Dây chuyền phân loại và đếm sản phẩm tự động dùng PLC S7-200 & WinCC

Dây chuyền phân loại và đếm sản phẩm tự động hóa quy trình, tăng năng suất. Giải pháp tối ưu cho doanh nghiệp sản xuất, giảm chi phí nhân công. Tìm hiểu ngay!

• Tác giả: Nhóm Sinh Viên Thực Hiện
• Người hướng dẫn: Thầy Hùng
• Trường học: Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội
• Chuyên ngành: Điện
• Đề tài: Dây chuyền phân loại và đếm sản phẩm tự động
• Loại tài liệu: Đồ án
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: Tổng quan về PLC S7 200 và bài toán phân loại sản phẩm
• 1.1. Tổng quan về PLC S7-200
• 1.1.1. Chức năng hệ PLC
• 1.2. Cấu hình phần cứng
• 1.3. Kết nối với máy tính
• 2. CHƯƠNG 2: Phần mềm WinCC và phương pháp kết nối với PLC S7 200. Giới thiệu phần mềm giao diện người máy WinCC (Siemens)
• 2.1. Đặc trưng cơ bản của WinCC
• 2.2. Chức năng Graphics Designer
• 2.3. Chức năng Alarm Logging
• 3. B Cấu hình Wincc
• 3.1. Chức năng của Win CC Explower
• 3.2. Cấu trúc Alarm longging .Phần mềm PC access kết nối PLC và WinCC
• 3.2.1. Tạo Tag trong phần mềm PC Access
• 3.2.2. Kết nối biến với WinCC
• 4. Mô hình dây truyền phân loại sản phẩm
• 4.1. Mô hình cơ khí
• 4.2. Cấu tạo mô hình
• 4.3. Chức năng hoạt động của các nút ấn trên mô hình. Nguyên lý hoạt động của dây truyền phân loại và đếm sản phẩm
• 4.4. Cảm biến E3F DS10C4.Ứng dụng trong sản xuất gạch
• 4.5. Ứng dụng trong ngành công nghiệp sản xuất thực phẩm:
• 4.6. Ưu, khuyết điểm của mô hình
• 4.7. Ưu điểm của mô hình
• 5. CHƯƠNG 4: Thực thi hệ thống điều khiển giám sát dây truyền phân loại sản phẩm dùng WinCC và S7 200
• 5.1. Mạch điều khiển
• 5.1.1. Vi điều khiển 8052 : AT89S52
• 5.1.2. Mạch đảo chiều động cơ 1 chiều : L 298
• 5.1.3. Bộ cách ly quang : PC 817
• 5.1.4. Bộ hiển thị LED 7 thanh
• 5.2. Chương trình PLC cho mô hình phân loại và đếm sản phẩm.Bảng thiết lập vào ra .Lưu đồ thuật toán của PLC
• 5.3. Lập giao diện mô phỏng mô hình trên WinCC
• 5.4. Kết nối PLC và WinCC dùng phần mềm PC Access

Tóm tắt

I. Tổng Quan Dây Chuyền Phân Loại và Đếm Sản Phẩm Tự Động

Ngày nay, sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật và công nghệ thông tin đã mang lại nhiều lợi ích to lớn, giúp giảm thiểu tối đa sức lao động của con người trong quá trình sản xuất. Mức độ tự động hóa tại các nhà máy, xưởng sản xuất và kho bãi ngày càng được nâng cao, đòi hỏi các hệ thống sản xuất phải có khả năng xử lý nhanh chóng, chính xác và hoàn hảo hơn. Điều này đáp ứng nhu cầu ngày càng khắt khe của xã hội về số lượng, chất lượng và tính thẩm mỹ của sản phẩm. Dây chuyền phân loại và đếm sản phẩm tự động là một trong những ứng dụng quan trọng của tự động hóa, góp phần nâng cao hiệu quả và năng suất trong sản xuất. Hệ thống này không chỉ giúp giảm thiểu sai sót do con người gây ra mà còn cho phép giám sát và điều khiển quá trình sản xuất một cách hiệu quả hơn. Theo tài liệu gốc, đề tài này là một phần nhỏ trong quy trình sản xuất, nhưng lại có ý nghĩa quan trọng trong việc củng cố kiến thức và ứng dụng vào thực tế. Các thành phần chính của một dây chuyền phân loại và đếm sản phẩm tự động bao gồm: hệ thống cơ khí, hệ thống điều khiển (thường sử dụng PLC), cảm biến, bộ truyền động và hệ thống giao diện người-máy (HMI). Việc tích hợp các thành phần này một cách hài hòa sẽ tạo ra một hệ thống hoạt động trơn tru và hiệu quả. Ưu điểm của hệ thống tự động này là khả năng hoạt động liên tục, ổn định, giảm thiểu chi phí nhân công và tăng cường khả năng kiểm soát chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên, chi phí đầu tư ban đầu có thể là một thách thức đối với các doanh nghiệp nhỏ và vừa. Hơn nữa, việc bảo trì và sửa chữa hệ thống cũng đòi hỏi đội ngũ kỹ thuật viên có trình độ chuyên môn cao.

1.1. Lợi ích của Tự Động Hóa trong Sản Xuất Hiện Đại

Tự động hóa đóng vai trò then chốt trong việc cải thiện năng suất, giảm chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm. Việc ứng dụng các hệ thống tự động giúp loại bỏ các công đoạn thủ công lặp đi lặp lại, giảm thiểu sai sót do con người gây ra và cho phép hoạt động liên tục 24/7. Ví dụ, trong ngành sản xuất thực phẩm, các hệ thống tự động giúp đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm, giảm thiểu nguy cơ nhiễm bẩn và duy trì chất lượng sản phẩm ổn định. Ngoài ra, tự động hóa còn giúp tạo ra môi trường làm việc an toàn hơn cho người lao động, giảm thiểu các tai nạn lao động và cải thiện điều kiện làm việc tổng thể. Theo nghiên cứu, các doanh nghiệp đầu tư vào tự động hóa thường có khả năng cạnh tranh tốt hơn trên thị trường, đạt được lợi nhuận cao hơn và tạo ra nhiều cơ hội việc làm hơn. Tuy nhiên, việc triển khai tự động hóa cần được thực hiện một cách cẩn thận, đảm bảo rằng hệ thống được thiết kế phù hợp với nhu cầu cụ thể của doanh nghiệp và được vận hành bởi đội ngũ nhân viên có trình độ chuyên môn cao. Đồng thời, cần chú trọng đến việc đào tạo lại nhân viên để họ có thể thích ứng với các công nghệ mới và đảm nhận các công việc có giá trị gia tăng cao hơn.

1.2. Các Thành Phần Chính của Dây Chuyền Tự Động

Một dây chuyền phân loại và đếm sản phẩm tự động bao gồm nhiều thành phần quan trọng, phối hợp nhịp nhàng để đảm bảo hoạt động hiệu quả. Hệ thống cơ khí đóng vai trò nền tảng, bao gồm băng tải, cơ cấu gạt sản phẩm và các bộ phận hỗ trợ khác. Băng tải có nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm qua các giai đoạn khác nhau của quy trình. Cơ cấu gạt sản phẩm được sử dụng để phân loại sản phẩm theo các tiêu chí đã định. Hệ thống điều khiển, thường sử dụng PLC (Programmable Logic Controller), là bộ não của hệ thống, điều khiển hoạt động của các thành phần khác dựa trên các chương trình được lập trình sẵn. Cảm biến được sử dụng để phát hiện sản phẩm, đo lường kích thước, trọng lượng hoặc các thuộc tính khác. Bộ truyền động, chẳng hạn như động cơ hoặc xi lanh khí nén, cung cấp năng lượng để di chuyển các bộ phận cơ khí. Cuối cùng, hệ thống HMI (Human-Machine Interface) cung cấp giao diện cho người vận hành để giám sát và điều khiển hệ thống. Theo tài liệu gốc, PLC S7-200 và phần mềm WinCC thường được sử dụng trong các dây chuyền phân loại và đếm sản phẩm tự động. Việc lựa chọn các thành phần phù hợp và tích hợp chúng một cách hiệu quả là yếu tố then chốt để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả của toàn bộ hệ thống.

II. Thách Thức và Vấn Đề Khi Phân Loại Đếm Sản Phẩm Thủ Công

Phân loại và đếm sản phẩm thủ công, mặc dù vẫn còn phổ biến trong một số ngành công nghiệp, tồn tại nhiều hạn chế và thách thức đáng kể. Một trong những vấn đề lớn nhất là sai sót do con người gây ra, đặc biệt là khi phải xử lý một lượng lớn sản phẩm trong thời gian dài. Sự mệt mỏi, mất tập trung hoặc thiếu kinh nghiệm có thể dẫn đến việc phân loại sai hoặc đếm không chính xác, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất. Ngoài ra, phân loại và đếm sản phẩm thủ công thường tốn nhiều thời gian và công sức, đòi hỏi số lượng lớn nhân công. Điều này làm tăng chi phí sản xuất và giảm khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp. Hơn nữa, việc giám sát và kiểm soát chất lượng trong quy trình thủ công gặp nhiều khó khăn, vì không có hệ thống ghi nhận và theo dõi dữ liệu một cách tự động. Theo tài liệu gốc, việc tự động hóa quy trình phân loại và đếm sản phẩm giúp giải quyết các vấn đề này, nâng cao năng suất, giảm chi phí và cải thiện chất lượng sản phẩm. Tuy nhiên, việc chuyển đổi từ quy trình thủ công sang quy trình tự động đòi hỏi sự đầu tư đáng kể về vốn, công nghệ và đào tạo nhân lực. Do đó, các doanh nghiệp cần phải cân nhắc kỹ lưỡng các yếu tố này trước khi quyết định triển khai hệ thống tự động.

2.1. Những Hạn Chế Của Phương Pháp Thủ Công Truyền Thống

Phương pháp thủ công trong phân loại và đếm sản phẩm còn tồn tại nhiều hạn chế lớn. Tốc độ xử lý chậm là một yếu tố then chốt, khi nhân công chỉ có thể thao tác với tốc độ nhất định, gây khó khăn trong việc đáp ứng nhu cầu sản xuất lớn. Tính thiếu chính xác cũng là một vấn đề đáng lo ngại, vì sai sót có thể xảy ra do sự mệt mỏi, thiếu tập trung hoặc đánh giá chủ quan của người lao động. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và uy tín của doanh nghiệp. Chi phí nhân công cao cũng là một yếu tố cần cân nhắc, đặc biệt trong bối cảnh chi phí lao động ngày càng tăng. Ngoài ra, điều kiện làm việc vất vả và đơn điệu có thể gây ảnh hưởng đến sức khỏe và tinh thần của người lao động. Chính vì vậy, việc tìm kiếm các giải pháp tự động hóa hiệu quả là vô cùng cần thiết để nâng cao năng lực cạnh tranh và cải thiện môi trường làm việc.

2.2. Ảnh Hưởng Đến Năng Suất và Chất Lượng Sản Phẩm

Việc phân loại và đếm sản phẩm thủ công trực tiếp ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng sản phẩm. Với tốc độ xử lý chậm, số lượng sản phẩm được phân loại và đếm trong một đơn vị thời gian bị hạn chế, gây ảnh hưởng đến khả năng đáp ứng nhu cầu thị trường và làm giảm doanh thu của doanh nghiệp. Sai sót trong quá trình phân loại có thể dẫn đến việc sản phẩm không đạt tiêu chuẩn bị đưa ra thị trường, làm ảnh hưởng đến uy tín của thương hiệu và gây thiệt hại về tài chính. Hơn nữa, việc không kiểm soát chặt chẽ quy trình có thể dẫn đến sự biến động về chất lượng sản phẩm, gây khó khăn trong việc xây dựng lòng tin của khách hàng. Do đó, việc tự động hóa quy trình phân loại và đếm sản phẩm không chỉ giúp nâng cao năng suất mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm ổn định, tạo lợi thế cạnh tranh cho doanh nghiệp.

III. Giải Pháp Dây Chuyền Phân Loại Sản Phẩm Tự Động Sử Dụng PLC

Dây chuyền phân loại sản phẩm tự động sử dụng PLC (Programmable Logic Controller) là một giải pháp hiệu quả để giải quyết các vấn đề liên quan đến phân loại và đếm sản phẩm thủ công. PLC là một thiết bị điều khiển logic khả trình, có khả năng thực hiện các chức năng và thuật toán để điều khiển máy móc và các quá trình sản xuất. Trong dây chuyền phân loại sản phẩm, PLC được sử dụng để điều khiển hoạt động của các cảm biến, bộ truyền động và cơ cấu gạt sản phẩm, dựa trên các chương trình được lập trình sẵn. Theo tài liệu gốc, PLC S7-200 của Siemens là một lựa chọn phổ biến trong các ứng dụng này. Ưu điểm của việc sử dụng PLC là khả năng lập trình linh hoạt, dễ dàng thay đổi và điều chỉnh chương trình để đáp ứng các yêu cầu sản xuất khác nhau. Ngoài ra, PLC có độ tin cậy cao, hoạt động ổn định trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt và có khả năng kết nối với các thiết bị khác trong hệ thống. Việc sử dụng PLC giúp tự động hóa quy trình phân loại sản phẩm, giảm thiểu sai sót do con người gây ra, nâng cao năng suất và cải thiện chất lượng sản phẩm.

3.1. Ưu Điểm Của PLC trong Điều Khiển Tự Động Hóa

PLC mang lại nhiều ưu điểm vượt trội trong lĩnh vực điều khiển tự động hóa. Khả năng lập trình linh hoạt cho phép người dùng dễ dàng thay đổi và điều chỉnh chương trình điều khiển để đáp ứng các yêu cầu sản xuất khác nhau. Độ tin cậy cao và khả năng hoạt động ổn định trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt giúp giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động và chi phí bảo trì. Khả năng kết nối với các thiết bị khác trong hệ thống, chẳng hạn như cảm biến, bộ truyền động và hệ thống HMI, giúp tạo ra một hệ thống điều khiển toàn diện. Ngoài ra, PLC có kích thước nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt và bảo trì. Theo tài liệu gốc, PLC S7-200 của Siemens là một lựa chọn phổ biến trong các ứng dụng điều khiển tự động hóa nhờ các ưu điểm này. Việc sử dụng PLC giúp tăng cường hiệu quả sản xuất, giảm chi phí và cải thiện chất lượng sản phẩm.

3.2. Lập Trình PLC Cho Phân Loại và Đếm Sản Phẩm

Lập trình PLC cho dây chuyền phân loại và đếm sản phẩm đòi hỏi sự hiểu biết về các ngôn ngữ lập trình PLC, chẳng hạn như Ladder Logic (LAD), Function Block Diagram (FBD) và Statement List (STL). Theo tài liệu gốc, STEP 7 Micro/WIN là một phần mềm phổ biến để lập trình PLC S7-200. Chương trình PLC cần được thiết kế để xử lý tín hiệu từ các cảm biến, điều khiển hoạt động của các bộ truyền động và cơ cấu gạt sản phẩm, và thực hiện các chức năng đếm và hiển thị số lượng sản phẩm. Việc sử dụng các chương trình con (subroutine) và chương trình ngắt (interrupt routine) giúp cấu trúc chương trình một cách rõ ràng và dễ bảo trì. Ngoài ra, cần chú ý đến việc xử lý các tình huống lỗi và đảm bảo an toàn cho hệ thống. Việc lập trình PLC một cách hiệu quả là yếu tố then chốt để đảm bảo hoạt động ổn định và chính xác của dây chuyền phân loại sản phẩm.

IV. Ứng Dụng Phần Mềm WinCC trong Giám Sát Dây Chuyền

WinCC (Windows Control Center) là một phần mềm HMI (Human-Machine Interface) của Siemens, được sử dụng để giám sát và điều khiển các quá trình sản xuất. Trong dây chuyền phân loại và đếm sản phẩm tự động, WinCC được sử dụng để tạo ra giao diện trực quan cho người vận hành, hiển thị các thông tin về trạng thái hệ thống, số lượng sản phẩm đã phân loại và đếm, và cho phép điều khiển các thông số hoạt động của hệ thống. Theo tài liệu gốc, WinCC có nhiều chức năng quan trọng, bao gồm Graphics Designer để tạo giao diện đồ họa, Alarm Logging để hiển thị các thông báo lỗi và Tag Logging để thu thập và lưu trữ dữ liệu. Việc sử dụng WinCC giúp người vận hành dễ dàng giám sát và điều khiển dây chuyền phân loại sản phẩm, phát hiện và xử lý các sự cố một cách nhanh chóng, và thu thập dữ liệu để phân tích và cải thiện hiệu quả sản xuất.

4.1. Tạo Giao Diện Giám Sát Trực Quan trên WinCC

Việc tạo giao diện giám sát trực quan trên WinCC giúp người vận hành dễ dàng theo dõi và điều khiển dây chuyền phân loại sản phẩm. Graphics Designer trong WinCC cho phép tạo ra các hình ảnh đồ họa thể hiện các thành phần của hệ thống, chẳng hạn như băng tải, cảm biến, bộ truyền động và cơ cấu gạt sản phẩm. Các đối tượng đồ họa có thể được liên kết với các biến trong PLC để hiển thị trạng thái hoạt động, số lượng sản phẩm và các thông số khác. Ngoài ra, có thể sử dụng các control, chẳng hạn như nút ấn và thanh trượt, để điều khiển các chức năng của hệ thống. Việc thiết kế giao diện một cách trực quan và dễ sử dụng giúp người vận hành dễ dàng nắm bắt thông tin và thực hiện các thao tác điều khiển một cách chính xác.

4.2. Thu Thập và Lưu Trữ Dữ Liệu với WinCC Tag Logging

WinCC Tag Logging là một chức năng quan trọng cho phép thu thập và lưu trữ dữ liệu từ dây chuyền phân loại sản phẩm. Dữ liệu có thể bao gồm số lượng sản phẩm đã phân loại và đếm, thời gian hoạt động của hệ thống, trạng thái của các cảm biến và bộ truyền động, và các thông số khác. Dữ liệu được lưu trữ có thể được sử dụng để phân tích hiệu quả sản xuất, xác định các vấn đề tiềm ẩn và đưa ra các giải pháp cải thiện. Ngoài ra, dữ liệu có thể được sử dụng để tạo ra các báo cáo và biểu đồ, giúp người quản lý dễ dàng theo dõi và đánh giá hiệu quả hoạt động của dây chuyền phân loại sản phẩm.

V. Cảm Biến và Bộ Đếm Sản Phẩm trong Hệ Thống Tự Động

Cảm biến và bộ đếm sản phẩm là những thành phần quan trọng trong dây chuyền phân loại và đếm sản phẩm tự động. Cảm biến được sử dụng để phát hiện sự hiện diện của sản phẩm, đo lường kích thước, trọng lượng hoặc các thuộc tính khác. Bộ đếm sản phẩm được sử dụng để đếm số lượng sản phẩm đã được phân loại. Theo tài liệu gốc, cảm biến quang điện thường được sử dụng trong các ứng dụng này. Cảm biến quang điện hoạt động dựa trên nguyên tắc phát hiện ánh sáng bị chắn bởi sản phẩm. Khi sản phẩm đi qua cảm biến, ánh sáng bị chắn, tạo ra một tín hiệu điện được gửi đến PLC. PLC sử dụng tín hiệu này để điều khiển hoạt động của cơ cấu gạt sản phẩm và bộ đếm sản phẩm. Việc lựa chọn cảm biến và bộ đếm sản phẩm phù hợp là yếu tố then chốt để đảm bảo độ chính xác và tin cậy của hệ thống.

5.1. Các Loại Cảm Biến Thường Dùng Quang Tiệm Cận

Có nhiều loại cảm biến khác nhau có thể được sử dụng trong dây chuyền phân loại và đếm sản phẩm, tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Cảm biến quang điện (photoelectric sensor) là một lựa chọn phổ biến, hoạt động dựa trên nguyên tắc phát hiện ánh sáng bị chắn bởi sản phẩm. Cảm biến tiệm cận (proximity sensor) phát hiện sự hiện diện của sản phẩm mà không cần tiếp xúc trực tiếp. Cảm biến siêu âm (ultrasonic sensor) sử dụng sóng âm để phát hiện sản phẩm và đo khoảng cách. Việc lựa chọn loại cảm biến phù hợp phụ thuộc vào các yếu tố như kích thước, hình dạng và vật liệu của sản phẩm, cũng như môi trường hoạt động của hệ thống. Theo tài liệu gốc, cảm biến quang điện E3F DS10C4 là một lựa chọn phổ biến trong các ứng dụng phân loại sản phẩm.

5.2. Bộ Đếm Điện Tử và Ứng Dụng Trong Sản Xuất

Bộ đếm điện tử đóng vai trò quan trọng trong việc đếm số lượng sản phẩm đã được phân loại. Bộ đếm nhận tín hiệu từ cảm biến và tăng giá trị đếm lên một đơn vị mỗi khi phát hiện một sản phẩm mới. Giá trị đếm có thể được hiển thị trên màn hình và được sử dụng để điều khiển các chức năng khác của hệ thống, chẳng hạn như dừng băng tải khi đạt đến số lượng sản phẩm yêu cầu. Bộ đếm điện tử có nhiều loại khác nhau, từ các bộ đếm đơn giản chỉ đếm số lượng sản phẩm đến các bộ đếm phức tạp hơn có khả năng lưu trữ dữ liệu và kết nối với các hệ thống khác. Việc lựa chọn bộ đếm phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng.

VI. Kết Luận và Tương Lai của Dây Chuyền Phân Loại Sản Phẩm

Dây chuyền phân loại và đếm sản phẩm tự động là một giải pháp hiệu quả để nâng cao năng suất, giảm chi phí và cải thiện chất lượng sản phẩm trong nhiều ngành công nghiệp. Việc sử dụng PLC, phần mềm HMI, cảm biến và bộ đếm sản phẩm giúp tự động hóa quy trình phân loại, giảm thiểu sai sót do con người gây ra và cho phép giám sát và điều khiển quá trình sản xuất một cách hiệu quả hơn. Trong tương lai, dây chuyền phân loại sản phẩm sẽ tiếp tục phát triển với các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo (AI) và Internet of Things (IoT), giúp hệ thống trở nên thông minh hơn, linh hoạt hơn và có khả năng thích ứng với các yêu cầu sản xuất khác nhau. Việc tích hợp các công nghệ này sẽ mở ra những cơ hội mới để tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thiểu lãng phí và tạo ra các sản phẩm có giá trị gia tăng cao hơn.

6.1. Tóm Tắt Lợi Ích và Hiệu Quả của Tự Động Hóa

Tự động hóa dây chuyền phân loại và đếm sản phẩm mang lại nhiều lợi ích và hiệu quả đáng kể. Năng suất tăng lên nhờ khả năng hoạt động liên tục và tốc độ xử lý nhanh hơn so với phương pháp thủ công. Chi phí sản xuất giảm do giảm thiểu chi phí nhân công và giảm lãng phí do sai sót. Chất lượng sản phẩm được cải thiện nhờ độ chính xác cao và khả năng kiểm soát quy trình chặt chẽ. An toàn lao động được nâng cao nhờ giảm thiểu các công việc nặng nhọc và nguy hiểm. Tóm lại, tự động hóa là một giải pháp hiệu quả để nâng cao năng lực cạnh tranh và cải thiện hiệu quả hoạt động của doanh nghiệp.

6.2. Xu Hướng Phát Triển trong Tương Lai AI IoT

Trong tương lai, dây chuyền phân loại và đếm sản phẩm sẽ tiếp tục phát triển với sự tích hợp của các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo (AI) và Internet of Things (IoT). AI có thể được sử dụng để phân tích dữ liệu từ cảm biến và đưa ra các quyết định thông minh về phân loại sản phẩm, tối ưu hóa quy trình sản xuất và dự đoán các vấn đề tiềm ẩn. IoT cho phép kết nối các thiết bị trong hệ thống với internet, cho phép giám sát và điều khiển từ xa, thu thập dữ liệu thời gian thực và tích hợp với các hệ thống khác. Sự kết hợp của AI và IoT sẽ tạo ra các dây chuyền phân loại sản phẩm thông minh hơn, linh hoạt hơn và có khả năng thích ứng với các yêu cầu sản xuất khác nhau.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 Tổng quan về PLC S7 200 và bài toán phân loại sản phẩm. A Tổng quan về PLC S7-200. 1 Chức năng hệ PLC. Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC ( Programable Logic Controler ) là thiết bị điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý , sử dụng bộ nhớ lập trình được để lưu trữ các lệnh , thực hiện các chức năng và thuật toán để điều khiển máy và các quá trình.

Thiết bị lập trình Bộ nhớ Giao diện vào Bộ xử lý ( CPU ) Giao diện ra Nguồn cung cấp Phần cứng PLC có 5 bộ phận cơ bản: - Bộ xử lý: còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU) , là linh kiện chứa bộ vi xử lý. Bộ xử lý biên dịch các tín hiệu vào và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu trong bộ nhớ của CPU , truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các tín hiệu ra. Nguyên lý làm việc của bộ xử lý tiến hành theo từng bước tuần tự , đầu tiên các thông tin lưu trữ trong bộ nhớ chương trình được gọi lên tuần tự và được kiểm soát bởi bộ đếm chương trình. Bộ xử lý liên kết các tín hiệu và đưa ra kết quả ra đầu ra.

Chu kỳ thời gian này gọi là thời gian quét ( scan ). Thời gian vòng quét phụ thuộc vào dung lượng bộ nhớ , tốc độ của CPU. Chuyển dữ liệu từ bộ 1. Nhập dữ liệu từ thiết bị đệm ảo ra thiết bị ngoại vi.

ngoại vi vào bộ đệm. Truyền thông và kiểm 2. Thực hiện chương trình. Sự thao tác tuần tự của chương trình dẫn đến một thời gian trễ trong khi bộ đếm của trương trình đi qua một chu kỳ đầy đủ , sau đó bắt đầu lại từ đầu.

- Bộ nguồn: có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp cho bộ vi xử lý ( thường là 5V ) và cho các mạch điện trong các module còn lại ( thường là 24V ). - Thiết bị lập trình: được sử dụng để lập các chương trình điều khiển cần thiết sau đó được chuyển cho PLC. Thiết bị lập trình có thể là thiết bị lập trình chuyên dụng , có thể là thiết bị lập trình cầm tay gọn nhẹ , có thể là phần mềm được cài đặt trên máy tính cá nhân. - Bộ nhớ: là nơi lưu trữ chương trình sử dụng cho hoạt động điều khiển.

Các bộ nhớ có thể là RAM , ROM , EPROM. Người ta luôn chế tạo nguồn dự phòng cho RAM đề duy trì chương trình trong trường hợp mất điện nguồn , thời gian duy trì tùy thuộc vào từng PLC cụ thể. Bộ nhớ cũng có thể được chế tạo thành module cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển có kích cỡ khác nhau , khi cần mở rộng có thể cắm thêm. - Giao diện vào ra: là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền thông tin đến các thiết bị bên ngoài.

Tín hiệu vào có thể từ các công tắc , các bộ cảm biến nhiệt độ , các tế bào quang điện … Tín hiệu ra có thể cung cấp cho các cuộn dây công tắc tơ , các rơle , các van điện từ … Tín hiệu vào có thể là tín hiệu rời rạc , tín hiệu liên tục , tín hiệu logic… Mỗi điểm vào ra có một địa chỉ duy nhất được PLC sử dụng. Các kênh vào / ra đã có các chức năng cách ly và điều hoa tín hiệu sao cho các bộ cảm biến và các bộ tác động có thể nối trực tiếp với chúng mà không cần thêm mạch điện khác. Tín hiệu vào thường được ghép cách điện ( cách ly ) nhờ linh kiện quang. Dải tín hiệu nhận vào cho các PLC cỡ lớn có thể là 5V , 24V , 110V , 220V.

Các PLC cỡ nhỏ thường chỉ nhận tín hiệu 24V. Tín hiệu ra cũng được ghép cách ly, có thể cách ly kiều rơle , cách ly kiểu quang. Tín hiệu ra có thể là tín hiệu chuyển mạch 24V , 100mA ; 110V , 1A một chiều ; thậm chí 240V , 1A xoay chiều tùy loại PLC. 9 Cách ly kiều rơle Cách ly kiểu quang.

3 Cấu hình phần cứng: SF (đèn đỏ) : đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị lỗi. Đèn SF sáng lên khi PLC có lỗi. RUN (đèn xanh) : cho biết PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp vào trong bộ nhớ chương trình của PLC. STOP (đèn vàng) : chỉ định PLC đang ở chế độ dừng.

Dừng chương trình đang thực hiện lại.x (đèn xanh) : đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của cổng ( x. Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng.y (đèn xanh) : đèn xanh ở cổng ra chỉ định trạng thái tức thời của cổng ( y. Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng. 10 Một số loại CPU 22x: - Cổng truyền thông: S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS 485 với phích cắm 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các PLC khác.Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9.

Tốc độ truyền cung cấp PLC theo kiểu tự do là từ 300 baud đến 38400 baud. Các chân của cổng truyền thông là: 1. truyền và nhận dữ liệu 4. truyền và nhận dữ liệu 9.

không dùng Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG720 có thể sử dụng một cáp nối thẳng qua MPI. Cáp đó đi kèm theo máy lập trình. Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS 232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485 , và qua cổng USB ta có cáp USB/PPI. - Card nhớ , pin , clock (CPU 221 , 222) Một tụ điện với điện dung lớn cho phép nuôi bộ nhớ RAM sau khi bị mất nguồn điện cung cấp.

Tùy theo CPU mà thời gian lưu trữ có thể kéo dài nhiều ngày. Chẳng hạn CPU 224 là khoảng 100h. Card nhớ: được sử dụng để lưu trữ chương trình. Chương trình chứa trong card nhớ bao gồm : program block , data block , system block , công thức , dữ liệu đo và các giá trị cưỡng bức.

Card pin: dùng để mở rộng thời gian lưu trữ các dữ liệu có trong bộ nhớ. Nguồn pin được tự động chuyển sang khi tụ PLC cạn. pin có thể sử dụng đến 200 ngày. Card Clock / Battery module: đồng hồ thơig gian thực cho CPU 221, 222 và nguồn pin để nuôi đồng hồ và lưu giữ liệu.

Thời gian sử dụng đến 200 ngày. - Biến trở chỉnh giá trị analog: hai biến trở này được sử dụng như hai ngõ vào analog cho phép điều chỉnh các biến cần phải thay đổi và sử dụng trong chương trình. - Vùng nhớ đệm ngõ vào số I: CPU sẽ đọc trạng thái tín hiệu của tất cả các ngõ vào số ở đầu mỗi chu kỳ quét ,sau đó sẽ chứa các giá trị này vào vùng nhớ đệm ngõ vào. Có thể truy nhập vùng nhớ này theo bit , Byte , Word hay Doubleword.

- Vùng nhớ đệm ngõ ra số Q: Trong quá trình xử lý chương trình CPU sẽ lưu các giá trị sử lý thuộc vùng nhớ ngõ ra vào đây. Tại cuối mỗi vòng quét CPU sẽ sao chép nội dung vùng nhớ đệm này và chuyển ra các ngõ ra vật lý. Có thể truy nhập vùng nhớ này theo bit , Byte , Word hay Doubleword. - Vùng nhớ biến V: Sử dụng vùng nhớ V để lưu trữ các kết quả phép toán trung gian có được do các xử lý logic của chương trình.

Cũng có thể sử dụng vùng nhớ để lưu trữ các dữ liệu khác liên quan đến chương trình hay nhiệm vụ điều khiển. Có thể truy nhập vùng nhớ này theo bit , Byte , Word hay Doubleword - Vùng nhớ M: 12 Có thể coi vùng nhớ M như các rơle điều khiển trong chương trình để lưu trữ trạng thái trung gian của một phép toán hay các thông tin điều khiển khác. Có thể truy nhập vùng nhớ này theo bit , Byte , Word hay Doubleword. - Vùng nhớ bộ định thời T: S7-200 cung cấp vùng nhớ riêng cho các bộ định thời , các bộ định thời được sử dụng cho các yêu cầu điều khiển cần trì hoãn thời gian.

Giá trị thời gian đếm sẽ được đếm tăng dần theo 3 độ phân giải là 1ms , 10ms , 100ms. - Vùng nhớ bộ đếm C: Có 3 loại bộ đếm là bộ đếm lên , bộ đếm xuống , bộ đếm lên - xuống. Các bộ đếm sẽ tăng hoặc giảm giá trị hiện hành khi tín hiệu ngõ vào thay đổi trạng thái từ mức thấp lên mức cao. - Vùng nhớ bộ đếm tốc độ cao HC: Các bộ đếm tốc độ cao được sử dụng để đếm các sự kiên tốc độ cao độc lập với vòng quét của CPU.

Giá trị đếm là số nguyên 32 bit có dấu. Để truy xuất giá trị đếm của các bộ đếm tốc độ cao cần xác định địa chỉ của bộ đếm tốc độ cao , sử dụng bộ nhớ HC và số của bộ đếm , ví dụ HC0. Giá trị đếm hiện hành của các bộ đếm tốc độ cao là các giá trị chỉ đọc và truy xuất theo double word. - Các thanh ghi AC: Là các phần tử đọc / ghi mà có thể được dùng để truy xuất giống như bộ nhớ.

Chẳng hạn có thể sử dụng các thanh ghi để truy xuất các thông số từ các chương trình con và lưu trữ các giá trị trung gian để sử dụng cho tính toán. Các CPU s7-200 có 4 thanh ghi là AC0 , AC1 , AC2 và AC3. Chúng ta có thể truy xuất dữ liệu trong các thanh ghi này theo Byte , Word và Doubleword. - Vùng nhớ đặc biệt SM: Các bit SM là các phần tử cho phép truyền thông tin giữa CPU và chương trình người dùng.

Có thể sử dụng các bit này để chọn lựa và điều khiển một số chức năng đặc biệt của CPU , chẳng hạn như bit lên mức 1 trong vòng quét đầu tiên , các bit phát ra các xung có tần số 1Hz… Chúng ta truy xuất vùng nhớ SM theo bit , Byte , Word và Doubleword. - Vùng nhớ cục bộ L: Vùng nhớ này có độ lớn 64 Byte , trong đó 60 Byte có thể được dùng như vùng nhớ cục bộ hay chuyển các thông số tới các chương trình con , 4 Byte cuối cùng dùng cho hệ thống.