồn từ CPU.
IM 361: Là modul ghép nối có thể mở rộng thêm ba tầng, với một tầng chứa 8
modul với khoảng cách tối đa là 10 m đòi hỏi cung cấp một nguồn 24 VDC cho mỗi
tầng.
IM 365: Là modul ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứa 8 modul trên
đó với khoảng cách tối đa là 1m lấy nguồn từ CPU.
d) Modul chức năng (FM - Function modul)
Modul có chức năng điều khiển riêng. Ví dụ như modul PID, modul điều
khiển động cơ bước.
e) Module truyền thông (CP - Communication modul)
Modul phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc giữa
PLC với máy tính.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH: Bùi Hữu Tài
15

PLC S7_300 có 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản sau:
Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL (Statement List). Đây là dạng ngôn
ngữ lập trình thông thường của máy tính. Một chương trình được ghép bởi nhiều
câu lệnh theo 1 thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm 1 hàng và đều có cấu trúc
chung là “tên lệnh”+”toán hạng”.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH: Bùi Hữu Tài
17

Ví dụ: Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD (Ladder Logic). Đây là dạng ngôn ngữ
đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển logic.
Ví dụ: Ngôn ngữ “hình khối”, ký hiệu là FBD (Function Block Diagram). Đây là dạng
ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiển số.
Ví dụ:

Trong đồ án em sử dụng ngôn ngữ LAD để lập trình để đơn giản và trực quan
hơn. Phần mềm dùng viết chương trình là Step7 V5.5 SP1_Home_x32.
2.3 Tập Lệnh S7-300
Kí hiệu: KQ là kết quả thu được sau phép tính
KT là kết quả trước phép tính

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH: Bùi Hữu Tài


2.3.2 Lệnh về timer :
Lệnh S_PULSE:
Nếu I0.0=1 Timer được kích chạy,khi I0.0=0 hoặc chạy đủ thời gian đặt 2s thì
Timer dừng.Hoặc có tín hiệu I0.1 thì Timer cũng dừng
Timer chỉ chạy lại khi có tín hiệu mới từ I0.0 ( tức là I0.0 chuyển trạng thái từ
0 lên 1 )
Q0.0=1 khi Timer đang chạy.
MW100 lưu giá trị đếm của Timer theo dạng Integer
MW102 lưu giá trị của Timer theo dạng BCD
Chức năng của Timer này là tạo xung có thời gian được đặt sẵn.

Lệnh S_PEXT:
Timer kích có nhớ,Khi có tín hiệu cạnh lên ở I0.0 Timer T5 chạy,nếu đủ thời
gian đặt Timer dừng.
Trong quá trình chạy nếu có tín hiệu mới từ chân I0.0 thì thời gian Timer lại
được tính lại từ đầu.
Trong quá trình chạy nếu có tín hiệu I0.1 thì Timer dừng
Q0.0 =1 khi Timer đang chạy.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
SVTH: Bùi Hữu Tài
20

Các ô nhớ MW100 và MW102 lưu giá trị hiện thời của Timer theo dạng
Integer và dạng BCD

Lệnh S_ODT:
Nếu I0.0=1 Timer bắt đầu chạy khi đủ thời gian thì ngưng khi đó ngõ Q0.0 sẽ
lên 1 nếu I0.0 vẫn còn giữ trạng thái 1,khi có tín hiệu I0.1 thì tất cả phải được Reset
về 0. Các ô nhớ MW100 và MW102 lưu giá trị hiện thời của Timer theo dạng