Đồ án Programable logic Controller - Nguyễn Thanh Dũng

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại PLC thông dụng có nhiều tính năng và tôi quyết định chọn loại PLC Siemens S7-300, CPU 313C-2DP vì nó đáp ứng được những yêu cầu của tôi.
 	 Hình 2: PLC Siemens S7-300, CPU 313C-2DP 	
Thông số cơ bản của của PLC:
Mã sản phẩm:	6ES7313-6CF03-0AB0
Tên sản phẩm: 	S7-300 CPU MODULELiên hệ
Đầu vào số tích hợp sẵn: 	16 DI     
Đầu ra số tích hợp sẵn:	 16 DO
Bộ đếm tốc độ cao tích hợp sẵn:	 3 x 30 KHz  
Tích hợp sẵn:	 DP interface      
Nguồn cung cấp: 	24 VDC
WORKING MEMORY: 	64Kbyte    
Ngôn ngữ lập trình: 	Step 7, từ V5.1 hoặc cao hơn
Bộ nhớ lưu chương trình: 	MMC ( tối đa 4 MB)
Số đầu vào số tích hợp sẵn: 	16 ( 24 VDC)
Số đầu ra số tích hợp sẵn: 	16 ( 24 VDC)
Vùng địa chỉ vào/ra: 	1024/1024 byte ( có thể định địa chỉ tự do)
Vùng đệm vào/ra: 	128/128 byte
Kênh số vào/ra tối đa:	 992/992
Kênh tương tự vào/ra tối đa: 	248/124
Khả năng mở rộng modul:	Số CPU/Rack tối đa: 1/3
Số modul tối đa: 31
Tần số chuyển mạch tối đa: 	100Hz ( tải trở), 0.5 Hz ( tải cảm)
Ngôn ngữ lập trình: 	Step 7 (LAD/FBD/STL), SCL, GRAPH, HiGraph
Nguồn cung cấp: 	24 VDC
Dòng tiêu thụ: 	0.9A 
Công suất tiêu thụ: 	10W
DI 16/DO 16 x DC 24 V/0.5 A
Hình 3: Chi tiết bên trong I/O PLC Siemens S7-300, CPU 313C-2DP 
2.3.1.2. Lựa chọn phần mềm giám sát:
Hiện nay có rất nhiều phần mềm giám sát như là: wincc, protool, pro cs  nhưng ở đây tôi chọn phần mềm giám sát wincc bởi các lý do sau:
Cung cấp bởi SIEMENS nên có khả năng tương thích cao với PLC SIEMENS mà tôi chọn.
Thông dụng trong trường học, dễ cài đặt trên các hệ điều hành của máy tính, dễ sử dụng, dễ thao tác, dễ tìm kiếm tài liệu, thư viện phong phú đầy đủ tiện nghi.
Giao diện đẹp khá bắt mắt cho người lập trình, khả năng thích ứng với việc xây dựng các hệ thống có qui mô lớn nhỏ khác nhau, tạo giao diện giao tiếp người - máy đáp ứng nhu cầu thực tế một cách chính xác.
Wincc cũng có thể sử dụng trên cơ sở qui mô toàn cầu nhờ hệ thống trợ giúp của simen có mặt khắp nơi trên thế giới, sử dụng một cách dễ dàng với các phần mềm chuẩn và phần mềm của người sử dụng. 
Kết nối dễ dàng với S7-300 qua cổng MPI
 Hình 4: Giao diện thiết kế của WINCC
2.3.1.3. Lựa chọn cảm biến :
Sự thông minh của một hệ thống tự động hóa phụ thuộc vào khả năng đọc tín hiệu từ các cảm biến, nút nhấn, cộng tắc gửi về PLC. Cảm biến là một thiết bị ngoại vi làm việc tự động, tác động nhanh chính xác rất thích hợp sử dụng trong các hệ thống tự động hóa. Trong hệ thống phân loại sản phẩm do tôi thiết kế có sử dụng rất nhiều cảm biến để phân loại sản phẩm, yêu cầu ngõ ra cảm biến phải là ngõ ra số mức Logic. Có rất nhiều cảm biến dạng khi tác động ngõ ra là mức Logic như cảm biến siêu âm, cảm biến tiệm cận quang, cảm biến tiệm cận dungDo một số yêu cầu của hệ thống mà tôi đã chọn loại cảm biến tiệm cận quang loại E3F3-T61 thu phát độc lập loại NPN
Nguyên tắc hoạt động cảm biến quang:
Bộ thu và bộ phát nằm trên cùng một đường thẳng, dùng kỹ thuật phát hiện do che khuất hay vật thể làm cho ánh sáng có bước sóng đã chọn không thể xuyên thấu, kỹ thuật phát hiện kiểu Dark On này dùng cho các bộ đếm và bộ kiểm tra sản phẩm. 
Thông tin về cảm biến E3F3-T61
- Cảm biến quang điện hình trụ hình trụ tích hợp sẵn bộ khuếch đại bên trong, cảm biến giá thành thấp, chống nhiễu tốt với công nghệ photo-IC
- Công nghệ photo-IC tăng mức chống nhiễu
- Hình trụ cỡ M18 DIN, vỏ nhựa ABS
- Gọn và tiết kiệm chỗ
- Khoảng cách phát hiện xa với bộ điều chỉnh độ nhạy cho cảm biến
- Bảo vệ chống ngắn mạch và nối ngược cực nguồn
 Hình ảnh chi tiết cảm biến
 Hình 5: Cảm biến loại NPN E3F3-T61
Thông số định mức / đặc tính kỹ thuật: (tra catalog)
Một số thông số chính của cảm biến:
Điện áp vào: 	12-24 VDC
Khoảng cách phát hiện vật: 	5 m
Vật phát hiện chuẩn: 	vật đục có đường kính tối thiểu 11mm
Thời gian đáp ứng: 	2,5 ms
Yêu cầu đối với cảm biến quang dùng trong công nghiệp:
- Có độ bền cơ khí cao, giảm chấn động, vận tốc quét cao, chống run cơ học
- Có độ nhạy cao, giảm tối thiểu ảnh hưởng của môi trường làm việc
- Thích hợp với nhu cầu và đáp ứng được nhu cầu
Sơ đồ kết nối ngõ vào với PLC:
 Hình 6: Sơ đồ nối dây với PLC (ngõ ra NPN output)
Do yêu cầu công nghệ, khi có vật đi ngang qua thì vật sẽ chắn tia hồng ngoại làm cho bộ thu không nhận được ánh sáng sẽ thay đổi trạng thái tín hiệu ngõ ra. Ta chọn chế độ làm việc của cảm biến là Dark-On sử dụng cho tất cả cảm biến trong hệ thống phân loại sản phẩm tự động. Nếu như ta dùng các cảm biến khác sẽ tác động không chính xác và dễ bị nhiễu tín hiệu làm cho dây chuyền hoạt động sai, qua tìm hiểu catalog cuối cùng tôi đã chọn cảm biến quang cho hệ thống.
 2.3.2. Sơ đồ mạch động lực:
Hình 7: Sơ đồ mạch động lực
2.3.3. Sơ đồ kết nối PLC:
Bảng chú thích ngõ vào - ra của PLC:
I0.0
Start
I0.1
Stop
I0.2
Cảm biến sản phẩm nhỏ 1
I0.3
Cảm biến sản phẩm nhỏ 2
I0.4
Cảm biến sản phẩm trung 1
I0.5
Cảm biến sản phẩm trung 2 
I0.6
Cảm biến sản phẩm lớn 
I0.7
Khởi động cánh tay robot
I1.0
Cảm biến đếm sản phẩm nhỏ 
I1.1
Cảm biến đếm sản phẩm trung 
I1.2
Cảm biến đếm sản phẩm lớn 
Q0.0
Băng tải chính 
Q0.1
Băng tải nhỏ 
Q0.2
Pit tông nhỏ 
Q0.3
Băng tải trung 
Q0.4
Pít tông trung 
Q0.5
Băng tải lớn 
Q0.7
Cánh tay robot
Q1.0
Robot đóng thùng sản phẩm nhỏ 
Q1.1
Robot đóng thùng sản phẩm trung 
Q1.2
Robot đóng thùng sản phẩm lớn 
Sơ đồ kết nối chi tiết các thiết bị ngõ vào – ra với PLC:
Hình 8: Sơ đồ kết nối phần cứng PLC
2.4 Thuật toán điều khiển:
Hình 9: Lưu đồ giải thuật
 2.5 Thiết kế giao diện:
Hình 10: Tạo một project mới
Hình 11: Đặt tên cho project
Hình 12: Giao diện khi đã đặt tên project
Hình 13: Chọn giao Driver kết nối WinCC với S7-300
Hình 14: Chọn giao thức SIMATIC S7 Protocol Suite
Hình 15: Chọn cổng kết nối qua cáp MPI
Hình 16: Đặt tên cho cổng kết nối 
Hình 17: Đặt New Tag cho phần kết nối
Hình 18: Đặt New Tag
Hình 19: Đặt địa chỉ cho New Tag
Hình 20: Sau khi đã đặt xong các Tag
Hình 21: Vào màn hình thiết kế WinCC
- Yêu cầu khi thiết kế giao diện trên WINCC:
- Thấy được sự thay đổi của thiết bị khi ta tác động, thời gian đáp ứng nhanh
- Điều khiển trực tiếp quy trình làm việc của hệ thống trên phần mềm WINCC, hiển thị cho ta thấy được số lượng sản phẩm, cài đặt được số lượng sản phẩm.
- Cho ta thấy được lỗi của thiết bị để nhanh chóng khắc phục sự cố sửa chữa để tiếp tục đưa vào sản xuất, giao diện làm việc ổn định độ chính xác cao, thư viện dễ dùng dễ tạo đối tượng.
Hình 11: Thiết kế hệ thống trên giao diện WINCC
2.6. Kết quả :
Hệ thống hoạt động ổn định rất thuận lợi cho việc vận hành máy sau đây là một số hình ảnh của hệ thống khi hoạt động:
Hình ảnh chưa hoạt động của băng tải chính:
Hình ảnh hoạt động của băng tải chính :
Hình ảnh cánh tay robot gấp hàng
 Chưa hoạt động Hoạt động
Cảm biến phân loại sản phẩm:
 Chưa hoạt động Hoạt động
Cảm biến và pit tông :
Chưa hoạt động
Hoạt động
Hai pit tông này không thể hoạt động chung với nhau cùng một thời điểm được do khóa chéo lẫn nhau
Đếm hiển thị và robot đóng thùng khi đủ sản phẩm: 	
 Chưa hoạt động Hoạt động
Khi số lượng trong thùng bằg với số lượng đặt trước thì robot đóng thùng hoạt động, khi đóng xong đưa thùng mới vào và giá trị trở về 0 chuẩn bị đếm sản phẩm mới
Một số hình ảnh của quan trọng trong hệ thống và một số hình ảnh thực tế:
Cánh tay robot dùng để gấp hàng
Dùng để vận chuyển sản phẩm
Dùng để đưa sản phẩm vào đúng vi trí
Cảm biến dùng để phân loại sản phẩm
Dùng để phân loại sản phẩm
Pít tông đưa sản phẩm vào đúng vị trí
Chương 3:	KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
3.1. Kết luận:
Qua một thời gian tìm hiểu và được sự hỗ trợ của nhà đầu tư về vốn và tài liệu, tôi đã bắt tay vào nghiên cứu và đã thành công khi thiết kế hoàn thành hệ thống phân loại sản phẩm tự động bằng phần mềm S7-300 và được giám sát bằng WINCC. Hiện hệ thống được đưa vào hoạt động sản xuất trong các nhà máy và thu được rất nhiều lợi ích khi sử dụng, hệ thống nhỏ gọn dễ dàng lắp đặt và dễ bảo trì sữa chửa theo định kỳ, thay thế được rất nhiều lao động thủ công và tiết kiệm được rất nhiều thời gian, đối với các nhà máy có quy mô lớn thì hệ thống này rất thích hơp vì không gian trong nhà máy rất rộng việc đi lại rất khó khăn nên rất khó vận chuyển sản phẩm, do đó hệ thống này là sự lựa chọn tốt nhất cho các công ty sản xuất quy mô vừa và lớn. Bên cạnh những lợi ích đó hệ thống có một số nhược điểm cần khắc phục. Đó là điều chúng tôi cần quan tâm để tiếp tục nghiên cứu để hệ thống ngày càng hoàn thiện hơn sao cho thu được tối đa lợi ích, hạ giá thành đầu tư cho hệ thống để các công ty có thể sử dụng hệ thống này phổ biến trong sản xuất.
3.2. Hướng phát triển:
Khi thiết kế một hệ thống bất kỳ nào đó thì người thiết kế phải dự định được hướng phát triển cho hệ thống về sau:
Hệ thống do tôi thiết kế có tính linh hoạt và thích nghi cao vì thế có thể sử dụng nhiều trong các nhà máy sản xuất, do các nhà máy sản xuất mỗi loại hàng hóa khác nhau nên yêu cầu về hệ thống cũng khác nhau, hệ thống này có hướng mở rộng rất hay có thể đáp ứng các yêu cầu của người sử dụng, chỉ cần thay đổi các cảm biến là hệ thống trở thành một dây chuyền sản xuất hoàn toàn khác, hệ thống hiện giờ còn chiếm diện tích do một số pit tông đẩy sản phẩm đặt riêng bên ngoài, cần được kết hợp các pit tông trên băng tải luôn để tiết kiệm được diên tích, băng tải có thể thay đổi theo nhiều hình dạng khác nhau để thuân lợi cho việc vận chuyển sản phẩm đi xa hơn cao hơn, như băng tải bậc thang để đưa sản phẩm lên cao
PHỤ LỤC
	A. Tài liệu tham khảo:
1. ThS. Tạ Văn Phương _ Giáo trình điều khiển lập trình 2 _ ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
2. Hà Văn Trí _ Bài giảng S7-300 _ TP.HCM 2008
3. ThS. Châu Chí Đức _ Kỹ thuật lập trình PLC S7-200 _ TP.HCM 2007
4. Từ trang www.siemens.com :
	- SIEMENS_SIMATIC HMI_ Làm Quen Với WINCC
	- SIEMENS_WINCC_Control Center_Manual	(Edition August 1997)
- SIEMENS_SIMATIC_ S7-SCL V5.1 for S7-300/S7-400_Manual	(Edition 09/2000)
và các tài liệu liên quan đến điều khiển lập trình.
	B. Chương trình điều khiển trên PLC: