Đồ án tốt nghiệp: Hệ thống cân và đóng gói sản phẩm tự động - Đại học Công Nghiệp Hà Nội

Đồ án tốt nghiệp ngành điện điện tử: Thiết kế hệ thống cân, đóng gói theo khối lượng, đếm số lượng sản phẩm, báo lỗi tự động. Tìm hiểu ngay!

• Tác giả: Hoàng Viết Chung
• Người hướng dẫn: Th.S Phùng Thị Vân
• Trường học: Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện – Điện Tử
• Đề tài: Nghiên cứu và mô phỏng Hệ thống đóng gói Mì Chũ theo cân nặng và đếm số lượng ứng dụng PLC S7-1200
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. Chương 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Mục đích nghiên cứu
• 1.3. Hướng nghiên cứu và phát triển
• 1.4. Tổng quan hệ thống đóng gói mì Chũ
• 2. Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Giới thiệu về phần mềm TIA Portal của Siemens
• 2.1.1. Tổng quan TIA Portal là gì
• 2.1.2. Ưu nhược điểm khi sử dụng TIA Portal
• 2.1.3. Các thành phần trong bộ cài TIA Portal
• 2.1.4. Bảo mật lập trình PLC với TIA Portal hiệu quả
• 2.2. Tổng quan về PLC
• 2.2.1. Khái niệm PLC
• 2.2.2. Chức năng PLC
• 2.3. Chuẩn giao tiếp truyền thông trong hệ thống
• 2.3.1. Truyền thông Profinet là gì
• 2.4. Tổng quan về cân điện tử
• 2.4.1. Hệ thống cân điện tử và một số ứng dụng
• 2.4.2. Cảm biến loadcell
• 2.4.3. Bộ khuyếch đại cho Loadcell
• 2.5. Giới thiệu phần mềm giao diện người máy WinCC (Siemens)
• 2.5.1. Giới thiệu chung về WinCC
• 2.5.2. WinCC của TIA Portal
• 2.5.3. Chức năng của WinCC Explower
• 2.5.4. Ứng dụng WinCC
• 3. Chương 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐÓNG GÓI MÌ CHŨ
• 3.1. Yêu cầu công nghệ
• 3.2. Sơ đồ khối hệ thống
• 3.3. Lưu đồ thuật toán hệ thống
• 3.3.1. Lưu đồ thuật toán tổng quát hệ thống
• 3.3.2. Lưu đồ thuật toán chế độ chạy hệ thống bằng tay
• 3.3.3. Lưu đồ thuật toán chế độ chạy hệ thống tự động
• 3.3.4. Lưu đồ thuật toán cho bồn cấp nhiên liệu
• 3.4. Bảng địa chỉ vào ra
• 3.5. Thiết kế bộ điều khiển cho máy đóng gói tự động
• 3.5.1. Các thiết bị đầu vào
• 3.5.2. Các thiết bị đầu ra
• 3.6. Thiết kế phần cứng
• 3.6.1. Kết nối đầu cân sử dụng cảm biến Loadcell với đầu vào tương tự Analog input của PLC S7 1200
• 3.6.2. Sơ đồ chân kết nối PLC S7 1200
• 4. Chương 4: MÔ PHỎNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
• 4.1. Giao diện điều khiển giám sát
• 4.1.1. Bảng địa chỉ HMI
• 4.1.2. Giao diện điều khiển và giám sát hệ thống
• 4.2. Mô phỏng hệ thống
• 4.3. Đánh giá kết quả thực hiện đồ án
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tối Ưu Hóa Đồ Án Cân và Đóng Gói Sản Phẩm Tự Động Xu Hướng Tất Yếu

Việt Nam đang trên đà phát triển mạnh mẽ theo định hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa, đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc nâng cao năng lực sản xuất và tối ưu hóa quy trình. Trong bối cảnh đó, các "hệ thống cân định lượng tự động" và "máy đóng gói tự động" đóng vai trò không thể thiếu trong các nhà máy, xí nghiệp chế biến và khu chế xuất. Sự ra đời của các hệ thống này không chỉ giải phóng sức lao động khỏi những vị trí độc hại mà còn cải thiện đáng kể "kiểm soát chất lượng sản phẩm", gia tăng "năng suất đóng gói" và giảm thiểu chi phí vận hành. "Đồ án: Cân và đóng gói sản phẩm tự động" không chỉ là một đề tài học thuật mà còn là một sáng kiến mang tính ứng dụng cao, góp phần giải quyết những vấn đề thực tiễn trong sản xuất công nghiệp hiện đại [1]. Mục tiêu chính của việc phát triển một "hệ thống cân và đóng gói sản phẩm tự động" là nâng cao hiệu quả vận hành, đảm bảo "độ chính xác cân" cao trong quá trình cân định lượng và tốc độ đóng gói. Trước đây, nhiều doanh nghiệp phụ thuộc vào "dây chuyền sản xuất tự động" nhập khẩu, tuy nhiên, các hệ thống này thường đi kèm với chi phí đầu tư và bảo trì rất lớn. Điều kiện khí hậu nóng ẩm tại Việt Nam có thể gây ra nhiều trục trặc, và việc khắc phục thường đòi hỏi sự can thiệp của chuyên gia nước ngoài với chi phí không hề rẻ. Chính vì vậy, việc tự nghiên cứu và chế tạo các hệ thống trong nước, ứng dụng "công nghệ tự động hóa công nghiệp" tiên tiến như "bộ điều khiển PLC" S7-1200 của Siemens, không chỉ giúp giảm chi phí mà còn tăng tính chủ động trong việc khắc phục sự cố và nâng cấp hệ thống [1]. Việc tự động hóa quy trình cân và đóng gói mang lại nhiều lợi ích vượt trội. Hệ thống có khả năng vận hành liên tục 24/7, giảm thiểu sai sót do yếu tố con người, đảm bảo tính nhất quán về trọng lượng và số lượng sản phẩm. Điều này đặc biệt quan trọng trong các ngành công nghiệp đòi hỏi "độ chính xác cân" cao như thực phẩm (ví dụ mì Chũ), dược phẩm hay hóa chất. Ngoài ra, việc tích hợp các bộ điều khiển và phần mềm tiên tiến như "giao diện HMI" WinCC cho phép người vận hành dễ dàng cài đặt, quản lý và giám sát toàn bộ quy trình. Từ đó, doanh nghiệp có thể nâng cao "kiểm soát chất lượng sản phẩm", tối ưu hóa "năng suất đóng gói", và giảm thiểu lãng phí nguyên vật liệu. "Đồ án: Cân và đóng gói sản phẩm tự động" là một bước tiến quan trọng, hướng tới việc xây dựng những "giải pháp tự động hóa sản xuất" bền vững và hiệu quả cho nền kinh tế Việt Nam. Nó không chỉ củng cố kiến thức lý thuyết đã được học trên giảng đường đại học về kỹ thuật lập trình PLC, Tự động hoá quá trình công nghệ, Trang bị điện mà còn tạo ra những sản phẩm nghiên cứu có giá trị thực tiễn. Những sản phẩm này có khả năng ứng dụng trực tiếp vào các nhà máy, xí nghiệp, điển hình như hệ thống đóng gói mì Chũ. Việc tập trung vào nghiên cứu và phát triển các hệ thống trong nước sẽ giúp Việt Nam chủ động hơn trong chuỗi cung ứng công nghiệp, giảm phụ thuộc vào công nghệ ngoại nhập và tạo ra lợi thế cạnh tranh trên thị trường [1]. Đây là nền tảng vững chắc để tiếp tục phát triển các ứng dụng tự động hóa phức tạp hơn trong tương lai, hướng tới một nền sản xuất thông minh và hiệu quả hơn.

1.1. Bức tranh tổng quan về công nghệ tự động hóa công nghiệp

"Công nghệ tự động hóa công nghiệp" là xương sống của sản xuất hiện đại, giúp các nhà máy và xí nghiệp nâng cao "kiểm soát chất lượng sản phẩm", tăng "năng suất đóng gói" và giải phóng người lao động khỏi những công việc lặp đi lặp lại hoặc độc hại [2]. Mục đích chính của việc ứng dụng tự động hóa là theo dõi, giám sát các quy trình công nghệ thông qua các chỉ số của hệ thống điều khiển và tự động điều chỉnh các thông số để duy trì hoạt động ổn định. Các hệ thống này thực hiện chức năng điều khiển toàn bộ quy trình công nghệ hoặc toàn bộ xí nghiệp nói chung, quyết định đến chất lượng sản phẩm và hiệu suất lao động [2]. Với sự phát triển của công nghệ, các "giải pháp tự động hóa sản xuất" ngày càng trở nên tinh vi và linh hoạt hơn, tích hợp các thành phần như "bộ điều khiển PLC", "cảm biến trọng lượng loadcell", "motor servo" và "thiết bị khí nén trong tự động hóa". Việc kết nối các thiết bị này thông qua các chuẩn truyền thông công nghiệp như Profinet giúp tạo nên một "dây chuyền sản xuất tự động" hoàn chỉnh, có khả năng vận hành trơn tru và hiệu quả.

1.2. Mục tiêu và tầm quan trọng của dây chuyền sản xuất tự động

Tầm quan trọng của "dây chuyền sản xuất tự động" trong ngành công nghiệp ngày càng được khẳng định. Mục tiêu hàng đầu là đạt được "độ chính xác cân" cao và tốc độ tối đa trong các quy trình sản xuất, đặc biệt là trong khâu cân và đóng gói sản phẩm [1]. Một "dây chuyền sản xuất tự động" hiệu quả giúp giảm thiểu sai sót, đảm bảo tính đồng nhất của sản phẩm, từ đó nâng cao "kiểm soát chất lượng sản phẩm". Đồng thời, việc loại bỏ sự can thiệp thủ công ở nhiều công đoạn giúp giảm chi phí nhân công, tăng "năng suất đóng gói" và tối ưu hóa thời gian sản xuất [2]. Đối với một "đồ án: Cân và đóng gói sản phẩm tự động", việc xây dựng một hệ thống có khả năng tự động hóa hoàn toàn quy trình này là minh chứng cho khả năng ứng dụng kiến thức vào thực tiễn, giải quyết bài toán cụ thể của doanh nghiệp. Việc sử dụng các công nghệ tiêu chuẩn quốc tế cho phép hệ thống dễ dàng kết nối và tích hợp với các thiết bị khác trong nhà máy, tạo nên một "giải pháp tự động hóa sản xuất" toàn diện [1].

II. Cách Khắc Phục Thách Thức Khi Xây Dựng Hệ Thống Cân Định Lượng Tự Động

Việc chuyển đổi từ quy trình thủ công sang "hệ thống cân định lượng tự động" mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng đối mặt với không ít thách thức. Một trong những vấn đề lớn nhất là sự phụ thuộc vào các "dây chuyền sản xuất tự động" nhập khẩu. Các hệ thống này thường có chi phí đầu tư ban đầu rất cao, tạo gánh nặng tài chính đáng kể cho các doanh nghiệp trong nước. Hơn nữa, chúng thường được thiết kế theo tiêu chuẩn và điều kiện khí hậu của các quốc gia phát triển, có thể không hoàn toàn phù hợp với điều kiện nóng ẩm đặc thù ở Việt Nam [1]. Điều này dẫn đến nguy cơ trục trặc, hỏng hóc cao hơn và kéo theo chi phí "bảo trì hệ thống tự động" đắt đỏ, đòi hỏi phải mời chuyên gia nước ngoài với chi phí không hề nhỏ. Một thách thức khác là việc thiếu tính linh hoạt trong các hệ thống nhập khẩu. Khi có sự cố xảy ra hoặc cần thay đổi quy trình sản xuất, việc điều chỉnh hoặc tự khắc phục trở nên khó khăn do sự khác biệt về tiêu chuẩn và công cụ phát triển. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến "năng suất đóng gói" và khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp. Để giải quyết vấn đề này, việc nghiên cứu và phát triển các "giải pháp tự động hóa sản xuất" trong nước, sử dụng các "bộ điều khiển PLC" phổ biến và phần mềm lập trình chuẩn quốc tế như TIA Portal, trở nên vô cùng cấp thiết [1]. Bên cạnh đó, việc xây dựng một "hệ thống cân và đóng gói sản phẩm tự động" cũng đặt ra yêu cầu về "độ chính xác cân" và "kiểm soát chất lượng sản phẩm". Hệ thống phải đảm bảo mỗi gói sản phẩm đạt đúng trọng lượng yêu cầu, tránh lãng phí nguyên vật liệu và giữ vững uy tín thương hiệu. Điều này đòi hỏi sự lựa chọn cẩn thận các loại "cảm biến trọng lượng loadcell" phù hợp, bộ khuếch đại tín hiệu chính xác và "thuật toán điều khiển PID" tối ưu. "An toàn máy móc" cũng là một yếu tố không thể bỏ qua. Các thiết bị như "motor servo", "băng tải định lượng", và "thiết bị khí nén trong tự động hóa" phải được thiết kế và lắp đặt theo các tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt để bảo vệ người vận hành và đảm bảo hoạt động ổn định của toàn hệ thống. Việc làm chủ "công nghệ tự động hóa công nghiệp" trong nước không chỉ giúp các doanh nghiệp giảm chi phí mà còn tăng cường khả năng tự chủ, thích nghi nhanh chóng với các thay đổi của thị trường và điều kiện sản xuất. "Đồ án: Cân và đóng gói sản phẩm tự động" là một ví dụ điển hình cho việc giải quyết những thách thức này, thông qua việc nghiên cứu và ứng dụng một cách bài bản, mang lại hiệu quả kinh tế và tính ứng dụng cao trong thực tiễn [1].

2.1. Hạn chế của phương pháp thủ công và máy đóng gói tự động nhập khẩu

Phương pháp đóng gói thủ công truyền thống tại nhiều cơ sở sản xuất, như việc phơi và đóng gói mì Chũ thô sơ, thường đối mặt với nhiều hạn chế đáng kể [1]. Thứ nhất, "năng suất đóng gói" thấp do phụ thuộc hoàn toàn vào sức lao động con người, gây ra sự chậm trễ trong sản xuất hàng loạt. Thứ hai, "độ chính xác cân" không cao, dễ dẫn đến sai số về trọng lượng sản phẩm, ảnh hưởng trực tiếp đến "kiểm soát chất lượng sản phẩm" và niềm tin của khách hàng. Cuối cùng, điều kiện làm việc thủ công thường nặng nhọc và tiềm ẩn rủi ro về "an toàn máy móc" cho người lao động [2]. Đối với "máy đóng gói tự động" nhập khẩu, mặc dù có ưu điểm về độ chính xác và hiệu quả ban đầu, chúng lại tồn tại những nhược điểm cố hữu. Chi phí đầu tư ban đầu thường rất cao, tạo gánh nặng tài chính lớn cho doanh nghiệp Việt Nam. Việc bảo trì và sửa chữa cũng phức tạp, tốn kém do cần chuyên gia nước ngoài, đặc biệt khi linh kiện thay thế không có sẵn trong nước [1]. Hơn nữa, các hệ thống này có thể không tối ưu cho điều kiện khí hậu và đặc thù sản phẩm địa phương, dẫn đến giảm tuổi thọ hoặc hiệu suất không đạt kỳ vọng. Việc thiếu sự chủ động trong công nghệ khiến doanh nghiệp khó khăn trong việc điều chỉnh hay nâng cấp hệ thống theo nhu cầu cụ thể [1].

2.2. Chi phí tính linh hoạt và an toàn máy móc trong sản xuất

Ba yếu tố then chốt cần cân nhắc khi triển khai "hệ thống cân định lượng tự động" là chi phí, tính linh hoạt và "an toàn máy móc". Về chi phí, các "dây chuyền sản xuất tự động" nhập khẩu thường có giá thành cao, từ khâu mua sắm đến lắp đặt và vận hành [1]. Để giảm thiểu gánh nặng này, việc nghiên cứu và tự chế tạo các giải pháp trong nước là hướng đi khả thi, sử dụng các linh kiện phổ biến và dễ dàng thay thế như "bộ điều khiển PLC" Siemens S7-1200 và "cảm biến trọng lượng loadcell" [1]. Tính linh hoạt của hệ thống đóng vai trò quan trọng trong việc thích ứng với các yêu cầu sản xuất thay đổi. Một "máy đóng gói tự động" lý tưởng phải dễ dàng điều chỉnh thông số, thay đổi loại sản phẩm hoặc mở rộng quy mô. Việc sử dụng phần mềm lập trình thống nhất như TIA Portal và "giao diện HMI" WinCC giúp người vận hành dễ dàng cấu hình và giám sát, nâng cao khả năng điều chỉnh hệ thống mà không cần bất kỳ thao tác lập trình phức tạp nào [2]. Cuối cùng, "an toàn máy móc" là yếu tố không thể thỏa hiệp. Tất cả các thành phần, từ "motor servo" điều khiển băng tải đến "thiết bị khí nén trong tự động hóa" và cơ cấu kẹp, phải tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn an toàn để bảo vệ người lao động khỏi tai nạn và đảm bảo hoạt động liên tục của nhà máy. Việc tích hợp các cảm biến an toàn và cơ chế dừng khẩn cấp là bắt buộc, góp phần xây dựng một môi trường làm việc an toàn và hiệu quả [1].

III. Hướng Dẫn Thiết Kế Hệ Thống Cân Điện Tử Với PLC S7 1200 Hiện Đại

Việc "thiết kế hệ thống cân điện tử" là một trong những khâu quan trọng nhất trong việc xây dựng một "đồ án: Cân và đóng gói sản phẩm tự động" hiệu quả. Hệ thống này bao gồm nhiều thành phần phối hợp nhịp nhàng để đảm bảo "độ chính xác cân" và hiệu suất cao. Sơ đồ khối cơ bản của một hệ thống cân điện tử bao gồm "cảm biến trọng lượng loadcell", bộ khuếch đại tín hiệu, bộ biến đổi tương tự-số (A/D), và một khối xử lý (thường là "bộ điều khiển PLC" hoặc "vi điều khiển trong hệ thống tự động") cùng với khối hiển thị hoặc in ấn [4]. Tín hiệu từ loadcell rất nhỏ, nên cần được khuếch đại đáng kể trước khi chuyển đổi sang dạng số để bộ xử lý có thể đọc và phân tích [4]. Trong "đồ án: Cân và đóng gói sản phẩm tự động" này, việc lựa chọn "bộ điều khiển PLC" S7-1200 của Siemens là một quyết định chiến lược, bởi nó cung cấp khả năng lập trình linh hoạt và tích hợp nhiều chức năng cần thiết [1]. PLC S7-1200 có khả năng xử lý các tín hiệu từ "cảm biến trọng lượng loadcell" đầu vào, thực hiện chương trình điều khiển đã được lập trình sẵn và xuất tín hiệu điều khiển ra các thiết bị chấp hành như "motor servo", xi lanh hoặc van xả liệu. Chu kỳ quét nhanh của PLC (từ 1ms-100ms) đảm bảo phản ứng tức thì với các thay đổi trong quy trình cân và đóng gói [2]. Việc tích hợp "cảm biến trọng lượng loadcell" đòi hỏi sự hiểu biết về nguyên lý hoạt động và các thông số kỹ thuật. Loadcell chuyển đổi áp lực từ khối lượng sản phẩm thành tín hiệu điện thông qua sự thay đổi điện trở của các điện trở tenxo được mắc theo sơ đồ cầu [4]. Đối với các sản phẩm có trọng lượng nhỏ như mì Chũ, việc chọn loadcell có tải trọng phù hợp (ví dụ "cảm biến Loadcell 3Kg YZC - 133") là cực kỳ quan trọng để đảm bảo "độ chính xác cân" [4]. Bộ khuếch đại chuyên dụng như JY-S60/E10 sẽ nhận tín hiệu nhỏ từ loadcell và khuếch đại nó thành dải điện áp (0-5V, 0-10V) hoặc dòng điện (4-20mA) tương thích với đầu vào analog của PLC S7-1200 [4]. Ngoài ra, việc sử dụng phần mềm TIA Portal V15.1 là môi trường lập trình và cấu hình toàn diện, cho phép lập trình PLC, "thiết kế giao diện HMI" và cấu hình các thiết bị khác trong hệ thống. TIA Portal hỗ trợ các khối hàm xử lý tín hiệu analog như NORM_X và SCALE_X, giúp chuẩn hóa và định tỷ lệ giá trị đọc từ loadcell thành đơn vị cân nặng mong muốn, góp phần tối ưu "độ chính xác cân" [2]. Sự phối hợp chặt chẽ giữa phần cứng chất lượng cao và phần mềm mạnh mẽ là chìa khóa để xây dựng một "hệ thống cân định lượng tự động" hoạt động ổn định và hiệu quả.

3.1. Vai trò then chốt của bộ điều khiển PLC trong tự động hóa

"Bộ điều khiển PLC" (Programmable Logic Controller) là "bộ não" của hầu hết các "hệ thống tự động hóa công nghiệp", và trong "đồ án: Cân và đóng gói sản phẩm tự động" này, nó đóng vai trò then chốt [2]. Khác với các bộ điều khiển thông thường, PLC có khả năng lập trình linh hoạt, cho phép người dùng thay đổi thuật toán điều khiển theo yêu cầu cụ thể của từng quy trình. Điều này giúp hệ thống thích nghi với nhiều loại sản phẩm và kịch bản vận hành khác nhau [2]. PLC S7-1200 của Siemens được sử dụng để nhận tín hiệu từ các "cảm biến" (như "cảm biến trọng lượng loadcell", cảm biến quang), xử lý dữ liệu theo chương trình đã nạp, và xuất tín hiệu điều khiển đến các thiết bị chấp hành như "motor servo" của băng tải, xi lanh khí nén, hoặc van xả liệu [2]. Chu kỳ quét nhanh của PLC đảm bảo phản ứng tức thì, nâng cao "độ chính xác cân" và "năng suất đóng gói". Bên cạnh đó, khả năng tích hợp truyền thông Profinet cho phép PLC kết nối dễ dàng với "giao diện HMI" WinCC để giám sát và điều khiển tập trung, cũng như liên kết với các thiết bị khác trong "dây chuyền sản xuất tự động" [2].

3.2. Cảm biến trọng lượng loadcell và mạch khuếch đại chính xác

Để đạt được "độ chính xác cân" cao trong "hệ thống cân định lượng tự động", việc lựa chọn và tích hợp "cảm biến trọng lượng loadcell" là yếu tố quan trọng hàng đầu. Loadcell hoạt động dựa trên nguyên lý biến đổi áp lực thành tín hiệu điện thông qua sự thay đổi điện trở của các điện trở tenxo [4]. Khi có khối lượng sản phẩm đặt lên, vật liệu đàn hồi của loadcell bị biến dạng, làm thay đổi điện trở của các tenxo, từ đó tạo ra một điện áp nhỏ tỷ lệ với trọng lượng [4]. Trong "đồ án: Cân và đóng gói sản phẩm tự động" cho mì Chũ, "cảm biến Loadcell 3Kg YZC - 133" được chọn vì phù hợp với dải trọng lượng sản phẩm nhỏ. Tín hiệu điện từ loadcell rất yếu (cỡ mV/V), đòi hỏi một bộ khuếch đại chuyên dụng để tăng cường tín hiệu lên mức đủ mạnh (0-5V, 0-10V hoặc 4-20mA) để "bộ điều khiển PLC" S7-1200 có thể đọc được qua đầu vào analog [4]. Bộ khuếch đại JY-S60/E10 là một ví dụ điển hình, cho phép điều chỉnh độ nhạy (span) và điểm 0 (zero) để hiệu chỉnh chính xác, đảm bảo dữ liệu cân được truyền về PLC là đáng tin cậy. Sự phối hợp giữa loadcell và mạch khuếch đại quyết định trực tiếp đến "độ chính xác cân" của toàn hệ thống [4].

3.3. Vi điều khiển trong hệ thống tự động và TIA Portal

Ngoài "bộ điều khiển PLC", "vi điều khiển trong hệ thống tự động" cũng là một lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng nhỏ hơn hoặc yêu cầu chi phí thấp. Tuy nhiên, trong bối cảnh "đồ án: Cân và đóng gói sản phẩm tự động" quy mô công nghiệp, PLC với sức mạnh xử lý và khả năng kết nối ưu việt thường được ưu tiên [1]. Việc lập trình và cấu hình cả PLC và các thiết bị ngoại vi được thực hiện thông qua phần mềm TIA Portal của Siemens. TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal) là một môi trường phát triển tích hợp, cho phép người dùng thực hiện mọi tác vụ từ lập trình PLC (Simatic Step 7), "thiết kế giao diện HMI" (WinCC Professional), đến cấu hình các thiết bị khác như bộ điều khiển chuyển động [2]. Ưu điểm nổi bật của TIA Portal là khả năng chia sẻ cơ sở dữ liệu chung, tạo ra sự thống nhất và toàn vẹn cho toàn bộ hệ thống. Nó giúp giảm thiểu thời gian tích hợp các ứng dụng riêng biệt, cho phép kỹ sư dễ dàng thiết kế giao diện kéo thả, quản lý dự án, và thực hiện chẩn đoán lỗi trực tuyến (online diagnostic) cho tất cả các thiết bị Siemens trong dự án [2]. Các khối hàm xử lý tín hiệu analog như NORM_X và SCALE_X trong TIA Portal là công cụ không thể thiếu để chuyển đổi dữ liệu từ "cảm biến trọng lượng loadcell" thành giá trị cân nặng thực tế, đảm bảo "độ chính xác cân" của hệ thống [2].

IV. Bí Quyết Nâng Cao Năng Suất Đóng Gói Qua Giao Diện HMI

Để đạt được "năng suất đóng gói" tối ưu và đảm bảo "độ chính xác cân" cao trong "đồ án: Cân và đóng gói sản phẩm tự động", việc hiểu rõ "nguyên lý hoạt động máy đóng gói" và tích hợp hiệu quả "giao diện HMI" là cực kỳ quan trọng. Một hệ thống đóng gói tự động không chỉ đơn thuần là cân và đổ liệu mà còn bao gồm nhiều công đoạn phức tạp như cấp liệu, định lượng, xả liệu, kẹp túi, hàn miệng túi và đẩy sản phẩm ra ngoài [1]. Mỗi công đoạn đều cần sự phối hợp nhịp nhàng của các thiết bị chấp hành như "motor servo" cho băng tải, xi lanh khí nén cho cơ cấu kẹp và đẩy, và van xả liệu điều khiển dòng chảy sản phẩm [1]. "Nguyên lý hoạt động máy đóng gói" thường tuân theo một chu trình khép kín. Sản phẩm được cấp vào bồn chứa, sau đó được định lượng chính xác bởi "hệ thống cân điện tử" sử dụng "cảm biến trọng lượng loadcell". Khi đạt trọng lượng yêu cầu, van xả sẽ mở để đổ sản phẩm vào túi đã được chuẩn bị sẵn và kẹp chặt. Sau đó, túi sẽ được hàn miệng và đẩy ra ngoài để chuyển sang công đoạn tiếp theo trên "băng tải định lượng" [1]. Để đảm bảo sự ổn định và chính xác trong toàn bộ chu trình này, việc áp dụng các "thuật toán điều khiển PID" là rất cần thiết. Thuật toán PID giúp điều chỉnh lưu lượng cấp liệu hoặc tốc độ băng tải để đạt được trọng lượng mục tiêu một cách nhanh chóng và chính xác nhất, giảm thiểu sai số và lãng phí [2]. "Giao diện HMI" (Human-Machine Interface), cụ thể là WinCC trong "đồ án: Cân và đóng gói sản phẩm tự động" này, đóng vai trò là cầu nối trực quan giữa người vận hành và hệ thống. HMI không chỉ hiển thị trạng thái hoạt động của từng bộ phận (ví dụ: trọng lượng hiện tại, số lượng sản phẩm đã đóng gói, trạng thái lỗi của "cảm biến" hoặc "motor servo") mà còn cho phép người dùng dễ dàng cài đặt các thông số như trọng lượng mục tiêu, tốc độ đóng gói, hay chọn chế độ vận hành (tự động/thủ công) [2]. Việc có một "giao diện HMI" trực quan giúp người vận hành nhanh chóng nhận biết và xử lý các sự cố, từ đó duy trì hoạt động liên tục và tối đa hóa "năng suất đóng gói". Ngoài ra, HMI WinCC còn cung cấp các chức năng giám sát nâng cao như ghi lại lịch sử dữ liệu (Tag Logging), hiển thị cảnh báo lỗi (Alarm Logging) và tạo báo cáo sản xuất (Report Designer) [2]. Những tính năng này rất hữu ích cho việc "kiểm soát chất lượng sản phẩm", phân tích hiệu suất và hỗ trợ cho quá trình "bảo trì hệ thống tự động" định kỳ. Bằng cách tận dụng tối đa sức mạnh của HMI, doanh nghiệp có thể không chỉ nâng cao "năng suất đóng gói" mà còn cải thiện đáng kể tính linh hoạt và khả năng quản lý của "dây chuyền sản xuất tự động".

4.1. Nguyên lý hoạt động máy đóng gói và thiết bị chấp hành

"Nguyên lý hoạt động máy đóng gói" trong "đồ án: Cân và đóng gói sản phẩm tự động" được thiết kế dựa trên chu trình tự động hóa các bước từ cấp liệu đến hoàn thiện sản phẩm. Đầu tiên, "băng tải định lượng" sẽ đưa sản phẩm (mì Chũ) từ nguồn cấp vào bồn chứa. Tại bồn chứa, "cảm biến mức" sẽ giám sát lượng sản phẩm để đảm bảo không bị gián đoạn. Khi sản phẩm đủ trong bồn, "hệ thống cân định lượng tự động" sẽ hoạt động. Một "cảm biến trọng lượng loadcell" kết nối với đầu cân sẽ đo trọng lượng thực tế của sản phẩm được đổ vào túi [1]. Khi trọng lượng đạt đến mức cài đặt, "bộ điều khiển PLC" sẽ ra lệnh cho van xả liệu đóng lại và kích hoạt cơ cấu kẹp giữ bao bì. Sau đó, một "motor servo" hoặc xi lanh khí nén sẽ di chuyển túi đến vị trí hàn miệng. "Thiết bị khí nén trong tự động hóa", đặc biệt là xi lanh kẹp và đẩy, đóng vai trò quan trọng trong việc giữ chặt bao bì và đẩy gói mì đã hoàn thiện ra ngoài "băng tải định lượng" [1]. Sự phối hợp chính xác của các thiết bị này dưới sự điều khiển của "bộ điều khiển PLC" đảm bảo quá trình đóng gói diễn ra liên tục, nhanh chóng và đạt "năng suất đóng gói" cao.

4.2. Giao diện HMI WinCC Giám sát và điều khiển trực quan

"Giao diện HMI" (Human-Machine Interface) là thành phần không thể thiếu để tối ưu hóa việc vận hành "đồ án: Cân và đóng gói sản phẩm tự động". Trong đề tài này, WinCC của TIA Portal được sử dụng để xây dựng một giao diện thân thiện, trực quan [2]. WinCC cung cấp khả năng hiển thị thời gian thực các thông số quan trọng như trọng lượng hiện tại từ "cảm biến trọng lượng loadcell", số lượng sản phẩm đã đóng gói, trạng thái hoạt động của "motor servo" và các "thiết bị khí nén trong tự động hóa" khác [1]. Thông qua HMI, người vận hành có thể dễ dàng thiết lập các chế độ hoạt động (tự động hoặc thủ công), cài đặt lại trọng lượng mục tiêu, hoặc kích hoạt các chức năng reset hệ thống chỉ bằng vài thao tác trên màn hình cảm ứng [1]. Ngoài ra, WinCC còn tích hợp các chức năng nâng cao như Alarm Logging để cảnh báo khi có lỗi phát sinh (ví dụ: lỗi cân nặng, lỗi cảm biến), và Tag Logging để thu thập, lưu trữ dữ liệu sản xuất, phục vụ cho việc phân tích hiệu suất và "kiểm soát chất lượng sản phẩm" [2]. Sự hiện diện của "giao diện HMI" giúp đơn giản hóa việc vận hành, giảm thiểu thời gian xử lý sự cố và nâng cao "năng suất đóng gói" tổng thể của "hệ thống cân định lượng tự động".

4.3. Thuật toán điều khiển PID và độ chính xác cân

Để đạt được "độ chính xác cân" tối ưu trong "hệ thống cân định lượng tự động", việc áp dụng "thuật toán điều khiển PID" là một giải pháp kỹ thuật hiệu quả. "Thuật toán điều khiển PID" (Proportional-Integral-Derivative) giúp "bộ điều khiển PLC" điều chỉnh liên tục quá trình cấp liệu dựa trên sự sai lệch giữa trọng lượng mong muốn và trọng lượng thực tế đo được từ "cảm biến trọng lượng loadcell" [2]. Cụ thể, phần P (tỷ lệ) phản ứng với sai số hiện tại, phần I (tích phân) xử lý sai số tích lũy theo thời gian để loại bỏ sai số tĩnh, và phần D (vi phân) dự đoán sai số trong tương lai dựa trên tốc độ thay đổi của sai số. Sự kết hợp này cho phép hệ thống phản ứng nhanh chóng, ổn định và đạt được trọng lượng mục tiêu một cách chính xác, giảm thiểu hiện tượng vượt quá hoặc thiếu hụt trọng lượng sản phẩm [2]. Việc hiệu chỉnh thông số PID phù hợp cho từng loại sản phẩm và tốc độ "năng suất đóng gói" là rất quan trọng. Bằng cách tối ưu "thuật toán điều khiển PID", "đồ án: Cân và đóng gói sản phẩm tự động" có thể đảm bảo mỗi gói sản phẩm đạt trọng lượng tiêu chuẩn, góp phần nâng cao "kiểm soát chất lượng sản phẩm" và giảm lãng phí nguyên vật liệu.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Đồ Án Cân Đóng Gói Mì Chũ và Hiệu Quả

"Đồ án: Cân và đóng gói sản phẩm tự động" không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn mang đến những ứng dụng thực tiễn đáng giá, điển hình là mô hình "hệ thống đóng gói mì Chũ theo cân nặng và đếm số lượng ứng dụng PLC S7-1200". Việc chuyển đổi từ phương pháp thủ công sang tự động hóa cho sản phẩm mì Chũ không chỉ là một cải tiến kỹ thuật mà còn là một bước nhảy vọt về hiệu quả sản xuất và "kiểm soát chất lượng sản phẩm" [1]. Trước đây, quy trình phơi và đóng gói mì Chũ thường được thực hiện thủ công, dẫn đến "năng suất đóng gói" thấp, "độ chính xác cân" không đồng đều và tiềm ẩn các vấn đề về vệ sinh an toàn thực phẩm. Với "giải pháp tự động hóa sản xuất" này, các hạn chế trên được khắc phục đáng kể. Hệ thống sử dụng "cảm biến trọng lượng loadcell" để định lượng chính xác từng gói mì, đảm bảo trọng lượng đồng đều và đáp ứng tiêu chuẩn thị trường. "Bộ điều khiển PLC" S7-1200 quản lý toàn bộ chu trình, từ cấp liệu bằng "băng tải định lượng", định lượng, xả liệu bằng van tự động, đến kẹp túi bằng "thiết bị khí nén trong tự động hóa" và hàn miệng túi, sau đó đẩy sản phẩm ra ngoài. Mỗi bước đều được tối ưu hóa để giảm thiểu thời gian chết và tăng cường hiệu suất [1]. "Giao diện HMI" được thiết kế bằng WinCC cung cấp một cái nhìn tổng quan về toàn bộ quá trình, cho phép người vận hành dễ dàng giám sát, điều chỉnh các thông số và theo dõi trạng thái lỗi. Khả năng giám sát và điều khiển trực quan này đóng vai trò quan trọng trong việc "kiểm soát chất lượng sản phẩm" ngay tại chỗ, phát hiện và khắc phục các vấn đề tiềm ẩn một cách nhanh chóng [2]. Ví dụ, nếu có lỗi cân nặng xảy ra, hệ thống sẽ cảnh báo qua HMI, cho phép can thiệp kịp thời để tránh lãng phí sản phẩm lỗi. Mô phỏng và đánh giá kết quả của "đồ án: Cân và đóng gói sản phẩm tự động" đã cho thấy hiệu quả rõ rệt. Hệ thống không chỉ đạt được "độ chính xác cân" cao mà còn cải thiện đáng kể "năng suất đóng gói". Điều này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế cho các hợp tác xã sản xuất mì Chũ mà còn nâng cao vị thế cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường [1]. Việc áp dụng "công nghệ tự động hóa công nghiệp" vào một sản phẩm truyền thống như mì Chũ là một minh chứng cho tiềm năng của "giải pháp tự động hóa sản xuất" trong việc hiện đại hóa các ngành nghề thủ công, góp phần vào sự phát triển kinh tế địa phương và quốc gia.

5.1. Mô phỏng và đánh giá kiểm soát chất lượng sản phẩm

Để khẳng định tính khả thi và hiệu quả của "đồ án: Cân và đóng gói sản phẩm tự động", quá trình mô phỏng và đánh giá là không thể thiếu. Việc mô phỏng hệ thống được thực hiện trên phần mềm TIA Portal, kết hợp với PLC-SIM và WinCC Runtime, cho phép kiểm tra hoạt động của "hệ thống cân định lượng tự động" trong môi trường ảo trước khi triển khai thực tế [2]. "Giao diện HMI" điều khiển giám sát được xây dựng giúp trực quan hóa toàn bộ quy trình, từ đó dễ dàng phát hiện các lỗi lập trình hoặc logic điều khiển [1]. Kết quả mô phỏng cho phép đánh giá hiệu suất của hệ thống, đặc biệt là khả năng "kiểm soát chất lượng sản phẩm" thông qua "độ chính xác cân" và "năng suất đóng gói". Hệ thống được thử nghiệm ở cả chế độ chạy bằng tay và tự động, ghi nhận các thông số như trọng lượng thực tế, số lượng gói, và thời gian hoàn thành chu kỳ [1]. Đặc biệt, các tình huống lỗi như lỗi cân nặng quá giới hạn được mô phỏng để kiểm tra khả năng phản ứng và cảnh báo của hệ thống. Qua đó, có thể khẳng định rằng "giải pháp tự động hóa sản xuất" này đáp ứng được các yêu cầu công nghệ đặt ra, mang lại sự đồng đều và chất lượng ổn định cho sản phẩm, giảm thiểu đáng kể sản phẩm lỗi và tăng cường hiệu quả sản xuất [1].

5.2. Lợi ích kinh tế và tiềm năng của giải pháp tự động hóa sản xuất

"Giải pháp tự động hóa sản xuất" mang lại lợi ích kinh tế rõ rệt cho các doanh nghiệp, đặc biệt là với "đồ án: Cân và đóng gói sản phẩm tự động". Trước hết, việc tăng cường "năng suất đóng gói" giúp sản xuất được nhiều sản phẩm hơn trong cùng một khoảng thời gian, đáp ứng nhu cầu thị trường và gia tăng doanh thu [1]. Thứ hai, "độ chính xác cân" được cải thiện đáng kể nhờ "cảm biến trọng lượng loadcell" và "thuật toán điều khiển PID", giảm thiểu lãng phí nguyên vật liệu do sai số, từ đó tiết kiệm chi phí sản xuất [2]. Hơn nữa, tự động hóa giúp giảm phụ thuộc vào lao động thủ công, giải phóng công nhân khỏi các công việc nặng nhọc, lặp đi lặp lại hoặc độc hại, cho phép họ chuyển sang các vị trí có giá trị cao hơn [2]. Điều này không chỉ tối ưu hóa chi phí nhân sự mà còn cải thiện điều kiện làm việc và "an toàn máy móc". Tiềm năng phát triển của "giải pháp tự động hóa sản xuất" là rất lớn. Từ nền tảng của "đồ án: Cân và đóng gói sản phẩm tự động" này, có thể mở rộng sang các ứng dụng khác như theo dõi và xử lý lỗi sản phẩm, kiểm soát số lượng tổng thể, hoặc tích hợp với các hệ thống quản lý cao hơn qua Web server và IoT, hướng tới một "dây chuyền sản xuất tự động" thông minh và kết nối toàn diện [1].

VI. Tương Lai Đồ Án Cân và Đóng Gói Sản Phẩm Tự Động Phát Triển Bền Vững

Tương lai của "đồ án: Cân và đóng gói sản phẩm tự động" không chỉ dừng lại ở việc hoàn thành một hệ thống chức năng mà còn hướng tới sự phát triển bền vững và tích hợp sâu rộng hơn vào "công nghệ tự động hóa công nghiệp" toàn diện. Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, nhu cầu về các "dây chuyền sản xuất tự động" ngày càng tiên tiến, thông minh và linh hoạt hơn là tất yếu [1]. Từ nền tảng của hệ thống cân và đóng gói hiện tại, có thể mở rộng nghiên cứu và phát triển theo nhiều hướng để tối ưu hóa hiệu quả và khả năng ứng dụng. Một trong những hướng phát triển quan trọng là nâng cao khả năng điều khiển và giám sát thông minh. Việc tích hợp các công nghệ như Trí tuệ nhân tạo (AI) và Học máy (Machine Learning) có thể giúp hệ thống tự động học hỏi từ dữ liệu vận hành để tối ưu hóa "độ chính xác cân", "năng suất đóng gói" và dự đoán các sự cố tiềm ẩn. Bên cạnh đó, việc kết nối hệ thống với nền tảng IoT (Internet of Things) cho phép giám sát và điều khiển từ xa, thu thập dữ liệu sản xuất theo thời gian thực và phân tích chuyên sâu, từ đó đưa ra các quyết định điều hành chính xác và kịp thời [1]. Điều này đặc biệt hữu ích cho việc "kiểm soát chất lượng sản phẩm" ở quy mô lớn và quản lý chuỗi cung ứng. Để đảm bảo hoạt động liên tục và hiệu quả lâu dài, việc tối ưu hóa "bảo trì hệ thống tự động" là vô cùng cần thiết. Các hệ thống bảo trì dự đoán, dựa trên việc thu thập và phân tích dữ liệu từ các "cảm biến" và "motor servo", có thể cảnh báo trước về nguy cơ hỏng hóc, giúp lên kế hoạch bảo trì chủ động, giảm thiểu thời gian dừng máy ngoài kế hoạch [2]. Việc phát triển các module chẩn đoán lỗi tự động và hướng dẫn khắc phục sự cố chi tiết sẽ giúp người vận hành dễ dàng xử lý các vấn đề nhỏ mà không cần sự can thiệp của chuyên gia, giảm chi phí "bảo trì hệ thống tự động". Hơn nữa, việc nghiên cứu và tích hợp các "thiết bị khí nén trong tự động hóa" tiên tiến hơn hoặc các giải pháp robot cộng tác (cobot) vào quy trình đóng gói có thể mở rộng phạm vi ứng dụng của "đồ án: Cân và đóng gói sản phẩm tự động" [1]. Các cobot có thể thực hiện các tác vụ phức tạp hơn như sắp xếp sản phẩm, xếp pallet hoặc xử lý các loại bao bì đa dạng, mang lại sự linh hoạt và hiệu quả cao hơn. Việc không ngừng cải tiến và áp dụng các công nghệ mới sẽ giúp hệ thống cân và đóng gói tự động trở thành một "giải pháp tự động hóa sản xuất" toàn diện và bền vững trong tương lai, đóng góp vào sự phát triển của nền công nghiệp 4.0 tại Việt Nam.

6.1. Hướng nghiên cứu và phát triển để tối ưu bảo trì hệ thống tự động

Để "hệ thống cân định lượng tự động" và "máy đóng gói tự động" hoạt động bền bỉ và hiệu quả, việc tối ưu "bảo trì hệ thống tự động" là một hướng nghiên cứu và phát triển quan trọng. Hiện tại, "đồ án: Cân và đóng gói sản phẩm tự động" đã tập trung vào chức năng chính, nhưng trong tương lai, cần tích hợp các công nghệ bảo trì dự đoán. Điều này bao gồm việc sử dụng các "cảm biến" để thu thập dữ liệu liên tục về tình trạng của "motor servo", "thiết bị khí nén trong tự động hóa", và các bộ phận khác [2]. Phân tích dữ liệu này bằng AI hoặc Machine Learning có thể giúp dự đoán khi nào một bộ phận có khả năng hỏng hóc, cho phép lên kế hoạch bảo trì trước khi sự cố xảy ra. Điều này giúp giảm thiểu thời gian dừng máy ngoài ý muốn, tiết kiệm chi phí sửa chữa khẩn cấp và duy trì "năng suất đóng gói" ổn định. Ngoài ra, việc phát triển các module chẩn đoán lỗi tự động và hướng dẫn sửa chữa trực quan trên "giao diện HMI" cũng là một phần quan trọng để người vận hành có thể tự xử lý các vấn đề nhỏ, nâng cao tính tự chủ trong vận hành và "bảo trì hệ thống tự động" [1]. Mục tiêu là xây dựng một hệ thống không chỉ hiệu quả trong sản xuất mà còn dễ dàng bảo trì và vận hành lâu dài.

6.2. Mở rộng ứng dụng và thiết bị khí nén trong tự động hóa

Từ nền tảng của "đồ án: Cân và đóng gói sản phẩm tự động", tiềm năng mở rộng ứng dụng là rất lớn. Hệ thống hiện tại có thể được điều chỉnh để đóng gói nhiều loại sản phẩm khác ngoài mì Chũ, chỉ bằng cách thay đổi các thông số trên "giao diện HMI" và có thể điều chỉnh cơ cấu cơ khí phù hợp [1]. Việc tích hợp thêm các "thiết bị khí nén trong tự động hóa" tiên tiến, như các loại xi lanh đa chức năng hoặc van điều khiển lưu lượng chính xác hơn, có thể nâng cao khả năng xử lý các loại bao bì phức tạp và các yêu cầu đóng gói đa dạng. Ví dụ, việc sử dụng các hệ thống khí nén thông minh có thể giúp giảm tiêu thụ năng lượng và tăng tuổi thọ thiết bị. Hơn nữa, việc kết hợp với các "giải pháp tự động hóa sản xuất" robot cộng tác (cobot) để thực hiện các công đoạn như sắp xếp sản phẩm, đóng hộp hoặc dán nhãn có thể tạo ra một "dây chuyền sản xuất tự động" hoàn chỉnh hơn nữa [1]. Những cải tiến này không chỉ tăng cường tính linh hoạt và "năng suất đóng gói" mà còn nâng cao mức độ tự động hóa tổng thể của "giải pháp tự động hóa sản xuất". Hướng phát triển này biến "đồ án: Cân và đóng gói sản phẩm tự động" thành một nền tảng vững chắc cho các ứng dụng "công nghệ tự động hóa công nghiệp" tiên tiến trong tương lai, góp phần vào sự phát triển của nền sản xuất thông minh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương 1 chúng em đã trình bày được một số vấn đề sau: Thấy được tầm quan trọng và sự cần thiết của việc thiết kế một hệ thống cân và đóng gói tự động cho sản phẩm mì Chũ – Bắc Giang. Nắm được sơ đồ khối của hệ thống sẽ thiết kế bao gồm các thành phần, phần tử nào, đồng thời nhóm em đã đưa ra được yêu cầu công nghệ cụ thể cho hệ thống mà nhóm mình sẽ thiết kế.S Phùng Thị Vân Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội 8 Đồ án tốt nghiệp Chương 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu về phần mềm TIA Portal của Siemens Phần mềm TIA Portal là một giải pháp không quá mới được phát triển, mang lại hiệu quả điều hành các tác vụ chính xác hiệu quả. Bạn đã hiểu về phần mềm TIA Portal là gì? Đặc điểm của TIA Portal là gì? Hệ thống tự động hóa hiện nay là 1 phần của sản xuất, công nghiệp và cuộc sống hiện đại. Phần mềm được ứng dụng trong lĩnh vực tự động hóa, tạo chương trình, điều khiển các thiết bị, máy móc hoạt động chủ động, hiệu quả.

Nhiều phần mềm được nghiên cứu, phát triển nâng cao hiệu suất và tối ưu hệ thống. Phần mềm TIA Portal là một giải pháp được phát triển mang đến hiệu quả điều hành các tác vụ một cách chính xác và tối ưu. Bạn đã hiểu về phần mềm TIA Portal là gì? Đặc điểm của TIA Portal và ứng dụng thực tế. Thông tin Batiea chia sẻ dưới đây sẽ cung cấp thông tin hữu ích về TIA Portal.1 Tổng quan TIA Portal là gì TIA Portal viết tắt của Totally Integrated Automation Portal là một phần mềm tổng hợp của nhiều phần mềm điều hành quản lý tự động hóa, vận hành điện của hệ thống.

Có thể hiểu, TIA Portal là phần mềm tự động hóa đầu tiên, có sử dụng chung 1 môi trường/ nền tảng để thực hiện các tác vụ, điều khiển hệ thống.S Phùng Thị Vân Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội 9 Đồ án tốt nghiệp Hình 2.1 Giao diện phần mềm TIA Portal TIA Portal được phát triển vào năm 1996 bởi các kỹ sư của Siemens, nó cho phép người dùng phát triển và viết các phần mềm quản lý riêng lẻ một cách nhanh chóng, trên 1 nền tảng thống nhất. Giải pháp giảm thiểu thời gian tích hợp các ứng dụng riêng biệt để thống nhất tạo hệ thống. TIA Portal - Tích hợp tự động toàn diện là phần mềm cơ sở cho tất cả các phần mềm khác phát triển: Lập trình, tích hợp cấu hình thiết bị trong dải sản phẩm. Đặc điểm TIA Portal cho phép các phần mềm chia sẻ cùng 1 cơ sở dữ nhiên liệu, tạo nên tính thống nhất, toàn vẹn cho hệ thống ứng dụng quản lý, vận hành.

TIA Portal tạo môi trường dễ dàng để lập trình thực hiện các thao tác: Thiết kế giao diện kéo nhã thông tin dễ dàng, với ngôn ngữ hỗ trợ đa dạng. Quản lý phân quyền User, Code, Project tổng quát. Thực hiện go online và Diagnostic cho tất cả các thiết bị trong project để xác định bệnh, lỗi hệ thống. Tích hợp mô phỏng hệ thống.

Dễ dàng thiết lập cấu hình và liên kết giữa các thiết bị Siemens.S Phùng Thị Vân Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội 10 Đồ án tốt nghiệp Hiện tại phần mềm TIA Portal có nhiều phiên bản như TIA Portal V14,TIA Portal V15, TIA Portal V15.1, TIA Portal V16 và mới nhất là TIA Portal V17. Tùy theo nhu cầu sử dụng mà người dùng sẽ lựa chọn cài đặt TIA portal phiên bản tương ứng.  Trong giới hạn khuôn khổ đề tài đồ án này, nhóm chúng em lựa chọn sử dụng phần mềm lập trình TIA Portal V15.1 đáp ứng đầy đủ tính năng và phù hợp với đề tài này.2 Ưu nhược điểm khi sử dụng TIA Portal TIA Portal là thuật ngữ quen thuộc được ứng dụng trong các lĩnh vực tự động hóa, tích hợp nhiều phần mềm phổ thông khác như: HMI, PLC, Inverter của Siemens. Phần mềm TIA Portal có những ưu và nhược điểm trong vận hành hệ thống tự động hóa.

Ưu điểm: Tích hợp tất cả các phần mềm trong 1 nền tảng, chia sẻ cơ sở dữ nhiên liệu chung dễ dàng quản lý, thống nhất cấu hình. Giải pháp vận hành thiết bị nhanh chóng, hiệu quả, tìm kiếm khắc phục sự cố trong thời gian ngắn. Tất cả các yếu tố: bộ lập trình PLC, màn hình HMI được lập trình và cấu hình trên TIA Portal, cho phép các chuyên viên tiết kiệm thời gian thao tác, thiết lập truyền thông giữa các thiết bị. Chỉ với 1 biến số của bộ lập trình PLC được thả vào màn hình HMI, kết nối được thiết lập mà không cần bất ký thao tác lập trình nào.S Phùng Thị Vân Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội 11 Đồ án tốt nghiệp Hình 2.2 TIA Portal và giao diện giám sát HMI Win CC Hạn chế: Do tích hợp nhiều phần mềm, cơ sở dữ nhiên liệu hệ thống lớn nên dung lượng bộ nhớ khổng lồ.

Yêu cầu kỹ thuật cao của người lập trình, quản lý, tốn nhiều thời gian để làm quen sử dụng.3 Các thành phần trong bộ cài TIA Portal Phần mềm TIA Portal được Siemens phát triển với nhiều thành phần giúp người dùng quản lý, lập trình PLC, HMI hiệu quả. Các thành phần có trong bộ TIA Portal: Simatic Step 7 professional và Simatic step 7 PLCSIM: Giải pháp lập trình và mô phỏng PLC S7-300, S&-400, Simatic S7-1200, Simatic S7-1500… Simatic WinCC Professional: Được dùng để lập trình màn hình HMI, và giao diện SCADA. Simatic Start Driver: Được lập trình cấu hình Siemens. Sirius và Simocode: Thiết lập cấu hình và chuẩn đoán lỗi linh hoạt.S Phùng Thị Vân Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội 12 Đồ án tốt nghiệp Điều khiển chuyển động đơn trục và đa trục với hỗ trợ Scout TIA.

Thư viện Simatic Robot đầy đủ dữ nhiên liệu cho phép người dùng thiết lập cấu hình và hệ thống nhanh chóng.4 Bảo mật lập trình PLC với TIA Portal hiệu quả Bảo mật project trong lập trình PLC S7 với TIA thực hiện các thao tác: Vào phần “Security settings”, chọn “setting” chọn “Protech project” để thiết lập password cho Project. Thiết lập bảo mật cho PLC với TIA Portal: Thực cài đặt trong cấu hình Hardware của PLC. Người dùng chọn Protection & security, tiếp tục chọn Access Level. Trong đó: Full access: Ứng với khối bảo mật mà ai cũng có thể đọc và viết mà không cần password.

Read Access: Bảo mật phần viết cho PLC, cần có password. HMI và SCADA hay user đọc được chương trình không cần password. HMI access: Bảo mật phần read và write của PLC cần có Password. HMI và SCADA đọc không cần Password.

No Access: Tất cả các ứng dụng truy xuất vào PLC đều cần Password. Bảo mật khối hàm lập trình PLC S7 với TIA: vào phần Properties của khối hàm đó, chọn protection. Lúc này bạn sẽ thấy 3 loại bảo mật: Write, Read/ write và bảo vệ không copy.2 Tổng quan về PLC 2.1 Khái niệm PLC PLC là từ viết tắt của Programmable Logic Controller (được hiểu: Bộ điều khiển Logic có thể lập trình được). Khác với các bộ điều khiển thông thường GVHD: Th.S Phùng Thị Vân Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội 13 Đồ án tốt nghiệp chỉ có một thuật toán điều khiển nhất định, PLC có khả năng thay đổi thuật toán điều khiển tùy biến do người sử dụng viết thông qua một ngôn ngữ lập trình.

Do vậy, nó cho phép thực hiện linh hoạt tất cả các bài toán điều khiển. Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất PLC như Siemens (Đức), Omron (Nhật Bản), Mitsubishi (Nhật Bản), Delta (Đài Loan). Ngôn ngữ lập trình phổ biến là LAD (Ladder logic - Dạng hình thang), FBD (Function Block Diagram - Khối chức năng), STL (Statement List - Liệt kê lệnh) và Ladder logic là ngôn ngữ lập trình PLC đang được ưa chuộng nhất.2 Chức năng PLC PLC được nhiều hãng chế tạo, và mỗi hãng có nhiều họ khác nhau, và có nhiều phiên bản trong mỗi họ, chúng khác nhau về tính năng và giá thành, phù hợp với bài toán đơn giản hay phức tạp. Ngoài ra còn có các bộ ghép mở rộng cho phép ghép nhiều bộ PLC nhỏ để thực hiện các chức năng phức tạp, hay giao tiếp với máy tính tạo thành một mạng tích hợp, việc thực hiện theo dõi, kiểm tra, điều khiển một quá trình công nghệ phức tạp hay toàn bộ một phân xưởng sản xuất.

Mặc dù vậy, một hệ thuống điều khiển dùng bất cứ loại PLC nào đều có cấu trúc như hình sau: + Ngõ vào dạng số: gồm hai trạng thái ON và OFF. Khi ở chức năng ON thì ngõ vào số được coi như ở mức logic 1 hay mức logic cao. Khi ở trạng thái OFF thì ngõ vào có thể được như ở mức logic 0 hay mức logic thấp. + Ngõ ra dạng số: gồm hai trạng thái ON và OFF.

Các ngõ ra này thường được nối ra để điều khiển các cuộn dây contactor, đèn tín hiệu… + Thiết bị đầu vào: gồm các thiết bị tạo ra tín hiệu điều khiển thường là nút nhấn, cảm biến. Chức năng CPU CPU1212C CPU 1214C CPU 1215C 1211C Kích thước vật 90x100x75 90x100x75 110x100x75 130x100x75 lí(mm) GVHD: Th.S Phùng Thị Vân Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội 14 Đồ án tốt nghiệp Word 30 Kbytes 50 Kbytes 75Kbytes 100 Kbytes Bộ nhớ Load 1 Mbytes 1 Mbytes 4 Mbytes 4 Mbytes người Retentive 10 Kbytes 10 Kbytes 10 Kbytes 10 Kbytes dùng Kiểu số 6 Input/4 8 Inputs/6 14 14 I/O tích Out Out Inputs/10 Inputs/10 hợp trên Out Out CPU Kiểu 2 Inputs 2 Inputs 2 Inputs 2 Input/2 tương tự Output Inputs 1024 bytes 1024 1024 bytes 1024 bytes Kích bytes thước bộ Outputs 1024 bytes 1024 1024 bytes 1024 bytes đệm bytes Bít nhớ (M) 4096 bytes 4096 4096 bytes 4096 bytes bytes Module mở rộng None 2 8 8 vào ra Boad tín hiệu(SB), Boad pin(BB) 1 1 1 1 Boad truyền thông (CB) Module truyền 3 3 3 3 thông (CM) Bộ đệm 3 built-in 4 built-6 tốc độ Total I/O, 5 with I/O, 6 6 6 cao SB with SB GVHD: Th.S Phùng Thị Vân Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội 15 Đồ án tốt nghiệp 3 at 3 at 100kHz 3 at 3 at Singe 100kHz 1at 30kHz 100kHz 3at 100kHz 3 phase SB: 2 at SB: 2 at 30kHz at 30kHz 30kHz 30kHz 3 at Quadratt 3 at 80kHz 80kHz 1 3 at 3 at 80kHz ure SB: 2 at at 30kHz 100kHz 3 3 at 20kHz phase 20kHz SB: 2 at at 20kHz 20kHz Ngõ ra xung 4 4 4 4 Card nhớ SIMATIC Memory Card (optional) Lưu trữ thời gian Chuẩn 20 ngày, nhỏ nhất là 12 ngày ở nhiệt độ 400C đồng hồ thời gian (duy trì bằng tụ điện có dung lượng lớn) thực 1 cổng truyền thông 2 cổng truyền thông PROFINET Ethenet Ethenet Tốc độ thực thi phép 2.3 µs/lệnh toán thực Tốc độ thực thi 0.08 µs/lệnh logic Boolean GVHD: Th.