ĐỒ độ án điều KHIỂN tự NG mô HÌNH CHI t rót t ế ự ĐỘNG

BỘ CÔNG THƢƠNG
TRƢỜNG CAO ĐẲNG CÔNG THƢƠNG TP.HCM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HĨA

ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

MƠ HÌNH CHIẾT RĨT TỰ ĐỘNG
GVHD:

Nguyễn Lê Nhựt Tuyên

SVTH:

1. Lê Xuân Thi
2. Lê Văn Đạt
3. Lê Trọng Nghĩa
4. Huỳnh Sơn Lâm

Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 06 năm 2019

download by :


LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, trong công cuộc xây dựng đất nƣớc trở thành một nƣớc công nghiệp phát
triển, cuộc sống ngày càng hiện đại, yêu cầu ứng dụng tự động hoá ngày càng cao vào
đời sống sinh hoạt, sản xuất. Mặt khác, với phát triển nhƣ vũ bão của công nghệ thông
tin, công nghệ điện tử đã làm xuất hiện một loại thiết bị, thiết bị này đã đáp ứng đƣợc yêu
cầu nói trên, đó là thiết bị điều khiển khả trình “ PLC ”. Ngày nay với sự tự động hóa
ngày càng cao, các nhà máy hầu hết đều áp dụng những tiến bộ khoa học tân tiến nhất để

cho ra những sảm phẩm chất lƣợng cao mà giá thành phù hợp với ngƣời tiêu dùng.
Những thiết bị ứng dụng trong công nghiệp cũng nhƣ tiêu dùng ngày nay thì việc
điều khiển vị trí và tốc độ của động cơ bƣớc và động cơ DC đã và đang đƣợc sử dụng
một cách rộng rãi, đƣợc ứng dụng nhiều trong ngành tự động hóa. Việc hiểu và ứng dụng
hai động cơ này sẽ giúp ích rất nhiều cho mọi ngƣời. Để góp phần nhỏ vào việc này,
nhóm em đã thực hiện đề tài “Mơ Hình Chiết Rót Tự Động” bằng PLC kết hợp với
WinCC, thơng qua đề tài này nhóm em sẽ có những điều kiện tốt nhất để học hỏi, tích lũy
kinh nghiệm quý báu, bổ sung vào hành trang của mình trên con đƣờng đã chọn.
Nhận thức tầm quan trọng đó chúng em đã làm việc nghiêm túc vận dụng những
kiến thức sẵn có của bản thân, những đóng góp ý kiến của bạn bè và đặc biệt là sự hƣớng
dẫn của Thầy Nguyễn Lê Nhựt Tuyên và một số thầy cô giảng dạ y trong khoa Điện-Điện
Tử của Trƣờng Cao Đẳng Cơng Thƣơng TPHCM để hồn thành đồ án này. Trong quá
trình thực hiện đề tài này dù đã có nhiều cố gắng tuy nhiên khơng tránh khỏi những sai
sót, mong q thầy cơ góp ý để chúng em hoàn thiện đề tài.

Trang i

download by :


LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô trong khoa ĐiệnĐiện Tử Trƣờng Cao Đẳng Cơng Thƣơng Thành Phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là các thầy
cô trong bộ môn đã tạo điều kiện cho cũng nhƣ hỗ trợ cho chúng em để hoàn thành đề tài.
Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Lê Nhựt Tuyên, giảng viên
trƣờng Cao Đẳng Cơng Thƣơng Thành Phố Hồ Chí Minh đã cung cấp tài liệu, hƣớng dẫn
chúng em rất nhiệt tình trong suốt thời gian làm đề tài.

Trang ii

download by :

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN
Nhận xét chung:
-

Đã thiết kế và thi cơng xong mơ hình chiết rót và đóng nắp, kết quả chạy khá tốt,
gồm các khối cơng việc nhƣ sau:
o Thiết kế và thi cơng mơ hình cơ khí.
o Thiết kế và thi cơng tủ điều khiển.
o Lập trình PLC để điều khiển hệ thống.
o Thiết kế gao diện giám sát và điều khiển bằng WinCC.

-

Có khả năng sáng tạo, biết vận dụng kiến thức đã học vào thực hiện đề tài.

-

Tinh thần làm việc nhóm khá tốt.

Đánh giá: Đƣợc phép bảo vệ
TPHCM, ngày … tháng … năm 2019
Giáo viên hƣớng dẫn

Trang iii

download by :

TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Tên đề tài: Mơ hình chiết rót tự dộng
Ngày giao đề tài: 15/02/2019;

Tuần thứ: 1

Ngày hoàn thành đề tài: 30/05/2019;

Tuần thứ: 16

Sinh viên thực hiện:
Họ tên sinh viên 1: Lê Xuân Thi
Họ tên sinh viên 2: Lê Văn Đạt

MSSV: 2117150059
MSSV: 2116150013

Họ tên sinh viên 3: Lê Trọng Nghĩa
Họ tên sinh viên 4: Huỳnh Sơn Lâm

MSSV: 2117150040
MSSV: 2117150034

Tuần/ngày
Tuần 1-2
15/02/19 - 24/02/19

Nội dung – công việc thực hiện
- Nhận đề tài
- Phân tích đề tài

- Tính chọn thiết bị

Tuần 3-4
25/02/19 - 10/03/19

- Mua thiết bị
- Hồn thành mơ hình(cơ khí)

Tuần 5-6

- Mua thiết bị

11/03/19 - 24/03/19

- Hồn thành mơ hình(cơ khí)

Tuần 7-8
25/03/19 - 07/04/19

- Thiết kế bản vẽ bố trí thiết bị
- Đấu dây,lắp đặt tủ điện

Tuần 9-10
08/03/19 - 21/03/19
Tuần 11-16
22/03/19 - 30/05/19

- Test mô hình và sửa lỗi
- Viết chƣơng trình PLC
- Viết báo cáo

- Hồn thiện mơ hình
- Viết báo cáo đồ án
Xác nhận của giáo viên hƣớng dẫn

Nguyễn Lê Nhựt Tuyên

download by :


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đề tài: “Mơ hình chiết rót tự động” là một sản phẩm mà nhóm
em đã nỗ lực nghiên cứu và học tập ở trƣờng. Đề tài là do chúng em tự thực hiện dựa vào
một số tài liệu tham khảo, thầy cô, bạn bè và chúng em xin cam đoan đề tài này không
sao chép bất k ỳ cơng trình đã có trƣớc đó. Nếu có sao chép nhóm chúng em hồn tồn
chịu trách nhiệm.

download by :


DANH MỤC HÌNH
Hình 1 PLC S7-1200 CPU 1215C, DC/DC/DC .................................................................. 2
Hình 2 Cảm biến phát hiện kim loại tiệm cận LJ12A3 ....................................................... 3
Hình 3 Rơ le trung gian Omron MY2N AC220/240 ............................................................ 4
Hình 4 Module TB6560 3A .................................................................................................. 6
Hình 5 Sơ đồ đấu dây Động cơ bước với Module TB6560 3A ............................................ 7
Hình 6 Động cơ DC ............................................................................................................. 7
Hình 7 Máy bơm DC 3.7 MB370 ......................................................................................... 8
Hình 8 Động DC 24V có hộp số .......................................................................................... 9
Hình 9 Động cơ bước ........................................................................................................ 10
Hình 10 Motor 755 trục dài 24V ....................................................................................... 11

Hình 11 Sơ đồ khối của mơ hình ....................................................................................... 15
Hình 12 Bảng các thi ết bị thi công .................................................................................... 17

Trang vii

download by :


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 Thông số Relay ........................................................................................................ 4
Bảng 2 Thông số động cơ bước ......................................................................................... 10

Trang vii

download by :


Đồ Án Điều Khiển Tự Động

Cao Đẳng Công Thƣơng TP.HCM

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................... ii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ........................................................ iii
TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC ............................................................. iv
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... v
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................... vii

DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. vii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ....................................................................... 1
1.1.

Giới thiệu đề tài........................................................................................... 1

1.2.

Mục đích của đề tài..................................................................................... 1

1.3.

Phạm vi của đề tài..................................................................................... 10

Chƣơng 2. BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH ...................................... 1
2.1.

Bộ điều khiển ............................................................................................... 2

2.2.

Khối ngõ vào ................................................................................................ 3

2.3.

Khối ngõ ra .................................................................................................. 5

2.3.1. Khối điều khiển động cơ bƣớc.................................................................... 5
2.3.2. Động cơ điều khiển băng tải ....................................................................... 7

2.3.3. Động cơ bơm nƣớc ..................................................................................... 8
2.3.4. Động cơ điều khiển mâm xoay ................................................................... 9
2.3.5. Động cơ điều khiển đóng nắp ................................................................... 10
2.3.6.Động cơ bƣớc điều khiển đóng nắp ........................................................... 10
Trang 1

download by :


Đồ Án Điều Khiển Tự Động

Cao Đẳng Công Thƣơng TP.HCM

Chƣơng 3. THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG .................................................................... 12
3.1.

Mơ hình tổng thể ....................................................................................... 12

3.2.

Sơ đồ nối dây ............................................................................................. 13

3.3.Thiết kê và thi cơng mơ hình .......................................................................... 15
3.4.Giải Thuật ........................................................................................................ 18
Chƣơng 4. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .............................................. 26
4.1.

Kết quả đạt đƣợc ...................................................................................... 26

4.2.

Kết luận ..................................................................................................... 26

4.3.

Hƣớng phát triển ...................................................................................... 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 27

Trang 2

download by :


Đồ Án Điều Khiển Tự Động

Cao Đẳng Công Thƣơng TP.HCM

Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Giới thiệu đề tài
Nhằm ứng dụng kiến thức đã học ở trƣờng, sự hƣớng dẫn của giáo viên về thiết kế, lập
trình, đấu dây và sự ứng dụng thực tế của chuyên ngành điện- điện tử qua các mơn học ở
trƣờng, nhóm em muốn thiết kế đƣợc một hệ thống bao hàm tất cả các điều trên vào một
đề tài cụ thể liên quan đến nó.
Động cơ bƣớc và động cơ DC đã xuất hiện nhiều trong công nghiệp và sản xuất chiều
đƣợc sử dụng rất rộng rãi trong các máy sản xuất. Một số ứng dụng cơ bản trong công
nghiệp nhƣ là điều khiển vị trí, vận tốc, gia tốc, tốc độ trong các cơ cấu servo máy CNC,
băng tải, cơ cấu robot, … địi hỏi có nhiều u cầu điều khiển khác nhau, tùy theo t ừng
công việc và điều kiện làm việc để tối ƣu hóa q trình sản xuất.
Nhóm muốn áp dụng những điều trên vào một đề tài nên nhóm đã chọn đề tài: “Mơ

Hình Chiết Rót Tự Động”
1.2. Mục đích của đề tài
Sử dụng các PLC,động cơ servo,động cơ DC để điều khiển mơ hình thơng qua hai chế
độ(Auto,Manual).Nền tảng để xây dựng và phát triển các dây truyền tự động trong các
nhà máy nhằm thay thế sức lao động của con ngƣời để đặt năng suất tối ƣu.
1.3. Phạm vi của đề tài
Áp dụng các kiến thức đã học để xây dựng mơ hình thực nghiệm, cụ thể:
-

Tìm kiếm tài liệu qua sách vở, mạng xã hội, hỏi ngƣời có chun mơn

-

Tiến hành lắp mạch và text mơ hình trực tiếp dƣới sự góp ý của giáo viên hƣớng
dẫn.

Trang 1

download by :


Đồ Án Điều Khiển Tự Động

Cao Đẳng Công Thƣơng TP.HCM

Chƣơng 2. BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH

2.1. Bộ điều khiển
 6ES7215-1AG40-0XB0 – PLC S7-1200 CPU 1215C, DC/DC/DC

Hình 1 PLC S7-1200 CPU 1215C, DC/DC/DC

-

Tính năng nổi bật:

Bộ điều khiển mở rộng từ S7 với phƣơng án mở rộng linh hoạt:
+ 1 bo mạch tín hiệu (SB) và 1 bo mạch truyền thơng (CB)
+ 8 mơ đun tín hiệu (SM)
+ Có thể có lớn nhất 3 modun truyền thơng (CM)
+ Cổng truyền thơng Profinet (Ethernet) đƣợc tích hợp sẵn:
 Dùng để kết nối máy tính, với màn hình HMI hay truyền thông PLC-PLC
 Dùng kết nối với các thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở
 Đầu nối RJ45 với tính năng tự động chuyển đổi đấu chéo
 Tốc độ truyền 10/100 Mbits/s
 Hỗ trợ 16 kết nối ethernet
Trang 2

download by :


Đồ Án Điều Khiển Tự Động

Cao Đẳng Công Thƣơng TP.HCM

 TCP/IP, ISO on TCP, và S7 protocol
-

Các tính năng về đo lƣờng, điều khiển vị trí, điều khiển q trình:
+ 6 bộ đếm tốc độ cao (high speed counter) dùng cho các ứng dụng đếm và đo

lƣờng, trong đó có 3 bộ đếm 100kHz và 3 bộ đếm 30kHz
+ 2 ngõ ra PTO 100kHz để điều khiển tốc độ và vị trí động cơ bƣớc hay bộ lái
servo (servo drive)
+ Ngõ ra điều rộng xung PWM, điều khiển tốc độ động cơ, vị trí valve, hay điều
khiển nhiệt độ…
+ 16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số điểu khiển
(auto-tune functionality)

2.2. Khối ngõ vào
 Cảm biến tiệm cận:

Hình 2 Cảm biến phát hiện kim loại tiệm cận LJ12A3
Thông số kĩ thuật:


Module : LJ12A3-4-Z/BX



Cung cấp điện áp: DC 6-36 V



Dòng tiêu thụ : 300 mA



Ngõ ra : NPN cực thu để hở
Trang 3

download by :


Đồ Án Điều Khiển Tự Động

Cao Đẳng Công Thƣơng TP.HCM



Đƣờng kính của đầu dị : 12mm



Khoảng cách đo: 0 -> 4mm



Chiều Dài

cáp: 110 cm

Hình 3 Rơ le trung gian Omron
MY2N AC220/240
Thông số kĩ thuật:

Tiếp điểm

8 chân dẹt to
Loại tiêu chuẩn, tích hợp diodes, tích hợp
dịng CR, khơng đèn, có đèn

6, 12, 24, 48, 60, 100/110, 110/120,
200/220, 220/240 VAC
6, 12, 24, 30, 32, 48, 60, 100/110, 120, 125
VDC
DPDT 10A

Kiểu lắp đặt

Chân cắm

Tiêu Chuẩn

UL, CSA

Loại
Điện áp cuộn dây

Bảng 1 Thông số Relay
Trang 4

download by :


Đồ Án Điều Khiển Tự Động

Cao Đẳng Công Thƣơng TP.HCM

2.3. Khối ngõ ra
2.3.1. Khối điều khiển động cơ bƣớc
 Module TB6560 3A

- Tính năng, Ứng dụng:
+ Module điều khiển động cơ bƣớc TB6560 là module chuyên dùng điều kiển
động cơ bƣớc lƣỡng cực.
+ Module có các chế độ full bƣớc, nửa bƣớc và vi bƣớc.
+ Phƣơng pháp điều kiển đơn giản, chọn dịng ra từ 0.3A đến 3A
-

Thơng số kĩ thuật:
+ Điện áp làm việc: 10~35V
+ Dòng tải tối đa: 3A
+ Tích hợp opto cách ly 6N137 tốc độ cao cách ly tín hiệu điều kiển với board
điều khiển, an tồn và chống nhiễu.
+ TB6560 có tản nhiệt nhơm lớn, tản nhiệt hiệu quả
+ Thích hợp với động cơ bƣớc 43, 57, 86,
+ Có cơng tắc setup dịng tải tối đa 3A
+ Có cơng tắc setup vi bƣớc 1:1, 1:2, 1:8, 1:16
+ Có cơng tắc để cài vị trí ln cố định
+ Sử dụng đơn giản, cấp nguồn, thông số morto và xung điều kiển

-

Khối nguồn:
+ Modul TB6560 s ử dụng nguồn cấp 12V-DC hoặc 24V-DC cấp cho động cơ
bƣớc hoạt động.
+ Tạo ra điện áp 5V-DC cấp cho các khối cịn lại.
+ Khối cách ly quang.
+ Cách ly tín hiệu điều khiển với khối Driver động cơ.

-

Khối tín hiệu điều khiển:
+ Gồm 6 chân: EN-, EN+, CW-, CW+, CLK-, CLK+.
+ EN-, EN+: Tín hiệu cho phép/khơng cho phép modul hoạt động.
+ CW-, CW+: Tín hiệu điều khiển chiều quay của động cơ.
+ CLK-, CLK+: Tín hiệu xung điều khiển bƣớc quay động cơ.
Trang 5

download by :


Đồ Án Điều Khiển Tự Động

Cao Đẳng Công Thƣơng TP.HCM

+ Với thiết kế 2 chân điều khiển 1 chức năng nhƣ thế này, modul TB6560 cho
phép ngƣời dùng tùy chọn tín hiệu điều khiển là 0 hoặc 1.
+ Ví dụ khi nối các chân EN+, CW+, CLK+ lên +5V-DC thì ta s ẽ đƣa tín hiệu
điều khiển 0V vào các chân EN-, CW-, CLK-.
-

Khối thiết lập chế độ:
+ Gồm các switch cho phép ngƣời dùng thiết lập các chế độ tùy chọn nhƣ: Chọn
dòng điện chạy qua động cơ, điều chỉnh độ rộng góc bƣớc

-

Khối Driver động cơ:
+ Sử dụng IC TB6560 điều khiển hoạt động cử động cơ bƣớc.
+ Gồm 4 chân: A+, A-, B+, B- cho phép kết nối với 4 đầu dây của động cơ bƣớc
lƣỡng cực.

Hình 4 Module TB6560 3A

Trang 6

download by :


Đồ Án Điều Khiển Tự Động

Cao Đẳng Cơng Thƣơng TP.HCM

Hình 5 Sơ đồ đấu dây Động cơ bước với Module TB6560 3A

2.3.2. Động cơ điều khiển băng tải

Hình 6 Động cơ DC
Thông số kĩ thuật:
Trang 7

download by :


Đồ Án Điều Khiển Tự Động

Cao Đẳng Công Thƣơng TP.HCM

 Điện áp:Định mức: 24VDC
 Hoạt động: 12VDC - 24VDC
 Tốc độ:Khi khơng t ải: 134 vịng/60s

 Khi có tải: 83 vòng/ 60s
 Tỷ lệ giảm tốc: 1/40
 Momen:Định mức: 7,5 kgf.cm
 Xoắn tối đa: 13 kgf.cm
 Cơng suất: 12W
 Kích thƣớc:Dài: 10Cm
 Rộng: 6Cm
 Cao: 2Cm
 Khoảng cách lỗ bắt ốc: 4Cm
 Đƣờng kính động cơ: 3,6Cm
 Đƣờng kính trục động cơ: 8mm
 Chiều dàu động cơ: 4,4Cm

2.3.3. Động cơ bơm nƣớc

Hình 7 Máy bơm DC 3.7 MB370

Trang 8

download by :


Đồ Án Điều Khiển Tự Động

Cao Đẳng Công Thƣơng TP.HCM

Thông Số Kỹ Thuật:
-Điện áp:DC 3.7-6V
-Dòng điện:150mA
-Áp suất:400-650 mmHg

-Trọng lƣợng:65g
2.3.4. Động cơ điều khiển mâm xoay

Hình 8 Động cơ DC 24V có hộp số
ng số kỹ thuật:
Mẫu: PG42-775
Điện áp hoạt động: 12-24V
Tỷ lệ giảm: 91:1
Điện áp định mức: 24V
Vòng quay 24V mỗi phút: 90/ phút

Trang 9

download by :

Thô


Đồ Án Điều Khiển Tự Động

Cao Đẳng Công Thƣơng TP.HCM

2.3.5. Động cơ điều khiển đóng nắp

Hình 9 Động cơ bước

Bƣớc Góc
Điện trở
Bền điện mơi
Nhiệt độ mơi trƣờng

Nhiệt độ
Runout
Runout trục
Giai đoạn
Cơng suất
Cảm kháng
Mơ-men xoắn tĩnh tối đa
Moment qn tính
)Kích thƣớc thân
Kích thƣớc trục
Đƣờng kính trục
Dây

1.8o ± 5%
500VDC/100MΩ/Min
50Hz/minute | 500V/Min
20oC ~ + 50oC
80oC Max
0.0.mm Max
0.1-0.3mm
4 Giai đoạn
4A
3.5mH
2.5(kg.cm)
2700(g.cm2)
76mm
34mm
12.7/14 mm (tùy chọn) với rãnh then
Dây màu đỏ -A,Dây màu vàng –B,
Dây màu xanh lá cây –C,Dây màu xanh dƣơng -D

Bảng 2 Thông số động cơ bước

2.3.6.Động cơ bƣớc điều khiển đóng nắp
Trang 10

download by :


Đồ Án Điều Khiển Tự Động

Cao Đẳng Cơng Thƣơng TP.HCM

Hình 10 Motor 755 trục dài 24V

Thông Số Kỹ Thuật:
+ Khoảng điện áp hoạt động 6 - 24V DC
+ Motor có đƣờng kính thân 46.5mm, chiều dài 60mm, đƣờng kính trục 5mm, chiều dài
trục 25mm.
+ Khối lƣợng: 350 grams
+ Tốc độ và dịng khi hoạt động khơng tải: 8000RPM, dịng khơng tải 0.18A
+ Dòng khởi động: >4A

Trang 11

download by :


Đồ Án Điều Khiển Tự Động

Cao Đẳng Công Thƣơng TP.HCM

Chƣơng 3. THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG
3.1. Mơ hình tổng thể

Trang 12

download by :


Đồ Án Điều Khiển Tự Động

Cao Đẳng Công Thƣơng TP.HCM

3.2. Sơ đồ nối dây

Trang 13

download by :


Đồ Án Điều Khiển Tự Động

Cao Đẳng Công Thƣơng TP.HCM

Trang 14

download by :

Đồ Án Điều Khiển Tự Động

Cao Đẳng Công Thƣơng TP.HCM

3.3.Thiết kế và thi cơng mơ hình

Khối nút

Động cơ

nhấn

Cảm biến
tiệm cận

bơm nƣớc

Động cơ

PLC S7-1200

điều khiển mâm xoay

Động cơ
Module

điều khiển đóng nắp

TB6560 3A
Động cơ

điều khiển băng tải
Động cơ
bƣớc
Hình 111 Sơ đồ khối của mơ hình

Trang 15

download by :