1


2


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật
nói chung và trong lĩnh vực điện-điện tử- tin học nói riêng làm cho bộ mặt xã hội thay
đổi từng ngày. Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng những điều kiện thực tiễn của sản xuất
đòi hỏi những người kỹ sư Tự động hoá tương lai phải được trang bị những kiến thức
chuyên ngành một cách sâu rộng.
Nhận thức được tầm quan trọng đó em nhận đề tài: Thiết kế hệ thống phân
loại sản phẩm theo trọng lượng dùng PLC S7-300 mô phỏng trên Wincc.
Do kiến thức còn hạn chế, trong phạm vi thời gian có hạn, lượng kiến thức lớn
nên bản đồ án môn học không khỏi có những sai sót. Em mong nhận được sự đóng
góp xây dựng của các thầy, cô giáo cũng như bạn bè để bản đề tài thực tập được hoàn
thiện hơn. Trong quá trình làm đồ án môn học em đã nhận được sự giúp đỡ, hướng
dẫn, chỉ bảo của các thầy, cô giáo cũng như sự đóng góp xây dựng của bạn bè. Đặc
biệt là cô giáo Th.S Đỗ Thị Mai và các thầy cô công tác trong Khoa Công nghệ Tự
động hóa.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày tháng

3

năm 2019


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM.
1.1. Hệ thống phân loại sản phẩm.



Nội dung
Sản phẩm chia ra thành 2 loại cơ bản với trọng lượng khác nhau.

- Tính toán và lựa chọn thiết bị.
- Thiết kế kết cấu và xây dựng chương trình hệ thống.
- Mô phỏng trên win cc.
.Dự kiến kết quả đạt được
- Hoạt động theo nguyên lý mà bài toán đã đặt ra.
- Mô phỏng được trên wincc.
- Có thể phát triển thành mô hình với hướng phát triển.
1.2 Hệ thống truyền động băng tải.
Các băng tải thường dùng để di chuyển các vật liệu đơn chiếc theo phương
ngang, phương thẳng đứng hoặc phương xoắn. Trong các dây chuyền sản xuất, các
thiết bị này được sử dụng rộng rãi nhờ những phương tiện vận chuyển các linh kiện
nhẹ; trong các xưởng kim loại thì dùng vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lò; trên
các trạm thủy điện thì dùng để chuyển nhiên liệu; trên các kho bãi thì dùng vận
chuyển các loại hàng bao kiện vật liệu hạt hoặc một số sản phẩm khác; trên các công
trường để vận chuyển vật liệu xây dựng; trong ngành lâm nghiệp và khai thác gỗ thì
vận chuyển gỗ, vỏ bào; trong một số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực
phẩm,hóa chất và một số ngành công nghiệp khác thì d ng để vận chuyển sản phẩm
hoàn thành và chưa hoàn thành ở các giai đoạn, các phân xưởng, đồng thời cũng nhờ
loại bỏ các sản phẩm không dùng được.

5


Hình 1.1: Mô hình băng tải.
Khác với các thiết bị vận chuyển khác, băng tải với chiều dài vận chuyển lớn,

b. Phân loại theo kết cấu.
Loại cố định: Băng tải loại này sử dụng trong dây chuyền sản xuất có tính liên tục và
đặt cố định trong dây chuyền.
Loại di động: Được dùng trong dây chuyền không có tính liên tục hay cố định, có hay
không đều không ảnh hưởng đến dây chuyền. Kết cấu giống như băng tải cố định
nhưng khác ở chỗ có gắn bộ phận chuyển động ở dưới chân đế của băng tải.
c. Phân loại theo công dụng.
- Loại vạn năng: Có thể dùng để vận chuyển nhiều loại sản phẩm khác nhau.
- Loại chuyên dụng: Được sử dụng chuyên chở các vật dụng cá nhân gia đình (băng
tải hành lý), thức ăn. Băng tải loại này rất hiện đại.
d. Phân loại theo cấu tạo.
- Băng tải con lăn: Băng tải loại này không có bộ phận kéo, người sử dụng phải tác
động lực để trượt những sản phẩm trên con lăn.
- Băng tải xích.
- Băng tải đai vải: dùng để vận chuyển các loại hàng như bột, bánh kẹo.
e. Theo mục đích sử dụng.
- Băng tải chịu nhiệt: Băng tải này phải làm việc khi tiếp xúc với vật liệu hoặc trong
môi trường nhiệt độ lớn hơn 70 độ C, hoặc tải vật liệu nhiệt độ cao trên 60 độ C.

7


1.2.2. Các bộ phận của băng tải.
1.2.2.1. Bộ phận kéo.
a. Băng dẹt tấm cao su.
Băng dẹt tấm cao su là loại băng phổ biến nhất. Băng gồm có một số lớp đệm
bằng vải bông giấy, đƣợc lưu hóa bằng cao su nguyên chất hay cao 9 su tổng hợp, các
bề mặt ngoài của băng đƣợc phủ bằng cao su. Độ bền của băng được xác định bằng
mác của vải, chiều rộng của băng và và số lượng các lớp đệm. Chiều dài của lớp vỏ
cao su phụ thuộc vào kích thước và tính chất của vật được vận chuyển.

chiều rộng băng là 1400mm, trong khi đó giá thành của nó ít hơn 5÷10%.
e. Băng tải tấm.
Băng thép được chế tạo thép cacbon mác đặc biệt nhờ 40T và 65T hoặc t thép
không rỉ, chúng có thể được cán có chiều rộng t 350÷800mm và gắn dọc với chiều
rộng đến 4m. Băng thép mác 40T được dùng phổ biến hơn vì có giới hạn bền chống
đứt không dưới 65kg/mm và độ giãn dài tương đối không dưới 12%.
h. Băng tải sợi kim loại.
Băng sợi kim loại khác với băng thép là có độ mềm dẻo hơn. Điều này cho
phép sử dụng nó trong các băng tải có tang cùng một đường kính nhờ đối với băng tải
tẩm cao su. Băng sợi kim loại có thể chế tạo sợi khác hoặc sợi kim loại bất kì, tùy vào
mục đích sử dụng. Băng tải kim loại được chia ra thành băng đan và băng mắc bản lề.
Băng đan được chế tạo bằng cách đan toàn dải băng. Băng đan có kết cấu đơn giản, giá
thành không lớn, trọng lượng riêng không lớn, nhiệt dung nhỏ. Băng có giá trị đối với

9


băng tải dùng trong lò sấy. Băng mắc bản lề có độ bền cao hơn, độ giãn nó dài hơn,
không có sự co thắt ngang, hành trình ổn định êm và những ưu điểm khác so với băng
đan nhưng chúng có trọng lượng riêng lớn hơn.
1.2.2.2. Đĩa xích, puly, tang.
Đĩa xích, puly, tang dùng để dẫn động và dẫn hướng cho các bộ phận kéo khác
nhau. Kích thước của đĩa xích (puly) được xác định bằng đường kính của vòng lăn,
trên đó phân bố tâm của bản lề xích.
Tất cả các loại xích thường đƣợc xem xét như là xích có bước luân chuyển a và
b hoặc t1và t2, chẳng hạn đối với xích tròn: t1= b= l-d; t2= a= l+d. 15
Đường kính các puly dẫn hướng và các puly tròn đặt nghiêng của xích hàn mắt
ngắn thì ngƣời ta lấy không dưới 30d (D>30d), trong đó d là đường kính sợi thép làm
xích. Đối với các xích mắt dài thì người ta dùng các đĩa. Đường kính các puly dẫn
động trơn để dẫn động cho các mắt xích tròn, ngƣời ta lấy không dưới 18t (t là bước

Các nút bấm khởi động là nút bấm đơn thường mở: Bình thường các tiếp điểm
của nó ở trạng thái mở tương ứng đầu vào mức logic OFF. Khi ấn nút, khi đó các tiếp
điểm ở trạng thái đóng tương ứng đầu vào mức logic 1. Tín hiệu này tác động cho hệ
làm việc hoặc dừng.
1.3. Phân tích bài toán, yêu cầu và lựa chọn giải pháp.
1.3.1. Phân tích bài toán và yêu cầu.
a. Phân tích chức năng hệ thống.
- Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng giúp cho chúng ta phân loại các sản
phẩm theo yêu cầu bài toán được đặt ra.
- Cụ thể trong đề tài này hệ thống có chức năng phân loại sản phẩm theo khối lượng
cân nặng (tôm hùm) nhằm chọn ra và phân loại các loại sản phẩm khác nhau để đưa ra
thị trường với giá bán hợp lý.

11


- Hệ thống bao gồm 1 băng tải, 1 cảm biến quang phát hiện tôm hùm, 1 bàn cân
Loadcell, 2 cái Pitong đẩy sản phẩm.

Hình 1.4: Sơ đồ khối hệ thống.
b. Yêu cầu bài toán.
- Hệ thống xác định được khối lượng của tôm hùm để phân loại ra các loại sản
phẩm thích hợp.
- Phân loại sản phẩm theo:
+) Sản phẩm loại 1 là sản phẩm trên 5kg
+) Sản phẩm loại 2 là sản phẩm dưới 5kg
- Pitong có khả năng đẩy được sản phẩm từ 1kg đến 20kg.
- Chiều dài của băng tải: 1m.
- Có khả năng chịu quá tải lên đến 20 kg.
1.3.2. Lựa chọn giải pháp

CHƯƠNG 2:
TÌM HIỂU VỀ CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN, ĐIỆN, ĐIỆN TỬ VÀ CẢM BIẾN
2.1. Hệ thống băng tải
2.1.1. Giới thiệu chung
Băng tải (hay còn gọi là băng truyền) là thiết bị vận chuyển liên tục, có khoảng
cách vận chuyển lớn. Được sử dụng rộng rãi ở các công trường xây dựng, xí nghiệp
sản xuất vật liệu xây dựng và vật liệu chế tạo… Bao gồm băng tải PVC, băng tải cao
su, băng tải xích inox, băng tải nhựa, băng tải con lăn tự do, băng tải con lăn có truyền
động, băng tải đứng, băng tải nghiêng, băng tải từ, vít. Các loại băng tải này được sử
dụng để vận chuyển vật liệu rời, vụn như cát sỏi, đá , xi măng, sản phẩm trong các
ngành công nghiệp chè, cafe, hoá chất, thực phẩm… và hoá đơn như hàng bao, hòm,
bưu kiện…

Hình 2.1: Băng tải
2.1.2. Ưu điểm băng tải
Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các hướng
nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang với nằm nghiêng. Vốn đầu tư
không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản,bảo dưỡng dễ dàng, làm việc

14


tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy chuyển phát vận chuyển
không lớn lắm.
Tuy vậy phạm vi sử dụng của băng tải bị hạn chế do độ dốc của băng tải không cao và
không đi theo đường cong được.
2.1.3. Lựa chọn phương án
+ Đối với sản phẩm là chất lỏng ta dùng băng tải kênh dẫn.
+ Đối với sản phẩm rời rạc thì ta dùng băng tải con lăn hoặc băng tải đai con lăn hoặc
băng tải đai.

16


+ Ưu điểm: Có thể hoạt động ở tốc độ cao. Nếu tải đặt vào động cơ tăng thì bộ điều
khiển sẽ tự tăng dòng đến cuộn dây động cơ giúp động cơ tiếp tục quay, tránh được
hiện tượng trượt bước.
Với yêu cầu của băng tải là không đòi hỏi độ chính xác cao, tải trọng nhỏ,giá
thành rẻ, dễ điều khiển ta chọn động cơ điện một chiều dễ dẫn động cho băng tải.
Động cơ được chọn yêu cầu phải có momen lớn do yêu cầu làm của băng tải có tải
trọng. Và băng tải chuyển động với vận tốc nhỏ nên ta chọn động cơ có tốc độ thấp
nhưng phải đảm bảo yêu cầu về tốc độ cũng như tải. Vì thế chọn động cơ gạt nước là
thích hợp nhất. Động cơ gạt nước được thiết kế tích hợp bộ giảm tốc bến trong nên có
thể tải trọng khá lớn.
Động cơ gạt nước có thông số như sau:
- Điện áp 12v
- Công suất 50w
- Số vòng quay 1500/40rpm
- Dòng 4.8A
2.1.5. Chọn bộ truyền dẫn cho động cơ
- Các loại bộ truyền có khí thường gặp như:
+ Bộ truyền bánh răng
+ Bộ truyền trục vít
+ Bộ truyền vít me-đai ốc
+ Bộ truyền xích
+ Bộ truyền đai
Với yêu cầu của đề tài, ta chọn bộ truyền đai để truyền động kéo băng tải bởi vì
bộ truyền đai có những ưu điểm sau:
+ Có thể truyền động giữa các trục cách xa nhau(
-

Khả năng chống nhiễu tốt.

-

Cấu trúc dạng modul rất thuận tiện cho việc mở rộng, cải tạo nâng cấp.

-

Có những modul chuyên dụng để thực hiện chức năng đặc biệt.

-

Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng để xếp

hạng một hệ thống điều khiển tự động.
-

Hiện nay trên thị trường có các loại PLC của các hãng sản xuất như: Omron,

Mitsubishi, Siemens, ABB, Allen Bradley...
Do yêu cầu đề tài nên em xintrình bày về Simatic S7-300 của Siemens.
S7-300 là Dòng sản phẩm cao cấp, được dùng cho những ứng dụng lớn với những yêu
cầu I/O nhiều và thời gian đáp ứng nhanh, yêu cầu kết nối mạng và có khả năng mở
rộng, nâng cấp.
Ngôn ngữ lập trình đa dạng cho phép người sử dụng có quyền chọn lựa. Đặc điểm nổi
bật của S7-300 đó là ngôn ngữ lập trình cung cấp những hàm toán đa dạng cho những
yêu cầu chuyên biệt. Hoặc ta có thể sử dụng ngôn ngữ chuyên biệt để xây dựng hàm
riêng cho ứng dụng mà ta cần.

1 thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm 1 hàng và đều có cấu trúc chung là “tên
lệnh”+”toán hạng”.
Lệnh S PEXT:
Timer kích có nhớ,Khi có tín hiệu cạnh lên ở 10.0 Timer T5 chạy,nếu đủ thời gian đặt
Timer dừng.
20


Trong quá trình chạy nếu có tín hiệu mới từ chân 10.0 thì thời gian Timer lại được tính
lại từ đầu.
Trong quá trình chạy nếu có tín hiệu 10.1 thì Timer dừng
QO.O =1 khi Timer đang chạy
Các ô nhớ MW100 và MW102 lưu giá trị hiện thời của Timer theo dạng
Integer và dạng BCD.
2.3.1 Bộ đếmCounter.
2.3.1 Bộ đếmCounter.
Ngõ vào 10.2=1 : đưa giá trị đếm vào PV
Khi 10.0 chuyển trạng thái từ 0 lên 1 ,co đếm tăng lên 1
Khi 10.1 chuyển trạng thái từ 0 lên 1 ,co đếm giảm xuống 1
2.4 Phần mềm giao diện WinCC.
Thông thường một hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) yêu
cầu một phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao diện điều khiển HMI (Human
Machine Interface) cũng như phục vụ việc sử lý và lưu trữ dữ liệu. Phần mềmWinCC
của Siemens là một phần mềm chuyên dụng cho mục đích này.
WinCC là một trong các chương trình ứng dụng Scada trong lĩnh vực dân dụng và
công nghiệp. WinCC được dùng để điều hành các màn hình hiện thị và hệ thống điều
khiển trong tự động hóa sản xuất và quá trình.
WinCC là chữ viết tắt của Window Control Center, là một phần mềm của hãng
Siemens dùng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất.
Theo nghĩa hẹp, WinCC là chương trình hỗ trợ cho người lập trình thiết kế giao diện

WinCC có thể tạo một giao diện Người – Máy (HMI) dựa trên cơ sở giao tiếp giữa con
người và hệ thống máy, thiết bị điều khiển ( PLC, CNC,…) thông qua các hình ảnh, sơ
đồ, hình vẽ hoặc câu chữ có tính trực quan hơn. Có thể giúp người vận hành theo dõi
được quá trình làm việc, thay đổi các tham số, công thức hoặc quá trình hoạt động,
hiển thị các giá trị hiện thời cũng như giao tiếp với quá trình công nghệ thông qua các
hệ thống tự động. Giao diện HMI cho phép người vận hành giám sát các quy trình sản
xuất và cảnh báo, báo động hệ thống khi có sự cố. Do đó, WinCC là chương trình thiết
kế giao diện Người – Máy thật sự cần thiết, không thể thiếu trong các hệ thống có
quá trình tự động hóa phức tạp và hiện đại. Từ máy tính trung tâm, có thể điều
khiển sự hoạt động toàn bộ dây chuyền sản xuất được lập trình trên WinCC, ta có thể
giám sát tất cả các thiết bị trên dây chuyền. Dựa vào giao diện HMI, có thể giám sát
và thu thập dữ liệu vào ra (I/O) một cách chính xác, hỗ trợ các phương thức xử lí dữ
liệu, tổ chức số liệu một cách linh hoạt thông qua kiểu lập trình bằng ngôn ngữ C.

22


2.5 Tìm hiểu về cảm biến phân loại sản phẩm theo trọng lượng (cảm biến
Loadcell)
2.5.1. Khái niệm:
Loadcell là thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu
điện.
Khái niệm“strain gage”: cấu trúc có thể biến dạng đàn hồi khi chịu tác động của lực
tạo ra một tín hiệu điện tỷ lệ với sự biến dạng này.
Loadcell thường được sử dụng để cảm ứng các lực lớn, tĩnh hay các lực biến thiên
chậm. Một số trường hợp loadcell được thiết kế để đo lực tác động mạnh phụ thuộc
vào thiết kế của Loadcell.
2.5.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.
Cấu tạo:
Loadcell được cấu tạo bởi hai thành phần, thành phần thứ nhất là "Strain gage" và

LoadCell chưa kết nối hoặc hoạt động ở chế độ không tải.
- Quá tải an toàn: là công suất mà Loadcell có thể vượt quá (ví dụ: 125% công suất).
- Hệ số tác động của nhiệt độ: Đại lượng được đo ở chế độ có tải, là sự thay đổi công
suất của Loadcell dưới sự thay đổi nhiệt độ, (ví dụ: 0.01%/10°C nghĩa là nếu nhiệt dộ
tăng thêm 10°C thì công suất đầy tải của Loadcell tăng thêm 0.01%).
- Hệ số tác động của nhiệt độ tại điểm 0: giống như trên nhưng đo ở chế độ không tải.
2.5.4. Phân loại
Có thể phân loại loadcells như sau:
- Phân loại Loadcell theo lực tác động: chịu kéo (shear loadcell), chịu nén
(compression loadcell), dạng uốn (bending), chịu xoắn (Tension Loadcell)
- Phân loại theo hình dạng: dạng đĩa, dạng thanh, dạng trụ, dạng cầu dạng chữ s.
- Phân loại theo kích thước và khả năng chịu tải: loại bé, vừa, lớn.
2.5.5. Ứng dụng của cảm biến Loadcell
Một ứng dụng khá phổ biến thường thấy của Loadcell là được sử dụng trong các loại
cân điện tử hiện nay. Từ ứng dụng trong những chiếc cân kĩ thuật đòi hỏi độ chính xác
cao cho tới những chiếc cân có trọng tải lớn trong công nghiệp như cân xe tải.
Một số ứng dụng khác:
- Trong ngành công nghệ cao:
Với nền khoa học kĩ thuật tiên tiến hiện nay thì loại Loadcell cỡ nhỏ cũng được cải
tiến công nghệ và tính ứng dụng cao hơn. Loại Loadcell này được gắn vào đầu của
ngón tay robot để xác định độ bền kéo và lực nén tác động vào các vật khi chúng cầm
nắm hoặc nhấc lên.

24


- Phân phối đều trọng lượng trong công nghiệp:
Công nghệ sử dụng:
Các thế bào tải (Loadcell LSB and LCF Series) kết hợp với các thiết bị định hướng và
thu thập dữ liệu qua máy tính hoặc PLC