Đồ án thiết kế và thi công tay gắp hàng ứng dụng PLC tại HCMUTE

Khám phá đồ án HCMUTE thiết kế và thi công tay gắp hàng ứng dụng PLC, mang lại giải pháp tự động hóa hiệu quả cho ngành công nghiệp.

• Tác giả: Trần Như Thái
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Tấn Đời
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông
• Đề tài: Thiết Kế Và Thi Công Tay Gắp Hàng Ứng Dụng PLC
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• LIỆT KÊ HÌNH VẼ
• LIỆT KÊ BẢNG
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.2. MỤC TIÊU
• 1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 1.4. GIỚI HẠN
• 1.5. BỐ CỤC
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỆC PHÁT HIỆN SẢN PHẨM LỖI
• 2.1.1. Mục đích
• 2.1.2. Nội dung
• 2.2. GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG
• 2.2.1. Khái quát PLC
• 2.2.1.1. Giới thiệu chung
• 2.2.2. Giới thiệu PLC Siemens S7-200
• 2.2.2.1. Cấu hình phần cứng
• 2.2.2.2. Đặc điểm và thông số các loại CPU của PLC S7-200
• 2.2.2.3. Các đèn báo
• 2.2.2.4. Đầu vào
• 2.2.2.5. Đầu ra
• 2.2.2.6. Nguồn cung cấp
• 2.2.2.7. Cổng truyền thông
• 2.2.3. Ghép nối S7-200 với PC qua cáp PC/PPI
• 2.2.4. Nguyên lý hoạt động

Tóm tắt

I. Thiết kế Tay Gắp Hàng Khái quát và Mục tiêu

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế và thi công tay gắp hàng ứng dụng PLC tại HCMUTE tập trung vào việc thiết kế và chế tạo một hệ thống tự động hóa trong quá trình đóng gói sản phẩm. Hệ thống sử dụng PLC để điều khiển một tay gắp hàng đa trục, có khả năng nhận biết và xử lý các sản phẩm lỗi. Mục tiêu chính là xây dựng một mô hình thực tế, tự động hóa việc phát hiện lỗi (nhãn, nắp, mức nước) trên chai, tích hợp cơ cấu cấp thùng tự động, và sử dụng tay gắp hàng tự động hiệu quả. Mô hình tập trung vào chai nước Pocari Sweat 500ml, sử dụng PLC Siemens S7-200 và cảm biến (khoảng cách, màu sắc, mực nước) để đảm bảo tính chính xác. Đồ án nhấn mạnh khía cạnh thực tiễn, ứng dụng kiến thức lý thuyết về PLC HCMUTE, lập trình PLC, và thiết kế cơ khí. Việc thiết kế cơ khí tay gắp hàng cần đảm bảo độ chính xác, hiệu quả và an toàn. Các ứng dụng PLC trong tự động hóa được thể hiện rõ nét qua việc điều khiển toàn bộ hệ thống. Thiết kế hệ thống tự động này nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm thiểu lỗi.

1.1. Phân tích Yêu cầu và Giới hạn

Đồ án xác định rõ ràng yêu cầu về chức năng của tay gắp hàng PLC: phát hiện lỗi sản phẩm (nhãn, nắp, mực nước), cấp thùng tự động, gắp chai chính xác. Việc lựa chọn PLC Siemens S7-200 thể hiện một sự giới hạn về ngân sách và thời gian. Mô hình chỉ tập trung vào một loại chai cụ thể (Pocari Sweat 500ml) nhằm đơn giản hóa quá trình thiết kế và thử nghiệm. Thiết kế CAD tay gắp hàng cần tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu chi phí. Gia công tay gắp hàng cần đảm bảo độ chính xác cao. Vật liệu tay gắp hàng cần được lựa chọn phù hợp để đảm bảo độ bền và khả năng chịu lực. An toàn lao động tay gắp hàng là một yếu tố quan trọng cần được xem xét trong quá trình thiết kế và thi công. Báo trì tay gắp hàng cũng cần được tính toán để đảm bảo hoạt động liên tục của hệ thống. Các hạn chế về nguồn lực đặt ra thách thức về khả năng mở rộng và ứng dụng trong môi trường sản xuất thực tế rộng hơn.

1.2. Công nghệ và Phương pháp Áp dụng

Đồ án ứng dụng kiến thức về lập trình PLC tay gắp hàng, kết hợp với điều khiển tay gắp hàng bằng PLC. Hệ thống tay gắp hàng tự động được thiết kế dựa trên nguyên lý hoạt động của PLC Siemens S7-200, tích hợp với các cảm biến khác nhau. Thiết kế cơ khí tay gắp hàng được thực hiện bằng phần mềm CAD. Mẫu lắp đặt thực tế được xây dựng dựa trên thiết kế mô hình. Lập trình PLC sử dụng phần mềm STEP 7 Micro/WIN. Học thiết kế tay gắp hàng được thực hiện qua nghiên cứu tài liệu và hướng dẫn từ giảng viên. Dịch vụ thiết kế tay gắp hàng và dịch vụ thi công tay gắp hàng hỗ trợ việc hoàn thành đồ án. Tay gắp hàng công nghiệp là mục tiêu hướng đến của nghiên cứu này. Tay gắp hàng robot là một hướng phát triển tiềm năng cho hệ thống trong tương lai. Việc mở rộng tay gắp hàng để ứng dụng vào các loại chai khác nhau sẽ là một hướng nghiên cứu sau này.

II. Thi Công và Lập Trình

Phần thi công tập trung vào việc lắp ráp các thành phần cơ khí và điện tử, bao gồm tay gắp hàng, PLC, cảm biến, và hệ thống khí nén. Quá trình này đòi hỏi sự chính xác cao để đảm bảo hoạt động trơn tru của hệ thống. Thi công tay gắp hàng được thực hiện theo các bước cụ thể, từ việc lắp ráp bo mạch đến việc kết nối các module. Thi công hệ thống tự động bao gồm cả việc cài đặt và cấu hình phần mềm PLC. Lắp ráp và kiểm tra toàn bộ hệ thống nhằm đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả. Lập trình hệ thống bao gồm việc lập trình cho cả PLC và Arduino. Phần mềm lập trình cho Arduino được sử dụng để xử lý tín hiệu từ các cảm biến. Phần mềm lập trình cho PLC S7-200 được sử dụng để điều khiển tay gắp hàng. Chương trình PLC được viết sao cho đảm bảo đáp ứng các yêu cầu về chức năng của hệ thống. Hướng dẫn sử dụng, thao tác hệ thống được cung cấp đầy đủ. Quy trình thao tác cần được hiểu rõ để vận hành hệ thống một cách hiệu quả và an toàn.

2.1. Kiểm Tra và Cân Chỉnh

Sau khi hoàn thành việc lắp ráp, hệ thống được kiểm tra kỹ lưỡng để đảm bảo hoạt động chính xác. Việc kiểm tra hệ thống bao gồm việc kiểm tra các kết nối điện, hoạt động của các cảm biến, và hiệu suất của tay gắp hàng. Việc cân chỉnh hệ thống được thực hiện để tối ưu hóa hiệu suất và độ chính xác của hệ thống. Điều chỉnh các thông số trong chương trình PLC để đạt được hiệu quả tối ưu. Sửa chữa tay gắp hàng được thực hiện nếu phát hiện bất kỳ sự cố nào trong quá trình kiểm tra. Bảo trì tay gắp hàng định kỳ cần được thực hiện để duy trì hoạt động của hệ thống. Tiêu chuẩn thiết kế tay gắp hàng được tuân thủ trong quá trình thiết kế và thi công nhằm đảm bảo chất lượng và độ an toàn của hệ thống.

2.2. Đánh Giá và Kết Quả

Kết quả đạt được được đánh giá dựa trên các tiêu chí đã đề ra ban đầu. Đồ án đạt được mục tiêu về việc thiết kế và chế tạo một hệ thống tự động hóa. Bộ vi điều khiển, van và xilanh, và màn hình HMI hoạt động hiệu quả. Mô phỏng tay gắp hàng được thực hiện để kiểm tra hiệu quả hoạt động của hệ thống. Kết quả thực tế của hệ thống được so sánh với mô phỏng. Lợi ích sử dụng tay gắp hàng được đánh giá dựa trên hiệu quả sản xuất và giảm thiểu lỗi. Đánh giá kết quả thực hiện giúp rút ra kinh nghiệm cho các dự án tương lai. Các hạn chế và khó khăn gặp phải trong quá trình thực hiện đồ án được nêu rõ. Hướng phát triển của đồ án được đề xuất nhằm cải thiện hiệu suất và mở rộng ứng dụng của hệ thống.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế hiện đại hóa quy trình sản xuất công nghiệp, tự động hóa đóng vai trò then chốt nhằm nâng cao năng suất, tối ưu hóa chi phí vận hành và đảm bảo tính đồng đều của sản phẩm. Tại các nhà máy sản xuất và chế biến thực phẩm, đồ uống, dây chuyền đóng chai là một trong những khâu quan trọng đòi hỏi mức độ chính xác cao. Các thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC) đã và đang được ứng dụng rộng rãi để điều khiển băng tải vận chuyển, cánh tay robot gắp sản phẩm và hệ thống đếm số lượng. Tuy nhiên, tại các xí nghiệp có quy mô vừa và nhỏ, do hạn chế về công nghệ và tính đồng bộ của máy móc, các sai sót trong quá trình đóng chai vẫn thường xuyên xảy ra như: chai bị thiếu nắp, chưa được dán nhãn hoặc lượng chất lỏng bên trong không đạt thể tích định mức. Nếu các sản phẩm lỗi này không được phát hiện kịp thời và xuất ra thị trường sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến uy tín của nhà sản xuất. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công tay gắp hàng ứng dụng PLC" được thực hiện nhằm xây dựng giải pháp tự động hóa quy trình kiểm tra chất lượng ngoại quan và phân loại đóng thùng cho sản phẩm đóng chai.

Mục tiêu nghiên cứu

Đồ án xác định 4 mục tiêu thiết kế và thi công kỹ thuật cụ thể:

1. Thiết kế và thi công một mô hình thực tế có khả năng tự động xác định 3 loại lỗi điển hình trên chai nước thành phẩm: lỗi nhãn, lỗi nắp và lỗi mức nước.
2. Thiết kế và chế tạo cơ cấu cấp thùng tự động, đảm bảo mỗi thùng chứa đúng định mức 6 chai.
3. Thiết kế cánh tay gắp 3 trục (X, Y, Z) có khả năng gắp loại chai có thể tích 500ml, quy cách mỗi lần gắp 1 chai và đặt chính xác vào thùng.
4. Thiết kế giao diện giám sát, điều khiển thân thiện và hiển thị đầy đủ các thông số hoạt động trên màn hình cảm ứng HMI.

Nhiệm vụ nghiên cứu

Để hoàn thành các mục tiêu trên, các nội dung nghiên cứu chính được phân chia theo 5 nhiệm vụ:

• Nội dung 1: Thu thập, khảo sát và phân loại các lỗi thường gặp trong quá trình đóng chai công nghiệp.
• Nội dung 2: Nghiên cứu và lựa chọn giải pháp thiết kế hệ thống, mô hình cảm biến phát hiện lỗi.
• Nội dung 3: Tính toán, thiết kế cơ khí cho mô hình băng tải, cánh tay gắp, cơ cấu cấp thùng và trạm đẩy loại bỏ sản phẩm lỗi.
• Nội dung 4: Thiết kế hệ thống điều khiển điện tử, mạch giao tiếp phần cứng, lập trình giải thuật PLC, Arduino và thiết kế giao diện HMI.
• Nội dung 5: Lắp ráp hoàn thiện, kiểm tra chạy thử và đánh giá kết quả thực hiện của toàn hệ thống.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Quy trình kiểm soát lỗi đóng chai tự động; hệ thống điều khiển kết hợp giữa PLC Siemens S7-200, bo mạch vi điều khiển Arduino Uno R3, màn hình HMI Delta DOP-B07S411 cùng hệ thống cảm biến quang học, cảm biến điện dung và cơ cấu chấp hành điện - khí nén.
• Phạm vi đối tượng thử nghiệm: Đề tài giới hạn thiết kế cho loại chai nước giải khát Pocari Sweat dung tích 500ml.
• Phạm vi không gian và thời gian: Đề tài được thực hiện từ ngày 30/03/2017 đến ngày 20/07/2017 tại Bộ môn Điện tử Công nghiệp - Y sinh, Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng nền tảng kỹ thuật dựa trên các lý thuyết cốt lõi về điều khiển khả trình công nghiệp, vi điều khiển nhúng, công nghệ cảm biến và truyền động điện lực - khí nén.

Khung lý thuyết và công nghệ áp dụng

• Bộ điều khiển lập trình PLC Siemens S7-200: Nghiên cứu nguyên lý hoạt động dựa trên vòng quét (scan cycle) gồm 4 giai đoạn tuần tự: đọc dữ liệu từ cổng vào đến bộ đệm ảo, thực thi chương trình logic, truyền thông nội bộ - kiểm tra lỗi và chuyển nội dung đệm ảo xuất ra cổng ra. Đồ án khảo sát cấu hình phần cứng các dòng CPU (CPU 221, 222, 224, 226) với tốc độ thực thi lệnh đạt 0.37 µs; sử dụng phần mềm STEP 7-Micro/WIN SP9 để lập trình thông qua ngôn ngữ hình thang (Ladder Logic - LAD) và danh sách lệnh (Statement List - STL). Truyền thông nạp chương trình và giám sát sử dụng giao thức PPI/RS-485 qua cáp PC/PPI.
• Bo mạch vi điều khiển Arduino Uno R3: Sử dụng chip vi điều khiển ATmega328P hoạt động ở điện áp 5V, tần số thạch anh 16 MHz, bộ nhớ Flash 32 KB, SRAM 2 KB, EEPROM 1 KB cùng 14 chân Digital I/O (hỗ trợ 6 chân PWM) và 6 kênh Analog. Arduino đóng vai trò vi xử lý chuyên biệt cho cảm biến màu sắc trước khi truyền tín hiệu logic về PLC.
• Màn hình giao tiếp người - máy HMI Delta DOP-B07S411: Màn hình cảm ứng TFT-LCD 7 inch, độ phân giải 800 x 480 pixels, hiển thị 65.536 màu, đạt chuẩn bảo vệ công nghiệp IP65, nguồn nuôi 24VDC (công suất tiêu thụ 4.8W). Thiết bị kết nối với PLC S7-200 qua cổng truyền thông RS-485 và được thiết kế giao diện bằng phần mềm DOPSoft.
• Hệ thống cảm biến công nghiệp:
  • Cảm biến quang điện phát hiện vật: Cảm biến hình trụ E3F-DS30C4 / E3F2-DS30C4 (khoảng cách phát hiện 300 mm, nguồn cấp 6-36VDC, ngõ ra NPN thường mở NO) và cảm biến PEX-501C (khoảng cách phát hiện tối đa 0.5m, thời gian đáp ứng 0.5 ms, chuẩn IP67).
  • Cảm biến quang dạng khe chữ U: Model PM-K53 (khoảng cách khe 5mm, nguồn cấp 5-24VDC, ngõ ra NPN, chế độ Dark ON) dùng để xác định mốc giới hạn tọa độ cho cánh tay gắp.
  • Cảm biến mực nước phi tiếp xúc: Model Y26-V (cảm nhận chất lỏng qua bề dày phi kim tối đa 20mm, nguồn cấp 5-24VDC, dòng tiêu thụ 200mA, ngõ ra NPN kéo trở 4.7kΩ lên nguồn 24V).
  • Cảm biến màu sắc: Model TCS3200 (sử dụng chip cảm biến TAOS TCS3200 tích hợp ma trận 8x8 photodiode gồm 16 diode lọc màu đỏ, 16 xanh dương, 16 xanh lục và 16 không lọc; chuyển đổi cường độ ánh sáng sang tần số sóng vuông từ 2Hz đến 500kHz qua bộ Current-to-Frequency Converter).
• Hệ thống truyền động và khí nén: Động cơ không đồng bộ 3 pha (25W, nguồn 208-240VAC 50Hz, hộp giảm tốc 12.5:1), động cơ DC 24V truyền động các trục cơ khí, xilanh khí nén tác dụng kép và van điện từ đảo chiều 5/2 (nguồn điều khiển cuộn coil 24VDC).

Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp nghiên cứu lý luận: Thu thập, đọc hiểu, phân tích và tổng hợp các tài liệu kỹ thuật, giáo trình chuyên môn về PLC Siemens S7-200, tài liệu phần cứng Arduino, datasheet của các module cảm biến và lý thuyết điều khiển điện - khí nén nhằm xây dựng khung thiết kế chuẩn xác.
• Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Khảo sát các hệ thống phân loại, băng chuyền và tay gắp sản phẩm trong phòng thí nghiệm; lấy ý kiến tư vấn từ giảng viên chuyên ngành; trực tiếp thiết kế mạch nguyên lý, vẽ và thi công bo mạch in PCB, đấu nối tủ điện điều khiển, gia công cơ khí mô hình thực tế, lập trình giải thuật trên STEP 7-Micro/WIN, Arduino IDE và DOPSoft, sau đó vận hành chạy thử và tinh chỉnh thực nghiệm.
• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thực nghiệm thu thập từ quá trình đo đạc tín hiệu cảm biến trên mô hình vật lý, các chu kỳ đóng ngắt của rơle, xilanh khí nén và trạng thái phản hồi từ màn hình HMI.

---

Thiết kế và triển khai hệ thống

Mô hình được tổ chức theo cấu trúc phân tầng chức năng, tối ưu hóa nhiệm vụ giữa bộ điều khiển lập trình công nghiệp và vi điều khiển nhúng.

Cấu trúc sơ đồ khối hệ thống

Hệ thống gồm 7 khối chức năng chính liên kết chặt chẽ:

1. Khối nguồn: Bộ nguồn tổ ong chuyển đổi điện lưới 220VAC thành nguồn 24VDC - dòng định mức 5A, cung cấp năng lượng ổn định cho PLC, HMI, hệ thống cảm biến, van điện từ và động cơ DC.
2. Khối điều khiển trung tâm (PLC S7-200): Đóng vai trò hạt nhân xử lý toàn bộ logic hệ thống, tiếp nhận tín hiệu từ các cảm biến phát hiện chai, cảm biến mực nước, công tắc hành trình, màn hình HMI và tín hiệu phân loại nhãn từ Arduino để xuất lệnh điều khiển các cơ cấu chấp hành.
3. Khối tiền xử lý cảm biến màu (Arduino Uno R3): Đọc trực tiếp các xung tần số từ cảm biến TCS3200, giải mã thông tin màu sắc nhãn chai và gửi tín hiệu logic số (Digital) sang đầu vào PLC.
4. Khối cảm biến: Gồm cảm biến màu TCS3200, cảm biến mức nước Y26-V, các cảm biến quang điện E3F/PEX phát hiện chai trên băng tải và cụm cảm biến khe PM-K53 kết hợp công tắc hành trình để định vị tọa độ cánh tay gắp.
5. Khối giao diện người dùng (HMI): Màn hình Delta DOP-B07S411 hiển thị trạng thái vận hành, thông báo lỗi (lỗi nắp, lỗi nhãn, lỗi nước), bộ đếm sản phẩm và cung cấp các phím điều khiển Run/Stop/Reset cùng tính năng đăng nhập bảo mật.
6. Khối băng tải: Vận chuyển chai nước qua các trạm kiểm tra và trạm gắp hàng; sử dụng động cơ 3 pha 25W kết hợp hộp số giảm tốc để duy trì tốc độ chậm, chuyển động êm ái, tránh làm đổ ngã chai.
7. Khối tay gắp và van điều khiển: Tay gắp 3 trục vận hành bằng 2 động cơ DC 24V (trục X, trục Y) và xilanh khí nén tác dụng kép (trục Z). Khối van điện từ 5/2 điều khiển xilanh loại bỏ chai lỗi, xilanh cấp thùng và xilanh kẹp/nâng hạ của tay gắp.

Bảng thông số kỹ thuật các linh kiện và thiết bị chính

Tên thiết bị / Linh kiện	Ký hiệu / Model	Thông số kỹ thuật danh định	Vai trò trong hệ thống
Bộ điều khiển logic khả trình	Siemens S7-200	Điện áp 24VDC, thời gian lệnh 0.37 µs, cổng RS-485 PPI	Xử lý logic trung tâm, điều khiển cơ cấu chấp hành
Mạch vi điều khiển	Arduino Uno R3	ATmega328P, 16 MHz, 14 I/O Digital, Flash 32KB	Đọc và xử lý tần số cảm biến màu TCS3200
Màn hình cảm ứng HMI	Delta DOP-B07S411	7 inch TFT-LCD, 800x480 pixel, 65.536 màu, IP65, 24VDC 4.8W	Giám sát trạng thái, nhập mật khẩu và điều khiển
Cảm biến nhận diện màu	TAOS TCS3200	Mảng 8x8 photodiode RGB+Clear, ngõ ra xung vuông 2Hz-500kHz	Kiểm tra sự hiện diện và màu sắc của nhãn chai
Cảm biến mức chất lỏng	Y26-V	Cảm ứng phi tiếp xúc xuyên qua phi kim <= 20mm, 5-24VDC NPN	Phát hiện chai không đủ mực nước quy định
Cảm biến quang phát hiện vật	E3F-DS30C4 / E3F2	Khoảng cách phát hiện 300 mm, 6-36VDC, ngõ ra NPN NO	Phát hiện vị trí chai tại trạm kiểm tra và trạm gắp
Cảm biến quang phát hiện vật	PEX-501C	Khoảng cách phát hiện tối đa 0.5m, đáp ứng 0.5 ms, IP67	Định vị vị trí chai trên băng chuyền
Cảm biến quang dạng khe	PM-K53	Cảm biến chữ U, khe 5mm, ngõ ra NPN Dark ON, 5-24VDC	Định vị gốc tọa độ trục X và trục Y của tay gắp
Công tắc hành trình	NPN NO/NC	Dòng tải tối đa 15A, tiếp điểm cơ học	Giới hạn hành trình chuyển động của cơ cấu tay gắp
Động cơ kéo băng tải	Động cơ 3 pha	Công suất 25W, 208-240VAC, hộp số 12.5:1, tốc độ ra 120 rpm	Kéo băng tải di chuyển ổn định với tốc độ chậm
Động cơ tay gắp	Động cơ DC	Điện áp hoạt động 24VDC	Dẫn động chuyển động tịnh tiến trục X và trục Y
Van và xilanh khí nén	Xilanh kép & Van 5/2	Khí nén áp suất chuẩn, cuộn hút điện từ 24VDC	Đẩy chai lỗi, cấp thùng tự động và nâng hạ kẹp chai
Bộ nguồn công nghiệp	Nguồn tổ ong	Ngõ vào 220VAC, ngõ ra 24VDC - dòng tải cực đại 5A	Cung cấp nguồn DC cho toàn bộ mạch điều khiển

Thiết kế tính toán truyền động và giao tiếp

• Tính toán tốc độ băng tải: Động cơ 3 pha có tốc độ ban đầu 1500 rpm; qua hộp giảm tốc tỷ lệ 12.5:1 cho tốc độ đầu ra 120 rpm (tương đương 2 vòng/giây, mô-men xoắn đạt 7 N.m). Khi kết hợp tỷ lệ truyền động 1:4 và con lăn đường kính 3 cm, băng tải đạt tốc độ di chuyển chậm, giúp chai Pocari Sweat 500ml giữ thăng bằng tốt, không bị rung lắc hay trượt đổ.
• Cấu hình truyền thông HMI - PLC: Màn hình Delta DOP-B07S411 liên kết với PLC S7-200 qua cổng RS-485 với các tham số: Tốc độ truyền (Baud rate) 9600 bps, 7 bit dữ liệu, kiểm tra chẵn lẻ Even, 1 bit dừng (Stop bit); Controller Station Number được gán là 2; Vùng nhớ điều khiển và trạng thái tương ứng là VW0 và VW10.
• Cấu hình cảm biến màu TCS3200 với Arduino: Chân S0, S1 nối với chân 9, 12 của Arduino để chọn tỷ lệ tần số ngõ ra 100% (cả hai chân ở mức High); chân S2, S3 nối với các cổng Digital để chọn các bộ lọc quang học màu Đỏ (L, L), Xanh dương (L, H), Không lọc (H, L) và Xanh lục (H, H).

---

Nội dung chính theo từng chương

Bố cục khóa luận được trình bày chi tiết qua 5 chương chuyên môn:

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày lý do chọn đề tài, sự cần thiết của việc tự động hóa khâu kiểm tra và đóng gói trong quy trình sản xuất đóng chai. Tác giả xác định rõ mục tiêu chế tạo hệ thống phát hiện 3 dạng lỗi (nhãn, nắp, mức nước), tích hợp cơ cấu cấp thùng 6 chai tự động, tay gắp 3 trục và giao diện HMI. Chương này cũng nêu rõ 5 nội dung nghiên cứu triển khai, xác định phạm vi giới hạn áp dụng cho chai Pocari Sweat 500ml trên nền tảng PLC Siemens S7-200, đồng thời phác thảo cấu trúc tổng thể của báo cáo tốt nghiệp.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 tập trung phân tích sâu về lý thuyết và thông số kỹ thuật của các trang thiết bị phần cứng. Nội dung bao quát:

• Khái quát cấu trúc, thông số kỹ thuật các CPU 221, 222, 224, 226 của PLC S7-200, nguyên lý quét chu kỳ và hai phương pháp lập trình LAD, STL trên STEP 7-Micro/WIN.
• Cấu hình phần cứng bo mạch Arduino Uno R3 và vi điều khiển ATmega328P.
• Đặc tính kỹ thuật của màn hình HMI Delta DOP-B07S411 và phương pháp kết nối truyền thông RS-485 với PLC.
• Nguyên lý vận hành của cảm biến quang điện E3F-DS30C4, PEX-501C, cảm biến khe PM-K53, cảm biến mức nước không tiếp xúc Y26-V và cảm biến màu TCS3200 (ma trận photodiode và bộ chuyển đổi dòng sang tần số).
• Nguyên lý hoạt động của động cơ DC, động cơ không đồng bộ 3 pha và hệ thống khí nén (xilanh tác dụng kép, van điện từ 5/2).

Chương 3: Tính toán và thiết kế

Chương 3 trình bày chi tiết quá trình tính toán và thiết kế phần cứng cho toàn bộ hệ thống:

• Xây dựng sơ đồ khối chi tiết và định nghĩa chức năng của 7 khối: Khối nguồn, Khối điều khiển (PLC S7-200), Khối Arduino, Khối cảm biến, Khối HMI, Khối băng tải, Khối tay gắp và Khối van điều khiển.
• Thiết kế mạch kết nối cho hệ thống cảm biến ngõ ra NPN, mạch chuyển đổi tần số TCS3200 với Arduino qua các chân S0, S1, S2, S3 và mạch kéo trở 4.7kΩ cho cảm biến chất lỏng Y26-V.
• Thiết kế 3 màn hình giao diện người dùng trên HMI Delta: Form 1 dành cho đăng nhập mật khẩu bảo mật hệ thống; Form 2 hiển thị các nút điều khiển Run/Stop/Reset và cảnh báo các lỗi chai; Form 3 hiển thị chi tiết các thông số vận hành.
• Tính toán công suất và thông số truyền động động cơ băng tải (25W, 120 rpm, tỷ lệ truyền 1:4, đường kính con lăn 3cm) và tính toán chọn bộ nguồn 24VDC 5A.
• Xây dựng bản vẽ sơ đồ nguyên lý toàn mạch kết nối giữa PLC, Arduino, cảm biến và các cơ cấu chấp hành.

Chương 4: Kết quả, nhận xét và đánh giá

Chương 4 mô tả quá trình thi công thực tế và đánh giá hiệu năng hệ thống:

• Thi công bo mạch kết nối PCB, lắp ráp hoàn thiện bảng điện, bố trí động cơ 24VDC, công tắc hành trình, cảm biến khe PM-K53 trên trục X, Y của cánh tay gắp, lắp đặt xilanh cấp thùng, động cơ 3 pha và các cụm cảm biến phát hiện lỗi dọc theo băng chuyền.
• Xây dựng lưu đồ giải thuật điều khiển chính cho PLC S7-200, lưu đồ chương trình chính cho Arduino và lưu đồ chương trình con Color() dùng để nhận diện màu sắc nhãn chai.
• Hướng dẫn cài đặt môi trường lập trình Arduino IDE, phần mềm STEP 7-Micro/WIN SP9 và thiết lập cổng truyền thông PG/PC.
• Vận hành thử nghiệm mô hình thực tế: Kiểm tra khả năng phát hiện lỗi của các cảm biến, hoạt động đóng mở của cụm van và xilanh khí nén, phản hồi giao diện HMI và độ chính xác của cánh tay gắp khi gắp lần lượt từng chai vào đúng 6 vị trí trong thùng chứa.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Chương 5 tổng kết lại toàn bộ kết quả đạt được đối chiếu với các mục tiêu ban đầu, chỉ rõ các điểm đã hoàn thành tốt về mặt phần cứng và giải thuật điều khiển tự động, đồng thời nêu rõ các hạn chế còn tồn tại và đề xuất các hướng nâng cấp mở rộng trong tương lai.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

• Chế tạo hoàn chỉnh mô hình phần cứng: Lắp ráp thành công mô hình hệ thống tự động hóa khâu kiểm tra và đóng gói sản phẩm gồm băng tải truyền động 3 pha, cơ cấu cấp thùng tự động, cụm xilanh đẩy chai lỗi và cánh tay gắp 3 trục điều khiển linh hoạt.
• Phát hiện chính xác 3 dạng lỗi sản phẩm:
  • Lỗi nắp chai: Nhận diện thông qua cảm biến quang điện đặt tại độ cao nắp chai.
  • Lỗi nhãn chai: Nhận diện thông qua cảm biến màu TCS3200 kết hợp thuật toán đo tần số trên vi điều khiển Arduino.
  • Lỗi thể tích nước: Nhận diện thông qua cảm biến điện dung phi tiếp xúc Y26-V gắn bên ngoài thành chai (xuyên qua lớp nhựa phi kim).
• Cơ chế phân loại và đóng thùng tự động: Xilanh khí nén 5/2 tác động đẩy ngay các chai lỗi ra khỏi băng tải; các chai đạt tiêu chuẩn được băng chuyền đưa đến vị trí gắp, cánh tay gắp 3 trục gắp từng chai chuyển vào thùng chứa 6 ngăn với độ chính xác cao.
• Hệ thống điều khiển và giám sát trực quan: Màn hình HMI Delta 7 inch hiển thị tức thời số lượng chai đạt, phân loại từng dạng lỗi, hỗ trợ điều khiển hệ thống và tích hợp màn hình đăng nhập bảo mật phân quyền.

Giải pháp và đóng góp thực tiễn của đề tài

• Giải pháp điều khiển phân tầng linh hoạt: Đề tài đề xuất giải pháp kết hợp giữa PLC S7-200 (thiết bị điều khiển công nghiệp có độ tin cậy cao) với bo mạch Arduino Uno R3 giá thành thấp để giải quyết bài toán đọc và xử lý tín hiệu tần số phức tạp từ cảm biến màu sắc TCS3200. Cách tiếp cận này giúp tối ưu hóa chi phí đầu tư phần cứng, tránh việc phải mua thêm các module chức năng đắt tiền cho PLC.
• Tính ứng dụng trong công nghiệp vừa và nhỏ: Đề tài làm rõ vai trò và khả năng ứng dụng thực tế của kỹ thuật điều khiển tự động trong khâu kiểm tra chất lượng sản phẩm cuối chuyền, cung cấp giải pháp mẫu khả thi giúp các cơ sở sản xuất giảm thiểu tỷ lệ lỗi sản phẩm lọt ra thị trường và nâng cao uy tín thương hiệu.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

• Phạm vi phần cứng điều khiển: Đề tài giới hạn nghiên cứu và thực nghiệm trên dòng PLC Siemens S7-200 vốn là thế hệ thiết bị điều khiển cũ.
• Tính linh hoạt với quy cách sản phẩm: Hệ thống cơ khí và các ngưỡng cảm biến mới chỉ được thiết kế, căn chỉnh tối ưu cho duy nhất loại chai Pocari Sweat dung tích 500ml, chưa có cơ chế tự động tương thích với các loại chai có kích thước, hình dáng hoặc chất liệu bao bì khác nhau.
• Quy mô thực nghiệm: Tốc độ vận hành và công suất của cơ cấu tay gắp mới dừng lại ở quy mô mô hình phòng thí nghiệm, chưa đạt tốc độ cao như trong các dây chuyền công nghiệp công suất lớn.

Hướng phát triển mở rộng

• Nâng cấp bộ điều khiển trung tâm: Chuyển đổi và nâng cấp hệ thống điều khiển sang các dòng PLC hiện đại hơn như Siemens S7-1200 hoặc S7-1500 để tận dụng các tập lệnh xử lý mạnh mẽ và chuẩn truyền thông công nghiệp Ethernet/PROFINET.
• Ứng dụng công nghệ xử lý ảnh (Machine Vision): Tích hợp camera công nghiệp và các thuật toán xử lý ảnh chuyên dụng nhằm thay thế hệ thống cảm biến quang rời rạc, cho phép phát hiện đồng thời nhiều dạng khuyết tật phức tạp (rách nhãn, lệch nắp, dị vật trong nước) với độ linh hoạt cao.
• Mở rộng cơ cấu cơ khí đa năng: Cải tiến kết cấu cơ khí của cánh tay gắp và khâu cấp phôi để hệ thống có thể lập trình linh hoạt, đáp ứng việc phân loại và đóng gói nhiều loại chai với dung tích đa dạng (350ml, 500ml, 1500ml).

---

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho nhiều đối tượng trong lĩnh vực kỹ thuật:

• Đối tượng sử dụng: Sinh viên, giảng viên và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử, Tự động hóa, Cơ điện tử và Điện tử Công nghiệp đang nghiên cứu về ứng dụng PLC, vi điều khiển và thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm.
• Các nội dung có giá trị tham khảo nổi bật:
  • Sơ đồ nguyên lý đấu nối chi tiết giữa PLC S7-200 với các loại cảm biến công nghiệp ngõ ra NPN, cảm biến mức nước không tiếp xúc Y26-V và cụm rơle/van khí nén.
  • Phương pháp tích hợp và giao tiếp tín hiệu giữa bo mạch vi điều khiển Arduino (xử lý cảm biến màu TCS3200) với bộ điều khiển PLC.
  • Hướng dẫn thiết lập truyền thông RS-485 và các bước thiết kế giao diện điều khiển, giám sát đa màn hình trên phần mềm DOPSoft cho màn hình HMI Delta.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nhóm tác giả lại kết hợp Arduino Uno R3 với PLC S7-200 để xử lý cảm biến màu TCS3200?

Cảm biến màu TCS3200 xuất tín hiệu ngõ ra dưới dạng sóng vuông có tần số biến thiên (2Hz - 500kHz) tỷ lệ thuận với cường độ màu sắc. Do PLC S7-200 không có sẵn cổng đếm xung tốc độ cao phù hợp ở mức chi phí thấp để đọc trực tiếp dạng xung này, việc sử dụng Arduino Uno R3 làm bộ tiền xử lý trung gian giúp đọc xung, tính toán thành phần màu rồi xuất tín hiệu logic (Digital) sang ngõ vào PLC là giải pháp vừa hiệu quả vừa tối ưu chi phí.

2. Cảm biến Y26-V kiểm tra mức nước trong chai theo nguyên lý nào và yêu cầu lắp đặt ra sao?

Cảm biến Y26-V là loại cảm biến điện dung không tiếp xúc, có khả năng cảm nhận chất lỏng xuyên qua các thành vật liệu phi kim phẳng với độ dày lên đến 20mm. Trong mô hình, cảm biến được gá bên ngoài vỏ chai nhựa tại độ cao định mức; ngõ ra được cấu hình kiểu NPN và sử dụng một điện trở 4.7kΩ để kéo dây tín hiệu lên nguồn 24VDC kết nối trực tiếp về ngõ vào của PLC.

3. Thông số tính toán truyền động của hệ thống băng tải được xác định như thế nào?

Băng tải được kéo bởi động cơ 3 pha công suất 25W, nguồn cấp 208-240VAC 50Hz có tốc độ danh định 1500 rpm. Thông qua hộp số giảm tốc tỷ lệ 12.5:1, tốc độ đầu ra đạt 120 rpm (2 vòng/giây) với mô-men xoắn 7 N.m. Kết hợp cùng tỷ lệ truyền động cơ khí 1:4 và con lăn đường kính 3 cm, hệ thống đạt tốc độ di chuyển chậm, đều, đảm bảo chai nước đứng vững không bị đổ ngã.

4. Cấu hình truyền thông nối tiếp giữa HMI Delta DOP-B07S411 và PLC S7-200 được thiết lập với các thông số gì?

Truyền thông giữa HMI Delta và PLC S7-200 được thiết lập qua giao thức RS-485 với cấu hình: Tốc độ Baud rate 9600 bps, 7 Data bits, Parity Even, 1 Stop bit; địa chỉ trạm điều khiển (Controller Station Number) đặt bằng 2; vùng nhớ điều khiển (Control Area) và vùng nhớ trạng thái (Status Area) được gán lần lượt là VW0 và VW10.

5. Cánh tay gắp 3 trục hoạt động như thế nào để đóng gói chai vào thùng?

Cánh tay gắp di chuyển trên trục X và trục Y nhờ 2 động cơ DC 24V với vị trí được định vị bằng cảm biến khe PM-K53 và công tắc hành trình; trục Z thực hiện nâng hạ và kẹp chai bằng xilanh khí nén tác dụng kép. Khi chai đạt chuẩn đến trạm gắp, tay gắp hạ xuống kẹp chai thể tích 500ml, nâng lên và di chuyển thả lần lượt vào 6 vị trí tọa độ đã lập trình trong thùng chứa.

---

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công tay gắp hàng ứng dụng PLC" đã thực hiện thành công một hệ thống tự động hóa hoàn chỉnh phục vụ khâu kiểm soát chất lượng và đóng gói chai nước giải khát. Mô hình kết hợp hiệu quả giữa PLC Siemens S7-200, vi điều khiển Arduino Uno R3, màn hình HMI Delta DOP-B07S411 và hệ thống truyền động điện - khí nén để giải quyết trọn vẹn bài toán nhận diện 3 dạng khuyết tật sản phẩm và đóng thùng tự động. Kết quả nghiên cứu và thực nghiệm cung cấp tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo cao cho công tác đào tạo chuyên ngành và ứng dụng cải tiến dây chuyền sản xuất thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nôi dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án. • Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết. Chương này trình bày lý thuyết về PLC Siemens S7-200, Arduino Uno R3, màn hình HMI Delta DOP-B07S411, các loại cảm biến sử dụng trong mô hình. • Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán.

Trình bày cách thiết kế mô hình, cách kết nối phần cứng, tính toán các giá trị. • Chương 4: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá Trình bày kết quả đạt được sau khi thực hiện mô hình, đánh giá mô hình đã đạt những gì và chưa đạt những gì so với mục tiêu đề ra. • Chương 5: Kết Luận và Hướng Phát Triển Đưa ra kết luận về việc thực hiện đồ án lần này, đồng thời đề ra hướng phát triển của mô hình. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2 do an CHƯƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 2.1 TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIỆC PHÁT HIỆN SẢN PHẨM LỖI 2.1 Mục đích Quy định trách nhiệm và phương pháp kiểm soát các sản phẩm không phù hợp được phát hiện trong quá trình kiểm tra, sản xuất và giao hàng. Điều này tránh được việc các mặt hàng lỗi được xuất ra thị trường, từ đó nâng cao chất lượng hàng hóa, tạo uy tín cho nhà máy, xí nghiệp.2 Nội dung Trong quá trình sản xuất, kiểm tra, lưu kho, nếu phát hiện sản phẩm không phù hợp thì phải để riêng để xử lý (làm lại, hủy bỏ). Từ những lỗi đã phát hiện tìm ra khâu nào, thiết bị nào hoạt động không tốt để có biện phát sửa chữa, thay thế.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.1 Khái quát PLC a. Giới thiệu chung PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình.

Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế. PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào.

Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiển bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau: • Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT • Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữa. • Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp.

• Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp. • Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các môi Modul mở rộng. • Giá cả cá thể cạnh tranh được. Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối và các Logic thời gian.

Tuy nhiên, bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và tính dễ dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả … Chính điều này đã gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp. Các tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời, thanh ghi dịch … sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớn … Sự phát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn, số lượng I / O nhiều hơn. Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như Siemens, Allen-Bradley, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron, Honeywell. Giới thiệu PLC Siemens S7-200 • Cấu hình phần cứng S7-200 là thiết bị điều khiển logic lập trình loại nhỏ của hãng Siemens, có cấu trúc theo kiểu module và có các module mở rộng.

Các module này được sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Các thành phần PLC S7-200. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trong đó: - Cartridge Slot: Khe cắm thẻ nhớ cho bộ nhớ chương trình.

- Communication Ports: cổng truyền thông RS-485 - CPU Status Leds: Led báo các trạng thái làm việc của CPU. - I/O Point Status Leds: Led báo trạng thái của các ngõ vào, ngõ ra. - Internal: Bên trong có các điểm kết nối với bộ nguồn cung cấp, tụ điện và xung đồng bộ. Đặc điểm và thông số các loại CPU của PLC S7-200 Đặc trưng CPU 221 CPU 222 CPU 224 CPU 226 Kích thước(mm) 90x80x62 90x80x62 120.5x80x62 190x80X62 Bộ nhớ chương trình 2048 words 2048words 4096words 4096words Bộ nhớ dữ liệu 1024 words 1024words 2560words 2560words Cổng logic vào 6 8 14 24 Cổng logic ra 4 6 10 16 Module mở rộng none 2 7 7 Digital I/O cực đại 128/128 128/128 128/128 128/128 Analog I/O cực đại none 16In/16Out 32In/32Out 32In/32Out Bộ đếm (Counter) 256 256 256 256 Bộ định thì (Timer) 256 256 256 256 Tốc độ thực thi lệnh 0.37μs Khả năng lưu trữ khi 50 giờ 50 giờ 190 giờ 190 giờ mất điện • Các đèn báo: - SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF (System Falu) báo hiệu hệ thống bị hỏng.

- RUN (đèn xanh): Chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc. - STOP (đèn vàng): Chỉ định PLC đang ở chế độ dừng. • Đầu vào: - Tầm điện áp mức logic 1: 15-30 VDC, dòng nhỏ nhất 4mA; 35VDC ở thời gian tức thời 500ms. - Trạng thái logic 1 chuẩn: 24VDC, 7mA.

- Trạng thái logic mức 0: tối đa 5VDC, 1mA. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT • Đầu ra - Kiểu đầu ra: Relay hoặc Transistor. - Tầm điện áp: 24,4 đến 28,8 VDC.

- Dòng tải tối đa: 2A/điểm; 8A/common. - Quá dòng: 7A với contact đóng. - Điện trở cách ly: Nhỏ nhất 100 MΩ. • Nguồn cung cấp: - Điện áp cấp nguồn: 20,4 đến 24,8 VDC.

- Dòng vào max load: 900mA tại 24VDC. - Thời gian duy trì khi mất nguồn: 10ms ở 24VDC. - Cầu chì bên trong: 2A, 250V. • Cổng truyền thông: S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác.

Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI (Point to Point Interface) là 9600 bauds. Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là 300-38400 bauds. Cổng truyền thông PLC S7-200 Chân Chức năng 1 GND 2 24VDC 3 Tín hiệu A của RS485 (RxD/TxD+) 4 RTS (theo mức TTL) 5 GND 6 +5 VDC 7 Nguồn cấp 24VDC 120 mA max 8 Tín hiệu B RS485 (RxD/TxD-) 9 Chọn lựa cách giao tiếp BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Để ghép S7-200 với máy tính PC qua RS-232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485.

Ghép nối S7-200 với PC qua cáp PC/PPI. Nguyên lý hoạt động • Đơn vị xử lý trung tâm: CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi.

Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ. • Hoạt động của PLC: PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các cổng vào vùng bộ đệm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình.

Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện bằng lệnh đầu tiên và kết thúc tại lệnh kết thúc (MEND). Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiếm tra lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng ra. Nếu sử dụng các chế độ ngắt, chương trình con tương ứng với từng tín hiệu ngắt được soạn thảo và cài đặt như một bộ phận của chương trình.

Chương trình xử lý ngắt BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT chỉ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu ngắt và có thê xảy ra ở bât cứ điểm nào trong vòng quét. Hoạt động của PLC S7-200. Phương pháp lập trình PLC S7-200 Cách lập trình cho PLC S7-200 nói riêng và cho các PLC nói chung dựa trên hai phương pháp cơ bản.

Phương pháp hình thang (Ladder, viết tắt là LAD) và phương pháp liệt kê lệnh (Statement List, viết tắt là STL). Nếu có một chương trình viết dưới dạng LAD, thiết bị lập trình sẽ tự động tạo ra một chương trình theo dạng STL tương ứng. Tuy nhiên không phải mọi chương trình viết dưới dạng STL đều có thể chuyển sang được dạng LAD. Đối với thiết bị điều khiển lập trình PLC S7-200, ta không thể lập trình trực tiếp ngay trên nó được mà phải lập trình gián tiếp bằng cách sử dụng một trong những phần mềm sau đây: - STEP 7 – Micro/DOS - STEP 7 – Micro/WIN Những phần mềm này đều có thể cài đặt được trên các máy lập trình họ PG7xx hoặc các máy tính cá nhân (PC).

Công việc lập trình là ta sử dụng máy tính để tiến hành lắp ghép các lệnh cơ bản lại với nhau nhằm thỏa mãn những yêu cầu đề ra của quy trình công nghệ rồi sau đó mới chuyển vào PLC để điều khiển. Các lệnh cơ bản này thông thường ở 2 dạng LAD (Ladder Logic) và STL (Statement List). • Phương pháp LAD: BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 do an CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT LAD là một ngôn ngữ lập trình bằng đồ họa, những thành phần cơ bản dùng trong LAD tương ứng với các thành phần của bảng điều khiển bằng rơle.

Trong chương trình LAD, các phần tử cơ bản dùng để biểu diễn lệnh logic như sau: - Tiếp điểm: là biểu tượng (Symbol) mô tả các tiếp điểm của rơ le. Tiếp điểm thường mở Tiếp điểm thường đóng - Cuộn dây (coil): ⎯( )⎯ là biểu tượng mô tả rơle, được mắc theo chiều dòng điện cung cấp cho rơ le. - Hộp (Box): là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau, nó làm việc khi có dòng điện chạy đến hộp. Những dạng hàm thường được biểu diễn bằng hộp là các bộ thời gian (Timer), bộ đếm (counter) và các hàm toán học.