BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍMINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT SỬ DỤNG PLC S7 - 1200
GVHD: Th.S. NGHUYỄN TẤN ĐỜI
SVTH: ĐỖ QUANG HUY
MSSV: 15141170
SVTH: NGÔ HOÀI NAM
MSSV: 15141214

Tp. Hồ ChíMinh - 12/2019


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍMINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT SỬ DỤNG PLC S7 - 1200


MSSV: 15141170

NgôHoài Nam

MSSV: 15141214

Chuyên ngành:

Kỹ thuật điện tử - truyền thông

Mãngành: 141

Hệ đào tạo:

Đại học chính quy

Mãhệ: 1

Khóa:

2015

Lớp: 15141DT

Họ tên sinh viên:

I. TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT SỬ
DỤNG PLC S7 – 1200
II. NHIỆM VỤ

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

SINH

----o0o---Tp. HCM, ngày tháng năm 2019
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên 1: Đỗ Quang Huy
Lớp: 15141DT2C

MSSV: 15141170

Họ tên sinh viên 2: NgôHoài Nam
Lớp: 15141DT2C

MSSV: 15141214

Tên đề tài:
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT SỬ DỤNG PLC
S7-1200

Tuần/ngày

Nội dung

Kết quả dự kiến

Tuần 1 (26/08 – 31/08)

nhận
GVHD

khí
Tuần 6 (30/09 – 05/10)

Gia công cơ khí

Kết nối các chi tiết cơ
khí

Tuần 7 (07/10 – 12/10)

Thiết kế, thi công hệ

Bản vẽ và tủ điện

thống điện

kết nối các thiết bị
điện

Tuần 8 (14/10 – 19/10)

Lập trình PLC

Code PLC

Tuần 9 (21/10 – 26/10)


Viết báo cáo + cân

Báo cáo phần cơ

chỉnh hệ thống

sở lý thuyết, cân
chỉnh băng tải

Tuần 13 (18/11 – 23/11)

Viết báo cáo + cân

Báo cáo phần tính

chỉnh hệ thống

toán, cân chỉnh
mâm xoay

Tuần 14 (25/11 – 30/11)

Viết báo cáo + cân

Báo cáo phần thiết

chỉnh hệ thống

kế, cân chỉnh khối
dán nhãn

iii


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỜI CAM ĐOAN
-

Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT
SỬ DỤNG PLC S7 - 1200

-

GVHD: Th.S. NGUYỄN TẤN ĐỜI

-

Họ vàtên sinh viên 1:
MSSV:

15141170

Số điện thoại liên lạc:

ĐỖ QUANG HUY
Lớp: 15141DT2C
0972993676

Email: [email protected]
-

Em xin gởi lời chân thành cảm ơn các thầy côtrong khoa Điện – Điện Tử đã tạo ra
những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài.
Em cũng gửi lời cảm ơn đến các bạn trong lớp đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như
những kinh nghiệm quýbáu trong thời gian thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!
Người thực hiện đề tài
Đỗ Quang Huy

NgôHoài Nam

v


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................................................... i
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ..................................................... ii
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... iv
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. v
MỤC LỤC ..................................................................................................................... vi
LIỆT KÊ HÌNH ............................................................................................................. ix
LIỆT KÊ BẢNG ............................................................................................................. x
TÓM TẮT...................................................................................................................... xi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................... 1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ....................................................................................................... 1
1.2 MỤC TIÊU............................................................................................................ 1
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................. 1
1.4 BỐ CỤC ................................................................................................................ 2
1.5 GIỚI HẠN ............................................................................................................. 2

2.5.4.2 Điều khiển tốc độ ................................................................................... 19
2.5.4.3 Điều khiển Mômen ................................................................................. 19
2.5.5 Các lệnh điều khiển trong khối motion......................................................... 20
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ................................................................ 22
3.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ ........................................................................................ 22
3.2 MÔ TẢ HỆ THỐNG ........................................................................................... 22
3.3 THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ ............................................................................. 23
3.3.1 Chọn băng tải ................................................................................................ 23
3.3.2 Chọn khung sườn .......................................................................................... 23
3.3.3 Chọn mâm xoay ............................................................................................ 24
3.3 THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN .................................................................................... 25
3.3.1 Sơ đồ khối của hệ thống ............................................................................... 25
3.3.2 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống ..................................................................... 26
3.3.2.1 Khối điều khiển PLC S7 - 1200 ............................................................. 26
3.3.2.2 Khối nguồn ............................................................................................. 27
3.3.2.3 Khối nút nhấn ......................................................................................... 28
3.3.2.4 Đèn báo ................................................................................................... 29
3.3.2.5 Thiết bị đóng ngắt Relay ........................................................................ 30
3.3.2.6 Khối chiết rót .......................................................................................... 31
3.3.2.7 Khối đóng nắp ........................................................................................ 32
3.3.2.8 Khối dán nhãn ........................................................................................ 35
3.3.2.9 Khối phân loại ........................................................................................ 36
3.3.2.10 Khối mâm xoay .................................................................................... 39
vii


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
3.4 SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC ............................................................................. 44
3.4.1 Sơ đồ mạch động lực Driver servo ............................................................... 44
3.4.2 Sơ đồ mạch động lực động cơ ...................................................................... 45

LIỆT KÊ HÌNH
Hì
nh 2. 1 Máy chiết rót bằng bơm bánh răng ................................................................ 3
Hì
nh 2. 2 Máy chiết rót bằng bơm piston ....................................................................... 4
Hì
nh 2. 3 Máy chiết rót bằng bơm trục vít..................................................................... 5
Hì
nh 2. 4 Máy chiết rót bằng lưu lượng kế .................................................................... 5
Hì
nh 2. 5 Máy chiết rót kiểu đối lưu .............................................................................. 6
Hì
nh 2. 6 Máy dán nhãn tự động .................................................................................... 7
Hì
nh 2. 7 Máy dán nhãn bán tự động ............................................................................. 7
Hì
nh 2. 8 Máy dán nhãn thủ công .................................................................................. 8
Hì
nh 2. 9 Cấu tạo cơ bản của PLC ................................................................................ 9
Hì
nh 2. 10 PLC S7 - 1200............................................................................................. 11
Hì
nh 2. 11 Cấu tạo của bộ điều khiển CPU S7 - 1200................................................. 12
Hì
nh 2. 12 TIA portal V13 ............................................................................................ 15
Hì
nh 2. 13 Các loại Wincc............................................................................................ 16
Hì
nh 2. 14 Servo AC ..................................................................................................... 17
Hình 2. 15 Sơ đồ hồi tiếp vòng kín Servo ..................................................................... 18

nh 3. 18 Cảm biến quang trong thực tế .................................................................... 35
Hình 3. 19 Động cơ dán nhãn ...................................................................................... 35
Hình 3. 20 Sơ đồ cấu tạo và đấu dây............................................................................ 36
Hì
nh 3. 21 Cảm biến dán nhãn trong thực tế ............................................................... 36
Hình 3. 22 Sơ đồ đấu dây ............................................................................................. 37
Hì
nh 3. 23 Cảm biến trong thực tế ............................................................................... 37
Hì
nh 3. 24 Cấu tạo xi-lanh ........................................................................................... 38
ix


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 3. 25 Động cơ AC Servo R7M-A40030 ............................................................... 39
Hì
nh 3. 26 Driver R7D-AP04H .................................................................................... 41
Hì
nh 3. 27 Cơ đồ cấu tạo và đấu dây ........................................................................... 43
Hì
nh 3. 28 Cảm biến tiệm cận trong thực tế ................................................................ 43
Hình 3. 29 Sơ đồ nối dây driver servo .......................................................................... 44
Hình 3. 30 sơ đồ mạch động lực động cơ ..................................................................... 45
Hình 3. 31 Sơ đồ kết nối hệ thống ................................................................................ 45
Hình 3. 32 Sơ đồ kết nối PLC với Driver Servo ........................................................... 46
Hì
nh 4. 1 Nguyên lýthi công khínén ........................................................................... 48
Hì
nh 4. 2 Lắp đặt xi-lanh cho hệ thống ........................................................................ 48
Hình 4. 3 Cơ cấu mâm xoay ......................................................................................... 49

Hì
nh 5. 3 Kết quả giao diện giám sát chí
nh ................................................................. 63
Hì
nh 5. 4 Kết quả giao diện giám sát điều khiển ......................................................... 63

LIỆT KÊ BẢNG
Bảng 2. 1 Đặc tính kỹ thuật của PLC S7 - 1200........................................................... 13
Bảng 2. 2 Đặc tính module mở rộng của PLC S7 – 1200 ............................................ 13
Bảng 3. 1 Catalog PLC S7-1200 .................................................................................. 27
Bảng 4. 1 Danh sách linh kiện...................................................................................... 47
Bảng 4. 2 Bảng tag các ngõvào, ngõra ...................................................................... 55
x


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÓM TẮT
Đề tài tốt nghiệp đề cập đến việc thiết kế giao diện để điều khiển, giám sát
vàthu thập dữ liệu từ dây chuyền chiết rót. Giao diện được thiết kế trên phần mềm
Wincc của hãng Siemens với thiết kế đẹp mắt và đầy đủ các tính năng cần thiết cho
người vận hành cũng như người giám sát hệ thống. Khóa luận cũng hướng dẫn cụ thể
các bước để các bạn khóa sau cóthể tham khảo lập trì
nh trên Wincc một cách dễ dàng.
Với các chức năng cần thiết, phân quyền người dùng trong Wincc, thiết kế giao diện từ
thư viện, tạo nút nhấn…
Dây chuyền được điều khiển thông qua PLC S7-1200 của Siemens đây cũng
làloại PLC cao cấp của Siemens sử dụng rộng rãi trong các khu công nghiệp tự động
vừa vàlớn với yêu cầu ổn định vàchất lượng cao. Dây chuyền điều khiển thiết kế đơn
giản với 2 băng tải cóchức năng vận chuyển chai, các hệ thống vòi chiết rót, hệ thống

Nghiên cứu ứng dụng vàgiao tiếp giữa PLC vàhệ Servo.

-

Thiết kế và thi công được hệ thống chiết rót.

-

Thiết kế được hệ SCADA công nghiệp

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
NỘI DUNG 1: Tìm hiểu vàtham khảo các tài liệu, giáo trì
nh, nghiên cứu các
chủ đề, nội dung liên quan vàđưa ra phương pháp thực hiện đề tài.
NỘI DUNG 2: Tìm hiểu về PLC S7 – 1200 vàphần mềm lập trì
nh.
NỘI DUNG 3: Thiết kế phần cứng của hệ thống .
NỘI DUNG 4: Thiết kế giải thuật điều khiển, lập trì
nh PLC, thiết kế giao diện
giám sát trên Wincc.
NỘI DUNG 5: Thử nghiệm, điều chỉnh phần mềm, phần cứng cho hệ thống tối
ưu, thu thập kết quả qua những lần thử nghiệm đánh giá tính ổn định của hệ thống.
NỘI DUNG 6: Viết quyển báo cáo tốt nghiệp.
NỘI DUNG 7: Báo cáo đồ án tốt nghiệp.
1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.4 BỐ CỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN


-

Được điều khiển vàgiám sát trên Wincc.

2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT
2.1.1 Giới thiệu
Để cóthể xây dựng được một hệ thống như yêu cầu đặt ra, chúng ta cần phải tìm
hiểu một số khái niệm, cơ sở liên quan đến hệ thống. Các khái niệm về hệ thống chiết
rót, các cách thức để giao tiếp giữa PLC với các thiết bị ngoại vi vàcác phần mềm được
hỗ trợ đều được trình bày trong chương này.
Cóthể thấy các sản phẩm tiêu dùng hiện nay phần lớn chưa đựng trong các bao
bìdạng chai lọ nhất làtrong ngành thực phẩm vídụ như: bia, rượu, nước giải khát, v.v..
với nhiều ưu điểm nổi trội như giá thành hạ, cứng cáp, tí
nh thẩm mỹ cao, dễ sản xuất.
Cũng chính vì lý do này các hệ thống máy chiết rót, đóng nắp chai tự động được sử
dụng rộng rãi với nhiều những chũng loại khác nhau.
Dây chuyền đóng nắp chai tự động cónhiều kích thước đa dạng, được sử dụng
kết hợp chung với dây chuyền chiết rót chất lỏng. Nókhông chỉ được sử dụng trong các
công ty lớn màcòn sử dụng ở các cơ sở sản xuất tư nhân nhỏ.
2.1.2 Các hệ thống chiết rót cósẵn trên thị trường
Trên thị trường các dòng máy chiết rót hiện nay, có5 dòng máy chiết rót được
ưa chuộng vàlàsự lựa chọn ưu tiên của các cơ sở sản xuất đó là: máy chiết rót bằng bơm
bánh răng, máy chiết rót bằng bơm piston, máy chiết rót bằng bơm trục ví

nh xác
chiết rót cao, phùhợp các sản phẩm yêu cầu định lượng động chuẩn chỉnh cao. Dòng
máy được sản xuất kèm thiết bị bảo vệ “không chai – không chiết rót” với loại vòi ngâm
không làm tràn chất lỏng. Bơm piston hoạt động trơn tru và linh hoạt, màn hì
nh cảm
ứng điều khiển hỗ trợ tối đa các thao tác điều chỉnh.

4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
 Máy chiết rót bằng bơm trục ví
t

Hình 2. 3 Máy chiết rót bằng bơm trục vít
Máy chiết rót bằng bơm trục ví
t hay còn gọi làmáy chiết rót tự động 8 đầu (bơm
trục ví
t) với thiết kế phùhợp với chiết rót các loại dầu nhớt.
Mỗi đầu bơm trục vítcủa dòng máy này được điều khiển bởi một motor AC riêng
biệt nên độ chính xác khi rót rất cao. Loại vòi ngâm sử dụng cho máy chiết rót này hạn
chế tối đa sản sinh bọt khívàtránh chất lỏng văng ra ngoài. Người sử dụng cóthể dễ
dàng điều chỉnh, cài đặt các thông số thông qua màn hì
nh LCD cảm ứng.
 Máy chiết rót bằng lưu lượng kế

Hình 2. 4 Máy chiết rót bằng lưu lượng kế
Máy chiết rót bằng lưu lượng kế làdòng máy chiết rót 10 đầu dạng định lượng
được sử dụng chiết chính xác hơn vàdễ dàng cho các thao tác vệ sinh. Loại máy này
phùhợp với việc chiết các chất lỏng có độ nhớt, đậm đặc.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 2. 6 Máy dán nhãn tự động
Các máy dán nhãn tự động sử dụng màn hì
nh hiển thị các thông số cho người
dùng, hệ thống băng tải sản phẩm giúp các thông số của công đoạn dán nhãn luôn được
kiểm soát, đảm bảo tốc độ dán nhãn vàtốc độ cấp sản phẩm vào/ra được đồng bộ.
 Máy dán nhãn bán tự động
Máy dán nhãn bán tự động giúp giảm chi phí đầu tư, phù hợp với các dây chuyền
nhỏ hoặc quy môhộ gia đình sản xuất loại sản phẩm năng suất không cần cao vàtận
dụng lao động một cách tối đa.

Hình 2. 7 Máy dán nhãn bán tự động
Máy dán nhãn bán tự động được thiết kế tối ưu, không bị cuốn nhãn trong quá
trì
nh dán, in date, các thông số, barcode sử dụng mực ruy bang khôgia nhiệt in lên decal
có độ bám dính tốt, đáng tin cậy.
Máy tự động dán nhãn sử dụng bộ lập trình PLC điều khiển giúp máy xử lýnhanh
hơn, chính xác hơn, phầm mềm điều khiển thân thiện dễ sử dụng.

7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Thiết kế máy dán nhãn tự động nhỏ gọn dễ dàng di chuyển, không tốn chi phí
bảo trì
, giátrị đầu tư thấp, máy cóthể đạt năng suất dán lên đến vài nghì
n sản phẩm/giờ.
 Máy dán nhãn thủ công
Máy dán nhãn thủ công gồm máy dán nhãn chai tròn vàmáy dán nhãn cầm tay.

PLC thích hợp nhất cho điều khiển logic (thay thế các rơle), song cũng có chức
năng điều chỉnh (như PID, mờ,...) vàcác chức năng tính toán khác. Lúc đầu, PLC chủ

8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
yếu được ứng dụng trong các ngành công nghiệp chế tạo, điều khiển các quátrì
nh rời
rạc. Trong các hệ SCADA, PLC phát huy được nhiều ưu điểm vàthế mạnh.
2.2.2 Cấu tạo của PLC

Hình 2. 9 Cấu tạo cơ bản của PLC
Khối xử lý(CPU)
Để đáp ứng được yêu cầu đã nêu thì PLC cần phải có CPU như một máy tí
nh
thực thụ. CPU được xem là bộ não của PLC, nó quyết định tốc độ xử lý cũng như khả
năng điều khiển chuyên biệt của PLC.
CPU lànơi đọc tín hiệu ngõvào từ khối vào, xử lývàxuất tí
n hiệu tới khối ra.
CPU còn chứa các khối chứa năng phổ biến như Counter, Timer, lệnh toán học, chuyển
đổi dữ liệu… và các hàm chuyên dụng.
Khối ngõvào (Module Input)
Có hai loại ngõ vào là ngõ vào số DI (Digital Input) và ngõ vào tương tự AI
(Analog Input).
Ngõvào DI kết nối với các thiết bị tạo ra tí
n hiệu dạng nhị phân như: công tắc, nút
nhấn, công tắc hành trình, cảm biến quang, cảm biến tiệm cận.
Ngõ vào AI kết nối với các thiết bị tạo ra tín hiệu liên tục như: các loại cảm biến
nhiệt độ, áp suất, khoảng cách, độ ẩm. Khi kết nối cần chú ý đến sự tương thích giữa

quy môđiều khiển đơn giản, tiết kiệm, không cần phải trang bị CPU mới. Tuy nhiên khi
mở rộng cần chúýtới khả năng kết nối tối đa của CPU.
Khả năng truyền thông, nối mạng với máy tí
nh hay với PLC khác. Khả năng này
đáp ứng yêu cầu điều khiển, giám sát từ xa, xây dựng hệ thống SCADA.
Hoạt động với độ tin cậy cao, chống nhiễu tốt trong môi trường công nghiệp.
Nhược điểm
Phạm vi ứng dụng hạn chế do giácao nên không đáp ứng các yêu cầu điều khiển
đơn giản. Với những yêu cầu này thìbộ điều khiển tiếp điểm sẽ hiệu quả kinh tế hơn.
Yêu cầu người lắp đặt ban đầu, lập trì
nh phải cóhiểu biết chuyên môn về PLC.

10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.2.3.2. Vai trò
Với những ưu nhược điểm như đã nêu trên, PLC thể hiện ưu điểm vượt trội và
hiện nay đã thay thế hệ thống điều khiển tiếp điểm truyền thống trong các nhà máy, dây
chuyền công nghệ. Việc thay thế này giúp hệ thống hoạt động tin cậy vàhiệu quả hơn,
tiết kiệm nhân công và tránh những thao tác sai của người vận hành.
2.3 GIỚI THIỆU VỀ PLC S7 - 1200
2.3.1 Khái niệm chung về PLC S7 – 1200

Hình 2. 10 PLC S7 - 1200
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7200. So với S7-200 thìS7-1200 cónhững tính năng nổi trội sau:
S7-1200 làmột dòng của bộ điều khiển logic lập trì
nh (PLC) cóthể kiểm soát
nhiều ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phíthấp, vàmột tập lệnh mạnh làm
cho chúng ta cónhững giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200.

24 VDC.

Hình 2. 11 Cấu tạo của bộ điều khiển CPU S7 - 1200
Các module CPU khác nhau cóhì
nh dạng, chức năng, tốc độ xử lý, bộ nhớ
chương trình khác nhau…
2.3.3. Các dòng chí
nh của CPU S7 – 1200
S7 – 1200 có 5 dòng làCPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C, CPU 1215C,
CPU 1217C.

12