Luận án: Mô hình chiết nước giải khát tự động với PLC Siemens S7-200 của Lưu Thế Hiển

 Trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Lữ Hải Tùng - Người đã hết sức tận tình giúp đỡ, động viên, hướng dẫn và chỉ dạy cho em những kiến thức quí báu trong suốt quá trình học, cũng như trong thời gian thực hiện Luận án tốt nghiệp này. Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Quí Thầy Cô trong Khoa Điện – Điện Tử trường Đại Học Tôn Đức Thắng đã nhiệt tình truyền đạt cho em cũng như các bạn khác những kiến thức trong suốt quá trình học tập tại Trường. Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình và những người bạn đã giúp đỡ, tạo điều kiện và hỗ trợ mình trong việc hoàn thành Luận án tốt nghiệp này. Chúng em cố gắng tận dụng tất cả những kiến thức đã học ở trường cùng với sự tìm tòi nghiên cứu, để có thể hoàn thành tốt luận văn này.

Những kết quả đạt được ngày hôm nay tuy không lớn lao nhưng đó là thành quả của những năm tháng học tập, đó là thành công đầu tiên trước khi ra đời. Tp Hồ Chí Minh. Tháng 07 năm 2008 Sinh viên thực hiện LƯU THẾ HIỂN LỜI NÓI ĐẦU Việc ứng dụng PLC vào tự động hóa sản xuất đã và đang đem lại hiệu quả cao nhờ vào các ưu điểm như: dễ lắp đặt, vận hành ổ định và lập trình đơn giản. Hiện nay, công nghệ PLC được ứng dụng rộng rải trong các ngành công nghiệp quan trọng như: công nghiệp dược, dầu khí và công nghiệp chế biến thực phẩm, rượu bia, nước giải khát….v…… Đất nước ta ngày nay đang tiến lên con đường công nghiệp hóa, hiện đại hóa.

Nhà nước ta đặc biệt chú trọng đến những ứng dụng và phát triễn tự động trong sản xuất nhằm nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm và hạ giá thành. Một trong những phương án hiệu quả và được sử dụng rộng rải là thay thế những hệ thống, dây chuyền tự động điều khiển bằng PLC. Việc đào tạo những kỹ sư ngành Tự động điều khiển có khả năng nắm bắt và làm chủ được kỹ thuật tự động hóa nói chung và công nghệ PLC nói riêng là yêu cầu thiết thực. Là một sinh viên ngành Tự động điều khiển, công việc sẽ gắn liền với điều khiển và vận hành các hệ thống sản xuất, vì thế em rất hài lòng đề tài được Khoa Điện – Điện Tử và Bộ môn Tự Động Điều Khiển phân công nghiên cứu, thiết kế và thi công: “Mô hình chiết nước giải khát tự động”.

Thực hiện Luận án tốt nghiệp là điều kiện tốt nhất để học tập và giúp em ôn lại tất cả những kiến thức trong suốt quá trình học tập tại Trường và cũng là cơ hội cọ sát để ứng dụng lý thuyết đã học vào thực tế. Đây là hành trang cực kỳ quí báu mà Nhà trường và các Thầy, Cô đã trang bị cho chúng ta sau khi tốt nghiệp ra trường. Tuy thời gian có hạn, nhưng được sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của Thầy Nguyễn Lữ Hải Tùng, cùng với sự cố gắng của bản thân, luận án tốt nghiệp này đã được hoàn thành đúng theo yêu cầu và thời gian qui định. Dù đã rất cố gắng trong suốt quá trình thực hiện Luận án tốt nghiệp này, nhưng chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những ý kiến đóng gópcủa Quí Thầy Cô và các bạn.

Xin chân thành cảm ơn! TPHCM. Tháng 7 năm 2008 Sinh viên Lưu Thế Hiển MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MÔ HÌNH CHIẾT NƯỚC GIẢI KHÁT TỰ ĐỘNG 01 I./ YÊU CẦU ĐỀ TÀI…………………………………………………………………./ SƠ LƯỢC VỀ NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN VÀ HƯỚNG THỰC HIỆN MÔ HÌNH……………………………………………………………………………………01 1./Sơ lược về nguyên tắc điều khiển mô hình chiết nước giải khát tự động……01 2./ Hướng thực hiện mô hình chiết nước giải khát tự động…………………….02 CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH…./ GIỚI THIỆU VỀ CPU 226 AC/DC/RƠLE CỦA HÃNG SIEMENS S7-200………03 1./ Đặc tính chung………………………………………………………………04 2./ Nguồn cung cấp……………………………………………………………./ CẢM BIẾN QUANG……………………………………………………….08 CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-200 VÀ TẬP LỆNH…………………./ GIỚI THIỆU S7 – 200 VÀ TẬP LỆNH……………………………………./ Mô tả các đèn báo trên S7-200………………………………………………10 2./ Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC……………………………………./ Cổng truyền thông…………………………………………………………./ Cấu trúc vùng nhớ…………………………………………………………./ Truy cập vào vùng nhớ………………………………………………………12 6.1/ Truy cập địa chỉ trực tiếp………………………………………….2/ Truy cập địa chỉ gián tiếp………………………………………….3/ Các bit trong vùng nhớ đặc biệt…………………………./ Nguyên tắc thực hiện chương trình………………………………………….1/ Nguyên tắc cơ bản………………………………………………….2/ Cấu trúc cơ bản một chương trình…………………………………17 7.1/ Chương trình chính (MAIN)…………………………….2/ Chương trình con (SBR)…………………………………17 7.3/ Chương trình phục vụ ngắt (INT)……………………….3/ Các thành phần cơ bản…………………………………………….1/ Công tắc thường đóng, thường mở, đảo (NOT), các lệnh logic AND, OR, NAND, NOR, XOR……………………………………….1/ Công tắc thường mở…………………………………….2/ Công tắc thường đóng……………………………………19 8.3/ Công tắc đảo…………………………………………….4/ Lệnh logic AND………………………………………….5/ Lệnh logic OR……………………………………………21 8.6/ Lệnh logic NAND……………………………………….7/ Lệnh logic NOR………………………………………….8/ Lệnh logic XOR………………………………………….2/ Công tắc dò cạnh lên, cạnh xuống………………………………….1/ Công tắc dò cạnh lên…………………………………….2/ Công tắc dò cạnh xuống………………………………….3/ Lệnh ngõ ra, lệnh set, lệnh reset………………………………….1/ Lệnh ngõ ra……………………………………………….4/ Các công tắc so sánh…………………………………………./ Bộ định thời (Timer)……………………………………………………….1/ ON – Delay Timer………………………………………………….2/ Retentive ON – Delay Timer……………………………………….3/ OFF - Delay Timer…………………………………………………27 9.4/ Nguyên tắc lập trình cho bộ định thời……………………………./ Bộ đếm Counter…………………………………………………………….1/ Bộ đếm thường……………………………………………………28 10.1/ Bộ đếm lên………………………………………………28 10.2/ Bộ đếm xuống………………………………………….3/ Bộ đếm lên xuống……………………………………….2/ Bộ đếm tốc độ cao……………………………………………….1/ Giá trị đặt và giá trị tức thời…………………………….2/ Byte trạng thái………………………………….3/ Byte điều khiển………………………………………….4/ Thủ tục khai báo bộ đếm……………………………….5/ Chương trình phục vụ ngắt……………………………./ Các lệnh toán học………………………………………………….1/ Các phép toán cộng trừ nhân chia……………………….2/ Các phép toán trên số thực……………………………….3/ Các lệnh chuyển đổi………………………………………38 12./ Các phép toán logic……………………………………………….1/ Các phép toán logic……………………………………….2/ Các lệnh dịch và quay……………………………………./ Các lệnh điều khiển chương trình………………………………….1/ Vòng lặp FOR/NEXT…………………………………….3/ Lệnh gọi chương trình con……………………………….4/ Lệnh kết thúc chương trình……………………………….42 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH CHIẾT NƯỚC GIẢI KHÁT TỰ ĐỘNG……………………………………………………………………./ TỔNG QUAN MÔ HÌNH…………………………………………………./ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG………………………………………………44 III./ SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỀU KHIỂN……………………………………………./ LẬP TRÌNH ỨNG DỤNG…………………………………………………./ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỄN…………………….58 CHƯƠNG V: TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………./ GIÁO TRÌNH……………………………………………………………….59 Đề tài: Mô Hình Chiết Nước Giải Khát Tự Động GVHD: TS.Nguyễn Lữ Hải Tùng SVTH : Lưu Thế Hiển CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MÔ HÌNH CHIẾT NƯỚC GIẢI KHÁT TỰ ĐỘNG I./ YÊU CẦU ĐỀ TÀI: Thiết kế và thi công mô hình chiết nước giải khát tự động được điều khiển bằng PLC Siemens S7-200 với các yêu cầu cụ thể như sau:  Thiết kế và thi công mô hình.  Lập trình hệ thống  Lập trình cảnh báo sự cố II./ SƠ LƯỢC VỀ NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN VÀ HƯỚNG THỰC HIỆN MÔ HÌNH: 1./Sơ lược về nguyên tắc điều khiển mô hình chiết nước giải khát tự động: - Cấp nguồn cho PLC và hệ thống hoạt động. - Nhấn Start: hệ thống bắt đầu hoạt động.

Khi có đủ số lượng chai qui định nằm sát nhau, thì Hai Bơm hoạt động (chiết nước vào chai). - Sau khi Bơm ngừng, thì các chai đã được chiết nước chạy tiếp về phía Khâu bỏ nắp. Khâu bỏ nắp được thiết kế sao cho: chai chạy ngang qua, nắp sẽ được bỏ lên trên chai. - Khi đã có nắp ở trên, chai chạy tiếp về phía Đóng nắp.

Cảm biến ở vị trí đóng nắp phát hiện có vật thì Van đóng nắp sẽ hoạt động. - Các chai đã hoàn thành được để vào Khay chứa chai bởi cơ cấu cản. - Qui trình tiếp tục thực hiện cho đến khi nhấn Pause hoặc Stopp. Ngành: Tự Động Điều Khiển Trang 1 Lớp: 07DD3N Đề tài: Mô Hình Chiết Nước Giải Khát Tự Động GVHD: TS.Nguyễn Lữ Hải Tùng SVTH : Lưu Thế Hiển 2./ Hướng thực hiện mô hình chiết nước giải khát tự động: Ngành: Tự Động Điều Khiển Trang 2 Lớp: 07DD3N Đề tài: Mô Hình Chiết Nước Giải Khát Tự Động GVHD: TS.Nguyễn Lữ Hải Tùng SVTH : Lưu Thế Hiển CHƯƠNG II: GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH I./ GIỚI THIỆU VỀ CPU 226 AC/DC/RƠLE CỦA HÃNG PLC SIEMENS S7-200: Ngành: Tự Động Điều Khiển Trang 3 Lớp: 07DD3N Đề tài: Mô Hình Chiết Nước Giải Khát Tự Động GVHD: TS.Nguyễn Lữ Hải Tùng SVTH : Lưu Thế Hiển 1./ Đặc tính chung:  Kích thước (W x H x D) mm: 196 x 80 x 62  Khối lượng : 660g  Công suất tiêu thụ: 3W  Kích thước bộ nhớ chương trình cho phép: 16 KB  Kích thước bộ nhớ dữ liệu cho phép: 10 KB  Thời gian lưu trữ: 190 giờ (nhỏ nhất 120 giờ ở 40ºC) 200 ngày nếu sử dụng Module pin.

 Ngôn ngữ lập trình: LAD, FBD và STL  Số chương trình con tối đa: 64  Bảo vệ chương trình: 3 cấp độ mật khẩu bảo vệ  Thời gian thực hiện lệnh bit: 0.37us  Chu kỳ quét: 300ms (có thể thay đổi)  Vùng nhớ bit: 256 Từ 0 tới 122 trong EEPROM Từ 0 đến 256, sử dụng tụ lớn hoặc pin.  Số Timer: 256 Dải thời gian: 4 timer: 1ms tới 30s 16 timers: 10ms tới 5 phút 236 timers: 100ms tới 54 phút  Số bộ đếm: 256 Dải Đếm: 0 đến 32767  Các chức năng tốc độ cao: Đầu vào ngắt: 4 (tích cực theo sườn dương hoặc âm) Đầu ra xung: 2 đầu ra tốc độ cao (20 kHz) Bộ đếm tốc độ cao: 6 bộ (30 kHz), 32 bit.  Cổng truyền thông: 2 RS_485  Số Module mở rộng tối đa: 7 bộ (các module mở rộng cho S7-22x EM)  Số cổng vào/ra: 24 đầu vào/16 đầu ra.  Số cổng vào ra tín hiệu số có thể mở rộng: 128 đầu vào và 120 đầu ra.

 Số cổng vào/ra tín hiệu tương tự có thể mở rộng: 28 đầu vào và 7 đầu ra EM 0 đầu vào và 4 đầu ra EM Ngành: Tự Động Điều Khiển Trang 4 Lớp: 07DD3N Đề tài: Mô Hình Chiết Nước Giải Khát Tự Động GVHD: TS.Nguyễn Lữ Hải Tùng SVTH : Lưu Thế Hiển 2./ Nguồn cung cấp: CPU 226: AC/DC/RƠLE  Nguồn cấp cho PLC: 100 tới 230 VAC  Tần số: 50-60Hz  Dòng tải tối đa: 2A  Đầu vào: 24 VDC  Đầu ra: Rơle 3./ Đầu vào:  Số đầu vào tích hợp sẵn: 24  Tầm ở trạng thái ON: 24 VDC  Cách điện: cách ly quang, trong các nhóm 13 và 11.  Độ dài cáp: Không có vỏ bọc kim (không dùng cho tín hiệu tốc độ cao): 300m Có vỏ bọc kim: Đầu vào thường: 500m Bộ đếm tốc độ cao: 50m 4./ Đầu ra:  Số đầu ra tích hợp sẵn: 16  Kiểu đầu ra: Rơle  Cách điện: cách ly quang, trong các nhóm: 4, 5 và 7  Độ dài cáp: Không có vỏ bọc kim: 150m Có vỏ bọc kim: 500m 5./ Các vùng nhớ: VB0 – VB10239 I 0.7 T 0 – T 255 C 0 – C 255 LB0 – LB63 AIW0 – AIW62 AQW0 – AQW62 Ngành: Tự Động Điều Khiển Trang 5 Lớp: 07DD3N Đề tài: Mô Hình Chiết Nước Giải Khát Tự Động GVHD: TS.Nguyễn Lữ Hải Tùng SVTH : Lưu Thế Hiển II.