ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC - DSpace at UTE

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU

KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG LƯU KHO

TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC S7-1200

Người hướng dẫn: ThS. Dương Quang Thiện

Sinh viên thực hiện: Hoàng Phúc Tài 1811505520246

Phạm Thanh Sang 1811505520244

Lớp: 18TDH2

Đà Nẵng, 5/2022

H

ọ v

à t

ên s

inh

viê

n:

Hoàn

g P

hú

c T

ài,

Ph

ạm

Th

an

h S

an

g T

ÊN

ĐỀ

TÀ

I: T

hiế

t k

ế m

ô h

ình

Lư

u k

ho t

ự đ

ộn

g s

ử d

ụn

g P

LC

S7 -

1200

……

……

……

……

……

……

……

……

……

……

……

……

……

……

……

……

……

……

……

……

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG


KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU

KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG LƯU KHO

TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC S7-1200

Người hướng dẫn: ThS. Dương Quang Thiện



Lớp: 18TDH2

Đà Nẵng, 5/2022

Thiết kế Mô hình Lưu kho tự động sử dụng PLC S71200

SVTH: Phạm Thanh Sang GVHD: ThS. Dương Quang Thiện



TÓM TẮT

Tên đề tài: Thiết kế mô hình hệ thống lưu kho tự động sử dụng PLC S7-1200



Lớp: 18TDH2

Sau một thời gian nghiên cứu và tìm hiểu, chúng em đã quyết định chọn đề tài

“Thiết kế mô hình Lưu kho tự động”. Đây là một đề tài mà chúng em cảm thấy là khá

hay và thú vị, đáp ứng nhu cầu về kiến thức chuyên ngành Tự động hoá.

Bằng sự cố gắng nỗ lực của bản thân và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình, chu đáo

của thầy Dương Quang Thiện, em đã hoàn thành đồ án đúng thời hạn. Do thời gian làm

đồ án có hạn và trình độ còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót.

Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô để đồ án này được hoàn thiện

hơn nữa.

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Dương Quang Thiện, và các thầy cô giáo

trong bộ môn “Tự Động hóa” đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng em trong thời gian qua.




KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: ThS. Dương Quang Thiện

Sinh viên thực hiện: Phạm Thanh Sang Mã SV: 1811505520244

Hoàng Phúc Tài Mã SV: 1811505520246

1. Tên đề tài:

THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG LƯU KHO TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG S7-1200

2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:

Cấu trúc cơ bản của hệ thống lưa kho (sơ đồ công nghệ)

Sơ đồ quản lý kho (sơ đồ công nghệ)

Sách, báo, các website công nghệ, you tube

Tài liệu từ thầy cô, các anh chị khóa trước

3. Nội dung chính của đồ án:

Chương 1: Giới thiệu chung.

Chương 2: Tổng quan về hệ thống Simatic S7-1200 và HMI

Chương 3: Thiết kế mô hình Lưu kho tự động

Chương 4: Kết luận và hướng phát triển

4. Các sản phẩm dự kiến

Sản phẩm được lưu kho và xuất kho đã được tính toán và quản lý một cách thông

minh, và tiện lợi

5. Ngày giao đồ án: 14/2/2022

6. Ngày nộp đồ án: 30/5/2022

Đà Nẵng, ngày 22 tháng 02 năm 2022.

Trưởng Bộ môn Người hướng dẫn


i

SVTH: Phạm Thanh Sang GVHD: ThS.Dương Quang Thiện

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ, cuộc cách mạng

khoa học kỹ thuật cũng có những bước đột phá mới, đời sống nhân dân ngày

càng được nâng cao. Cùng với xu thế công nghiệp hóa, hiện đại hóa ở nước ta

cũng như các nước trên thế giới, các hệ thống tự động đã được đưa vào quá trình

lao động sản xuất. Tuy nhiên các hệ thống lưu kho ở nước ta vẫn chưa được áp

dụng tự động hóa, vẫn còn sử dụng lao động tay chân.

Với mục đích nghiên cứu có tính ứng dụng và ý nghĩa thực tiễn nên nhóm

đã chọn đề tài “Mô hình lưu kho tự động ứng dụng PLC S7-1200” để giải quyết

vấn đề lưu kho tự động ở nước ta. Qua đề tài nhóm đã thực hiện mong sẽ góp

phần nào cho sinh viên mới ra trường thích ứng nhanh với thực tế.

Đồ án tốt nghiệp này là kết quả của sự vận dụng các kiến thức đã học vào

thực tế để thiết kế lập trình cho hệ thống. Cũng nhờ đây mà người thực hiện có

thể hiểu rõ hơn được những gì đã học ở lý thuyết, mà chưa có dịp để ứng dụng

vào thực tiễn. Đề tài “Mô hình lưu kho tự động ứng dụng PLC S7-1200” là cơ

sở để người thực hiện thiết kế những hệ thống tự động thực tế sau này.

Trên tinh thần đó với sự hướng dẫn tận tình của thầy Dương Quang Thiện,

bọn em đã tiến hành làm đồ án thiết kế mô hình lưu kho tự động.

Trong quá trình thực hiện đề tài này, chắc chắn không tránh khỏi những

thiếu sót. Nếu có sơ suất kính mong đọc giả góp ý để người thực hiện có cơ hội

bổ sung vào vốn kiến thức của mình.


ii


LỜI CẢM ƠN

Chúng tôi xin gửi lời cảm ơn đến giáo viên hướng dẫn là thầy Dương

Quang Thiện đã chỉ bảo và hướng dẫn tận tình cũng như hổ trợ các thiết bị

trong mô hình để chúng tôi có thể hoàn thành tốt đề tài “Mô hình hệ thống lưu

kho tự động ứng dụng PLC S7-1200”.

Đồng thời chúng tôi cũng xin cảm ơn Trường Đại Học SPKT Đà Nẵng,

các thầy cô trong Khoa Điện - Điện Tử đã tạo điều kiện, cung cấp cho chúng tôi

những kiến thức cơ bản rất cần thiết làm cơ sở cho chúng tôi thực hiện quá trình

nghiên cứu.

Cuối cùng nhóm thực hiện cũng gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã

luôn ủng hộ về mặt tinh thần cũng như kinh phí, tạo động lực mạnh mẽ để nhóm

nghiên cứu và làm việc tích cực, hoàn thành tốt những nội dung khoa học trong

đồ án.


iii


CAM ĐOAN

Em xin cam đoan rằng đề tài “Thiết kế mô hình hệ thống lưu kho tự động” được

tiến hành một cách minh bạch, công khai.

Mọi thứ được dựa trên sự cố gắng cũng như sự nỗ lực của bản thân cùng với sự

giúp đỡ không nhỏ từ Ths.Dương Quang Thiện.

Các số liệu và kết quả nghiên cứu được đưa ra trong đồ án là trung thực và không

sao chép hay sử dụng kết quả của bất kỳ đề tài nghiên cứu nào tương tự.

Nếu như phát hiện rằng có sự sao chép kết quả nghiên cứu đề những đề tài khác

bản thân em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Sinh viên thực hiện

{Chữ ký, họ và tên sinh viên}


iv


MỤC LỤC

Nhận xét của người hướng dẫn

Nhận xét của người phản biện

Tóm tắt

Nhiệm vụ đồ án

Lời nói đầu .............................................................................................................. i

Lời cảm ơn ............................................................................................................. ii

Lời cam đoan ....................................................................................................... iii

Mục lục ................................................................................................................. iv

Danh sách các bảng, hình vẽ ................................................................................. vi

Danh sách các ký hiệu, chữ viết tắt ....................................................................... x

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG ................................................................. 1

1.1 Đặt vấn đề .................................................................................................... 1

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài ......................................................... 2

1.3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu ......................................... 2

1.4 Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 2

1.5 Kế hoạch nghiên cứu .................................................................................. 2

1.6 Nội dung đề tài ............................................................................................ 3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SIMATIC S7-1200 VÀ HMI4

2.1 Giới thiệu về PLC S7-1200 ......................................................................... 4

2.1.1 Tổng quan về nguồn gốc PLC.................................................................. 4

2.1.2 Một số nhóm PLC phổ biến hiện nay....................................................... 4

2.1.3 Tổng quan về họ PLC S7-1200 ................................................................ 5

2.1.4 Các dòng CPU S7-1200 ........................................................................... 6

2.1.5 Lập trình ................................................................................................... 9

2.1.6 Cấu trúc phần cứng ................................................................................ 10

2.1.7 Các tập lệnh cơ bản trong S7-1200 ........................................................ 11

2.1.9 Kết nối I/O cho S7-1200 CPU1214C DC/DC/DC ................................. 20


v


2.2 Phần mềm lập trình TIA PORTAL V15.1 .............................................. 22

2.3 Giao diện giám sát HMI ........................................................................... 23

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MÔ HÌNH LƯU KHO TỰ ĐỘNG ..................... 26

3.1 Bài toán lưu kho ........................................................................................ 26

3.1.1 Quy trình công nghệ ............................................................................... 26

3.1.2 Sơ đồ khối .............................................................................................. 27

3.2 Giới thiệu từng thiết bị trong mô hình .................................................... 28

3.2.1 Khối PLC ............................................................................................... 28

3.2.2 Khối Nguồn ............................................................................................ 28

3.2.3 Khối cảm biến và công tắc hành trình.................................................... 29

3.2.4 Khối băng tải và sản phẩm ..................................................................... 31

3.2.5 Động cơ bước ......................................................................................... 32

3.2.6 Mô hình tổng thể .................................................................................... 40

3.2.7 Tủ điện ................................................................................................... 42

3.3 Sơ đồ nối dây ............................................................................................. 44

3.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống ......................................................... 45

3.5 Thiết kế giao diện HMI và lập trình hệ thống........................................ 51

3.5.1 Lưu đồ thuật toán ................................................................................... 51

3.5.2 Thiết lập địa chỉ IP ................................................................................. 53

3.5.3 Tạo Project mới ...................................................................................... 54

3.5.4 Thiết kế giao diện HMI .......................................................................... 55

3.5.5 Lập trình điều khiển hệ thống ................................................................ 61

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................. 63

4.1 Kết luận ...................................................................................................... 63

4.2 Hướng phát triển ...................................................................................... 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 65

PHỤ LỤC................................................................................................................


vi


DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

LIỆT KÊ HÌNH

Hình 2.1 PLC S7-224 ............................................................................................. 4

Hình 2. 2. PLC S7-1200 CPU 1212C AC/DC/RLY .............................................. 5

Hình 2. 3. Các cổng kết nối S7-1200 .................................................................... 6

Hình 2. 4. CPU 1214C ........................................................................................... 7

Hình 2. 5. Giao diện bắt đầu TIA Portal V15.1 ................................................... 10

Hình 2. 6. Hình dáng bên ngoài S7-1200 ............................................................ 10

Hình 2. 7. Sơ đồ chân cáp Ethernet ..................................................................... 11

Hình 2. 9. Cuộn dây ngõ ra .................................................................................. 12

Hình 2. 10. Set và Reset ....................................................................................... 13

Hình 2. 11. Các lệnh timer ................................................................................... 14

Hình 2. 12. Các lệnh counter ............................................................................... 15

Hình 2. 13. Các lệnh so sánh ............................................................................... 16

Hình 2. 14. Các lệnh toán học .............................................................................. 17

Hình 2. 15. Các lệnh di chuyển ............................................................................ 17

Hình 2. 16. Lệnh xung PWM .............................................................................. 19

Hình 2. 17. Các lệnh Motion Control .................................................................. 20

Hình 2. 18. Sơ đồ kết nối của S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC ........................ 21

Hình 2.19 Giao diện phần mềm Tia PorTal ......................................................... 22

Hình 2.20 Cấp điều khiển giám sát HMI ............................................................. 24

Hình 2.21 Màn hình giao diện WinCC tích hợp trong phần mềm Tia PorTal .... 25

Hình 3. 1 Quy trình công nghệ bài toán nhập kho ............................................... 26

Hình 3.2 Quy trình công nghệ bài toán xuất kho ................................................. 27


vii


Hình 3.3 Sơ đồ khối ........................................................................................... 27

Hình 3. 4. PLC S7-1200 1214C DC/DC/DC ....................................................... 28

Hình 3. 5. Nguồn tổ ong ...................................................................................... 29

Hình 3. 6 Cảm biến hồng ngoại ........................................................................... 30

Hình 3.7 Cảm biến tiệm cận ................................................................................ 31

Hình 3.8 Công tắc hành trình ............................................................................... 31

Hình 3.9 Băng tải ............................................................................................... 32

Hình 3.10 Sơ đồ khối động cơ bước .................................................................... 33

Hình 3.11 Cuộn dây động cơ bước ...................................................................... 34

Hình 3.12 Sơ đồ mạch điện động cơ bước ........................................................... 35

Hình 3.13 Sơ đồ cuộn dây của các loại động cơ bước ......................................... 36

Hình 3.14 Động cơ bước ..................................................................................... 37

Hình 3.15 Driver TB 6600 ................................................................................... 38

Hình 3.16 Đấu dây TB6600 ............................................................................... 39

Hình 3.17 Mô hình thiết kế ................................................................................ 41

Hình 3.18 Mô hình tổng thể ............................................................................... 42

Hình 3.19 Sơ đồ bố trí tủ điện ........................................................................... 43

Hình 3.20 Tủ điện ............................................................................................... 43

Hình 3. 21 Sơ đồ nối dây ................................................................................... 44

Hình 3.22 Hoạt động_B1 ................................................................................... 45

Hình 3. 23 Hoạt động_B2 .................................................................................. 46

Hình 3.24 Hoạt động_B3 ................................................................................... 47

Hình 3. 25 Hoạt động_B4 .................................................................................. 48

Hình 3. 26 Hoạt động_B5 .................................................................................. 49

Hình 3. 27 Hoạt động_B6 .................................................................................. 50

Hình 3. 28 Lưu đồ nhập kho .............................................................................. 51

Hình 3. 29 Lưu đồ xuất kho ............................................................................... 52


viii


Hình 3. 30 Thiết lập địa chỉ IP cho máy tính_1 ................................................... 53

Hình 3. 31 Thiết lập địa chỉ IP cho máy tính_2 ................................................. 53

Hình 3. 32 Thiết lập địa chỉ IP cho máy tính_3 ................................................. 54

Hình 3.33 Tạo Project mới_1 ............................................................................ 54

Hình 3. 34 Tạo Project mới_2 ........................................................................... 55

Hình 3. 35 Thiết kế HMI_1 ............................................................................... 55

Hình 3. 36 Thiết kế HMI_1 ............................................................................... 56

Hình 3. 37 Thiết kế HMI_3 ............................................................................... 56

Hình 3. 38 Kết nối giữa WinCC và PlC ............................................................ 57

Hình 3. 39 Màn hình thiết kế giao diện HMI trên WinC .................................. 57

Hình 3.40 Tạo Background ................................................................................ 58

Hình 3. 41 Tạo hiệu ứng cho vật di chuyển ....................................................... 58

Hình 3. 42 Setbit cho nút Start ........................................................................... 59

Hình 3. 43 Tạo hiệu ứng đổi màu cho nút Start ................................................. 59

Hình 3. 44 Giao diện HMI trên WinCC .............................................................. 60

Hình 3. 45 Giao diện viết chương trình ........................................................... 61

Hình 3.46 Chương trình điều khiển .................................................................. 62

Hình 3.47 Chương trình điều khiển ................................................................... 62


ix


LIỆT KÊ BẢNG

Bảng 2. 1. Các module mở rộng của S7-1200 ....................................................... 6

Bảng 2. 2. Đặc điểm các dòng CPU ...................................................................... 7

Bảng 2. 3. Bit Logic ............................................................................................. 12

Bảng 2. 4. Cuộn dây ngõ ra ................................................................................. 12

Bảng 2. 5. Set và Reset ........................................................................................ 13

Bảng 2. 6. Các lệnh timer .................................................................................... 14

Bảng 2. 7. Các lệnh counter ................................................................................. 15

Bảng 2. 8. Các lệnh so sánh ................................................................................. 16

Bảng 2. 9. Các lệnh toán học ............................................................................... 17

Bảng 2. 10. Các lệnh di chuyển ........................................................................... 18

Bảng 2. 11. Ngõ ra xung ...................................................................................... 19

Bảng 2. 12. Sơ đồ kết nối chân của CPU 1214C DC/DC/DC ............................. 21

Bảng 3. 1 Bảng Bước góc của động cơ bước ..................................................... 34

Bảng 3.2 Liệt kê các thiết bị .............................................................................. 40

Bảng 3. 3 Địa chỉ vào ra .................................................................................... 61


x


CÁC THUẬT NGỮ

• PLC: Programmable Logic Controller

• CPU: Central Processing Unit

• PWM: Pulse Width Modulation

• TIA: Totally Integrated Automation

• Sensor: cảm biến

• PTO: Pulse Train Output

Thiết kế Mô hình Lưu kho tự động sử dụng PLC S7 1200

SVTH: Phạm Thanh Sang GVHD: ThS. Dương Quang Thiện xi

MỞ ĐẦU

Ngày trước, sản phẩm được tạo ra một cách thủ công nên việc mang sản phẩm

ra vào kho chủ yếu được thực hiện bằng sức người, do đó không tận dụng hết được các

khoảng không gian, sức chứa của kho hàng, việc quản lý hàng hoá kém hiệu quả cũng

như tốn nhiều diện tích đất làm nhà kho chứa hàng.

Trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá ngày nay sản xuất ngày càng

phát triển, hàng hóa làm ra càng nhiều đáp ứng nhu cầu tiêu dùng cho xã hội. Từ đó

đã nảy sinh cần có những kho hàng hiện đại đáp ứng yêu cầu của sản xuất và khắc

phục được những hạn chế của các kho hàng cũ.

Hiện tại, trên thế giới có nhiều hệ thống lưu trữ hàng hóa, các hệ thống này

rất đa dạng, phong phú về thiết bị cũng như cách thức thực hiện. Nhưng trong đó chủ

yếu là sử dụng nhân công để bốc dỡ hàng hóa, các thiết bị bốc dỡ hàng là các máy

nâng sử dụng người lái để sắp xếp hàng hóa vào kho.

Nhìn chung, các nhà kho hiện nay có các nhược điểm sau:

- Sử dụng nhiều diện tích để chứa hàng hóa.

- Không phân loại được các hàng hóa khác nhau (các hàng hóa thường để

chung với nhau trong 1 kho).

- Không bảo quản tốt hàng hóa khi số lượng nhiều (Chất hàng chồng lên nhau).

- Rất khó kiểm soát số lượng hàng hóa ra vào trong kho.

Với sự ra đời của các hệ thống xếp hàng hóa tự động, người ta có thể quản lý

tốt hàng hóa cũng như nhanh chóng trong việc lưu trữ và xuất hàng hóa ra khỏi kho,

các hệ thống kho tự động được sử dụng robot để vận chuyển hàng hóa, điều này

đồng nghĩa với việc đầu tư trang thiết bị hiện đại cho hệ thống kho tốn khá nhiều chi

phí cho việc vận chuyển hàng hóa nhưng bù lại là hàng hóa được bảo quản tốt, thuận

tiện cho việc quản lý và kiểm soát, tiết kiệm được nhân công …

Sau thời gian học tập tại trường, được sự chỉ bảo hướng dẫn nhiệt tình của thầy

cô giáo trong bộ môn Tự động hóa, em đã tích luỹ được vốn kiến thức nhất định. Được

sự đồng ý của nhà trường và thầy cô giáo, bọn em được giao đề tài tốt nghiệp: “Thiết

kế mô hình Lưu kho tự động”.

Đồ án tốt nghiệp của em gồm bốn chương:

Chương 1: Giới thiệu chung.

Chương 2: Tổng quan về hệ thống Simatic S7- 1200 và HMI

Chương 3: Thiết kế mô hình Lưu kho tự động

Chương 4: Kết luận và hướng phát triển



1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Đặt vấn đề

Nền công nghiệp nước ta nói riêng và các nước trên thế giới nói chung đang

phát triển mạnh mẽ. Ngày trước, sản phẩm được tạo ra một cách thủ công nên việc

mang sản phẩm ra vào kho chủ yếu được thực hiện bằng sức người, do đó không tận

dụng hết được các khoảng không gian, sức chứa của kho hàng, việc quản lý hàng hoá

kém hiệu quả cũng như tốn nhiều diện tích đất làm nhà kho chứa hàng. Trong thời

kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá ngày nay sản xuất ngày càng phát triển, hàng hóa

làm ra càng nhiều đáp ứng nhu cầu tiêu dùng cho xã hội. Từ đó đã nảy sinh cần có

những kho hàng hiện đại đáp ứng yêu cầu của sản xuất và khắc phục được những

hạn chế của các kho hàng cũ. Hiện tại, trên thế giới có nhiều hệ thống lưu trữ hàng

hóa, các hệ thống này rất đa dạng, phong phú về thiết bị cũng như cách thức thực

hiện. Nhưng trong đó chủ yếu là sử dụng nhân công để bốc dỡ hàng hóa, các thiết bị

bốc dỡ hàng là các máy nâng sử dụng người lái để sắp xếp hàng hóa vào kho. Nhìn

chung, các nhà kho hiện nay có các nhược điểm sau: - Sử dụng nhiều diện tích để

chứa hàng hóa. - Không phân loại được các hàng hóa khác nhau (các hàng hóa

thường để chung với nhau trong 1 kho). - Không bảo quản tốt hàng hóa khi số lượng

nhiều (Chất hàng chồng lên nhau). - Rất khó kiểm soát số lượng hàng hóa ra vào

trong kho. - Mất nhiều thời gian cho việc xuất nhập kho Với sự ra đời của các hệ

thống xếp hàng hóa tự động, người ta có thể quản lý tốt hàng hóa cũng như nhanh

chóng trong việc lưu trữ và xuất hàng hóa ra khỏi kho, các hệ thống kho tự động

được sử dụng robot để vận chuyển hàng hóa, điều này đồng nghĩa với việc đầu tư

trang thiết bị hiện đại cho hệ thống kho tốn khá nhiều chi phí cho việc vận chuyển

hàng hóa nhưng bù lại là hàng hóa được bảo quản tốt, thuận tiện cho việc quản lý và

kiểm soát, tiết kiệm thời gian, tiết kiệm được nhân công …

Chính nhu cầu và lý do đó mà chúng em tiến hành thiết kế, thi công hệ thống lưu kho

tự động với bộ điều khiển PLC, giám sát và điều khiển thông qua hệ thống SCADA.



2

1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn đề tài

Đề tài giải quyết vấn thiết kế hệ thống giám sát, điều khiển việc nhập và xuất

kho một cách chính xác, nhanh gọn và tự động. Ngoài ra, đề tài còn hướng đến việc

phân loại hàng hóa để phân chia khu vực lưu trữ trong kho. Toàn bộ hệ thống lưu

kho sẽ được điều khiển và giám sát thông qua hệ thống SCADA. Bao gồm: giao diện

điều khiển từ máy tính (WinCC, HMI). Dự đoán, cảnh báo các lỗi trong xảy ra trong

quá trình hoạt động. Giải quyết vấn đề kiểm tra số lượng hàng hóa, rút ngắn thời

gian cũng như không can thiệp nhiều vào quá tình sản xuất, tăng hiệu quả của dây

chuyền lưu trữ hàng hóa lên cao

1.3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

➢ Đối tượng nghiên cứu

• PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC

• Phần mềm Tia Portal V15.1, HMI

• Động cơ bước và Driver TP6600

➢ Phạm vi nghiên cứu:

Thiết kế phần cứng và lập trình trên PLC S7-1200 điều khiển giám sát “Mô

hình lưu kho tự động ứng dụng PLC S7-1200”.

1.4 Phương pháp nghiên cứu

➢ Tham khảo tài liệu trên trang chủ http://www.siemens.com kết hợp với thực

hành trực tiếp trên CPU 1214C của Siemens trên mô hình.

➢ Tham khảo một số tài liệu do GVHD cung cấp; tài liệu trên các diễn đàn liên

quan.

➢ Khảo sát một số mô hình thực tế và một số đề tài trước.

1.5 Kế hoạch nghiên cứu

➢ Thu thập và nghiên cứu tài liệu.

➢ Tìm hiểu PLC S7-1200, TIA Portal V15.1, Driver TP6600.

http://www.siemens.com/



3

➢ Phác thảo mô hình, viết chương trình.

➢ Xây dựng mô hình, kiểm tra và sửa lỗi.

➢ Kiểm tra, hoàn thiện phần cứng và chương trình.

➢ Hoàn thành đồ án: đánh máy, in ấn, đóng bìa và nộp đề tài.

1.6 Nội dung đề tài

Đề tài được gồm 4 chương:

➢ Chương 1: Giới thiệu chung

Giới thiệu tổng quát về đề tài “Mô hình lưu kho tự động ứng dụng PLC S7-

1200”.

➢ Chương 2: Tổng quan về hệ thống Simatic S7-1200 và HMI

Giới thiệu về PLC S7-1200: các dòng CPU, cấu trúc phần cứng, I/O, các tập

lệnh, phần mềm Tia Portal V15.1.

➢ Chương 3: Thiết kế mô hình Lưu kho tự động

Thiết kế phần cứng, HMI và lập trình hệ thống.

➢ Chương 4: Kết luận và hướng phát triển

Kết luận những gì đã đạt được trong đề tài và đưa ra hướng phát triển cho đề

tài.



4

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SIMATIC S7-1200 VÀ HMI

2.1 Giới thiệu về PLC S7-1200

2.1.1 Tổng quan về nguồn gốc PLC

Hình 2.1 PLC S7-224

Năm 1968, công ty General của Mỹ đã cho ra đời thiết bị điều khiển lập

trình được. Tuy nhiên hệ thống còn khá cồng kềnh và đơn giản, người vận

hành gặp nhiều khó khăn và không đáp ứng đủ yêu cầu sử dụng.

Hiện nay có nhiều loại PLC của nhiều hãng sản xuất khác nhau như: Siemens,

Omron, Mitsubishi, Festo, Schneider, Hitachi, Koyo … trong một hãng lại có

nhiều thế hệ khác nhau. Ngoài ra các hãng còn sản xuất các thiết bị liên quan

phục vụ cho quá trình tự động hoá như các module, cảm biến…

2.1.2 Một số nhóm PLC phổ biến hiện nay

Siemens: Có các nhóm

➢ CPU S7 200:

• CPU 21x: 210; 212; 214; 215-2DP; 216.

• CPU 22x: 221; 222; 224; 224XP; 226; 226XM

➢ CPU S7 300: 312IFM; 312C; 313; 313C; 313C-2DP+P; 313C-2DP; 314;

314IFM; 314C-2DP+P; 314C-2DP; 315; 315-2DP; 315E-2DP; 316-2DP;

318-2

➢ CPU S7 400.

➢ CPU S7 1200: CPU 121xC: 1211C; 1212C; 1214C.1215C.



5

Mitsubishi: Họ FX

Omron: Họ CMQ

Controtechnique: Họ Compact TWD LCAA 10DRP; TWD LCAA 16DRP;

TWD LCAA 24DRP...

ABB: Ba nhóm

➢ AC 100M

➢ AC 400M

➢ AC 800M, đây là loại có 2 module CPU làm việc song song theo chế độ

dự phòng nóng.

2.1.3 Tổng quan về họ PLC S7-1200

Hình 2. 2. PLC S7-1200 CPU 1212C AC/DC/RLY

➢ S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát

nhiều ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp và có nhiều tập

lệnh mạnh làm cho bạn có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng của

mình với S7-1200.

➢ S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn,

các đầu vào/ra (I/O).

➢ Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương

trình điều khiển.

➢ Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC.

Bạn cũng có thể dùng chức năng “know-how protection” để bảo vệ các block

đặc biệt của mình.

➢ S7-1200 cung cấp một cổng Profinet, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP. Ngoài

ra bạn có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc

RS232.



6

Hình 2. 3. Các cổng kết nối S7-1200

➢ Tính năng kỹ thuật của CPU:

Bảng 2. 1. Các module mở rộng của S7-1200

Môđun Chỉ ngõ vào Chỉ ngõ ra Kết hợp vào/ra

Môđun

tín hiệu

(SM)

Số

8 ngõ vào DC 8 ngõ ra DC

8 ngõ ra Rơle

8 vào DC/8 ra DC

8 vào DC/8 ra Rơle

16 ngõ vào DC 16 ngõ ra DC

16 ngõ ra Rơle

16 vào DC/16 ra DC

16 vào DC/16 ra Rơle

Tương

tự

4 ngõ vào tương tự

8 ngõ vào tương tự

2 ra tương tự

4 ra tương tự

4 vào tương tự/2

ra tương tự

Board

tín hiệu

(SB)

Số 2 vào DC/2 ra DC

Tương

tự

1 ra tương tự

Môđun truyền thông (CM): RS485 &

RS232

2.1.4 Các dòng CPU S7-1200

➢ S7 – 1200 bao gồm các họ CPU 1211C, 1212C, 1214C, 1215C. Mỗi loại CPU

có những tính năng khác nhau, thích hợp cho từng loại ứng dụng khác nhau.



7

Hình 2. 4. CPU 1214C

➢ Các kiểu cấp nguồn và đầu vào ra có thể là AC/DC/RLY, DC/DC/DC hay

DC/DC/RLY.

➢ Đều có khe cắm thẻ nhớ, dùng cho khi mở rộng bộ nhớ cho CPU, copy chương

trình ứng dụng hay cập nhật firmware.

➢ Chuẩn đoán lỗi online/offline.

➢ Đồng hồ thời gian thực cho các ứng dụng thời gian thực.

Bảng 2. 2. Đặc điểm các dòng CPU

CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C

Kích thước 90x100x75 90x100x75 110x100x75

Word memory 25 Kbytes 50 Kbytes 75 Kbytes

Load memory 1 Mbytes 1 Mbytes 2 Mbytes

Retentive memory 2 Kbytes 2 Kbytes 2 Kbytes

Local on

board I/O

Digital 6DI/4DO 8DI/6DO 14DI/10DO

Analog

2AI 2AI 2AI

Có giá trị 0-10VDC

Full-scale range: 0-27648

Resolution: 10 bits



8

Vùng nhớ Bit (M) 4096 bytes 4096 bytes 8192 bytes

Mở rộngModule tín hiệu - 2 8

Mở rộng Board tín hiệu 1 max

Module truyền thông 3 (Lắp bên trái CPU)

Bộ đếm tốc độ cao

3

4

6

Single

phase

3bộ 100kHz

3 bộ 100kHz

và 1 bộ 30kHz

3 bộ 100kHz

và 3 bộ 30kHz

Quadrature

phase

3 bộ 80kHz

3 bộ 80kHz

và 1 bộ 20kHz

3 bộ 80kHz

và 3 bộ 20kHz

Đầu ra xung (Pulse

outputs)

2 2 bộ DC 100kHz 2

bộ RLY 1Hz

Cạnh xung ngắt

6 cạnh lên và

6 cạnh

xuống

8 cạnh lên và

8 cạnh

xuống

12 cạnh lên

và 12 cạnh

xuống

Thẻ nhớ (Memory Card) Simatic Memory card (Optional)

Thời gian lưu trữ đồng hồ

thời gian thực

Được 10 ngày, nếu môi trường 40oC thì

được tối thiểu 6 ngày.

Sai số đồng hồ thời gian

thực

± 60s/tháng



9

Profinet Tích hợp 1 cổng truyền thông Ethernet trên

CPU

Tốc độ thực hiện câu lệnh

toán học

18µs/câu lệnh

Tốc độ thực hiện câu lệnh

logic

0,1µs/câu lệnh

Tốc độ thực hiện lệnh

chuyển dữ liệu Word

12µs/câu lệnh

Truyền thông/kết nối 1 cổng RJ45 tốc độ 10/100Mb/s

Mở rộng module truyền

thông

3 max

2.1.5 Lập trình

➢ Bộ điều khiển S7–1200 được lập trình bằng Step 7 Basic có trong TIA Portal

V10.5 hoặc cao hơn, không thể lập trình bằng các phần mềm Step 7 có phiên

bản cũ hơn.

➢ Các loại khối lập trình của S7-1200

• Chu kỳ chương trình OB1.

• Các bộ khởi động OB100.

• Các bộ ngắt thời gian OB200.

• Các bộ chương trình ngắt OB200.

• Các bộ ngắt phần cứng OB200.

• Ngắt lỗi thời gian OB80.

• Ngắt phát hiện lỗi OB82.



10

Hình 2. 5. Giao diện bắt đầu TIA Portal V15.1

2.1.6 Cấu trúc phần cứng

2.1.6.1 Hình dáng bên ngoài

Hình 2. 6. Hình dáng bên ngoài S7-1200

Các đèn trạng thái:

➢ Đèn RUN-màu xanh: Chỉ định PLC ở chế độ làm việc và thực hiện chương

trình đã được nạp vào bộ nhớ chương trình.

➢ Đèn STOP-màu vàng: Chỉ định PLC ở chế độ STOP, dừng chương trình đang

thực hiện lại (các đầu ra đều ở chế độ off).

➢ Đèn SF-màu đỏ: Đèn báo hiệu hệ thống bị hỏng có nghĩa là lỗi phần cứng hoặc

hệ điều hành. Ở đây cần phân biệt rõ lỗi hệ thống với lỗi chương trình người

dùng, khi lỗi chương trình người dùng thì CPU không thể nhận biết được vì

Đèn báo trạng thái các ngõ vào ra

Đèn báo trạng thái hoạt động CPU

CỔng kết nối Profitnet

Khe cắ thẻ nhớ

Khe kết nối dây



11

trước khi download xuống CPU, phần mềm lập trình đã làm nhiệm vụ kiểm

tra trước khi dịch sang mã máy.

➢ Đèn Ix.x-màu xanh: Chỉ định trạng thái On/Off của đầu vào số.

➢ Đèn Qx.x-màu xanh: Chỉ định trạng thái On/Off của đầu ra số.

2.1.6.2 Giao tiếp PLC S7 – 1200 với máy tính

➢ Để lập trình ta kết nối trực tiếp 1 PC với 1 PLC qua 1 dây cáp Ethernet.

➢ Một PLC có thể kết nối trực tiếp với 1 thiết bị.

➢ Để kết nối nhiều hơn 1 thiết bị với S7-1200 cần có cáp hay thiết bị chuyển đổi.

➢ Sơ đồ chân cổng Ethernet của PLC :

Hình 2. 7. Sơ đồ chân cáp Ethernet

2.1.7 Các tập lệnh cơ bản trong S7-1200

2.1.7.1 Tập lệnh tiếp điểm (Bit logic)

Tiếp điểm thường hở (NO), thường đóng (NC):

Hình 2. 8. Bit Logic

• Tiếp điểm NO: Tiếp điểm thường hở sẽ đóng khi giá trị của bit có địa chỉ n

bằng 1. Toán hạng n: I, Q, M, L, D.



12

• Tiếp điểm NC: Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng khi giá trị của bit có địa chỉ n

bằng 0. Toán hạng n: I, Q, M, L, D.

Bảng 2. 3. Bit Logic

Thông số Kiểu dữ liệu Miêu tả

IN Bool Bit được gán giá trị

2.1.7.2 Cuộn dây ngõ ra (OUT)

Hình 2. 9. Cuộn dây ngõ ra

➢ Lệnh OUT: Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này

bằng 1 và ngược lại. Toán hạng n: Q, M, L, D. Chỉ sử dụng một lệnh OUT cho

1 địa chỉ.

➢ Lệnh OUT NOT: Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh

này bằng 0 và ngược lại. Toán hạng n: Q, M, L, D. Chỉ sử dụng một lệnh OUT

NOT cho 1 địa chỉ.

Bảng 2. 4. Cuộn dây ngõ ra


OUT Bool Bit được gán giá trị

2.1.7.3 Các lệnh Set và Reset

➢ Khi lệnh S (Set) được kích hoạt, giá trị dữ liệu ở địa chỉ OUT được đặt lên 1.

Khi lệnh S không được kích hoạt, ngõ ra OUT không bị thay đổi.

➢ Khi lệnh R (Reset) được kích hoạt, giá trị dữ liệu ở địa chỉ OUT được đặt về

0. Khi lệnh R không được kích hoạt, ngõ ra OUT không bị thay đổi.

➢ Toán hạng n: Q, M, L, D.



13

Hình 2. 10. Set và Reset

➢ Những lệnh này có thể được đặt tại bất cứ vị trí nào trong mạch.

Bảng 2. 5. Set và Reset


IN Bool Vị trí bit được giám sát

OUT Bool Vị trí bit được đặt hoặc đặt lại

2.1.7.4 Các bộ định thời (Timer)

➢ Kích thước và tầm của kiểu dữ liệu Time là 32 bit, lưu trữ như là dữ liệu

Dint: T#-14d_20h_31m_23s_648ms đến T#24d_20h_31m_23s_647ms hay

là - 2.147.483.648 ms đến 2.147.483.647 ms.

Các loại Timer của S7-1200:

• TP: bộ định thì xung phát ra một xung với bề rộng xung được đặt trước.

• TON: ngõ ra của bộ định thời ON – delay Q được đặt lên ON sau một sự

trì hoãn thời gian đặt trước.

• TOF: ngõ ra Q của bộ định thì OFF – delay được đặt lại về OFF sau một sự

trì hoãn thời gian đặt trước.

• TONR: ngõ ra bộ định thì có khả năng nhớ ON – delay được đặt lên ON

sau một trì hoãn thời gian đặt trước. Thời gian trôi qua được tích lũy qua

nhiều giai đoạn định thì cho đến khi ngõ vào R được sử dụng để đặt lại thời

gian trôi qua.

• RT: đặt lại một bộ định thì bằng cách xóa dữ liệu thời gian được lưu trữ

trong khối dữ liệu tức thời của bộ định thì xác định.



14

Hình 2. 11. Các lệnh timer

➢ Các bộ định thời TP, TON và TOF có các thông số ngõ vào và ngõ ra giống

nhau.

➢ Bộ định thời TONR có thông số ngõ vào đặt lại được thêm vào R.

➢ Lệnh RT đặt lại dữ liệu định thời cho bộ định thời được chỉ định.

Bảng 2. 6. Các lệnh timer

Thống số Kiểu dữ liệu Miêu tả

IN Bool Ngõ vào bộ định thời cho phép

R Bool Đặt lại thời gian trôi qua của

TONR về 0

PT Bool Ngõ vào giá trị thời gian đặt trước

Q Bool Ngõ ra bộ định thời

ET Time Ngõ ra giá trị thời gan trôi qua

Khối dữ liệu

định thời

DB Chỉ ra bộ định thời nào để đặt lại

với lệnh RT

2.1.7.5 Các bộ đếm (Counter)

➢ S7-1200 có ba bộ đếm Counter

• CTU: bộ đếm đếm lên.

• CTD: bộ đếm đếm xuống.

• CTUD: bộ đếm đếm lên và xuống.



15

Hình 2. 12. Các lệnh counter

Bảng 2. 7. Các lệnh counter

Thông sô Kiểu dữ liệu Miêu tả

CU, CD Bool Bếm lên hay đếm xuống, bởi

một lần đếm

R(CTU,CTUD) Bool Đặt lại giá trị đếm về không

LOAD(CTU,CTUD) Bool Nạp điều khiển cho giá trị đặt

trước

PV Sint, Int,

Dint, USInt,

Uint, UDInt

Giá trị đếm đặt trước

Q,QU Bool Đúng nếu CV>=PV

QD Bool Đúng nếu CV<=0

CV Sint, Int,

Dint, USInt,

Uint,

Giá trị đếm hiện thời



16

2.1.7.6 Lệnh so sánh

Hình 2. 13. Các lệnh so sánh

➢ Ta sử dụng các lệnh so sánh để so sánh hai giá trị của cùng một kiểu dữ liệu,

nếu lệnh so sánh thỏa thì ngõ ra sẽ là mức 1 = TRUE tiếp điểm này được kích

hoạt.

➢ Kiểu dữ liệu so sánh là: SInt, Int, Dint, USInt, UDInt, Real, LReal, String,

Char, Time, DTL, Constant

Bảng 2. 8. Các lệnh so sánh

Kiểu quan hệ Sự so sánh và đúng nếu

== IN1 bằng IN2

<> IN1 không bằng IN2

>= IN1 lớn hơn hay bằng IN2

<= IN1 nhỏ hơn hay bằng IN2

> IN1 lơn hơn IN2

< IN1 nhỏ hơn IN2

2.1.7.7 Lệnh toán học

Ta sử dụng một lệnh hộp phép toán để lập trình các vận hành phép toán cơ

bản:

➢ ADD: phép cộng (IN1 + IN2 = OUT)

➢ SUB: phép trừ (IN1 – IN2 = OUT)

➢ MUL: phép nhân (IN1 * IN2 = OUT)

➢ DIV: phép chia (IN1 / IN2 = OUT)



17

Hình 2. 14. Các lệnh toán học

Bảng 2. 9. Các lệnh toán học


IN1, IN2 Sint, Int, Dint, USInt, Uint,

UDInt, Real, Lreal, Constant Ngõ vào phép toán

OUT Sint, Int, Dint, USInt, Uint,

UDInt, Real, Lreal Ngõ ra phép toán

2.1.7.8 Lệnh di chuyển

➢ Các lệnh di chuyển và di chuyển khối

Hình 2. 15. Các lệnh di chuyển

➢ Ta sử dụng các lệnh di chuyển để sao chép các phần tử dữ liệu đến một địa

chỉ nhớ mới và chuyển đổi từ một kiểu dữ liệu này sang kiểu khác. Dữ liệu

nguồn không bị thay đổi trong quá trình di chuyển.

➢ MOVE: sao chép một phần tử dữ liệu được lưu trữ tại một địa chỉ xác định

đến một địa chỉ mới.



18

➢ MOVE_BLK: di chuyển có thể ngắt mà sao chép một khối các phần tử dữ

liệu đến một địa chỉ mới.

➢ UMOVE_BLK: di chuyển không ngắt được mà sao chép một khối các phần

tử dữ liệu đến một địa chỉ mới.

Bảng 2. 10. Các lệnh di chuyển

MOVE


IN Sint, Int, Dint,

USInt, Uint, UDInt,

Real, Lreal, Byte,

Word, Dword, Char,

Array, Struct, DTL,

Time

Địa chỉ nguồn

OUT

Đại chỉ đích

MOVE_BLK, UMOVE_BLK

Thông số

Kiểu dữ liệu

Miêu tả

IN

Sint, Int, Dint,

USInt, Uint, UDInt,

Real, Lreal, Byte,

Word, Dword

Địa chỉ bắt đầu

nguồn

COUNT

Uint Số lượng phần tử dữ

liệu để sao chép

OUT

Sint, Int, Dint,

USInt, Uint, UDInt,

Real, Lreal, Byte,

Word, Dword

Địa chỉ bắt đầu đích



19

2.1.7.9 Lệnh Xung

Hình 2. 16. Lệnh xung PWM

➢ Hai máy phát xung có sẵn cho việc điều khiển các hàm ngõ ra xung tốc độ

cao: PWM và PTO được sử dụng bằng các lệnh điều khiển chuyển động.

➢ Ta có thể chỉ định mỗi máy phát xung đếm cả PWM hay PTO, nhưng không

thể đếm cả hai cùng một lúc.

➢ Hai máy phát xung được sắp xếp để xác định các ngõ ra kiểu số

Bảng 2. 11. Ngõ ra xung

Miêu tả Phân nhiệm ngõ ra mặc định

Xung Lệnh

PTO1 CPU tích hợp Q0.0 Q0.1

Bảng tín hiệu Q4.0 Q4.1

PWM1 CPU tích hợp Q0.0 -

Bảng tín hiệu Q4.0 -

PTO2 CPU tích hợp Q0.2 Q0.3

Bảng tín hiệu Q4.2 Q0.3

PWM2 CPU tích hợp Q0.2 -

Bảng tín hiệu Q4.2 -



20

2.1.7.10 Lệnh điều khiển chuyển động

Hình 2. 17. Các lệnh Motion Control

➢ MC_Power cho phép và vô hiệu một trục điều khiển chuyển động.

➢ MC_MoveVelocity làm cho trục di chuyển với tốc độ xác định.

2.1.8 Ngôn ngữ lập trình S7-1200

Bộ điều khiển PLC S7 – 1200 ứng dụng cho hệ thống nhỏ và vừa, Siemens phát

triển và ưu tiên hỗ trợ cho 3 ngôn ngữ lập trình sau:

LADER (LAD): Ngôn ngữ lập trình theo sơ đồ mạch. Đơn giản, dễ hiểu, dễ

chỉnh sửa và tiện lợi.

Function Block Diagram (FBD): Ngôn ngữ lập trình theo đại số Boolean.

Structure Language Control (SCL): Ngôn ngữ lập trình theo dạng Text, đây là

ngôn ngữ lập trình cấp cao sử dụng nền tảng Pascal phát triển.

2.1.9 Kết nối I/O cho S7-1200 CPU1214C DC/DC/DC

Kết nối tín hiệu ra cho PLC: S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC có mạch

điện đầu ra tương đối hoàn thiện, có thể kết nối trực tiếp tới các tải công suất

nhỏ. Để mạch điện đầu ra hoạt động được, ta cần phải cấp nguồn cho nó.

Nguồn này là một nguồn 24VDC bất kì bên ngoài phải bảo đảm giá trị dòng

điện định mức (tùy vào lượng tải) và dãy điện áp trong khoảng 20.4VDC tới

28.8VDC. Cực nguồn dương (24VDC) nối tới chân 3L+ và GND(24VDC) nối

tới 3M. Theo tài liệu của hãng thì ở trạng thái tác động của một ngõ ra, tại

dòng điện định mức 0.5 A thì đầu ra sẽ có mức điện áp cao 20VDC, nó cho

phép kết nối trực tiếp với các cảm biến. Xem chi tiết Bảng 2.13



21

Hình 2. 18. Sơ đồ kết nối của S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC

Bảng 2. 12. Sơ đồ kết nối chân của CPU 1214C DC/DC/DC

Pin X10 X11 X12

1 L+/24VDC 2M 3L+

2 M/24VDC AI 0 3M

3 FUNCTIONAL

EARTH

AI1 DQ a.0

4 L+/24VDC

SENSOR OUT

-- DQ a.1

5 M/24VDC

SENSOR OUT

-- DQ a.2

6 1M -- DQ a.3

7 DI a.0 -- DQ a.4

8 DI a.1 -- DQ a.5

9 DI a.2 -- DQ a.6

10 DI a.3 -- DQ a.7



22

11 DI a.4 -- DQ b.0

12 DI a.5 -- DQ b.1

13 DI a.6 -- ---

14 DI a.7 -- --

15 DI b.0 -- --

16 DI b.1 -- --

17 DI b.2 -- ---

18 DI b.3 -- --

2.2 Phần mềm lập trình TIA PORTAL V15.1

Năm 2009, Siemens giới thiệu phần mềm TIA Portal V10.5 tích hợp STEP 7

Basic để lập trình PLC S7 – 1200 và WinCC Basic để thiết kế màn hình giám sát.

Từ năm 2010 đến nay, Siemens không ngừng cải thiện và nâng cấp phần mềm TIA

Portal. Hiện nay, phần mềm TIA Portal lên tới Version 16, không chỉ lập trình cho

các bộ điều khiển PLC mà còn thiết kế giao diện màn hình HMI/SCADA và cấu

hình biến tần của Siemens.

Hình 2.19 Giao diện phần mềm Tia PorTal



23

(1) Tên của chương trình lưu ban đầu

(2) Device configuration: Cấu hình thêm phần cứng

(3) Main [OB1]: Nơi viết chương trình OB1

(4) Download tất cả cấu hình phần cứng và phần mềm cho PLC S7-1200

(5) Upload tất cả cấu hình phần cứng và phần mềm cho PLC S7-1200

(6) Điều khiển PLC Run

(7) Điều khiển PLC Stop

(8) Chức năng cài đặt các thông số của cổng mạng

(9) Cài đặt địa chỉ ngõ vào ra số, tương tự, bộ đếm tốc độ cao…

2.3 Giao diện giám sát HMI

Là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành và máy móc thiết bị, khi con người “giao

tiếp” với một máy móc qua 1 màn hình giao diện thì đó là một HMI

2.1.10 Ưu Điểm và ứng dụng của HMI

➢ Ưu điểm

• Tính đầy đủ kịp thời và chính xác của thông tin.

• Tính mềm dẻo, dễ thay đổi bổ xung thông tin cần thiết.

• Tính đơn giản của hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành

và sửa chữa.

• Tính “Mở”: có khả năng kết nối mạnh, kết nối nhiều loại

thiết bị và nhiều loại giao thức.

• Khả năng lưu trữ cao.

➢ Ứng dụng thực thế của HMI

HMI luôn có trong các hệ SCADA hiện đại, vị trí của HMI ở cấp điều

khiển và giám sát



24

Hình 2.20 Cấp điều khiển giám sát HMI

2.1.11 Phần mềm thiết kế giao diện WinCC tích hợp trong Tia PorTal

WinCC viết tắt của Windows Control Center, là một phần mềm của hãng

Siemens dùng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá trình sản

xuất. Ngoài ra WinCC còn cung cấp các module chức năng thường dùng trong

công nghiệp như: hiển thị hình ảnh, tạo thông điệp, lưu trữ và báo cáo. Giao

diện điều khiển mạnh, việc truy cập hình ảnh nhanh chóng và chức năng lưu

trữ an toàn (bảo mật) của nó đảm bảo tính hữu dụng cao.

➢ Ứng dụng của WinCC trong công nghiệp tự động hóa:

Khi sử dụng WinCC để thiết kế giao diện HMI và mạng SCADA, WinCC

sử dụng các chức năng sau:

Graphics Designer: Thực hiện dễ dàng các chức năng mô phỏng và hoạt

động của các đối tượng đồ họa của chương trình WinCC. OLE, I/O, với

thuộc tính động (Dynamic).

Alarm Logging: Thực hiện việc hiển thị các thông báo hay các báo cáo

trong khi hệ thống vận hành. Đảm trách về các thông báo nhận được và



25

lưu trữ. Nó chứa các chức năng để nhận các thông báo từ các quá trình, để

chuẩn bị, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ chúng. Ngoài ra, Alarm Logging còn

giúp ta tìm nguyên nhân lỗi của hệ thống.

Tag Logging: Thu thập, lưu trữ và nén các giá trị đo dưới nhiều dạng khác

nhau. Tag Longging cho phép lấy dữ liệu từ các quá trình thực thi, chuẩn

bị để hiển thị và lưu trữ các dữ liệu đó. Dữ liệu có thể cung cấp các tiêu

chuẩn

về công nghệ và kỹ thuật quan trọng lien quan đến trạng thái hoạt động

của toàn hệ thống.

Report Designer: Có nhiệm vụ tạo các thông báo, báo cáo và các kết quả

này được lưu dưới dạng các trang nhật kí sự kiện.

User Achivers: Cho phép người sử dụng lưu trữ dữ liệu từ chương trình

ứng dụng và có khả năng trao đổi với các thiết bị tự động hóa khác. Điều

này có nghĩa: Các công thức, thông số trong chương trình WinCC có thẻ

được soạn thảo, lưu giữ và sử dụng trong hệ thống.

Hình 2.21 Màn hình giao diện WinCC tích hợp trong phần mềm Tia PorTal



26

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ MÔ HÌNH LƯU KHO TỰ ĐỘNG

3.1 Bài toán lưu kho

3.1.1 Quy trình công nghệ

Quy trình công nghệ là một phần (hoặc một công đoạn) của quá trình sản

xuất có tác dụng làm thay đổi trực tiếp trạng thái của sản phẩm (dịch vụ) theo

phương thức bắt buộc nào đó. Trong quá trình diễn ra sự thay đổi này, bắt buộc phải

sử dụng đến yếu tố kỹ thuật công nghệ để tác động vào hình thức, chất lượng của

sản phẩm (dịch vụ) theo một quy tắc nhất định.

➢ Thông qua yêu cầu, mục tiêu đã đặt ra, hướng giải quyết vấn đề chúng ta có hai

bài toán cần giải quyết:

Bài toán nhập kho: Hàng được đưa vào thông qua băng tải dưới sự tác động của

các cảm biến, sau đó cánh tay Robot sẽ hoạt động đưa hàng vào kho theo đúng vị

trí yêu cầu.

Hình 3. 1 Quy trình công nghệ bài toán nhập kho

Bài toán xuất kho: Chuyển từ nhập kho sang xuất kho, lúc này Robot sẽ quay

về phía kho hàng để chuẩn bị lấy hàng, cánh tay Robot sẽ lấy hàng sau đó đưa

ra vị trí băng tải, các cảm biến khi nhận biết có hàng sẽ kích hoạt băng tải và

đưa hàng ra bên ngoài.



27

Hình 3.2 Quy trình công nghệ bài toán xuất kho

3.1.2 Sơ đồ khối

Hệ thống chia làm 6 khối:

• Khối cảm biến: nhận biết sản phẩm

• Khối HMI: hiển thị

• Khối Driver step: điều khiển động cơ bước

• Khối nguồn: cấp nguồn cho hệ thống

• Khối cơ cấu chấp hành: nhận tín hiệu và xử lý

• Khối PLC: điều khiển toàn hệ thống

Hình 3.3 Sơ đồ khối



28

3.2 Giới thiệu từng thiết bị trong mô hình

3.2.1 Khối PLC

➢ Sử dụng PLC 1214C DC/DC/DC

Hình 3. 4. PLC S7-1200 1214C DC/DC/DC

➢ Chức năng

• Nhận tín hiệu từ các thành phần

✓ Cảm biến tiệm cận nhận biết sản phẩm.

✓ Tín hiệu từ HMI.

✓ Tín hiệu từ nút nhấn

• Xử lý và xuất tín hiệu điều khiển vào và đưa kết quả điều khiển tới các khối

xử lí trong mô hình

➢ Thông số kỹ thuật

• DI: 14x24VDC

• DQ: 10x24VDC 0.5A

• AI: 2x10 BIT 0-10VDC

• Version 4.2

• Để biết thêm chi tiết xem phần phụ lục 1.

3.2.2 Khối Nguồn

• 24VDC cấp nguồn cho PLC

• 12vDC cấp nguồn cho Driver TB6600

• Điện Áp Đầu Vào AC 220V (chân L và N )

• Điện Áp Đầu Ra: DC 24V, 12V, 5A (Chân dương V+, Chân Mass-



29

GND V-)

• Công Suất: 120W

• Điện áp ra điều chỉnh +/-10%

• Phạm vi điện áp đầu vào: 85 ~ 132VAC / 180 ~ 264VAC

• Dòng vào: 2.6a / 115V 1.3a / 230V

• Rò rỉ: <1mA / 240VAC

• Bảo vệ quá tải

• Bảo vệ quá áp

• Bảo vệ nhiệt độ cao

• Khả năng chống sốc: 10 ~ 500Hz, 2G 10min. / 1 chu kỳ, thời kỳ cho 60

phút mỗi trục

• Nhiệt độ hoạt động và độ ẩm: -10 ℃ ~ + 60 ℃, 20% ~ 90% RH

• Nhiệt độ bảo quản, nhiệt độ: -20 ℃ ~ + 85 ℃, 10% ~ 95RH

• Kích thước: 199 * 98 * 38mm

• Trọng lượng: 0.52Kg

• Tiêu chuẩn an toàn đáp ứng các yêu cầu của UL1012

Hình 3. 5. Nguồn tổ ong

3.2.3 Khối cảm biến và công tắc hành trình

➢ Cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C4



30

Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 dùng ánh sáng hồng ngoại

để xác định khoảng cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do

sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt. Cảm biến có

thể chỉnh khoảng cách báo mong muốn thông qua biến trở, ngõ ra cảm biến ở

dạng cực thu hở nên cần thêm 1 trở treo lên nguồn ở chân output khi sử dụng.

• Nguồn điện cung cấp: 6 ~ 36VDC.

• Khoảng cách phát hiện: 5 ~ 30cm.

• Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở.

• Dòng kích ngõ ra: 300mA.

• Ngõ ra dạng NPN cực thu hở giúp tùy biến được điện áp ngõ ra, trở treo

lên áp bao nhiêu sẽ tạo thành điện áp ngõ ra bấy nhiêu.

• Chất liệu sản phẩm: nhựa.

• Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ.

• Kích thước: 1.8cm (D) x 7.0cm (L).

• Sơ đồ dây:

- Nâu: VCC.

- Đen: Ra tín hiệu.

- Xanh dương: GND

Hình 3. 6 Cảm biến hồng ngoại

➢ Cảm biến phát hiện kim loại tiệm cận LJ12A3

Thông số kĩ thuật:



31

• Cung cấp điện áp: DC 6-36 V

• Dòng tiêu thụ: 300 mA

• Ngõ ra: NPN

• Khoảng cách đo: 0 -> 4mm

• Chiều Dài cáp: 110 cm

Hình 3.7 Cảm biến tiệm cận

➢ Công tắc hành trình: dùng để giới hạn hành trình Vitme

Hình 3.8 Công tắc hành trình

3.2.4 Khối băng tải và sản phẩm

Băng tải được kéo bằng động cơ bước, trên băng tải có gắn cảm biến hồng

ngoại để nhận biết sản phẩm, sản phẩm làm bằng gỗ.

Kích thước băng tải: 600x100x100mm.



32

Hình 3.9 Băng tải

3.2.5 Động cơ bước

3.1.5.1 Giới thiệu về động cơ bước

Động cơ bước thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các

tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các

chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của roto và có khả năng cố định

roto vào những vị trí cần thiết. Động cơ bước làm việc được là nhờ có bộ

chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo một thứ tự và

một tần số nhất định. Tổng số góc quay của roto tương ứng với số lần chuyển

mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của roto, phụ thuộc vào thứ tự

chuyển đổi và tần số chuyển đổi. Khi một xung điện áp đặt vào cuộn dây stato

(phần ứng) của động cơ bước thì roto (phần cảm) của động cơ sẽ quay đi một

góc nhất định, góc ấy là một bước quay của động cơ. Khi các xung điện áp đặt

vào các cuộn dây phần ứng thay đổi liên tục thì roto sẽ quay liên tục (nhưng

thực chất chuyển động đó vẫn là theo các bước rời rạc).

Một hệ thống có sử dụng động cơ bước có thể được khái quát theo sơ đồ sau.



33

Hình 3.10 Sơ đồ khối động cơ bước

➢ DC.SUPPLY: Có nhiệm vụ cung cấp nguồn một chiều cho hệ thống. Nguồn

một chiều này có thể lấy từ pin nếu động cơ có công suất nhỏ. Với các động

cơ có công suất lớn có thể dùng nguồn điện được chỉnh lưu từ nguồn xoay

chiều.

➢ CONTROL LOGIC: Đây là khối điều khiển logic. Có nhiệm vụ tạo ra tín hiệu

điều khiển động cơ. Khối logic này có thể là một nguồn xung, hoặc có thể là

một hệ thống mạch điện tử. Nó tạo ra các xung điều khiển. Động cơ bước có

thể điều khiển theo cả bước hoặc theo nửa bước.

➢ POWER DRIVER: Có nhiệm vụ cấp nguồn điện đã được điều chỉnh để đưa

vào động cơ. Nó lấy điện từ nguồn cung cấp và xung điều khiển từ khối điều

khiển để tạo ra dòng điện cấp cho động cơ hoạt động.

➢ STEPPER MOTOR: Động cơ bước. Các thông số của động cơ gồm có: Bước

góc, sai số bước góc, mômen kéo, mômen hãm, mômen làm việc. Đối với hệ

điều khiển động cơ bước, ta thấy đó là một hệ thống khá đơn giản vì không hề

có phần tử phản hồi. Điều này có được vì động cơ bước trong quá trình hoạt

động không gây ra sai số tích lũy, sai số của động cơ do sai số trong khi chế



34

tạo. Việc sử dụng động cơ bước tuy đem lai độ chính xác chưa cao nhưng ngày

càng được sử dụng phổ biến. Vì công suất và độ chính xác của bước góc đang

ngày càng được cải thiện.

➢ Bảng tiêu chuẩn về Bước Góc của động cơ bước:

Bảng 3. 1 Bảng Bước góc của động cơ bước

Step angle Steps per revolution

0.9 400

1.8 200

3.6 100

3.75 96

7.5 48

15 24

➢ Nguyên tắc điều khiển động cơ bước đơn cực:

Động cơ bước đơn cực, (có thể là động cơ vĩnh cửu hoặc động cơ hỗn hợp) có

5,6 hoặc 8 dây ra thường được quấn như sơ đồ dưới. Khi dùng, các đầu nối

trung tâm thường được nối vào cực dương nguồn cấp, và hai đầu còn lại của

mỗi mấu lần lượt nối đất để đảo chiều từ trường tạo bởi quận đó.

Hình 3.11 Cuộn dây động cơ bước

➢ Mạch điều khiển động cơ bước bao gồm một số chức năng sau đây:

Tạo các xung với những tần số khác nhau.

Chuyển đổi các phần cho phù hợp với thứ tự kích từ.

Làm giảm các dao động cơ học.

Đầu vào của mạch điều khiển là các xung. Thành phần của mạch là các bán

dẫn, vi mạch. Kích thích các phần của động cơ bước theo thứ tự 1-2-3-4 do



35

các transistor công suất T1 đến T4 thực hiện.Với việc thay đổi vị trí bộ

chuyển mạch, động cơ có thể quay theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược lại.

Điện áp được cấp qua các khoá chuyển để nuôi các cuộn dây, tạo ra từ trường

làm quay rotor. Các khoá ở đây không cụ thể, có thể là bất cứ thiết bị đóng cắt

nào điều khiển được như rơle, transitor công suất… Tín hiệu điều khiển có thể

được đưa ra từ bộ điều khiển như vi mạch chuyên dụng, máy tính.

Hình 3.12 Sơ đồ mạch điện động cơ bước

Các loại động cơ bước thông dụng và các cách điều khiển động cơ bước.

• Động cơ bước có nhiều loại như động cơ biến trở từ, động cơ đơn cực, động

cơ lưỡng cực.

• Về step thì có loại là 0.36 độ/ 1step, loại 0.72/1step. Và thông dụng nhất là

loại 1.8 độ/ 1 step. Tức là 200 step sẽ được 1 vòng

• Trên thị trường chúng ta hay gặp nhất là động cơ đơn cực và lưỡng cực. Khi

đi mua thì hay gặp động cơ 4 dây, 5 dây, 6 dây, 8 dây. Trong đó 4 dây là 6

dây là gặp thường xuyên nhất. Dưới đây là sơ đồ dây của hãng Oriental



36

Hình 3.13 Sơ đồ cuộn dây của các loại động cơ bước

➢ Động cơ bước có nhiều cách điều khiển. Có thể điều khiển các dây trực tiếp

qua 4 cổng qua MCU thông qua Driver đệm công suất. Cách này hơi phức tạp

một chút, cần phải hiểu rõ bên trong động cơ và thường chỉ điều khiển được

full bước.

➢ Cách thông dụng nhất là dùng các IC chuyên dụng điều khiển động cơ bước.

Các IC hay gặp nhất làTB6560, TB6600, L297, A4988, DRV8825,

MA860H… Việc lựa chọn dùng loại Driver nào phụ thuộc vào loại động cơ

và công suất động cơ định điều khiển. Ví dụ như A4988, DRV8825 dùng để

điều khiển các loại động cơ nhỏ có công suất bé ví dụ như trong máy photo

hoặc máy in 3d, TB6560 hoặc TB6600 thì lại dùng để điều khiển các loại động cơ

lớn hơn một chút ví dụ như trong các loại máy cnc mini. Các loại động cơ to

thì người ta hay dùng MA860H hoặc các Driver khủng hơn nữa.

➢ Nhìn chung cách giao tiếp với các module Driver này tương đối giống nhau.

Chúng đều có 3 port cơ bản là DIR ( để điểu khiển hướng quay động cơ), EN

( để điều khiển bật tắt động cơ), CLK ( xuất xung để dịch chuyển từng step).



37

Một số loại module như tb6560 tb6600 hoặc MA860H thì mỗi port đều có 2

pin. Ví dụ như EN+ EN- CW+ CW- CLK+ CLK-. vì thế người dùng có thể

tùy chọn điều khiển theo mức 0 hoặc mức 1.

➢ Điều quan trọng nhất là các module này là chúng có thể điều khiển được vi

bước như 1/16 step, 1/8 step, 1/2 step và full step. Nếu full step thì cần 200

step để quay hết 1 vòng đối với loại 1.8 độ 1step. Còn nếu dùng chế độ vi bước

1/16 step thì một xung động cơ chỉ dịch chuyển 1,8/16 độ. Tức là phải cần

200*16=3200 xung để quay hết một vòng, điều này làm tăng độ phân giải và

tăng độ chính xác cho step.

➢ Cách kết nối: với động cơ 4 dây thì tìm các dây xem dây nào là kênh A- A+

B- B+ và nối vào Driver. với động cơ 5 dây 6 dây hoặc 8 dây thì cắt bỏ hết

những dây chung đi và chỉ sử dụng 4 dây ở 2 đầu cuộn dây để điều khiển.

3.1.5.2 Động cơ bước và mạch điều khiển được sử dụng trong mô hình

Thông số kỹ thuật động cơ bước được sử dụng trong hệ thống:

• Loại động cơ bước: 2 pha

• Điện áp định mức: 4.5-5VDC

• Độ phân giải: 1.8 độ/bước

• Số dây: 6 dây

• Kích thước: 42x42x50

Hình 3.14 Động cơ bước



38

Mạch điều khiển là Driver TB6600:

Hình 3.15 Driver TB 6600

Driver Điều Khiển Động Cơ Bước TB6600 sử dụng IC TB6600HQ/HG, dùng

cho các loại động cơ bước: 42/57/86 2 pha hoặc 4 dây có dòng tải là 4A/42VDC.

Ứng dụng của mạch điều khiển động cơ bước TB6600 trong làm máy như CNC,

Laser hay các máy tự động khác.

Thông số kỹ thuật:

+ Nguồn đầu vào là 9V – 42V.

+ Dòng cấp tối đa là 4A.

+ Ngõ vào có cách ly quang, tốc độ cao.

+ Có tích hợp đo quá dòng quá áp.

+ Cân nặng: 200G.

+ Kích thước: 96 * 71 * 37mm.



39

Hình 3.16 Đấu dây TB6600

Cách đấu dây:

DC+: Nối với nguồn điện từ 9 – 40VDC

DC- : Điện áp (-) âm của nguồn

A+ và A -: Nối vào cặp cuộn dây của động cơ bước

B+ và B- : Nối với cặp cuộn dây còn lại của động cơ

PUL+: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (+5V) từ BOB cho M6600

PUL-: Tín hiệu cấp xung điều khiển tốc độ (-) từ BOB cho M6600

DIR+: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (+5V) từ BOB cho M6600

DIR-: Tín hiệu cấp xung đảo chiều (-) từ BOB cho M6600

ENA+ và ENA -: khi cấp tín hiệu cho cặp này động cơ sẽ không có lực momen

giữ và quay nữa

Có thể đấu tín hiệu dương (+) chung hoặc tín hiệu âm (-) chung



40

3.2.6 Mô hình tổng thể

➢ Dưới đây là bảng liệt kê các thiết bị phần cứng được sử dụng trong mô hình:

Bảng 3.2 Liệt kê các thiết bị

Thiết bị Ký hiệu trên mô hình

Động cơ bước 1

Băng tải 2

Cảm biến hồng ngoại 3

Công tắc hành trình 4

Khung kệ và sản phẩm 5

Vitme 6

Tay nâng 7

CB nguồn 8

Nguồn 9

PLC S7-1200 10

Driver TB6600 11

Đèn nguồn 12

Nút khẩn cấp 13

➢ Chức năng của các bộ phận:

• Băng tải đưa sản phẩm đến vị trí trục nâng

• Cảm biến xác định vị trí của sản phẩm trên băng tải

• Động cơ bước dùng kéo băng tải và các trục Vitme



41

• Các Vitme tạo thành 3 trục XYZ đưa sản phẩm đến vị trí cần đặt

• Công tắc hành trình giới hạn hành trình trục Vitme đề phòng sự cố hư hỏng

• PLC lập trình điều khiển hệ thống

• Driver TB 6600 cấp xung điều khiển động cơ bước

• Nguồn tổ ong cấp nguồn cho hệ thống

Dưới đây là hình ảnh chụp từ mô hình đã hoàn thành:

Hình 3.17 Mô hình thiết kế



42

Hình 3.18 Mô hình tổng thể

3.2.7 Tủ điện

Các thiết bị trong tủ điện:

- CP cấp nguồn cho tủ.

- Nguồn tổ ong 24V.

- PLC S7-1200 DC/DC/DC.

- Dirver TB 6600 điều khiển động cơ bước.

- Cầu đấu dây điện

➢ Ta chọn kích thước tủ là 40*30*20 (cm), sử dụng phần mềm autucad để bố trí các

thiết bị.

3

1

6

5

7

4

2



43

Hình 3.19 Sơ đồ bố trí tủ điện

Hình 3.20 Tủ điện

12

8 11

10

0

9

13



44

3.3 Sơ đồ nối dây

Hình 3. 21 Sơ đồ nối dây



45

3.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Quá trình đưa sản phẩm từ băng tải về vị trí kệ hàng chia làm 6 bước:

➢ Bước 1: Khi bắt đầu hoạt động ba trục XYZ về vị trí tọa độ O và sản phẩm

được đặt lên băng tải như trong hình.

Hình 3.22 Hoạt động_B1

Vị trí O

Tay nâng



46

➢ Bước 2: Băng tải đưa sản phẩm đến vị trí tay nâng, khi sản phẩm gặp cảm biến

băng tải dừng lại, tay nâng đưa vào vị trí sản phẩm nhờ trục Vitme Y.

Hình 3. 23 Hoạt động_B2

Trụ

c Vitm

e Y

Cảm biến BT



47

➢ Bước 3: Tay nâng nâng sản phẩm lên nhờ chuyển động của trục Vitme Z.

Hình 3.24 Hoạt động_B3



48

➢ Bước 4: Tay nâng quay đưa sản phẩm sang vị trí kệ để hàng nhờ cơ cấu trục

quay được kéo bởi động cơ bước.


Trục Xoay

Kệ hàng



49

➢ Bước 5: Sản phẩm được đặt vào đúng vị trí mong muốn nhờ sự kết hợp của 3

trục Vitme XYZ.




50

➢ Bước 6: Sau khi đặt sản phẩm vào vị trí, trục Y đưa tay nâng ra kết thúc qua

trình chuyển một sản phẩm từ băng tải vào kệ hàng.


➢ Để lấy sản phẩm từ kệ ra băng tải ta làm ngược lại từ bước 6 tới bước 1.



51

3.5 Thiết kế giao diện HMI và lập trình hệ thống

3.5.1 Lưu đồ thuật toán

Hình 3. 28 Lưu đồ nhập kho



52

Hình 3. 29 Lưu đồ xuất kho



53

3.5.2 Thiết lập địa chỉ IP

Để kết nối PLC với máy tính ta cần thiết lập địa chỉ IP cho máy tính

Bước 1: Vào Network and Sharing Center chọn Change adapter settings

Hình 3. 30 Thiết lập địa chỉ IP cho máy tính_1

Bước 2: Click phải vào Ethernet, chọn Ethernet Properties. Sau đó chọn Internet

Protocol Version 4 và nhập địa chỉ IP vào như hình.


➢ Địa chỉ IP có dạng 192. 168. xx. yy, trong đó yy chọn giống với PLC, xx

chọn khác với PLC.



54

➢ Để xem địa chỉ IP của PLC, trong giao diện chính click chuột phải vào PLC

chọn Properties, xem trong phần Ethernet addresses.


3.5.3 Tạo Project mới

Bước 1: Từ màn hình chính máy tính chọn vào biểu tượng TIA Portal V15.1

Hình 3.33 Tạo Project mới_1



55

Bước 2: Nhập tên dự án và địa chỉ lưu su đó chọn Create

Hình 3. 34 Tạo Project mới_2

3.5.4 Thiết kế giao diện HMI

Bước 1: Chọn Devices and Network, add new device, chọn CPU 1214

DC/DC/DC, chọn đúng mã ghi trên nhãn PLC, sau đó chọn Add.

Hình 3. 35 Thiết kế HMI_1



56

Bước 2: Sau khi add được PLC, tiếp theo là add PC_System , chọn Add new device.


Bước 3: Chọn khối WinCc Runtime, chọn version




57

Bước 4: Thiết lập WinCC và kết nối với PLC

Hình 3. 38 Kết nối giữa WinCC và PlC

Hình 3. 39 Màn hình thiết kế giao diện HMI trên WinC

Thanh công cụ chứa symboy



58

Hình 3.40 Tạo Background

Hình 3. 41 Tạo hiệu ứng cho vật di chuyển



59

Hình 3. 42 Setbit cho nút Start

Hình 3. 43 Tạo hiệu ứng đổi màu cho nút Start



60

➢ HMI Symbol:

• IMPORT: Nhấn để bắt đầu chế độ nhập kho

• EXPORT: Nhấn để bắt đầu chế độ xuất kho

• AUTO: Chế độ tự động nhập kho hoặc xuất kho

• MANUAL: Chế độ điều khiển bằng tay bằng cách chọn vị trí

• START: Nút nhấn bắt đầu một chế độ

• STOP: Nút nhấn dừng tạm thời

• E-STOP: Nút nhấn dừng khẩn cấp toàn bộ hệ thống

Hình 3. 44 Giao diện HMI trên WinCC



61

3.5.5 Lập trình điều khiển hệ thống

Trước khi bắt đầu lập trình ta cần kí hiệu các địa chỉ đầu vào ra cho PLC:

Bảng 3. 3 Địa chỉ vào ra

Input Output

I0.0 EMERGENCY Q0.0 PUL_X

I0.1 LS_X1 Q0.1 DIR_X

I0.2 LS_X2 Q0.2 PUL_Z

I0.3 LS_Y1 Q0.3 DIR_Z

I0.4 LS_Y2 Q0.4 PUL_Y

I0.5 LS_Z1 Q0.5 DIR_Y

I0.6 LS_Z2 Q0.6 PUL_XOAY

I0.7 CB_Y Q0.7 DIR_XOAY

I1.0 LS_XOAY 1 Q1.0 PUL_BT

I1.1 LS_XOAY 2 Q1.1 DIR_BT

I1.2 CB_BT1

I1.3 CB_BT2

➢ Chương trình được viết trên ngôn ngữ Ladder (các hàm chức năng và các

lệnh cơ bản đã được giới thiệu ở chương 2)

Hình 3. 45 Giao diện viết chương trình

Các lệnh nâng cao

Các lệnh cơ bản



62

➢ Hàm Main: Chứa chương trình chính của toàn bộ hệ thống, bao gồm 2 quá

trình lưu kho và nhập kho, trong mỗi quá trình có 2 chế độ autu và manual

Hình 3.46 Chương trình điều khiển

➢ Khối băm xung PWM: xuất xung tốc độ cao thông qua các chân PLC đưa ra các

step để điều khiển các động cơ bước

Hình 3.47 Chương trình điều khiển

➢ Thông qua lưu đồ thuật toán mà ta sắp xếp các khối và các lệnh để lập trình

hoàn thiện chương trình (chương trình hoàn thiện sẽ được bổ sung ở phần

phụ lục)



63

CHƯƠNG 4 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

4.1 Kết luận

❖ Kết quả đạt được:

Sau quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài, nhóm đã thiết kế và thi công “Mô

hình lưu kho tự động ứng dụng PLC S7-1200”; đã đạt được những mục tiêu lúc đầu

đề ra:

➢ Sử dụng phần mềm TIA Portal V15.1 để lập trình điều khiển hệ thống cũng như

mô phỏng giám sát trên giao diện màn hình HMI.

➢ Hiểu được cấu tạo, các ngõ vào ra, nguyên lý hoạt động cũng như các modun,

các thiết bị phần cứng liên quan đến PLC S7-1200.

➢ Tìm được các giải thuật giúp việc lập trình PLC S7-1200 trở nên dễ dàng và

logic hơn.

➢ Biết được các loại động cơ bước, nguyên lý hoạt động của động cơ bước, cách sử

dụng động cơ bước, cách đấu dây cũng như cách điều khiển động cơ bước.

➢ Biết được Driver TB6600 điều khiển động cơ bước, đặc biệt là cấu tạo, nguyên lý

hoạt động, thiết lập các thông số, cách đấu dây giữa Driver với PLC và động cơ

bước.

➢ Có thể thiết kế được các kết cấu cơ khí nhỏ mang tính chính xác tương đối trong

mô hình, làm tiền đề cho các hệ thống lớn sau này.

➢ Thiết kế và thi công tủ điện với tính thẩm mỹ và kỹ thuật cao phù hợp với các

tiêu chuẩn tủ điện thực tế.

❖ Đánh giá:

- Mô hình hoạt hoạt động ổn định và chính xác, đúng yêu cầu công nghệ đã đề

ra.

- Toàn bộ quá trình từ khâu lên bản vẽ, tính toán cho đến khi hoàn thiện mô hình

mô phỏng 3D sát với thực tế nhất nhóm đã mất khoảng 1,5 tháng và kinh phí

chế tạo dự kiến dưới 6 triệu đồng cho toàn bộ trang thiết bị. Nhìn chung nhóm

chúng em hoàn toàn hài lòng với mô hình mô phỏng tạo ra.

- Ngoài ra cả nhóm đã rèn luyện thêm được kĩ năng làm việc nhóm với nhau,



64

đây là một kĩ năng vô cùng quan trọng cho chúng em trong thời gian sắp tới.

- Đây cũng là nguồn tài liệu cho sinh viên nghiên cứu, cho các kỹ sư điện tham

khảo để thiết kế hệ thống lưu kho tiết kiệm chi phí.

❖ Hạn chế: Vì không hiểu biết nhiều trong phần cơ khí và kinh phí còn hạn

chế nên chúng em còn những vấn đề như sau:

- Chưa phát huy tối đa được việc giám sát.

- Mô hình chỉ có một loại sản phẩm nhất định.

- Phần cơ khí chưa được chỉnh chu và chắc chắn do gia công chưa đúng cách.

- Khi chạy mô hình lâu dài động cơ nóng và vẫn xảy ra một số lỗi.

4.2 Hướng phát triển

Mô hình có thể cái tiến theo nhiều hướng như: phân loại sản phẩm bằng công

nghệ xử lý ảnh sau đó đưa vào đúng vị trí mong muốn, sử dụng quét mã QR hoặc mã

vạch tăng độ chính xác và dễ dàng giám sát củng như quản lý kho hàng.

Có thể thay thế tay nâng bằng tay gắp để tăng độ chính xác, thay thế động cơ bước

bằng động cơ servo có bộ hồi tiếp encoder tăng độ chính xác cho hệ thống.



65

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] SIMATIC S7-1200 System Manual, Update to edition 05/2009

[2] Nguyễn Thị Phương Hà, Huỳnh Thái Hoàng (2003), Lý Thuyết Điều Khiển Tự

Động, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Tp.HCM.

[3] Phạm Quang Huy, Ngô Văn Thuyên (2017), Lập Trình Với PLC S7-1200 Và S7-

1500, Nhà Xuất Bản Thanh Niên, STK.

[4] Một số trang web:

– https://tuhocplc.com/

– https://plctech.com.vn/lo-trinh-tu-hoc-lap-trinh-plc/

– https://www.docmienphi365.com/

https://tuhocplc.com/

https://plctech.com.vn/lo-trinh-tu-hoc-lap-trinh-plc/

https://www.docmienphi365.com/


Phụ Lục

PHỤ LỤC

CODE ĐIỀU KHIỂN:


Phụ Lục

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC - DSpace at UTE

Documents

Transcript of ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC - DSpace at UTE