Luận văn: Giám sát hệ thống pha trộn và đóng gói café hòa tan

EBOOKBKMT.COM GVHD: NGUYỄN MINH TÂM
Lời mở đầu
• Trong công cuộc xây dựng và phát triển đất nước đang bước vào thời kỳ đẩy mạnh quá trình
công nghiệp hóa – hiện đại hóa, nhằm biến đổi nền kỹ thuật công nghiệp lạc hậu chuyển sang nền
công nghiệp hiện đại tiếp cận trình độ phát triển của thế giới. Cùng với sự phát triển vựơt bậc của nền
công nghiệp hóa - hiện đại hóa thì việc ứng dụng các kỹ thuật hiện đại nhằm nâng cao năng suất cũng
như khả năng giám sát của con người trong công cuộc sản xuất ngày càng trở nên cấp thiết.
• Trong thời buổi khoa học kỹ thuật về tự động hóa ngày càng phát triển vựơt bậc và được ứng
dụng rộng rãi trong hầu hết các xí nghiệp, phân xưởng… Các hệ thống điều khiển dùng PLC ngày
càng được sữ dụng rộng rãi và phổ biến để thay thế cho các thao tác chân tay không đạt đựơc độ chính
xác cao. Tuy nhiên, để có thể dễ dàng giám sát và điều khiển các loại PLC khác nhau thì cần phải có
sự hỗ trợ của các phần mềm hỗ trợ.
• Hiện nay, có rất nhiều các phần mềm hỗ trợ giám sát và điều khiển hoạt động của PLC. Trong
số đó, phần mềm Win CC đang được sữ dụng rộng rãi để giám sát SCADA với công nghệ đột phá,
chức năng hoàn hảo , dễ sữ dụng của hãng Siemens. Ngoài ra, phần mềm WinCC còn cung cấp đồ
họa trực quan quản lý hoạt động của bạn, kiểm soát và tối ưu hóa đến một cấp độ hoàn toàn mới.
WinCC được thiết kế dựa theo các tiêu chuẩn tối đa hóa năng suất, hiệu quả sử dụng tối ưu hóa, chất
lượng tăng…
• Nhìn thấy được sự quan trọng của việc ứng dụng các phần mềm giám sát và điều khiển vào các
hệ thống công nghiệp ngày nay, chúng tôi đã chọn đề tài ” Điều khiển và giám sát hệ thống pha
trộn và đóng gói café hòa tan sử dụng PLC S7_300 và WinCC ” nhằm góp một phần nhỏ để giải
quyết vấn đề nêu trên.
Mục tiêu đề tài :
• Tìm hiểu về hệ thống pha trộn và đóng gói café hòa tan.
• Giới thiệu về PLC S7_300 và phần mềm S7 Simatic.
• Giới thiệu về phần mềm WinCC.
• Kết nối PLC S7_300 và WinCC để giám sát và điều khiển hệ thống
Mục lục
SVTH: PH M VĂN L IẠ Ạ trang 1 MSSV:08102060
NGUY N TRUNG TI N MSSV:08102129Ễ Ế

trang
Lời mở đầu 1
Phần I. PLC S7-300 6
1.1.Giới thiệu về PLC 6
1.2.Các module của PLC 7
1.3.Các mode hoạt động 10
1.4.Các kiểu dữ liệu 11
1.5.Cấu trúc bộ nhớ 12
1.6.Chu kỳ quét của PLC 14
1.7.Trao đổi dữ liệu giữa CPU và module 15
Phần II.WINCC 16
2.1.Tổng quan về WINCC 16
2.2.Các tính năng quan trọng 17
2.3.Các yêu cầu khi xây dựng hệ thống trên WINCC 17
2.4.Cấu trúc control center 18
2.5.Các đặc điểm chính của WINCC 19
Phần III.Giới thiệu tổng quát về hệ thống pha trộn và đóng gói sản phẩm café hòa
tan 22
Phần IV.Thiết kế hệ thống 25
4.1.Yêu cầu của dây chuyền chế biến 25

4.2.Cấu hình phần cứng và lập trình trên S7-300 26
4.3.Giới thiệu các thiết bị khác được sử dụng trong hệ thống 41
4.4.Tạo dự án và thiết kế giao diện WINCC 43
4.5.Liên kết giữa WINCC và PLC 48
4.6.Giao diện hoàn thành trên WINCC và các chức năng điều khiển 48
4.7.Mô phỏng trên PLCSIM và WINCC 52
4.8.Một số hình ảnh thực tế về dây chuyền chế biến café 53
Kết luận và cảm ơn 54
Tài liệu tham khảo 55
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
…….………….……

…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
TP.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2011
GVHD : Nguyễn Minh Tâm
Nhận xét của giáo viên phản biện
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
TP.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2011
Cán bộ phản biện :
Phần I. PLC S7-300
1.1 Giới thiệu về PLC S7-300:

PLC ( Programable Logic Control) : Thieát bò ñieàu khieån logic khaû
trình.
• PLC Laø loaïi thieát bò cho pheùp thöïc hieän linh hoaït caùc thuaät toaùn ñieàu khieån
soá thoâng qua moät ngoân ngöõ laäp trình ,thay cho vieäc phaûi theå hieän thuaät toaùn
ñoù baèng maïch soá. Nhö vaäy vôùi chöông trình ñieàu khieån trong mình, PLC trôû
thaønh boä ñieàu khieån nhoû goïn, deã thay ñoåi thuaät toaùn vaø ñaëc bieät deã trao
ñoåi thoâng tin vôùi moâi tröôøng xung quanh (vôùi caùc PLC khaùc hoaëc vôùi maùy
tính). Toaøn boä chöông trình ñöôïc löu trong boä nhôù döôùi daïng caùc khoái chöông
trình (OB,FC,FB..) vaø ñöôïc thöïc hieän vôùi chu kì queùt.
• Ñeå coù theå thöïc hieän moät chöông trình ñieàu khieån.Taát nhieân PLC phaûi coù tính
naêng nhö moät maùy tính. Nghóa laø phaûi coù moät boä vi xöû lí trung taâm ( CPU),
moät heä ñieàu haønh,moät boä nhôù chöông trình ñeå löu chöông trình cuõng nhö döõ
lieäu vaø taát nhieân phaûi coù caùc coång vaøo ra ñeå giao tieáp vôùi caùc thieát bò
beân ngoaøi. Beân caïnh ñoù, nhaèm phuïc vuï baøi toaùn ñieàu khieån soá, PLC phaûi
coù caùc khoái haøm chöùc naêng nhö Timer, Counter vaø caùc haøm chöùc naêng ñaëc
bieät khaùc.
• Cấu trúc cơ bản của của PLC gồm các phần sau:

• PLC S7-300 là thiết bị điều khiển logic khả trình cỡ trung bình do hãng Siemens sản xuất
với kích thước nhỏ, gọn.
• Chúng có kết cấu theo kiểu các Module được sắp xếp trên các thanh rack. Trên mỗi rack
cho phép đặt được nhiều nhất 8 Module mở rộng (không kể CPU, Module nguồn nuôi) .
Một CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 rack.
• S7-300 được thiết kế dựa trên tính chất của PLC S7-200 và bổ sung những tính năng mới,
đặc biệt trong điều khiển liên kết cả hệ thống nhiều PLC, gọi là mạng PLC.
1.2 Các module của PLC S7-300:
• Nhằm mục đích tăng tính mềm dẻo trong các ứng dụng thực tế, các đối tượng điều khiển
của một trạm S7-300 được chế tạo theo Module.

• Các Module gồm có: Module CPU, nguồn, ngõ vào/ra số, tương tự, mạng…Số lượng
Module nhiều hay ít tùy vào yêu cầu thực tế, song tối thiểu bao giờ cũng có một Module
chính là CPU, các Module còn lại nhận truyền tín hiệu với đối tượng điều khiển, các
Module chức năng chuyên dụng như PID, điều khiển động cơ,… chúng được gọi chung là
Module mở rộng.
• Cấu hình của một trạm PLC S7-300 như sau:
 Các khối trên một thanh rack của trạm PLC S7-300.
• Module CPU: chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thời gian, bộ đếm, cổng
truyền thông (RS485)… và có thể có vài cổng vào/ra số onboard.
• PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau, chúng được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong
CPU như CPU312, CPU314, CPU315, CPU316, CPU318…
• Những Module cùng có chung bộ vi xử lý nhưng khác nhau về cổng vào/ra onboard, khác
nhau về các khối hàm đặc biệt có sẵn trong thư viện của hệ điều hành được phân biệt với
nhau trong tên gọi bằng cách thêm cụm từ IFM (Intergrated Function Module). Ví dụ
Module CPU314 IFM.
• Ngoài ra còn có các loại Module CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổng truyền thông
thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán có kèm theo những phần mềm
tiện dụng được cài đặt sẵn trong hệ điều hành. Các loại CPU này được phân biệt với các

CPU khác bằng tên gọi thêm cụm từ DP (Distributted Port) trong tên gọi. Ví dụ Module CPU
314C-2DP…
• Module mở rộng: chia làm nhiều loại.
 PS ( Power Supply): Module nguồn nuôi. Có 3 loại 2A, 5A và 10A.
 SM (Signal Module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:
• DI (Digital Input): Module mở rộng các cổng vào số. Số các cổng vào số mở rộng có thể là
8, 16, hoặc 32 tuỳ thuộc vào từng loại Module.
• DO (Digital Output): Module mở rộng các cổng ra số. Số các cổng ra số mở rộng có thể là 8,
16 hoặc 32 tuỳ thuộc vào từng loại Module.
• DI/DO (Digital input/Digital output): Module mở rộng các cổng vào/ra số. Số các cổng
vào/ra số có thể là 8 vào/8 ra hoặc 16 vào/16 ra tùy thuộc từng loại Module.
• AI (Analog input): Module mở rộng cổng vào tương tự. Chúng là bộ chuyển đổi tương tự số
12 bits (AD). Số các cổng vào tương tự có thể là 2, 4, 8 tùy từng loại Module.
• AO (Analog output): Module mở rộng các cổng ra tương tự. Chúng là những bộ chuyển đổi số tương
tự (D/A). Số các cổng ra tương tự có thể là 2, 4 hoặc 8 tùy thuộc từng loại.
• AI/AO (Analog input/Analog output): Module mở rộng vào/ra tương tự. Số cổng vào/ra tương tự có
thể là 4 vào/2 ra hoặc 4 vào/4 ra tùy từng loại Module.
 IM (Interface Module): Module ghép nối. Đây là loại Module chuyên dụng có chức năng nối các
nhóm Module mở rộng lại với nhau thành một khối và được quản lý chung bởi một CPU. Một
CPU có thể làm việc trực tiếp nhiều nhất 4 rack, mỗi rack tối đa 8 Module mở rộng và các rack
được nối với nhau bằng Module IM.
 FM (Function Module): Module có chức năng điều khiển riêng, ví dụ như Module điều khiển
động động cơ bước, Module điều khiển động cơ servo, Module PID, điều khiển đếm tốc độ cao…
 CP (Communication Module): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các bộ PLC với
nhau hoặc giữa PLC với máy tính.
1.3 Các mode hoạt động của PLC S7-300:

 PLC S7-300 có 4 mode hoạt động, gồm:
• RUN_P : Xử lý chương trình, có thể đọc và ghi được từ PG.
• RUN : Xử lý chương trình, không thể đọc từ PG.
• STOP : Dừng, chương trình không được xử lý.
• MRES : Chức năng reset hệ thống (Module Reset).
 Các mode này được chọn dựa vào công tắc chọn ở mặt trước CPU như hình sau:
Trong đó:
1. Đèn báo trạng thái
2. Card nhớ
3. Nút chọn kiểu làm việc
4. Đầu nối 24V
5. Cổng giao tiếp MPI
6. Ngăn để pin
 Ngoài ra, CPU còn có các đèn chỉ báo giúp người sử dụng chẩn đoán được trạng thái hiện tại của
PLC.
• SF: báo lỗi trong nhóm, trong CPU hay trong các Module.
• BATF: lỗi pin, hết pin hoặc không có pin.

• DC5V: báo có nguồn 5V.
• FRCE: báo ít nhất có một ngỏ vào/ra đang bị cưỡng bức hoạt động.
• RUN: nhấp nháy khi CPU khởi động và sáng khi CPU làm việc.
• STOP: sáng khi PLC dừng, chớp chậm khi có yêu cấu reset bộ nhớ, chớp nhanh khi đang reset bộ
nhớ.
 Các thành phần khác trên CPU:
• Card nhớ: dùng để lưu chương trình mà không cần pin trong trường hợp mất điện.
• Ngăn để pin: nằm dưới nắp, chứa pin cung cấp năng lượng cho RAM khi mất điện.
• Đầu nối MPI: đầu nồi dành cho thiết bị lập trình hay các thiết bị cần giao tiếp qua cổng MPI.
• Đầu nối điện 24V: cung cấp nguồn cho CPU.
•
1.4 Các kiểu dữ liệu:
 Tương tự như PLC S7-200, các kiểu dữ liệu sử dụng trong chương trình của PLC S7-300 gồm có:
- BOOL: có dung lượng 1 bit, giá trị là 0 hoặc 1, sử dụng cho biến có 2 giá trị
- BYTE: dung lượng 8 bit, thường dùng biểu diễn số nguyên dương từ 0 đến 255, mã BCD của số
thập phân 2 chữ số, mã ASCII của ký tự,…
- WORD: dung lượng 2 byte, biểu diễn số nguyên dương từ 0 đến 65535.
- INT: dung lượng 2 byte, biểu diễn số nguyên từ -32768 đến 32767.
- DINT: dung lượng 4 byte, biểu diễn số nguyên từ -2147483648 đến 2147483647.
- REAL: dung lượng 4 byte, biểu diễn số thực có dấu phẩy.
 Ngoài ra còn có các kiểu dữ liệu khác:
- S5T (S5TIME): biểu diễn khoảng thời gian, tính theo giờ/phút/giây/mgiây
- TOD: biểu diễn khoảng thời gian tính theo giờ/phút/giây
- DATE: biểu diễn thời gian theo năm/tháng/ngày
- CHAR: biểu diễn ký tự (tối đa 4 ký tự).
1.5 Cấu trúc bộ nhớ:
• Bộ nhớ PLC được minh họa trong hình sau gồm: vùng nhớ chứa thanh ghi, vùng nhớ System, vùng
nhớ Work, và vùng nhớ Load.

 Load memory:
Là vùng nhớ chứa chương trình ứng dụng do người sử dụng viết và được chứa trong các OB, FC, FB
hoặc trong các khối chương trình trong thư viện hệ thống được sử dụng (SFB, SFC) và các khối dữ liệu
DB. Vùng nhớ này tạo ra từ một phần RAM của CPU và EEPROM. Khi thực hiện lệnh xóa bộ nhớ
(MRES) thì toàn bộ các khối chương trình trong RAM bị xóa hết. Tương tự, khi chương trình được
Download từ máy tính vào CPU, chúng sẽ được ghi lên phần RAM của vùng nhớ này. Vùng nhớ
chương trình được chia làm 3 miền:
• OB (Organization Block): miền chứa chương trình tổ chức.
• FC (Function): miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm, có biến hình thức để trao
đổi dữ liệu với chương trình đã gọi.
• FB (Function Block): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm, có khả năng trao đổi
dữ liệu với bất kỳ khối chương trình nào. Các dữ liệu được xây dựng trên một khối riêng gọi là
DB.
 Work memory:

Là vùng nhớ chứa các khối dữ liệu DB đang mở, khối chương trình (OB, FB, FC, SFC, SFB) đang được
CPU thực hiện. Tại một thời điểm nhất định vùng nhớ này chỉ chứa một khối chương trình. Sau khi thực
hiện khối chương trình này xong thì nó sẽ bị CPU xóa khỏi work memory và nạp vào khối chương trình
kế tiếp đến lượt thực hiện.
Vùng nhớ này chia thành 2 miền:
• DB (Data Block): Miền chứa các dữ liệu tổ chức thành khối, kích thước và số lượng do người sử
dụng quy định. Chương trình có thể truy cập miền này theo bit (DBX), byte (DBB), Word (DBW),
Double word (DBD).
• L (Local data block): Miền dữ liệu cục bộ được các khối chương trình OB, FC, FB sử dụng cho các
biến tạm thời và trao đổi các biến hình thức với các khối đã gọi nó. Nội dung dữ liệu trong khối này
sẽ bị xoá khi kết thúc chương trình tương ứng trong OB, FC, FB. Miền này có thể truy cập theo bit
(L), byte (LB), word (LW) hoặc duoble word (LD). Tùy theo các khối chương trình khác nhau mà
bảng khai báo chứa các biến khác nhau nhằm phục vụ cho yêu cầu của khối đó.
 System memory:
Chứa các tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, chia làm 7 miền.
• Miền I: (Process image input): miền bộ đệm các cổng vào số. Trước khi thực hiện chương trình,
PLC đọc tất cả dữ liệu đầu vào và cất vào miền nhớ này. PLC không đọc trực tiếp cổng vào mà đọc
từ bộ đệm I.
• Miền Q: (Process image output): miền bộ đệm các cổng ra số. Khi kết thúc chương trình, PLC
chuyển giá trị logic từ bộ đệm Q đến các cổng ra số. Thông thường chương trình không gán trực tiếp
giá trị tới cổng ra mà chỉ chuyển chúng vào bộ đệm Q.
• Miền M: miền nhớ các bit cờ. Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để lưu các tham số cần
thiết và có thể truy nhập theo bit, byte, word, double word.
• Miền T: miền nhớ phục vụ bộ thời gian. Bao gồm việc lưu trữ giá trị thời gian thời gian định trước,
thời gian tức thời và giá trị logic đầu ra của timer.
• Miền C: miền phục vụ bộ đếm. Bao gồm việc lưu trữ giá trị đặt trước, giá trị tức thời và giá trị logic
đầu ra.

• Miền PI: miền địa chỉ cổng vào các Module tương tự. Các giá trị tương tự tại các cổng vào sẽ được
chuyển tự động theo những địa chỉ. Chương trình ứng dụng có thể truy cập miền PI theo bit (PI),
theo byte (PIB), theo từ (PIW), hoặc theo từ kép (PID).
• Miền PQ: miền địa chỉ cổng ra các Module tương tự. Giá trị theo những địa chỉ này sẽ được
Module tương tự chuyển tới các cổng ra tương tự. Chương trình ứng dụng có thể truy cập miền nhớ
PQ theo bit (PQ), theo byte (PQB), theo từ (PQW) hoặc theo từ kép. Trong các vùng nhớ trình bày
trên không có vùng nhớ làm bộ đệm cho cổng vào/ra tương tự, như vậy mỗi lệnh truy nhập Module
tương tự (đọc hoặc gửi giá trị) đều có tác dụng trực tiếp tới cổng vật lý.
1.6. Chu kì quét của PLC S7-300:
• Tương tự PLC S7-200, PLC S7-300 thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp
được gọi là vòng quét.
• Vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi.
• Bước tiếp theo là giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới bộ đệm ảo I.
• Sau đó là giai đoạn thực hiện chương trình. Chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến
lệnh kết thúc của khối OB1. Kết quả được lưu trong bộ đệm Q.
• Sau cùng là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số.
• Bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng vào/ra tương tự nên các lệnh truy nhập cổng tương
tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý mà không thông qua bộ đệm. Thời gian cần thiết để
PLC thực hiện được một vòng quét gọi là thời gian vòng quét. Thời gian vòng quét không cố
định, tức là không phải vòng quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau.
Có vòng quét thực hiện lâu, có vòng quét thực hiện nhanh tùy thuộc vào số lệnh trong chương
trình được thực hiện, tùy thuộc vào khối lượng dữ liệu được truyền thông trong vòng quét.
• Việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và gửi tín hiệu tới đối tượng cần một khoảng
thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét. Thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực
của chương trình điều khiển.

• Việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và gửi tín hiệu tới đối tượng cần một khoảng
thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét. Thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực
của chương trình điều khiển
• Nếu sử dụng các khối OB đặc biệt có chế độ ngắt như OB40, OB80, OB35 thì chương trình của
khối đó được thực hiện khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng loại. Thời gian vòng quét càng lớn
khi có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét.
1.7 Trao đổi dữ liệu giữa CPU và module mở rộng :
• Sự trao đổi dữ liệu giữa CPU với các Module mở rộng trong một trạm PLC thông qua bus nội
bộ.
• Ngay đầu vòng quét các dữ liệu tại cổng vào của Module số (DI) được CPU chuyển đến bộ đệm
vào I. Đến cuối vòng quét, nội dung bộ đệm số ngõ ra được CPU chuyển tới cổng ra của các
Module số (DO).
• Việc thay đổi nội dung hai bộ đệm này được thực hiện bởi chương trình ứng dụng. Trong
chương trình ứng dụng có nhiều lệnh đọc ngõ vào số thì cho dù giá trị thực có của cổng này đã bị
thay đổi trong quá trình thực hiện vòng quét, chương trình sẽ vẫn luôn đọc được cùng một giá trị
từ I và đó là giá trị của cổng vào có tại thời điểm đầu vòng quét. Nếu chương trình có nhiều lần
thay đổi giá trị cổng ra số thì do nó chỉ thay đổi nội dung bit nhớ tương ứng trong Q nên chỉ có
giá trị ở lần thay đổi cuối cùng được đưa tới cổng ra vật lý của Module DO.
• Khác với việc đọc/ghi cổng số, việc truy nhập cổng vào/ra tương tự lại được CPU thực hiện trực
tiếp trên Module tương tự (AI/AO). Như vậy lệnh đọc giá trị từ địa chỉ thuộc vùng PI sẽ thu
được giá trị đúng bằng giá trị thực có ở cổng tại thời điểm thực hiện lệnh, khi thực hiện lệnh gửi
một giá trị tới địa chỉ vùng PQ, giá trị đó được gửi trực tiếp đến cổng ra tương tự của Module.
Phần 2 : Giới thiệu về phần mềm WinCC
2.1. Tổng quan về phần mềm Win CC:
• Ngày nay các thiết bị điều khiển khả trình PLC được thay thế dần cho các thiết bị điều khiển
quá trình cũ để thực hiện việc tự động hoàn toàn một quá trình công nghệ, thực hiện việc tích
hợp mạng công nghiệp (Industrial Ethernet). Trên thế giới các hãng lớn về tự động hóa như

Omron (Nhật), Siemens (Đức) ..không ngừng phấn đấu để đưa ra những sản phẩm mới trong
lĩnh vực này với những tính năng của các PLC ngày càng mạnh, tốc độ sử lý nhanh chóng đáp
ứng được các yêu cầu trong nền công nghiệp với các bài toán được điều khiển khó , độ phức tạp
cao. Hiện nay trên thị trường Việt Nam , PLC của hãng Siemens được sử dụng khá nhiều trong
các lĩnh vực như điện lực, nước giải khát, giấy, xi măng .v..v.
• Các chủng loại PLC của hãng khá phong phú như S5,S7-200,S7-300,S7-400 ..được sản xuất đa
dạng tùy theo nhu cầu sử dụng và độ phức tạp của bài toán cần điều khiển. Tuy nhiên, ta thấy
rằng trong công nghiệp vấn đề giao diện người – máy HMI (Human Machine Interface ) rất
quan trọng trong việc điều khiển và giám sát quá trình sản xuất. Hãng Siemens đưa ra một số
phẩn mềm để xây dựng giao diện người-máy như Protool/Protool CS , WinCC có tính linh hoạt
mềm dẻo để thực giải pháp kỹ thuật thực hiện giao diện người máy.
• WinCC (Window Control Center) là phÇn mÒm t¹o dùng hÖ SCADA và HMI rÊt m¹nh
cña h·ng SIEMENS hiÖn ®ang ®ưîc dïng phæ biÕn trªn ThÕ giíi và ViÖt Nam. WinCC
hiÖn cã mÆt trong rÊt nhiÒu lÜnh vùc như s¶n xuÊt xi m¨ng, giÊy, thÐp, dÇu khÝ …
• WinCC laø phaàn meàm tích hôïp giao dieän ngöôøi maùy HMI (Human Machine
Interface) ñaàu tieân cho pheùp keát hôïp phaàn meàm ñieàu khieån vôùi quaù trình töï
ñoäng hoaù. Nhöõng thaønh phaàn deã söõ duïng cuûa WinCC giuùp tích hôïp nhöõng
öùng duïng môùi hoaëc coù saün maø khoâng gaëp baát kì trôû ngaïi naøo.
• Phaàn meàm naøy coù theå trao ñoåi döõ lieäu tröïc tieáp vôùi nhieàu loaïi PLC cuûa
caùc haõng khaùc nhau nhö Siemens, Mitsubishi, Allen Bradley ...., nhöng noù ñaëc
bieät truyeàn thoâng raát toát vôùi PLC cuûa haõng Siemens. Noù ñöôïc caøi ñaët
treân maùy tính vaø giao tieáp vôùi PLC thoâng qua coång COM1 hoaëc COM2
(chuaån RS-232) cuûa maùy tính. Do ñoù, caàn phaûi coù moät boä chuyeån ñoåi töø
chuaån RS- 232 sang chuaån RS 485 cuûa PLC.
• Ngoaøi khaû naêng thích öùng cho vieäc xaây döïng caùc heä thoáng coù qui moâ lôùn
nhoû khaùc nhau, WinCC coøn coù theå deã daøng tích hôïp vôùi nhöõng öùng duïng
coù qui moâ toaøn coâng ty nhö vieäc tích hôïp vôùi nhöõng heä thoáng caáp cao nhö

MES (Manufacturing Excution System – Heä thoáng quaûn lyù vieäc thöïc hieän saûn
xuaát) vaø ERP (Enterprise Resource Planning). WinCC cuõng coù theå söû duïng
treân cô sôû qui moâ toaøn caàu nhôø heä thoáng trôï giuùp cuûa Siemens coù maët
treân khaép theá giôùi.
2.2. Các tính năng quan trọng của WinCC
• WinCC là mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn trung lËp cã tÝnh c«ng nghiÖp và cã tÝnh kü thuËt,
hÖ thèng màn h×nh hiÓn thÞ ®å ho¹ và ®iÒu khiÓn nhiÖm vô trong s¶n xuÊt và tù
®éng hãa qu¸ tr×nh. HÖ thèng này ®ưa ra nh÷ng modul chøc n¨ng tÝch hîp c«ng
nghiÖp cho hiÓn thÞ ®å ho¹, nh÷ng th«ng b¸o, nh÷ng lưu tr÷, và những b¸o ço. Nã là
mét tr×nh ®iÒu khiÓn m¹nh, nhanh chãng cËp nhËt çc ¶nh, và nh÷ng chøc n¨ng lưu tr÷
an toàn b¶o ®¶m mét tÝnh lîi Ých cao ®em l¹i cho ngưêi vËn hành mét giao diÖn trùc
quan dÔ sö dông, cã kh¶ n¨ng gi¸m s¸t và ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh c«ng nghÖ theo chÕ
®é thêi gian thùc.
• Ngoài nh÷ng chøc n¨ng hÖ thèng, WinCC ®ưa ra nh÷ng giao diÖn më cho çc gi¶i ph¸p
cña ngưêi dïng. Nh÷ng giao diÖn này làm cho nã cã thÓ tÝch hîp trong nh÷ng gi¶i ph¸p
tù ®éng hãa phøc t¹p, çc gi¶i ph¸p cho c«ng ty më. Sù truy nhËp tíi c¬ së d÷ liÖu tÝch
hîp bëi nh÷ng giao diÖn chuÈn ODBC và SQL, sù lång ghÐp nh÷ng ®èi tưîng và nh÷ng
tài liÖu ®ưîc tÝch hîp bëi OLE 2.0 và OLE Custom Controls (OCX). Nh÷ng c¬ chÕ này
làm cho WinCC là mét ®èi t¸c dÔ hiÓu, dÔ truyÒn t¶i trong m«i trưêng Windows.
• Ñaëc bieät, vôùi WinCC, ngöôøi söû duïng coù theå taïo ra moät giao dieän ñieàu
khieån giuùp quan saùt moïi hoaït ñoäng cuûa quaù trình töï ñoäng hoaù moät caùch
deã daøng.
• WinCC coøn coù ñaëc ñieåm laø ñaëc tính môû. Noù coù theå söû duïng moät caùch
deã daøng vôùi caùc phaàn meàm chuaån vaø phaàn meàm cuûa ngöôøi söû duïng,
taïo neân giao dieän ngöôøi - maùy ñaùp öùng nhu caàu thöïc teá moät caùch chính
xaùc. Nhöõng nhaø cung caáp heä thoáng coù theå phaùt trieån öùng duïng cuûa hoï
thoâng qua giao dieän môû cuûa WinCC nhö moät neàn taûng ñeå môû roäng heä
thoáng.
•
2.3. Các yêu cầu khi xây dựng hệ thống bằng WinCC
• §Ó x©y dùng ®ưîc giao diÖn HMI b»ng phÇn mÒm WinCC th× cÊu h×nh phÇn cøng
ph¶i bao gåm thiÕt bÞ PLC S7-xxx và cÊu h×nh phÇn cøng tèi thiÓu cña m¸y tÝnh cho
viÖc sö dông phÇn mÒm WinCC và çc thiÕt bÞ kh¸c phôc vô cho viÖc truyÒn th«ng.

• WinCC hç trî cho tÊt c¶ çc m¸y tÝnh _ Nh÷ng nÒn t¶ng PC thÝch hîp. MÆc dï gi¸ trÞ
®ưa ra cho cÊu h×nh tèi thiÓu nhưng b¹n ph¶i nh¾m ®¹t ®ưîc cÊu h×nh khuyÕn ço
®Ó ®¹t hiÖu qu¶ tèi ưu.
Tªn thiÕt bÞ Yªu cÇu tèi thiÓu Nªn sö dông
CPU Pentum II 266 MHz Pentum II 400 MHz
RAM 96 MB 128 MB
Graphics Controller SVGA (4MB) XGA (8MB)
Resolution 800*600 1024*768
Hard Disk 500 MB trèng >500 MB
• WinCC dùa trªn hÖ ®iÒu hành MS 32 bit - Windows 95 hoÆc Windows NT, b¶o ®¶m ph¶n
øng nhanh ®Ó xö lý nh÷ng sù kiÖn và chèng l¹i sù mÊt m¸t d÷ liÖu bªn trong, t¹o ra mét sù
an toàn cao mét dù ¸n nhiÒu ng êi dïng. Windows NT còng ® a nh÷ng hư ư àm ® îc t¹o ra choư
sù an toàn và phôc vô nh nh÷ng thao t¸c c¬ së cho Server trong mét dù ¸n WinCC nhiÒuư
ng êi sö dông. PhÇn mÒm WinCC lư à mét øng dông 32 bit ph¸t triÓn víi c«ng nghÖ phÇn
mÒm hiÖn ®¹i, h íng ®èi t îng nhÊt.ư ư
2.4. CÊu tróc cña Control Center :
1. Control Center:
• WinCC Explorer trong Control Center: giao diÖn ®å häa cho cÊu h×nh d íi Windows 95 vư à
Windows NT
• Qu¶n Lý D÷ liÖu: cung cÊp ¶nh qu¸ tr×nh víi nh÷ng Tag gi¸ trÞ theo çc lo¹i sau :
- Chu kú
- Chu kú víi sù thay ®æi
- §iÒu khiÓn sù kiÖn thêi gian
• TruyÒn d÷ liÖu tõ nh÷ng hÖ thèng tù ®éng hãa theo sau nh÷ng çch:
- NhËn
- Yªu CÇu
2. Nh÷ng m«®un chøc n¨ng:
• HÖ thèng ®å ho¹ (Graphich Designer): tr×nh bày và nèi qu¸ tr×nh b»ng ®å ho¹.
• So¹n th¶o ho¹t ®éng (Global Scrip): làm mét dù ¸n ®éng cho nh÷ng yªu cÇu ®Æc biÖt.

• HÖ thèng th«ng b¸o (Alarm Logging): nh÷ng th«ng b¸o ®Çu ra và b¸o ®· nhËn ® îc th«ngư
tin ë ®Çu ra.
• So¹n th¶o và l u tr÷ nh÷ng gi¸ trÞ phÐp ®o (TagLogging)ư
- So¹n th¶o nh÷ng gi¸ trÞ phÐp ®o và cÊt gi÷ chóng trong thêi h¹n l©u dài.
- So¹n th¶o d÷ liÖu h íng ng êi dïng vư ư à cÊt gi÷ chóng l©u dài.
• HÖ thèng b¸o c¸o ( Report Designer): b¸o c¸o nh÷ng tr¹ng th¸i hÖ thèng.
Control Center làm cho ta cã thÓ ®Þnh h íng xuyªn qua nh÷ng øng dông WinCC vư à d÷
liÖu cña nã víi chØ mét Ýt thao t¸c. Control Center thao t¸c t ¬ng tù gièng nh Explorerư ư
trong Windows. Trong WinCC bao gåm 2 c¬ së d÷ liÖu: mét dành cho viÖc ®Þnh d¹ng hÖ
thèng CS (Configuration System), mét dành cho viÖc ch¹y thêi gian thùc RT (Run time) khi
ch¹y WinCC 2 c¬ së d÷ liÖu này lu«n ® îc t¶i vư ào và ch¹y song song víi nhau.
CÊu tróc cña WinCC
2.5. Các đặc điểm chính của WinCC:

- Sử dụng công nghệ phần mềm tiên tiến :
WinCC sử dụng công nghệ phần mềm mới nhất. Nhờ sự cộng tác chặt chẽ giữa Siemens và Microsoff,
người dùng có thể yên tâm với sự phát triển của công nghệ phần mềm mà Microsoft là người dẫn đầu.
- Hệ thống khách/chủ với các chức năng SCADA :
Ngay từ hệ thống WinCC cơ sở đã có thể cung cấp tất cả các chức năng để người dùng có thể khởi động
các yêu cầu hiển thị phức tạp. Việc gọi những hình ảnh (picture), các cảnh báo (alarm), đồ thị trạng thái
(trend), các báo cáo (report) có thể dễ dàng được thiết lập.
- Có thể nâng cấp mở rộng dễ dàng từ đơn giản đến phức tạp :
WinCC là một mô đun trong hệ thống tự động hóa, vì thế, có thể sử dụng nó để mở rộng hệ thống một
cách linh hoạt từ đơn giản đến phức tạp từ hệ thống với một máy tính giám sát tới hệ thống nhiều máy
giám sát, hay hệ thống có cấu trúc phân tán với nhiều máy chủ (server).
- Có thể phát triển tùy theo từng lĩnh vực công nghiệp hoặc từng yêu cầu công nghệ :
Một loạt các mô đun phần mềm mở rộng định hướng cho từng loại ứng dụng đã được phát triển sẵn để
người dùng lựa chọn khi cần.
- Cở sở dữ liệu ODBC/SQL đã được tích hợp sẵn :
Cơ sở dữ liệu Sysbase SQL đã được tích hợp sẵn trong WinCC. Tất cả các dữ liệu về cấu hình hệ thống
và các dữ liệu của quá trình điều khiển được lưu giữ trong cơ sở dữ liệu này. Người dùng có thể dễ dàng
truy cập tới cơ sở dữ liệu của WinCC bằng SQL (Structured Query Language) hoặc ODBC. (Open
Database Connectivity). Sự truy cập này cho phép WinCC chia sẻ dữ liệu với các ứng dụng và cơ sở dữ
liệu khác chạy trên nền Windows.
- Các giao thức chuẩn mạnh (DDE, OLE, ActiveX, OPC) :
Các giao diện chuẩn như DDE và OLE dùng cho việc chuyển dữ liệu từ các chương trình chạy trên nền
Windows cũng là những tính năng của WinCC. Các tính năng như ActiveX control và OPC server và
lient cũng được tích hợp sẵn.
- Ngôn ngữ vạn năng :
WinCC được phát triển dùng ngôn ngữ lập trình chuẩn ANSI-C
- Giao diện lập trình API mở cho việc truy cập tới các hàm của WinCC và dữ liệu :
Tất cả các mô đun của của WinCC đều có giao diện mở cho giao diện lập trình dùng ngôn ngữ C (C
programming interface, C-API). Điều đó có nghĩa là người dùng có thể tích hợp cả cấu hình của WinCC
và các hàm thực hiện (runtime) vào một chương trình của người sử dụng.

- Có thể cài đặt cấu hình trực tuyến bằng các Wizards :
Người thực hiện việc cài đặt cấu hình hệ thống có một thư viện đầy đủ cùng với các hộp thoại và
Wizards. Tại giai đoạn hiệu chỉnh hệ thống, các thay đổi có thể thực hiện trực tuyến (online).
- Cài đặt phần mềm với khả năng lựa chọn ngôn ngữ :
Phần mềm WinCC được thiết kế trên cở sở nhiều ngôn ngữ. Nghĩa là, người dùng có thể chọn tiếng
Anh, Đức, Pháp hay thậm chí các ngôn ngữ châu á làm ngôn ngữ sử dụng. Các ngôn ngữ này cùng có
thể thay đổi trực tuyến.
- Giao tiếp với hầu hết các loại PLC :
WinCC có sẵn các kênh truyền thông để giao tiếp với các loại PLC của Siemens như SIMATIC
S5/S7/505 cũng như thông qua các giao thức chung như Profibus DP, DDE hay OPC. Thêm vào đó, các
chuẩn thông tin khác cũng có sẵn như là những lựa chọn hay phần bổ sung.
- WinCC như một phần tử của hệ thống Tự động hóa tích hợp toàn diện (Totally Integrated
Automation-TIA)
WinCC đóng vai trò như của sổ của hệ thống và là phần tử trung tâm của hệ.
- Là phần tử SCADA trong hệ thống PCS 7 của Siemens :
PCS 7 là hệ thống điều khiển quá trình, một trong những giải pháp của Tự động hóa được tích hợp toàn
diện.
- Các mô đun của sản phẩm :
Tùy theo chức năng sử dụng mà người dùng có thể chọn các gói khác nhau của WinCC như là một trong
các lựa chọn của sản phẩm. Các gói cơ bản của WinCC chia làm hai loại như sau :
+ WinCC Runtime Package (Viết tăt là RT): chứa các chức năng ứng dụng dùng để chạy các ứng dụng
của WinCC như hiển thị, điều khiển, thông báo các trạng thái, các giá trị điều khiển và làm các báo cáo.
+ WinCC Complete Package (Viết tắt là RC): bao gồm bản quyền để xây dựng cấu hình hệ thống
(configuration licence) và bản quyền để chạy ứng dụng (Runtime).
- Các gói này có các phiên bản khác nhau tùy theo số lượng các tham số làm việc (Powertag) mà nó có
thể đáp ứng: 128, 256, 1024, 65536 Powertags. Powertag là các tham số làm việc mà bộ điều khiển theo
dõi giá trị của nó bằng việc nối ghép với quá trình và thiết bị mà nó điều khiển hoặc giám sát. Trong

trường hợp người sử dụng muốn nâng cấp từ một phiên bản có số powertag nhỏ lên cấp lớn hơn, họ có
thể mua các phiên bản chuyên để năng cấp gọi là WinCC Powerpacks
- Ngoài các gói phần mềm cơ bản trên, WinCC còn có các mô đun nâng cao dành cho những ứng dụng
cấp cao hơn (WinCC Options) và các mô đun mở rộng đặc biệt (WinCC Add-on). Các WinCC Option là
sản phẩm của Siemens Automation and Drive (A&D). Các WinCC Add-on là các sản phẩm của các bộ
phận khác của Siemens hay các đối tác của Siemens xây dựng lên nhằm mở rộng chức năng hay để phù
hợp với từng loại ứng dụng.
Phần 3: Giới thiệu tổng quát về hệ thống pha trộn và đóng gói sản phẩm café hòa tan.
• Cà phê là một loại thức uống có từ lâu đời và liên tục được phát triển cho đến ngày nay. Cà phê là một
trong những thức uống được ưa chuộng nhất trên thế giới và có mức tiêu thụ cao. Đặc biệt ở các thị
trường lớn như Mỹ, Pháp, Ý và các nước Bắc Âu, nơi mà cà phê được coi là không thể thiếu thì không
có đủ điều kiện đất đai, khí hậu để trồng. Vì vậy đối với những nước có điều kiện trồng cà phê như
nước ta cà phê không chỉ được tiêu thụ trong nước mà còn là mặt hàng xuất khẩu mang lại lợi nhuận
kinh tế cao. Với người sử dụng ngày càng nhiều, cộng với nhịp sống hối hả của thời đại công nghiệp,
việc pha cà phê bằng phin đã nảy sinh một số bất lợi nhất là về thời gian. Năm 1936, Max Rudolf
Morgenthaler, người Thụy Sĩ đã sáng chế ra cà phê hòa tan và ngay sau đó công ty Nestle đã đăng ký
nhãn hiệu Nestcafe vào năm 1938. Với người tiêu dùng, cà phê hoà tan nhanh chóng được ưa chuộng vì
sự tiện lợi của nó. Đối với nhà sản xuất, cà phê hòa tan là mặt hàng có giá trị cao, thuận lợi trong việc
bảo quản và vận chuyển nên thu được nhiều lợi nhuận.
• Cà phê là một loại hàng vị giác. Đặc tính của hàng vị giác là có hương vị phong phú, trong thành phần
hóa học của nó có chất đặc biệt như cafein . Đây là chất có tác dụng kích thích gây cho người tiêu thụ
cảm giác khoan khoái, hưng phấn, có sức hút đặc biệt làm cho người đã uống là dễ thành thói quen có
nhu cầu về nó, gọi là “nghiện”.
• Các mặt hàng vị giác ( chè, cà phê, thuốc lá, rượu, bia, nước ngọt, muối, mì chính, tương, nước chấm,
dấm ) không phải là thực phẩm chủ yếu như lương thực, thịt, cá, rau quả ; song sự hiểu biết về đặc tính
sinh lý, quá trình sản xuất chế biến, yêu cầu chất lượng, bảo quản, sử dụng mặt hàng này có ý nghĩa
thiết thực trong việc mở rộng và nâng cao chất lượng phục vụ ăn uống công cộng .
• Cà phê là một chất kích thích nhưng được xã hội cho phép sử dụng. Nếu không có gì trở ngại thì nên
thưởng thức. Sự thưởng thức một tách cà phê ngon trong bất cứ lúc nào cho phép cũng có thể giúp phần
giảm thiểu đi những căng thẳng của đời sống. Những sự nghiên cứu mới đây cho biết là uống cà phê có
thể sẽ tránh được bệnh ung thư gan. Nhưng điều này có nghĩa là uống cà phê nguyên chất không có pha

trộn những tạp chất. Nếu có mùi vị pha trộn, nên chắc chắn rằng những mùi vị này đã được cơ quan
quản lý thực phẩm và thuốc men – FDA (Food and Drug Administration) đã cho phép xử dụng.
• Quy trình sản xuất café trãi qua những công đoạn hết sức phức tạp và đòi hỏi phải tuân theo những quy
trình cụ thể, trong đó kinh nghiệm của người sản xuất đóng vai trò quan trọng. Vì vậy để biến quy trình
sản xuất này đi vào tự động hóa là khá phức tạp. Thường thì quy trình sản xuất café hòa tan theo các
công đoạn cụ thể sau:

• Nội dung trong đồ án này chỉ giới hạn trong giai đoạn cuối của quy trình rơi vào các khâu : sấy ,
pha trộn và đóng gói sản phẩm.
• Các công đoạn thực hiện được trình bày như sau:
Dung dịch café sau khi cô đặc được đưa vào bồn chứa 1 lượng nhất định, sau khi đầy bồn dung
dịch sẽ được sấy cho đến khi đạt đến 1 độ ẩm nhất định, sau đó hỗn hợp café sẽ được đưa đến
bồn trộn để thêm vào các chất phụ gia sau đó hỗn hợp được trộn và đưa đến bồn dự trữ cho công
đoạn đóng gói, café sẽ được đóng gói trong các hộp bằng kim loại trong điều kiện chân không để
đảm bảo cho hỗn hợp café không bị ẩm để bảo quản lâu dài.
Phần 4 : Thiết kế hệ thống.
4.1. Yêu cầu của dây chuyền chế biến:
• Mô tả dây chuyền sản xuất như sau :
• Dây chuyền gồm có 3 bồn chứa, gọi tắt là bồn 1, bồn 2, bồn 3, giữa bồn 1 và bồn 2 có một băng
chuyền để chuyển nguyên liệu được điều khiển bằng 1 động cơ chấp hành gọi là băng chuyền A,
giữa bồn 2 và bồn 3 cũng có một băng chuyền để chuyển nguyên liệu được điều khiển bằng một
động cơ chấp hành gọi là băng chuyền B .
• Trong bồn 1 được đặt 2 cảm biến , một cảm biến ở đáy và một cảm biến trên đỉnh bồn để phát
hiện khi hết và khi đầy dung dịch gọi là cảm biến và cảm biến B ,2 van đưa dung dịch vào và xã
dung dịch ra được điều khiển bởi ngõ ra PLC gọi là van A và van B, một cảm biến độ ẩm đo độ
ẩm trong bồn và truyền lên PLC. Trong bồn 1 còn có một động cơ trộn 1 và một bộ phận sấy
điện.
• Trong bồn 2 có một cảm biến phát hiện có hỗn hợp được đặt dưới đáy bồn gọi là cảm biến C,
một van xã hỗn hợp xuống băng chuyền B gọi là van C, ngoài ra còn có một bồn nhỏ chứa các
chất phụ gia, các chất phụ gia được cho vào bồn 2 một lượng nhất định bằng van xã phụ gia.
Trong bồn 2 còn có một động cơ trộn 2.
• Bồn 3 được gọi là bồn dự trữ hỗn hợp để đưa vào hộp, bồn 3 cũng có 2 cảm biến mức giống như
bồn 1 được gọi là cảm biến D, cảm biến E .Ngoài ra còn có một cảm biến phát hiện có hộp và
một cảm biến phát hiện đầy hộp được đặt cạnh van xã của bồn 3, van này được gọi là van D.
• Băng chuyền thứ 3 được gọi là băng chuyền C chứa các hộp trống để chuẩn bị cho đóng hộp sản
phẩm.
• Thể tính bồn 1 và bồn 2 tương đương nhau sao cho chứa được lượng hỗn hợp từ bồn 1 đưa qua.
Bồn 3 có thể tích lớn để dự trữ hỗn hợp cho quá trình đóng gói.
• Quy trình hoạt động của dây chuyền sản xuất :
• Khi nhấn nút khởi động hệ thống dung dịch café được xả vào bồn 1 qua van A, tới khi bồn A đầy
( 2 cảm biến đều tác động) ,van A ngừng xã, sau đó động cơ trộn 1 hoạt động đồng thời lò sấy
điện được bật để bắt đầu quá trình sấy.
• Khi độ ẩm trong lò đạt được đến 1 giá trị nhất định, động cơ trộn 1 và lò nhiệt sẽ tắt đồng thời
băng chuyền A hoạt động, hỗn hợp trong bồn 1 sau khi sấy sẽ được đưa vào bồn 2.

• Sau khi toàn bộ hỗn hợp được đưa vào bồn 2 van xã chất phụ gia sẽ xã một lượng nhất định vào
bồn 2.Sau đó động cơ trộn 2 trộn trong thời gian nhất định rồi van xã C xã hỗn hợp lên băng
chuyền B đưa hỗn hợp đến bồn 3.
• Tại bồn 3 khi phát hiện có hỗn hợp café trong bồn thì động cơ băng chuyền C hoạt động đưa hộp
vào vị trí xã café, khi cảm biến hộp phát hiện có hộp, băng chuyền C dừng lại, van D xã hỗn hợp
café vào hộp cho đén khi cảm biến đầy hộp phát hiện thì đóng van D, băng chuyền C tiếp tục
hoạt động đưa hộp tiếp theo vào vị trí xã. Hộp café đã được chứa đầy café sẽ được đưa đến khâu
tiếp theo.
• Yêu cầu của hệ thống dây chuyền :
• Hệ thống hoạt động nhịp nhàng theo từng công đoạn liên tiếp nhau.
• Khi cảm biến phát hiện đầy ở bồn 3 thì không cho phép xã thêm hỗn hợp vào bồn 1, khi số lượng
hộp đạt được giá trị cài đặt thì cũng không cho phép xã thêm hỗn hợp vào bồn 1.
• Khi bồn 2 còn hỗn hợp thì không cho phép xã bồn 1 mặc dù hỗn hợp trên bồn 1 đã sấy xong.
• Yêu cầu của hệ thống hoạt động như sau: giao diện trên Win CC trên máy tính điều khiển hoạt
động của cả dây chuyền, đồng thời mô phỏng một số trạng thái hoạt động của các quá trình cụ
thể.
4.2. Cấu hình phần cứng và lập trình trên S7-300 :
• Cấu hình phần cứng của hệ thống trên phần mềm :
• Sử dụng phần mềm STEP 7 Simatic để cài đặt thông số phần cứng và lập trình cho PLC.
• STEP 7 Simatic là phần mềm lập trình của hãng Siemens dùng để lập trình cho CPU S7_300,
S7_400. Đây là phần mềm có giao diện trực quan dễ lập trình, có thể xây dựng một hệ thống
gồm nhiều trạm khác nhau giao tiếp thông qua các giao thức truyền thông khác nhau. Ngoài ra
STEP 7 Simatic còn hỗ trợ mô phỏng bằng PLCSIM giúp người dùng có thể mô phỏng kiểm tra
chính xác trước khi dùng PLC thật.
• Trình tự cấu hình phần cứng cho dự án điều khiển như sau :
• Khởi chạy STEP 7 Simatic, chọn trạm Simatic S7_300 Station

• Trong mục chọn thiết bị cho trạm ta chọn CPU của PLC là CPU313 , một module DI/DO
(SM323) , một module AI/AO (SM 334) theo như các địa chỉ sau :

CPU 313
Mặt trước của CPU 313

Module DI16/DO16 SM 323

Module AI4/AO2 SM334
• Chương trình trong PLC như sau:

• Kết nối ngõ vào ra cho PLC như sau :
Địa chỉ Thiết bị kết nối Ghi chú
I0.0 START
I0.1 STOP
I0.2 Cảm biến A
I0.3 Cảm biến B
I0.4 Cảm biến đếm số lượng hộp
I0.5 Cảm biến C
I0.6 Cảm biến D
I0.7 Cảm biến E
I1.1 Cảm biến phát hiện hộp
I1.2 Cảm biến đầy hộp
Q0.0 Van A

Q0.1 Động cơ trộn(1) + lò điện sấy
Q0.2 Đ/c băng chuyền A
Q0.3 Van B
Q0.4 Van xả phụ gia
Q0.5 Động cơ trộn (2)
Q0.6 Van C
Q0.7 Đ/c băng chuyền B
Q1.0 Đ/c băng chuyền C
Q1.1 Van D
4.3. Giới thiệu các thiết bị khác được sử dụng trong hệ thống :
• Cảm biến độ ẩm HM1500LF:
• Ta sử dụng cảm biến độ ẩm loại HM1500LF để đo độ ẩm cho bồn sấy. Dữ liệu đọc được từ cảm
biến sẽ được sử lí và đưa vào PLC thông qua module analog, sau đó PLC sẽ tiến hành so sánh dữ
liệu từ cảm biến với với số liệu được cài đặt bởi người sử dụng để thực hiện điều khiển động cơ
trộn và lò sấy trong bồn sấy.
• Catalog của cảm biến HM1500LF như sau:

• Điện áp ra trên cảm biến theo phương trình sau :
• Khi độ ẩm thay đổi từ 0 > 100 % thì điện áp ra trên cảm biến thay đổi từ 1,079 > 3,647 V .Ta tiến
hành sử lí tín hiệu để đưa vào module analog điện áp từ 0 > 10V tương ứng với độ ẩm từ 0 > 100%.
• Các loại cảm biến phát hiện mức :
• Các cảm biến A,B,C,D,E trong hệ thống ta sử dụng cảm biến tiệm cận điện dung loại E2EY-X8C1 của
Omron , đây là loại cảm biến thích hợp trong môi trường hóa chất, có thể đặt trực tiếp vào bồn để
xác định mức hỗn hợp.

• Các cảm biến phát hiện hộp và cảm biến phát hiện đầy hộp ta sử dụng cảm biến quang loại E3F3-D12
của Omron , đây là loại cảm biến thu phát chung có mức phát hiện là 300mm.
4.4. Tạo dự án và thiết kế giao diện cho Win CC :
• Tạo dự án cho WinCC:
• Khởi chạy phần mềm chọn Single-User Project sau đó đặt tên project vào Project name .Kế
tiếp ta chọn Driver cho Tag Management , chọn Driver Simatic S7 Protocol Suite .Tiếp tục
chọn giao thức truyền thông MPI chọn New Driver Connection sau đó đặt tên và chọn OK .
• Trên cữa sổ giao diện bên tay phải ta tạo các tag dữ liệu của toàn hệ thống, và các tag dữ liệu để
lưu trữ như sau:
• Thiết kế giao diện cho WinCC

• Chọn Graphics Designer sau đó kích chuột phải vào vùng làm việc và chon New Picture , đổi tên
giao diện chính của đồ án là giaodienDA , tạo thêm 2 hình nữa gồm màn hình mô phỏng
mo_phong và màn hình hiển thị kết dữ liệu thu thập được bao_cao như hình sau :
• Lần lượt open từng hình tạo giao diện thiết kế và gắn thuộc tính cho các thiết bị trong hình với các tag
tương ứng .
• giaodienDA

• mo_phong

• bao_cao

• Cách tạo báo cáo thông số của quá trình sản xuất:
• Từ của sổ giao diện của WinCC kích vào Tag Logging , sau đó định thời gian cho báo cáo bằng
cách kích phải lên timers chọn new và điền các thông số cần thiết vào.
• Tiếp theo ta chọn các vùng dữ liệu dùng để lưu trữ bằng cách chon Archive Wizard sau đó lấy các
loại dữ liệu cần lưu trữ chứa trong các tag.

• Sau đó ta vào trong giao diện bao_cao trong Graphics Designer và lấy 2 bảng hiển thị giá trị theo
đồ thị và theo bảng trong trong mục Smart Objects/control và chọn các thuộc tính cần hiểu thị và
liên kết vời các tag đã tạo trước đó.
4.5. Liên kết giữa WinCC và PLC:
• Việc liên kết giữa PLC và WinCC thông qua phương thức truyền thông MPI như ta đã chọn lúc
đầu. Ở đây ta sử dụng trạm PLC đơn giản chỉ có 1 CPU nên ta sử dụng truyền thông qua cổng
truyền thông có sẵn trên CPU 313 đầu cáp RS485, cổng kết nối trên máy tính ta dùng cổng COM
đầu cáp RS232 , Vì vậy ta cần dùng 1 sợi cáp chuyển từ RS485 sang RS232 để kết nối PLC với
máy tính có phần mềm WinCC để điều khiển và giám sát hệ thống.
• Thiết lập mạng truyền thông trên WinCC : Option -> Set PG/PC Interface -> PC Adapter (Auto) ->
Local Connection.
• Trên cứa sổ giao diện WinCC ta vào tool/Starts of Driver Conections sau đó nhấn vào Update khi
thấy trạng thái trên bảng chuyển sang Conection thì WinCC đã kết nối thành công với PLC.
4.6. Giao diện hoàn thành trong WinCC và các chức năng điều khiển :
• Giao diện chính để diều khiển trong WinCC như sau :

• Giao diện gồm có :
- 3 nút nhấn START , PAUSE , STOP để điều khiển hệ thống hoạt động , dừng và dừng khẩn cấp,
ứng với mỗi chế độ có 1 đèn báo.
- Value of Moisture : gồm có 2 bảng SV: dùng để đặt giá trị độ ẩm cho bồn sấy, PV: giá trị độ
ẩm hiện tại của bồn sấy. Khi giá trị độ ẩm bằng với giá trị đặt trước thì đèn bên cạnh sáng .

- Value of box : gồm có 2 bảng SV : dùng để đặt số lượng hộp cần sản xuất, PV : hiển thị số
lượng hộp đã sản xuất. Khi số lượng hộp sản xuất đã đạt được theo yêu cầu thì đèn bên cạnh
sáng.
- Nút nhấn mo_phong chuyển đến giao diện được thiết kế mô phỏng dây chuyền sản xuất , các
trạng thái của mô hình được hiển thị trực quan giúp người điều khiển kiểm soát toàn bộ quá
trình đang thực hiện.
- Nút nhấn bao_cao chuyển đến giao diện hiển thị và lưu trữ các giá trị theo thời gian của giữ
liệu độ ẩm trong bồn sấy cũng như giá trị số lượng hộp sản xuất.
- Giao diện mo_phong và bao_cao được thiết kế như sau :
- Khi các thiết bị trong mô hình được hoạt động hoặc được tác động các đèn báo trạng thái tại
thiết bị đó sẽ được sáng lên. Mỗi giao diện còn có nút nhấn BACK được dùng để quay trở về
giao diện điều khiển.

4.7. Mô phỏng trên PLCSIM và WinCC :
• Ta tiến hành mô phỏng liên kết giữa PLCSIM và WinCC để kiểm tra dự án trên WinCC và chương
trình viết trên S7 Simatic.
• Bật chức năng PLCSIM trên Simatic sau đó download chương trình xuống PLC , bật PLC ở chế độ
run. Tiếp theo Active WinCC và chọn chế độ Run Timer cho Graphics và Tag Logging .
• Tiếp theo ta tiến hành mô phỏng hoạt động bằng các nút điều khiển trên giao diện và tác động trực
tiếp vào các ngõ vào thay thế các cảm biến phát hiện trên PLCSIM , ta điều chỉnh các giá trị độ ẩm,

số lượng hộp từ các vùng nhớ của PLC để kiểm tra sự thay đổi trên số liệu của bảng báo cáo và đồ
thị.
• Sau khi mô phỏng ta cho ra kết luận để ứng dụng dự án vào trong hệ thống hoàn chỉnh.
4.8. Một số hình ảnh thực tế về dây chuyền chế biến café

Kết luận và lời cảm ơn
• Sau một thời gian nghiên cứu làm đề tài, chúng em được củng cố lại được những kiến thức đã học
một cách chi tiết để áp dụng giải quyết những vấn đề mà thực tế đặt ra.Qua thời gian làm đồ án, với
sự cố gắng nỗ lực của bản thân và sự hướng dẫn, tạo điều kiện hết mức của Thầy TS Nguyễn Minh
Tâm, chúng em đã đạt được một số kết quả sau:
- Nghiên cứu các phần mềm của Siemens : WinCC và Step 7 Simatic.
- Tạo dự án SCADA đơn giản để điều khiển và giám sát hệ thống trong WinCC.
- Nắm rõ hơn về phần cứng và các thiết bị chấp hành, đo lường,..trong một hệ thống công
nghiệp.
• Trong quá trình làm đồ án, chúng em đã gặp phải một số khó khăn về kiến thức, tài liệu tham
khảo, hướng tiếp cận vấn đề, ...nhưng được sự chỉ bảo tận tình, chi tiết của thầy TS Nguyễn Minh
Tâm và sự cố gắng của bản thân, những khó khăn đã dần được khắc phục. Nhưng do kiến thức và
sự hiểu biết thực tế còn nhiều hạn chế nên đồ án của chúng em còn nhiều thiếu sót, chưa hoàn
thiện, như : mô hình hệ thống pha trộn và đóng gói café không chú trọng đến yếu tố kĩ thuật chế
biến, chỉ trình bày được một phần nhỏ của dây chuyền chế biến café, các chức năng giám sát điều
khiển và thu thập dữ liệu chỉ mang tính chất tượng trưng, không đầy đủ….
Rất cảm ơn thầy mong được sự góp ý của thầy!

Tài liệu tham khảo
• Giáo trình Điều khiển lập trình 2 – DH SPKT Tp HCM_Nguyễn Tấn Đời – Tạ Văn Phương
• Giáo trình Mạng truyền thông công nghiệp _ Hoàng Minh Sơn
• Giáo trình Tự động hóa trong công nghiệp – lập trình với S7 và WinCC_Trần Thu Hà
• Và các tài liệu từ Internet

Luận văn: Giám sát hệ thống pha trộn và đóng gói café hòa tan

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Luận văn: Giám sát hệ thống pha trộn và đóng gói café hòa tan

Similar to Luận văn: Giám sát hệ thống pha trộn và đóng gói café hòa tan (20)

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864

More from Dịch Vụ Viết Bài Trọn Gói ZALO 0917193864 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Luận văn: Giám sát hệ thống pha trộn và đóng gói café hòa tan