LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay trong công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, yêu cầu ứng dụng
tự động hóa ngày càng cao vào trong đ ời sống sinh ho ạt, s ản xu ất (yêu c ầu đi ều
khiển tự động, linh hoạt, tiên lơi, gọn nhẹ…). Mặt khác nh ờ công ngh ệ thông tin,
công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hi ện một loại thi ết b ị
điều khiển khả trình PLC.
Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được s ố lượng sản
phẩm lớn, nhanh mà lại tiện lợi về kinh tế. Các công ty, xí nghiệp s ản xuất
thường sử dụng công nghệ lập trình PLC sử dụng các loại phần mềm tự đ ộng.
Dây chuyền sản xuất tự động sử dụng PLC giúp giảm sức lao động của công
nhân mà lại đạt hiệu quả cao, đáp ứng kịp cho nhu cầu tiêu dùng c ủa xã h ội. Qua
bài thực tập chuyên ngành này em sẽ giới thiệu về kỹ thuật l ập trình PLC và ứng
vào sản xuất qua đề tài: “Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều
cao” do thầy giáo Tiến sỹ Phạm Đức Long hướng dẫn thực hiện.
Đề tài gồm những nội dung sau:
Chương 1: Sơ lược về hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao.
Chương 2: Tổng quan về bộ điều khiển PLC-S7 1200
và phần mềm WinCC.
Chương 3: Thiết kế xây dựng mô hình.
Trong quá trình thực hiện đề tài còn gặp nhiều khó khăn đó là tài li ệu
tham khảo còn hạn chế, nhiều vấn đề liên quan đến phần chuy ển động trong
dây chuyền. Mặc dù đã rất cố gắng thời gian có hạn và chưa có nhi ều kinh
nghiệm nên không thể tránh khỏi những sai sót rất mong s ự ch ỉ b ảo c ủa các
thầy cô giáo để đề tài thực tập này của em được hoàn thiện hơn.

1


CHƯƠNG 1.
SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ.



Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được áp dụng rất nhi ều
trong thực tế hiện nay. Việc sử dụng lao động thủ công trong phân loại s ản
phẩm đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại, điều này gây khó khăn cho
người lao động và khó đảm bảo được sự chính xác trong công vi ệc. Hơn nữa có
những sản phẩm phân loại dựa trên các chi tiết kỹ thuật nh ỏ, ph ức tạp ho ặc đòi
hỏi độ chính xác cao. Điều đó ảnh hưởng trực ti ếp đến ch ất l ượng s ản ph ẩm và
uy tín của nhà sản xuất. Vì vậy hệ thống tự động nh ận dạng và phân lo ại s ản
phẩm là một sự phát triển tất yêu nhằm đáp ứng cho nhu cầu này.

Hình 1.1: Hệ thống phân loại sản phẩm.
Tùy vào mức độ phức tạp trong yêu cầu phân loại, các hệ th ống phân lo ại
tự động có những quy mô lớn nhỏ khác nhau. Tuy nhiên có một điểm chung là chi
phí cho các hệ thống này khá lớn. Vì vậy hiện nay đa s ố các h ệ th ống phân lo ại
tự động đa phần mới chỉ được áp dụng trong các hệ th ống có yêu c ầu phân lo ại
sản phẩm phức tạp còn khá nhiều các doanh nghiệp vừa và nhỏ vẫn s ử dụng
sức lao động trực tiếp của con người.
Ngoài vấn đề vận chuyển sản phẩm thì vấn đề phân loại sản ph ẩm theo
yêu cầu của nhà sản xuất như: Phân loại theo màu sắc, phân lo ại theo kh ối
lượng, phân loại theo chất liệu sản phẩm…Vì vậy có nhiều phương pháp phân
loại nên có nhiều thuật toán, hướng giải quyết cho từng s ản phẩm, đ ồng th ời
các phương pháp này có thể kết hợp với nhau để hoàn chỉnh hệ th ống.
1.2.3 Một số hệ thống phân loại sản phẩm.
Một trong số các yêu cầu phân loại sản phẩm được sử dụng nhi ều trong
công đoạn cuối của quá trình sản xuất sản phẩm là phân lo ại s ản ph ẩm theo
yêu cầu đặt trước. Một số hệ thống phân loại sản phẩm như: Phân loại theo
chiều cao, phân loại theo khối lượng, phân loại theo chất li ệu s ản phẩm… Tùy
3


chương trình điều khiển:
- Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào
PLC
4


- Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình .
- S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP.
Ngoài ra bạn có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485
hoặc RS232.
- Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step 7 Basic. Step 7 Basic hỗ
trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL. Phần mềm này được tích hợp trong
TIA Portal 11 của Siemens.
Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này
đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.

Hình 2.1:Tổng quan về PLC S7- 1200.
Chú thích:
1- Bộ phận kết nối nguồn.
2- Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên.
3- Các bộ phận kết nối nối dây của ngườidùng có thể tháo được (phía sau
các nắp che)
4- Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp.
5- Bộ phận kết nối PROFINET (phía trêncủa CPU).
Việc phân loại S7-1200 dựa vào loại CPU mà nó trang bị các loại PLC thông
dụng: CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C…
Thông thường S7-1200 được phân ra làm 2 loại chính:
5



10Kbytes

CPU 1212C
90x100x75
50Kbytes
1Mbytes
10Kbytes

CPU 1214C
110x100x75
75Kbytes
4Mbytes
10Kbytes

6inputs/4outp

8inputs/6output

14inputs/10outpus

vùng I/O

uts
2input
1024 bytes

s
2 inputs
1024 bytes


1

Kích

Analog
Inputs

thước

(I)

ảnh tiến

Ouputs(

hiệu(SB),bảng
nguồn pin(BB),
6


bảng truyền thông
(CB)
Module truyền

3

3

3


3 at 80 kHz

SB: 2 at 30 kHz
3 at 80 kHz

3 at 80 kHz

ng

SB: 2 at 20 kHz

1 at 20 kHz

3 at 20 kHz

tốc độ
cao
(HSC)

(Quadra

SB: 2 at 20 kHz

ture
Xung ngõ ra

4

Thẻ nhớ


Cũng giống như các PLC cùng họ khác, PLC S7-1200 gồm 4 bộ phận cơ
bản: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao tiếp xuất/nhập.
Bộ xử lý còn được gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), chứa bộ vi xử lý, biên
dịch các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động đi ều khi ển theo ch ương trình
được lưu trong bộ nhớ của PLC. Truyền các quyết đ ịnh dưới dạng tín hiệu hoạt
động đến các thiết bị xuất.
7


Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp DC(24V) cần
thiết có bộ vi xử lý và các mạch điện trong các module giao tiếp nhập và xuất hoạt
động.
Bộ nhớ là nới lưu trữ chương trình được sử dụng cho các hoạt động điều
khiển dưới sự kiểm soát của bộ vi xử lý.
Các thành phần nhập và xuất (input/output) là nơi bộ nhớ nhận thông tin từ
các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị điều khiển. Tín hiệu nhập
có thể từ các công tắc, các bộ cảm biến… Các thiết bị xuất có thể là các cuộn dây
của bộ khởi động động cơ, các van solenoid,…
Chương trình điều khiển được nạp vào bộ nhớ nhờ sự trợ giúp của bộ lập
trình hay bằng máy vi tình.

Hình 2.3: Cấu trúc bên trong CPU.
S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu
để mở rộng dung lượng của CPU. Có thể lắp đặt thêm các module truyền thông
để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác.
Chỉ ngõ

Module

vào


tương

In

4 x Analog In

tự

8 x Analog
8


In
Bảng tín

Kiểu số
Kiểu

2 x DC In / 2 x DC Out

1 x Analog In
hiệu (SB) tương
tự
Module truyền thông (CM) : RS232, RS 485
Hình 2.4: Các module m ở r ộng.
Các bảng tín hiệu.
- Một bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU. Người
dùng có thểthêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự.SB kết nối vào phía
trước của CPU.

Phương pháp điều khiển lập trình được thực hiện theo các bước sau:

10


Hình 2.8: Phương pháp lập trình điều khiển.
2.1.4 Ngôn ngữ lập trình.
 Ngôn ngữ lập trình LAD (ladder Logic):

Hình 2.9: Chương trình LAD.
Chương trình LAD bao gồm cột dọc biểu diễn nguồn điện logic cùng v ới
các kí hiệu công tắc logic tạo thành một nhánh mạch đi ện logic n ằm ngang. Ở
hình bên, logic điều khiển được biểu diễn bằng hai công tắc th ường h ở, m ột
công tắc thường đóng và một ngõ ra relay logic.
Các qui ước của ngôn ngữ lập trình LAD:
- Các đường dọc trên sơ đồ biểu diễn đường công suất, các mạch được
nối kết với đường này.
- Mỗi nấc thang (thanh ngang) xác định một hoạt động trong quá trình
điều khiển.
- Sơ đồ thang được đọc từ trái sang phải và từ trên xuống. Nấc ở đỉnh
thang được đọc từ trái sang phải, nấc thứ hai tính từ trên xuống cũng đ ọc tương
tự… Khi ở chế độ hoạt động, PLC sẽ đi từ đầu đến cuối chương trình thang sau
11


đó lặp đi lặp lại nhiều lần. Quá trình lần lượt đi qua tất cả các n ấc thang g ọi là
chu kỳ quét.
- Mỗi nấc thang bắt đầu với một hoặc nhiều ngõ vào và kết thúc v ới ít
nhất một ngõ ra.
- Các thiết bị điện được trình bày ở điều kiện chuẩn của chúng. Vì vậy,

-Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay Laptop cần một kết nối TCP/IP.
-Để PC và SIMATIC S7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quan trọng là
các địa chỉ IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau.
2.1.5.3 Giao diện của phần mềm SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic.
Phần mềm SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic chạy hệ điều hành.
Windows, phần mềm làm nhiệm vụ trung gian giữa người l ập trình và
PLC.
Để tạo một project mới ta thực hiện theo các bước sau:
Bước 1: từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal V13.

Hình 2.11: Chọn biểu tượng Tia Portal V13.
Bước 2 : Click chuột vào Create new project để tạo dự án.

Hình 2.12 : Tạo project mới.
13


Bước 3 : Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn create .

Hình 2.13: Tạo tên dự án.

14


Bước 4 : Chọn configure a device

Hình 2.14: Cửa sổ lựa chọn cấu hình.
Bước 5 : Chọn Add new device

Hình 2.15 Cấu hình thiết bị.


17


2.1.5.4 Nạp chương trình xuống PLC.
Để nạp chương trình xuống PLC chúng ta thực hiện các bước sau:
• Thiết lập PLC: Từ giao diện soạn thảo chính chọn Add new device /
chọn loại PLC. Sau đó chọn online access để lấy địa chỉ IP để kết n ối PLC v ới máy
tính.
• Chọn PLC ở chế độ STOP bằng cách từ menu chính chọn.
Online / Stop hoặc click trái chuột lên bi ểu tượng

trên thanh công cụ.

Lúc này trên giao diện xuất hiện hộp thoại thông báo xác nh ận vi ệc ch ọn PLC ở
chế STOP, chọn yes.
• Từ menu chính chọn Online / download to devicehoặc click trái chu ột
lên biểu tượng

từ thanh công cụ để nạp chương trình xuống PLC.

Hinh 2.19: Tạm dừng hoạt động của PLC.
2.1.5.6 Giao tiếp giữa máy tính và PLC.
Do PLC có hỗ trợ sẳn dây cáp nối với máy tính nên ta chỉ cần n ối PLC v ới
máy tính PC qua dây cáp:

Hinh 2.20 : Sơ đồ kết nối PLC với máy tính.
18



- Functions có thể được sử dụng với mục đích.
+ Trả lại giá trị cho hàm chức năng được gọi.
+ Thực hiện công nghệ chức năng, ví dụ: điều khiển riêng với các ho ạt
động nhị phân.
+Ngoài ra, FC có thể được gọi nhiều lần tại các th ời đi ểm khác nhau trong
một chương trình. Điều này tạo điều kiện cho lập trình chức năng lặp đi l ặp l ại.
- FB (function block): đối với mỗi lần gọi, FB cần một khu vực nh ớ. Khi
một FB được gọi, một Data Block (DB) được gán với instance DB. Dữ liệu trong
Instance DB sau đó truy cập vào các biến của FB. Các khu v ực b ộ nh ớ khác nhau
đã được gán cho một FB nếu nó được gọi ra nhiều lần.
- DB ( data block):DB thường để cung cấp bộ nhớ cho các biến dữ liệu. Có
hai loại của khối dữ liệu DB: GlobalDBs nơi mà tất cả các OB, FB và FC có th ể
được dữ liệu lưu trữ hoặc có thể tự mình ghi dữ liệu vào DB và Instance DB được
gán cho một FB nhất định.
2.1.6 Giới thiệu một số lệnh cơ bản.
2.1.6.1 Bit logic ( Tập lệnh tiếp điểm).
 Tiếp điểm thường hở.
LAD

Tiếp điểm thường hở sẽ đóng khi giá trị của
bit có địa chỉ là n bằng 1.

 Tiếp điểm thường đóng.

21


LAD

Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng khi giá trị của

 Lệnh RESET.
LAD

Giá trị của các bit có địa chỉ là n sẽ bằng o khi
đầu vào của lệnh này bằng 1. Khi đầu vào của
lệnh này băng 0 thì các bit này vẫn giữ nguyên
trạng thái.

23


 Lệnh SET nhiều bit.
LAD

Giá trị của các bit có địa chỉ đầu tiên là OUT sẽ
bằng 1 khi đầu vào = 0 thì các bit này vẫn giữ
nguyên trạng thái.

 Lệnh RESET nhiều bit.
LAD

Giá trị của các bít có địa chỉ đầu tiên là OUT sẽ
= 0 khi đầu vào của lệnh dãy này =1. Khi đầu
vào của lệnh này = 0 thì các bit này vẫn giữ
nguyên trạng thái.

2.1.6.2 Bộ Timer.
Sử dụng lệnh Timer để tạo một chương trình trễ định thời. S ố lượng c ủa
Timer phụ thuộc vào người sử dụng và số lượng vùng nhớ của CPU. Mỗi Timer
sử dụng 16 byte IEC_Timer dữ liệu kiểu cấu trúc DB. Step 7 tự động t ạo kh ối DB


2.1.6.3 Bộ Counter.
Lệnh Counter được dùng để đếm các sự kiện ở ngoài hay sự ki ện quá
trình ở trong PLC. Mỗi Counter sử dụng cấu trúc lưu tr ữ của kh ối d ữ li ệu DB đ ể
làm dữ liệu của Counter. Step 7 tự động tạo khối DB khi lấy lệnh.
 Counter đếm lên-CTU.

LAD

Giá trị bộ đếm CV được tăng lên 1 khi tín
hiệu ngõ vào CU chuyển 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.

 Counter đếm xuống-CDU.

25