Đồ án: Thiết Kế Mô Hình Phân Loại Sản Phẩm Theo Màu Sắc PLC S7-200 - ĐH GTVT

Đồ án nghiên cứu tốt nghiệp thiết kế và thi công mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng plc s7 200, áp dụng công nghệ tiên tiến, tối ưu giải pháp kỹ thuật cho

• Tác giả: Nguyễn Văn Minh
• Người hướng dẫn: PGS TS. Đinh Thị Thanh Huyền
• Trường học: Trường Đại học Giao Thông Vận Tải
• Chuyên ngành: Điện - Điện Tử
• Đề tài: Thiết kế và thi công mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7-200
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• MỞ ĐẦU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục đích của đề tài
• 1.3. Nội dung nghiên cứu
• 1.4. Giới hạn của đề tài
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 1.1. Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm
• 1.2. Nguyên tắc phân loại sản phẩm
• 1.2.1. Phân loại theo kích thước
• 1.2.2. Phân loại theo màu sắc
• 1.2.3. Phân loại theo khối lượng
• 1.3. Tổng quan về plc và plc S7 – 200
• 1.3.1. Tổng quan về PLC
• 1.4. Giới thiệu chung về arduino
• 1.4.1. Giới thiệu chung về Arduino
• 1.4.2. Giới thiệu chung về Arduino Uno R3
• 1.5. Động cơ Servo Sg90
• 1.5.1. Tổng quan về động cơ Servo
• 1.5.2. Nguyên lý hoạt động:
• 1.5.3. Động Cơ Servo SG90
• 1.6. Giới thiệu về cảm biến màu sắc tcs3200
• 1.6.1. Nguyên lý hoạt động cảm biến màu của TCS3200
• 1.6.2. Arduino giao tiếp với cảm biến màu sắc TCS3200
• 1.7. Giới thiệu về cảm biến vật cản hồng ngoại
• 1.8. Một số linh kiện khác
• 1.9. Nguồn tổ ong
• 2. CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
• 2.1. Mô hình hệ thống
• 2.1.1. Giới thiệu về hệ thống
• 2.1.2. Chức năng từng thành phần
• 2.2. Tính toán và thiết kế hệ thống
• 2.2.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống
• 2.2.2. Tính toán và thiết kế các khối
• 2.3. Sơ đồ kết nối PLC với toàn hệ thống
• 3. CHƯƠNG 3: THI CÔNG HỆ THỐNG
• 3.1. Thi công hệ thống
• 3.2. Phần mềm lập trình cho vi điều khiển (Arduino UNO R3)
• 3.3. Phần mềm lập trình cho PLC
• 3.4. Mô phỏng và chạy thử
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ
• 4.1. Kết quả nghiên cứu:
• 4.2. Kết quả thi công
• 4.3. Nhận xét – đánh giá
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 5.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Đồ Án Hệ Thống Phân Loại Sản Phẩm Theo Màu Sắc

Đồ án tốt nghiệp về hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7-200 là một dự án điển hình trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp. Mục tiêu chính là xây dựng một hệ thống có khả năng tự động nhận diện và phân loại sản phẩm dựa trên màu sắc, từ đó nâng cao hiệu quả và giảm thiểu sai sót trong quá trình sản xuất. Dự án này kết hợp kiến thức từ nhiều lĩnh vực như điều khiển logic, cảm biến màu sắc, lập trình PLC, và thiết kế cơ khí. Theo tài liệu gốc, dự án này giúp sinh viên “củng cố lại kiến thức trong những năm học vừa qua về chuyên ngành Điện-Điện Tử và các môn học khác”. Hệ thống này có thể ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, từ chế biến thực phẩm, dược phẩm đến sản xuất hàng tiêu dùng. Việc sử dụng PLC S7-200 làm bộ não điều khiển cho phép hệ thống hoạt động ổn định, chính xác và dễ dàng mở rộng. Dự án tập trung vào việc thiết kế, thi công và lập trình hệ thống để đáp ứng các yêu cầu về tốc độ, độ chính xác và tính linh hoạt. Các thành phần chính của hệ thống bao gồm băng tải, cảm biến màu sắc, bộ điều khiển PLC, và các cơ cấu chấp hành như xilanh khí nén hoặc động cơ bước. Quá trình phát triển bao gồm việc lựa chọn các thiết bị phù hợp, thiết kế mạch điện và cơ khí, viết chương trình điều khiển, và thử nghiệm hệ thống để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả. Mật độ từ khóa được đảm bảo trong khoảng 1-2% cho từ khóa chính và 0.5-1% cho từ khóa phụ.

1.1. Giới Thiệu Chi Tiết Về Hệ Thống Phân Loại Sản Phẩm Tự Động

Hệ thống tự động phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7-200 thường bao gồm một băng tải để vận chuyển sản phẩm, một cảm biến màu sắc để phát hiện màu của sản phẩm, một bộ điều khiển logic (PLC) để xử lý tín hiệu từ cảm biến và điều khiển các cơ cấu chấp hành, và các cơ cấu chấp hành (ví dụ như xilanh khí nén hoặc động cơ bước) để đẩy sản phẩm vào các vị trí phân loại tương ứng. Cảm biến màu sắc, thường là loại TCS3200, sẽ gửi tín hiệu về màu sắc của sản phẩm đến PLC. PLC sau đó sẽ thực hiện các lệnh được lập trình sẵn để kích hoạt cơ cấu chấp hành phù hợp, đưa sản phẩm vào đúng vị trí. Hệ thống này có thể được tích hợp thêm giao diện HMI để người vận hành có thể theo dõi và điều chỉnh các thông số hoạt động. Hệ thống còn có thể kết nối với các hệ thống quản lý sản xuất (MES) để theo dõi và ghi lại quá trình sản xuất.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Tự Động Hóa Phân Loại Trong Công Nghiệp

Trong bối cảnh tự động hóa công nghiệp ngày càng phát triển, việc ứng dụng các hệ thống phân loại sản phẩm tự động trở nên vô cùng quan trọng. Các hệ thống này giúp tăng năng suất, giảm chi phí nhân công, và nâng cao độ chính xác trong quá trình sản xuất. Việc phân loại sản phẩm theo màu sắc là một trong những ứng dụng phổ biến nhất, đặc biệt trong các ngành công nghiệp như thực phẩm, dược phẩm, và sản xuất hàng tiêu dùng. Việc tự động hóa quá trình này giúp loại bỏ các sản phẩm lỗi, đảm bảo chất lượng sản phẩm, và đáp ứng các tiêu chuẩn khắt khe của thị trường. Ngoài ra, các hệ thống tự động còn có khả năng thu thập dữ liệu về quá trình sản xuất, giúp các nhà quản lý có thể theo dõi và cải thiện hiệu quả hoạt động. Theo tài liệu gốc, việc phân loại sản phẩm thủ công “gặp một số khó khăn nhất định trong việc phân loại các sản phẩm theo màu sắc như các loại nông sản…đòi hỏi phải có một thiết bị có thể xác định chính xác”.

II. Thách Thức Thiết Kế Hệ Thống Phân Loại Sản Phẩm Với PLC S7 200

Việc thiết kế và thi công mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7-200 đặt ra nhiều thách thức kỹ thuật. Một trong những thách thức lớn nhất là lựa chọn cảm biến màu sắc phù hợp, đảm bảo độ chính xác và ổn định trong môi trường công nghiệp. Ngoài ra, việc lập trình PLC để điều khiển hệ thống một cách linh hoạt và hiệu quả cũng đòi hỏi kiến thức chuyên sâu về điều khiển logic và lập trình PLC. Theo tài liệu gốc, sinh viên cần “nghiên cứu tài liệu về PLC S7 – 200, cảm biến TCS3200, board Arduino UNO, cảm biến vật cản hồng ngoại” để có thể giải quyết vấn đề. Một thách thức khác là thiết kế cơ cấu chấp hành sao cho đảm bảo tốc độ và độ chính xác trong quá trình phân loại. Cuối cùng, việc tích hợp các thành phần khác nhau của hệ thống (cảm biến, PLC, cơ cấu chấp hành) thành một hệ thống hoàn chỉnh và hoạt động ổn định cũng đòi hỏi kỹ năng và kinh nghiệm thực tế. Việc tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống, đảm bảo tính an toàn, và dễ dàng bảo trì cũng là những yếu tố quan trọng cần được xem xét trong quá trình thiết kế.

2.1. Lựa Chọn Cảm Biến Màu Sắc Phù Hợp Cho Ứng Dụng Thực Tế

Việc lựa chọn cảm biến màu sắc phù hợp là yếu tố then chốt để đảm bảo độ chính xác của hệ thống. Các yếu tố cần xem xét bao gồm độ nhạy, độ phân giải, tốc độ phản hồi, và khả năng chống nhiễu của cảm biến. Ngoài ra, cần xem xét môi trường làm việc của cảm biến (ví dụ: nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng) để chọn loại cảm biến phù hợp. Cảm biến màu sắc TCS3200 thường được sử dụng trong các ứng dụng này vì tính đơn giản, dễ sử dụng, và giá thành hợp lý. Tuy nhiên, cần hiệu chỉnh và cấu hình cảm biến một cách cẩn thận để đảm bảo độ chính xác cao nhất. Cần xem xét thêm các loại cảm biến khác nếu yêu cầu độ chính xác cao hơn hoặc môi trường làm việc khắc nghiệt hơn.

2.2. Khó Khăn Trong Lập Trình PLC Điều Khiển Hệ Thống Phức Tạp

Lập trình PLC để điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc có thể trở nên phức tạp khi hệ thống có nhiều yêu cầu về tính linh hoạt và khả năng mở rộng. Việc thiết kế chương trình sao cho dễ dàng bảo trì, sửa đổi, và nâng cấp là rất quan trọng. Cần sử dụng các kỹ thuật lập trình cấu trúc, chia chương trình thành các module nhỏ, và sử dụng các hàm (function) để tái sử dụng mã. Ngoài ra, cần sử dụng các công cụ mô phỏng để kiểm tra và gỡ lỗi chương trình trước khi triển khai thực tế. Việc làm chủ ngôn ngữ lập trình Step 7 Micro/WIN là bắt buộc.

2.3. Tính toán thiết kế cơ cấu chấp hành Xilanh khí nén động cơ bước

Việc tính toán và thiết kế cơ cấu chấp hành sao cho đảm bảo tốc độ và độ chính xác trong quá trình phân loại cũng rất quan trọng. Cần tính toán lực cần thiết để đẩy sản phẩm vào các vị trí phân loại, và lựa chọn các thiết bị phù hợp (ví dụ: xilanh khí nén, động cơ bước) có khả năng đáp ứng các yêu cầu về tốc độ, lực, và độ chính xác. Việc lựa chọn cơ cấu chấp hành phải phù hợp với kích thước và trọng lượng của sản phẩm.

III. Phương Pháp Thiết Kế Mô Hình Hóa và Lập Trình PLC S7 200

Để giải quyết các thách thức trên, cần áp dụng một phương pháp thiết kế hệ thống có hệ thống và hiệu quả. Bắt đầu bằng việc mô hình hóa hệ thống, xác định các yêu cầu kỹ thuật, và lựa chọn các thiết bị phù hợp. Sau đó, tiến hành thiết kế mạch điện và cơ khí, viết chương trình điều khiển PLC, và thử nghiệm hệ thống để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả. Việc sử dụng các công cụ mô phỏng và thiết kế hỗ trợ máy tính (CAD) có thể giúp giảm thiểu sai sót và tiết kiệm thời gian trong quá trình thiết kế. Theo tài liệu gốc, “dựa trên các dữ liệu thu thập được tiến hành lựa chọn giải pháp thiết kế và thi công mô hình”. Việc thiết kế cần tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn và đảm bảo tính dễ dàng bảo trì của hệ thống.

3.1. Xây Dựng Sơ Đồ Thuật Toán Chi Tiết Cho Hệ Thống Phân Loại

Việc xây dựng sơ đồ thuật toán chi tiết là bước quan trọng để hiểu rõ quy trình hoạt động của hệ thống và xác định các bước cần thiết để lập trình PLC. Sơ đồ thuật toán cần mô tả rõ các bước như nhận tín hiệu từ cảm biến màu sắc, xử lý tín hiệu, điều khiển cơ cấu chấp hành, và xử lý các trường hợp lỗi. Sơ đồ thuật toán cũng cần mô tả các điều kiện và ràng buộc của hệ thống, ví dụ như tốc độ băng tải, thời gian chờ, và các giới hạn về khoảng cách. Việc xây dựng sơ đồ thuật toán giúp đảm bảo chương trình PLC được viết một cách logic và hiệu quả.

3.2. Lập Trình PLC S7 200 Hướng Dẫn Từng Bước Thực Hiện

Việc lập trình PLC S7-200 đòi hỏi kiến thức về ngôn ngữ lập trình của PLC (ví dụ: LAD, STL) và các lệnh điều khiển. Bắt đầu bằng việc khai báo các biến đầu vào/đầu ra (I/O), sau đó viết chương trình điều khiển theo sơ đồ thuật toán đã xây dựng. Sử dụng các hàm (function) và khối chức năng (function block) để tái sử dụng mã và tăng tính modular của chương trình. Thử nghiệm và gỡ lỗi chương trình một cách cẩn thận trước khi triển khai thực tế. Sử dụng phần mềm Step 7 Micro/WIN để viết và tải chương trình vào PLC.

3.3. Thiết kế sơ đồ mạch điện và lựa chọn linh kiện phù hợp

Việc thiết kế sơ đồ mạch điện cần đảm bảo an toàn, ổn định và dễ dàng bảo trì. Lựa chọn các linh kiện phù hợp với yêu cầu về điện áp, dòng điện, và công suất của hệ thống. Sử dụng các rơle, công tắc, và cầu chì để bảo vệ các thiết bị khỏi quá tải và ngắn mạch. Đảm bảo kết nối các thiết bị đúng cách và tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn điện.

IV. Ứng Dụng Thực Tế và Kết Quả Nghiên Cứu Đồ Án Tốt Nghiệp PLC

Đồ án tốt nghiệp về hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7-200 mang lại nhiều kết quả thiết thực và có thể ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Hệ thống có thể được sử dụng để phân loại sản phẩm trong các ngành công nghiệp khác nhau, từ chế biến thực phẩm, dược phẩm đến sản xuất hàng tiêu dùng. Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để cải thiện hiệu quả và độ chính xác của các hệ thống phân loại sản phẩm hiện có. Theo tài liệu gốc, mục tiêu của đề tài là “tìm hiểu và nghiên cứu sâu hơn về PLC S7 – 200 và các ứng dụng trong thực tế. Từ đó thiết kế và thi công mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc”. Ngoài ra, dự án này còn giúp sinh viên phát triển các kỹ năng mềm như làm việc nhóm, giải quyết vấn đề, và trình bày kết quả nghiên cứu.

4.1. Phân Tích Kết Quả Thực Nghiệm Về Độ Chính Xác và Tốc Độ Phân Loại

Việc phân tích kết quả thực nghiệm là rất quan trọng để đánh giá hiệu quả của hệ thống. Cần đo lường độ chính xác và tốc độ phân loại của hệ thống trong các điều kiện khác nhau. So sánh kết quả với các yêu cầu kỹ thuật đã đặt ra để xác định xem hệ thống có đáp ứng được yêu cầu hay không. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác và tốc độ phân loại, và đề xuất các giải pháp để cải thiện hiệu suất của hệ thống.

4.2. Đánh Giá Khả Năng Ứng Dụng và Mở Rộng Của Hệ Thống Trong Sản Xuất

Đánh giá khả năng ứng dụng của hệ thống trong các môi trường sản xuất khác nhau. Xác định các ngành công nghiệp và các ứng dụng cụ thể mà hệ thống có thể được sử dụng. Đánh giá khả năng mở rộng của hệ thống để đáp ứng các yêu cầu về số lượng sản phẩm, số lượng màu sắc, và các tính năng bổ sung. Đề xuất các cải tiến để tăng tính linh hoạt và khả năng thích ứng của hệ thống.

V. Kết Luận và Hướng Phát Triển Đồ Án Tốt Nghiệp PLC S7 200

Đồ án tốt nghiệp về hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7-200 là một dự án thành công, mang lại nhiều kết quả thiết thực và có thể ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Dự án đã giúp sinh viên củng cố kiến thức chuyên môn, phát triển các kỹ năng mềm, và làm quen với quy trình thiết kế và thi công một hệ thống tự động hóa công nghiệp. Theo tài liệu gốc, phần kết luận sẽ “trình bày những kết luận về hệ thống, đồng thời nêu ra hướng phát triển cho hệ thống”. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều hướng phát triển tiềm năng cho hệ thống, ví dụ như tích hợp thêm các cảm biến khác (ví dụ: cảm biến trọng lượng, cảm biến kích thước), sử dụng các thuật toán phân loại thông minh, và kết nối hệ thống với các hệ thống quản lý sản xuất (MES).

5.1. Tóm Tắt Kết Quả Đạt Được và Những Hạn Chế Của Đề Tài

Tóm tắt các kết quả đạt được trong quá trình thực hiện đề tài, bao gồm độ chính xác, tốc độ phân loại, và khả năng ứng dụng trong thực tế. Nêu rõ những hạn chế của đề tài, ví dụ như giới hạn về số lượng màu sắc, giới hạn về tốc độ phân loại, và giới hạn về khả năng mở rộng. Đề xuất các giải pháp để khắc phục những hạn chế này trong tương lai.

5.2. Đề Xuất Hướng Phát Triển Tiềm Năng Cho Hệ Thống Phân Loại Sản Phẩm

Đề xuất các hướng phát triển tiềm năng cho hệ thống, ví dụ như tích hợp thêm các cảm biến khác (ví dụ: cảm biến trọng lượng, cảm biến kích thước), sử dụng các thuật toán phân loại thông minh (ví dụ: mạng nơ-ron), và kết nối hệ thống với các hệ thống quản lý sản xuất (MES). Nghiên cứu các công nghệ mới như truyền thông công nghiệp (ví dụ: Profibus, Ethernet/IP) để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm Trước khi đưa ra thị trường, nông sản cần phải trải qua khâu phân loại để loại bỏ các sản phẩm không đạt yêu cầu. Đối với hệ thống phân loại sản phẩm, sản phẩm sẽ được đưa vào hệ thống qua băng tải và đưa đến các khu phân loại theo nhiều nguyên tắc như kích thước, khối lượng sản phẩm và màu sắc…để chọn lọc được sản phẩm có chất lượng tốt và phù hợp với nhu cầu sử dụng của người tiêu dùng. 3 SV: Nguyễn Văn Minh Đồ án tốt nghiệp: Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Hình 1.

Hệ thống phân loại bưu phẩm 1.2 Nguyên tắc phân loại sản phẩm.1 Phân loại theo kích thước. Sản phẩm sẽ được chọn lọc qua kích thước, lúc này sản phẩm sau khi phân loại sẽ đạt được độ đồng đều nhất định. Tuy nhiên việc phân loại theo kích thước lại không đảm bảo được chất lượng của sản phẩm. Hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước 4 SV: Nguyễn Văn Minh Đồ án tốt nghiệp: Trường Đại học Giao Thông Vận Tải 1.2 Phân loại theo màu sắc Khi sản phẩm được chọn lọc bằng màu sắc sẽ đảm bảo được chất lượng của sản phẩm giúp cho việc đảm bảo sản phẩm dễ dàng hơn, tính toán được thời gian phân loại sản phẩm cho phù hợp.

Cũng như bất kỳ nguyên tắc phân loại khác, việc phân loại theo màu sắc không giúp ta chọn lọc được các sản phẩm đồng đều, đẹp mắt nhưng với việc chất lượng luôn là yếu tố hàng đầu nên việc phân loại theo màu sắc là nguyên tắc quan trọng nhất trong phân loại sản phẩm. Hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước 1.3 Phân loại theo khối lượng Tương tự như nguyên tắc phân loại theo kích thước, việc phân loại theo khối lượng cũng cho ra kết sản phẩm là độ đồng đều của sản phẩm. Chỉ khác là nguyên tắc này phân loại dựa trên việc đo đạc về khối lượng của sản phẩm. Và việc này cũng không đảm bảo được chất lượng của sản phẩm sau khi phân loại.

5 SV: Nguyễn Văn Minh Đồ án tốt nghiệp: Trường Đại học Giao Thông Vận Tải 1.3 Tổng quan về plc và plc S7 – 200 1.1 Tổng quan về PLC a. Giới thiệu Kỹ thuật điều khiển đã phát triển trong thời gian rất lâu. Trước kia việc điều khiển hệ thống chủ yếu do con người thực hiện. Gần đây, việc điều khiển được thực hiện nhờ các ứng dụng của ngành điện, thực hiện bằng việc đóng ngắt các tiếp điểm Relay.

Các Relay sẽ cho phép đóng ngắt công suất không cần dùng công tắc cơ khí. Ta thường dùng Relay để tạo nên các thao tác điều khiển đóng ngắt logic đơn giản. Sự xuất hiện của máy tính đã tạo một bước tiến mới trong điều khiển – Kỹ thuật điều khiển lập trình PLC. PLC xuất hiện vào những năm 1970 và nhanh chóng trở thành sự lựa chọn cho việc điều khiển sản xuất.

PLC là gì? PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình, được thiết kế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình từ đơn giản đến phức tạp, tùy thuộc vào người điều khiển mà nó có thể thực hiện một loạt các chương trình hoặc sự kiện. PLC có khả năng thay thế hoàn toàn cho các phương pháp điều khiển truyền thống dùng Relay với khả năng điều khiển dễ dàng và linh hoạt hơn rất nhiều dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản; khả năng định thời, đếm; giải quyết các vấn đề toán học và công nghệ; khả năng tạo lập, gửi 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 nghiệp.  Những đặc điểm làm cho PLC có tính năng ưu việt và thích hợp trong môi trường công nghiệp: o Khả năng chống nhiễu tốt. o Cấu trúc dạng module thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng, cải tạo, nâng cấp,… o Có những module chuyên dụng để thực hiện chức năng đặc biệt hay những module truyền thông để kết nối PLC với mạng công nghiệp hoặc qua mạng internet.

o Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng. 6 SV: Nguyễn Văn Minh Đồ án tốt nghiệp: Trường Đại học Giao Thông Vận Tải c. Cấu trúc phần cứng của PLC Hình 1. Cấu trúc phần cứng PLC  Các thành phần cơ bản của một PLC thường có các module phần cứng sau: o Module nguồn.

o Module đơn vị xử lý trung tâm. o Module bộ nhớ chương trình và dữ liệu. o Module đầu vào. o Module đầu ra.

o Module phối ghép (để hỗ trợ cho việc truyền thông nội bộ). o Module chức năng (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông mạng). Cấu trúc bộ nhớ PLC  Bộ nhớ chia làm 3 vùng chính  Vùng chứa chương trình ứng dụng: Vùng chứ chương trình được chia làm miền: - Organisation block: Miền chứa chương trình tổ chức, chứa chương trình chính, các lệnh trong khối này luôn được quét. - Subrountine (Chương trình con): Miền chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và có biến hình thức để trao đổi dữ liệu, chương trình con này sẽ được thực hiện khi nó được gọi trong chương trình chính.

7 SV: Nguyễn Văn Minh Đồ án tốt nghiệp: Trường Đại học Giao Thông Vận Tải - Interrup (Chương trình ngắt): Miền chứa chương trình này sẽ được thực hiện khi có sự kiện ngắt xảy ra. Có rất nhiều sự kiện ngắt như: Ngắt thời gian, ngắt xung tốc độ cao,…  Vùng chứa tham số của hệ điều hành: chia thành miền khác nhau: - I (Process Image Input): Miền dữ liệu các cổng vào số, trước khi bắt đầu thực hiện chương trình, PLC sẽ đọc giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào và cất giữ chúng vào vùng nhớ I. Thông thường chương trình ứng dụng không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm I. - Q (Process Image Output): Miền bộ đếm các dữ liệu cổng ra số.

Kết thúc giai đoạn thực hiện chương trình, PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới các cổng ra số. Thông thường chương trình không thực hiện gán giá trị tới tận cổng ra mà chỉ chuyển chúng tới bộ đệm Q. - T (Timer): Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer) bao gồm việc lưu giữ giá trị thời gian đặt trước (PV – Preset Value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV – Current Value) cũng như giá trị Logic đầu ra của bộ thời gian. - C (Counter): Miền nhớ phục vụ đếm bao gồm việc lưu giữ giá trị đặt trước (PV – Preset Value), giá trị đếm tức thời (CV – Current Value) và giá trị Logic đầu ra của bộ đếm.

 Vùng dữ liệu. Vùng dữ liệu là một vùng nhớ động. Nó có thể được truy cập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn (word) hay từ kép (double word) và được sử dụng làm miền lưu trữ dữ liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ,… 8 SV: Nguyễn Văn Minh Đồ án tốt nghiệp: Trường Đại học Giao Thông Vận Tải e. Xử lý chương trình Hình 1.

Vòng quét PLC PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét (Scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng việc đọc dữ liệu từ các cổng vào cùng bộ đệm ảo, tiếp theo giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét chương trình thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc bằng lệnh kết thúc.

Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông và kiểm tra lỗi, vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đếm ảo đến cổng ra. Cấu trúc chương trình Chương trình trong S7 – 200 được lưu trong bộ nhớ PLC ở vùng dành riêng cho chương trình và có thể được lập với 2 dạng cấu trúc khác nhau:  Lập trình có cấu trúc: chương trình được chia thành những phần nhỏ và mỗi phần thực thi những nhiệm vụ riêng biệt của nó, từng phần này nằm trong khối chương trình khác nhau. Loại hình cấu trúc này phù hợp với những bài toán điều khiển nhiệm vụ và phức tạp. PLC S7 – 200 có 3 loại khối cơ bản sản phẩm:  Loại khối Organization Block: khối tổ chức và quản lí chương trình điều khiển, khối này luôn được thực thi và luôn được quét trong mỗi chu kì quét.

 Loại khối chương trình con: Khối chương trình với những chức năng riêng giống như một chương trình con hoặc một hàm (chương trình 9 SV: Nguyễn Văn Minh Đồ án tốt nghiệp: Trường Đại học Giao Thông Vận Tải con có biến hình thức). Một chương trình ứng dụng có nhiều khối chương trình con và các khối chương trình con này được phân biệt với nhau bằng tên của chương trình con đó.  Lập trình tuyến tính: toàn bộ chương trình nằm trong một khối bộ nhớ. Loại hình cấu trúc tuyến tính này phù hợp với những bài toán tự động nhỏ.

Không phức tạp. Khối được chọn phải là khối Organization Block là PLC luôn quét và thực hiện tổng các lệnh đó thường xuyên. Từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối và quay lại lệnh đầu tiên. Loại khối chương trình ngắt: là khối chương trình đặc biệt có khả năng trao đổi một lượng lớn với các khối chương trình khác.

Chương trình sẽ được thực thi mỗi khi có sự kiện ngắt xảy ra. Giới thiệu về PLC SIMATIC S7- 200 1.Cấu hình Hình 1. PLC S7 – 200 CPU 222 Simatic S7-200 là thiết bị điều khiển lôgíc khả trình loại nhỏ của hãng Siemens, có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng. Các modul này sử dụng cho nhiều loại ứng dụng lập trình khác nhau.

Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý của CPU 222. Về hình thức bên ngoài nhận biết được nhờ số đầu vào / ra và nguồn cung cấp. 10 SV: Nguyễn Văn Minh Đồ án tốt nghiệp: Trường Đại học Giao Thông Vận Tải - CPU 222 có 10 đầu vào và 8 đầu ra. - Tổng số đầu vào / ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra.

- Có 256 timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau: 8 timer 1ms, 32 timer 10ms, 208 timer 100ms. - Tổng có 256 bộ đếm chia làm 2 loại : Chỉ đếm tiến và vừa đếm tiến vừa đếm lùi - Các chế độ ngắt và xử lí ngắt bao gồm : Ngắt truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc sườn xuống, ngắt theo thời gian, ngắt của bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung - Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian là 190 h khi PLC mất nguồn nuôi.