Dùng PLC điều khiển băng chuyền phân loại sản phẩm

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : Th.S Trần Quang Thuận

SVTH : Đoàn Minh Hiệp MSSV : 0851030030

LỜI MỞ ĐẦU

Từ khi công nghiệp ra đời, máy móc được đưa vào phục vụ sản xuất. Con người đã được

giải phóng khỏi lao động chân tay hay những lao động trong các môi trường độc hại nhờ

những cỗ máy thông minh, làm việc với hiệu quả cao.

Sự ra đời PLC (Programable Logic Controller) giúp cho việc lập trình với sự hỗ trợ

của máy tính để quản lý hoạt động các hệ thống trong công nghiệp trở nên đơn giản hơn.

PLC có khả năng thay thế hoàn toàn cho các phương pháp điều khiển truyền thông dùng rơle;

khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình các lệnh logic cơ bản;

khả năng định thời, đếm; giải quyết các vấn đề toán học và công nghệ; khả năng tạo lập, gởi

đi, tiếp nhận những tín hiệu nhằm mục đích kiểm soát sự kích hoạt hoặc đình chỉ những chức

năng của máy hoặc một dây chuyền công nghệ. Bên cạnh đó PLC còn thích hợp trong môi

trường công nghiệp nhờ khả năng chống nhiễu tốt, cấu trúc dạng modul rất thuận tiện cho việc

thiết kế, mở rộng, cải tạo nâng cấp; lập trình dễ dàng; có những modul chuyên dụng để thực

hiện những chức năng đặc biệt hay những modul truyền thông để kết nối PLC với mạng công

nghiệp hoặc mạng internet; có thể thay đổi chương trình hoặc thay đổi trực tiếp các thông số

mà không cần thay đổi lại chương trình.

Từ những ưu điểm của PLC, em đã chọn đề tài “dùng PLC điều khiển băng chuyền phân

loại sản phẩm”. Với mô hình phân loại, sẽ giúp cho dây chuyền sản xuất trở nên đơn giản, dễ

vận hành, giảm được lao động chân tay.

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều nhưng cũng không thể tránh khỏi những hạn chế, thiếu sót.

Chúng em rất mong nhận được sự phê bình và đóng góp ý kiến từ thầy (cô) để đồ án tốt

nghiệp hoàn thiện hơn.

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : Th.S Trần Quang Thuận

SVTH : Đoàn Minh Hiệp MSSV : 0851030030

LỜI CẢM ƠN

Đồ án tốt nghiệp là đúc kết của những năm tháng học tập trong tại trường Đại Học Mở

TP.HCM. Để đạt được kết quả như hôm nay, ngoài sự phấn đấu bản thân, còn có sự quan tâm

giúp đỡ của quý thầy cô tại trường, đặc biệt là các thầy cô đã và đang giảng dạy tại khoa Xây

Dựng Và Điện. Bên cạnh đó là sự chia sẽ kinh nghiệm từ các bạn tại lớp CN08B1 và các anh

chị khóa trước.

Qua đây, em cũng xin gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy TRẦN QUANG THUẬN, là

người đã nhiệt tình giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này.

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : Th.S Trần Quang Thuận

SVTH : Đoàn Minh Hiệp MSSV : 0851030030

MỤC LỤC

Lời mở đầu

Lời cảm ơn

Mục lục

Đặt vấn đề

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ PLC S7 200 1

1.1 Giới thiệu: 1

1.2 Quá trình phát triển của kỹ thuật điều khiển: 1

1.2.1 Hệ thống điều khiển dùng rơle điện: 2

1.2.2 Hệ thống điều khiển dùng PLC: 2

1.2.3 Các chủng loại PLC: 2

1.2.4 Ưu thế của hệ thống điều khiển dùng PLC: 2

1.2.5 Hạn chế: 3

1.2.6 Các ứng dụng của PLC: 3

1.3 Cấu trúc và nghiên cứu hoạt động của một PLC 3

1.3.1 Cấu trúc 3

1.3.2 Chức năng, hoạt động của hệ PLC. 4

1.4 Bộ điều khiển logic lập trình được (PLC) của Siemens: 7

1.4.1 Đặc tính của một số CPU S7-200: 7

1.4.2 Các đèn báo trên PLC: 8

1.4.3 Công tắc chọn chế độ làm việc: 8

1.4.4 Cấp nguồn: 9

1.4.5 Ngõ vào: 9

1.4.6 Ngõ ra: 9

1.5 Truyền thông giữa PC và PLC 11

1.6 Cấu trúc bộ nhớ 14

1.6.1 Các khái niệm xử lý thông tin: 14

1.6.2 Phân chia bộ nhớ: 14

1.6.3 Các phương pháp truy nhập: 15

1.6.4 Mở rộng vào/ ra: 16

CHƯƠNG 2. Phần mềm STEP 7 Micro/WIN. 18

2.1 Các phần tử cơ bản trong chương trình PLC S7-200 18

2.1.1 Chương trình OB1 (main program) 18

2.1.2 Chương trình con SUB (subroutine) 18

2.1.3 Chương trình ngắt INT ( interupt rountine) 18

2.1.4 Khối hệ thống (system block) 19

2.1.5 Khối dữ liệu (data block) 19

2.2 Ngôn ngữ lập trình: 19

2.2.1 Ladder Logic 19

2.2.2 Statement List: 20

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : Th.S Trần Quang Thuận

SVTH : Đoàn Minh Hiệp MSSV : 0851030030

2.2.3 Statement List: 20

2.3 Tập lệnh PLC Siemens S7-200 21

2.3.1 Bit Logic (Các lệnh tiếp điểm) 21

2.3.2 Bộ định thời TIMER 27

2.3.3 Bộ đếm COUNTER 29

2.3.4 Lệnh so sánh COMPARE 31

2.3.5 Hàm di chuyển dữ liệu MOV 35

2.3.6 Lệnh chuyển đổi CONVERT 37

CHƯƠNG 3. MỘT SỐ MÔ HÌNH VỀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 39

3.1. Điều khiển băng tải và pittông 39

3.2. Điều khiển băng tải và thang máy 40

CHƯƠNG 4.THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 41

4.1. Mô hình lí thuyết về phân loại sản phẩm 41

4.2. Sơ đồ khối của hệ thống 41

4.3. Lựa chọn các thiết bị 43

4.4. Thi công mô hình 46

4.5. Lập trình điều khiển 48

KẾT LUẬN 71

MỤC LỤC HÌNH 72

MỤC LỤC BẢNG 73

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử, đặc biệt là kỹ

thuật số đóng vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực từ kỹ thuật, quản lí, công nghiệp tự động

hóa, cung cấp thông tin…. Do đó, chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả

nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển

kỹ thuật điện tử Việt Nam nói riêng.

Hầu hết hiện nay, các nhà máy, xí nghiệp đã đưa vào sử dụng các dây chuyền sản xuất hiện

đại, số lượng sản phẩm sản xuất ra ngày càng nhanh về số lượng. Và khâu phân loại, đóng gói

sản phẩm cũng là khâu vô cùng quan trọng. Tuy nhiên thực tế, các xí nghiệp nhỏ vẫn sử dụng lao

động chân tay trong khâu này. Vì thế, đó là lí do em chọn đề tài “dùng PLC điều khiển băng

chuyền phân loại sản phẩm”.

Để làm được mạch này cần thiết kế được hai phần chính đó là thiết kế mạch cảm biến và

cơ cấu cơ học.

Bộ phận cảm biến: để phát hiện sản phẩm có nhiều loại như cảm biến quang, cảm biến tiệm

cận,… Nhưng đơn giản, dễ thi công nhất là cảm biến quang. Tuy nhiên, cảm biến quang rất dễ bị

nhiễu bởi ánh sáng và nhiệt độ. Để chống nhiễu, ta có thể dùng mạch phát là 1 mạch tạo xung

vuông có tần số cao, còn mạch thu là mạch phát hiện mất xung.

Cơ cấu cơ học: gồm có các băng tải, cơ cấu truyền động để phân loại và sắp xếp sản phẩm.

MỤC ĐÍCH YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI

Trong đồ án này chúng em thực hiện mạch phát hiện sản phẩm bằng phương pháp đếm xung.

Như vậy mỗi sản phẩm đi qua trên băng chuyền sẽ được phát hiện bằng cảm biến quang. Khi

một sản phẩm đi qua cảm biến, cảm biến này sẽ tạo ra một xung điện đưa về khối xử lí. Tuy

nhiên, yêu cầu mạch điện thiết kế không quá phức tạp, bảo đảm được sự an toàn, tin cậy cao, dễ

sử dụng, giá thành không quá mắc.

Cơ cấu cơ học đơn giản, tuy nhiên cũng phải gần với thực tế và đáp ứng được các yêu cầu của đề

tài.

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : ThS. Trần Quang Thuận

SVTH : Đoàn Minh Hiệp MSSV : 0851030030 Trang 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ PLC S7 200

1.1 Giới thiệu:

Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) được sáng tạo từ những ý

tưởng ban đầu của một nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motor vào năm 1968. Trong những

năm gần đây, bộ điều khiển lập trình được sử dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp của

nước ta như là 1 giải pháp lý tưởng cho việc tự động hóa các quá trình sản xuất. Cùng với sự

phát triển công nghệ máy tính đến hiện nay, bộ điều khiển lập trình đạt được những ưu thế cơ

bản trong ứng dụng điều khiển công nghiệp. Như vậy, PLC là 1 máy tính thu nhỏ nhưng với

các tiêu chuẩn công nghiệp cao và khả năng lập trình logic mạnh. PLC là đầu não quan trọng

và linh hoạt trong điều khiển tự động hóa.

Hình 1.1: Mô hình bộ điều khiển lập trình PLC

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : ThS. Trần Quang Thuận

SVTH : Đoàn Minh Hiệp MSSV : 0851030030 Trang 2

1.2 Quá trình phát triển của kỹ thuật điều khiển:

Hệ thống điều khiển là tập hợp các thiết bị và dụng cụ điện tử. Nó dùng để vận hành một

quá trình một cách ổn định, chính xác và thông suốt.

1.2.1 Hệ thống điều khiển dùng rơle điện:

Sự bắt đầu về cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật đặc biệt vào những năm 60 và 70,

những máy móc tự động đuwợc điều khiển bằng những rơle điện từ như các bộ định thời, tiếp

điểm, bộ đếm, relay điện từ. Những thiết bị này được liên kết với nhau để trở thành một hệ

thống hoàn chỉnh bằng vô số các dây điện bố trí chằng chịt bên trong panel điện ( tủ điều

khiển).

Như vậy, với 1 hệ thống có nhiều trạm làm việc và nhiều tín hiệu vào/ra thì tủ điều khiển

rất lớn. Điều đó dẫn đến hệ thống cồng kềnh, sửa chữa khi hư hỏng rất phức tạp và khó khăn.

Hơn nữa, các rơle tiếp điểm nếu có sự thay đổi yêu cầu điều khiển thì bắt buộc thiết kế lại từ

đầu.

1.2.2 Hệ thống điều khiển dùng PLC:

Với những khó khăn và phức tạp khi thiết kế hệ thống dùng rơle điện. những năm 80,

người ta chế tạo ra các bộ điều khiển có lập trình nhằm nâng cao độ tinh cậy, ổn định, đáp ứng

hệ thống làm việc trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt đem lại hiệu quả kinh tế cao. Đó

là bộ điều khiển lập trình được, được chuẩn hóa theo ngôn ngữ Anh Quốc là Programmable

Logic Controller (viết tắt là PLC).

1.2.3 Các chủng loại PLC:

Hiện nay, một số PLC được sử dụng trên thị trường Việt Nam:

- Mỹ:Allen Bradley, General Electric, Square D, Texas Instruments, Cutter Hammer,…

- Đức: Siemens, Boost, Festo…

- Hàn Quốc: LG

- Nhật: Mitsubishi, Omron, Panasonci, Fanuc, Mashushita, Fuzi, Koyo,… Và nhiều chủng

loại khác.

- Các sản phẩm như: Logo!, Easy, Zen, … cũng được chế tạo ra để đáp ứng những yêu cầu

điều khiển đơn giản.

1.2.4 Ưu thế của hệ thống điều khiển dùng PLC:

- Điều khiển linh hoạt, đa dạng.

- Lượng contact lớn, tốc độ hoạt động nhanh.