ĐỒ án THIẾT kế hệ THỐNG cơ điện tử đề tài THIẾT kế hệ THỐNG PHÂN LOẠI sản PHẨM THEO CHIỀU CAO và HÌNH DẠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
THEO CHIỀU CAO VÀ HÌNH DẠNG

Giảng viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện
MSSV
Lớp

Hà Nội, 2021

TIEU LUAN MOI download :


Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử

GVHD: TS. HOÀNG SỸ TUẤN

LỜI MỞ ĐẦU
Xã hội ngày càng phát triển, nhu cầu vật chất và tinh thần của con người ngày càng cao,
vì thế bài tốn về cung – cầu đang được các nhà sản xuất tìm cách giải quyết. Tự động hóa
trong dây chuyền sản xuất là một phương án tối ưu, nó địi hỏi sự nhanh chóng, chính xác và
giảm thiểu được nhân cơng lao động. Q trình sản xuất càng được tự động hóa cao càng
nâng cao năng suất sản xuất giảm chi phí tăng tính cạnh tranh cho các doanh nghiệp.

Xét điều kiện cụ thể ở nước ta trong cơng cuộc cơng nghiệp hóa hiện đại hóa sử

dụng ngày càng nhiều thiết bị hiện đại để điều khiển tự động các q trình sản xuất, gia
cơng, chế biến sản phẩm…Điều này dẫn tới việc hình thành các hệ thống sản xuất linh
hoạt, cho phép tự động hóa ở mức độ cao đối với sản xuất hàng loạt nhỏ và loạt vừa trên
cơ sở sử dụng các máy CNC, robot cơng nghiệp. Trong đó có một khâu quan trọng ảnh
hưởng đến chất lượng hàng hóa bán ra là hệ thống phận loại sản phẩm.
Đồ án Thiết kế hệ thống Cơ điện tử với đề tài “Thiết kế hệ thống phân loại sản
phẩm theo chiều cao” được nghiên cứu nhằm củng cố kiến thức cho sinh viên, đồng thời
giúp cho học sinh sinh viên thấy được mối liên hệ giữa những kiến thức đã học ở trường
với những ứng dụng bên ngồi thực tế. Đề tài có nhiều ứng dụng quan trọng trong nhiều
lĩnh vực như vận chuyển sản phẩm, đếm sản phẩm và phân loại sản phẩm. Với hệ thống
tự động hóa này chúng ta có thể giảm thiểu nhân cơng đi kèm với giảm chi phí sản xuất.
Do kiến thức còn hạn hẹp và thời gian thực hiện khơng nhiều nên trong q trình thực
hiện sẽ khơng tránh khỏi những thiếu sót. Đề tài rất mong được sự góp ý của q thầy cơ.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Hoàng Sỹ Tuấn đã hướng dẫn tận tình, tạo nhiều
điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình thực hiện đề tài này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 15 tháng 03 năm 2021

Sinh viên thực hiện
Nguyễn Duy Minh

SVTH: Nguyễn Duy Minh – CN Cơ điện tử 02 – K61

TIEU LUAN MOI download :


Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử

GVHD: TS. HOÀNG SỸ TUẤN

Mục Lục
LỜI MỞ ĐẦU..................................................................................................................2
CHƯƠNG 1....................................................................................... Error! Bookmark not defined.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM........Error! Bookmark not
defined.
1.1 Khái niệm và ứng dụng...................................................... Error! Bookmark not defined.
1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao...................... Error!
Bookmark not defined.
CHƯƠNG 2....................................................................................... Error! Bookmark not defined.
CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG........Error! Bookmark not defined.
2.1 Băng tải..................................................................................... Error! Bookmark not defined.
2.2 Bộ truyền xích........................................................................ Error! Bookmark not defined.
2.3 Piston xy lanh......................................................................... Error! Bookmark not defined.
2.4 Các loại cảm biến.................................................................. Error! Bookmark not defined.
2.4.1 Cảm biến quang............................................................ Error! Bookmark not defined.
2.4.2 Cảm biến tiệm cận....................................................... Error! Bookmark not defined.
2.5 Động cơ.................................................................................... Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 3....................................................................................... Error! Bookmark not defined.
TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ KHÍ............Error! Bookmark not defined.
3.1 Hệ thống băng tải............................................................. Error! Bookmark not defined.
3.2 Tính các thơng số hình, động học băng tải..................Error! Bookmark not defined.
3.3 Tính lực kéo băng................................................................. Error! Bookmark not defined.
3.4 Tính trục tang chủ, bị động/ con lăn.............................. Error! Bookmark not defined.
3.5 Tính chọn động cơ................................................................ Error! Bookmark not defined.
3.6 Tính tốn chọn bộ truyền ngồi....................................... Error! Bookmark not defined.
3.7 Rulo băng tải........................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.8 Chọn ổ lăn........................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.9 Tính tốn chọn kết cấu khung băng tải....................Error! Bookmark not defined.
3.8 Bộ phận cấp phôi.................................................................. Error! Bookmark not defined.

3.9 Bộ phận phân loại phôi....................................................... Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 4....................................................................................... Error! Bookmark not defined.
THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG TRÊN PHẦN MỀM CATIA . Error! Bookmark
not defined.
SVTH: Nguyễn Duy Minh – CN Cơ điện tử 02 – K61

TIEU LUAN MOI download :

3


Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử

GVHD: TS. HOÀNG SỸ TUẤN

4.1 Giới thiệu tổng quan phần mềm Catia..........................Error! Bookmark not defined.
4.2 Mơ hình các thành phần cơ bản của hệ thống............Error! Bookmark not defined.
4.2.1 Hệ thống giá đỡ xy lanh và cảm biến...................Error! Bookmark not defined.
4.2.2 Hệ thống băng tải......................................................... Error! Bookmark not defined.
4.2.3 Cốc đựng phôi............................................................... Error! Bookmark not defined.
4.2.4 Máng trượt phôi............................................................ Error! Bookmark not defined.
4.2.5 Xylanh.............................................................................. Error! Bookmark not defined.
4.2.6 Cảm biến.......................................................................... Error! Bookmark not defined.
4.2.7 Trục tang.......................................................................... Error! Bookmark not defined.
4.2.8 Động cơ............................................................................ Error! Bookmark not defined.
4.3 Tổng quan hệ thống phân loại sản phẩm......................Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 5......................................................................................................................6
CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN..............................................6
5.1 Tổng quan về PLC...................................................................................................6
5.1.1 Giới thiệu chung................................................................................................6

5.1.2 Tổng quan về bộ điều khiển logic khả trình PLC..............................................6
5.1.3 Ưu, nhược điểm khi lập trình hệ thống điều khiển PLC....................................9
5.1.4 Cấu trúc PLC.....................................................................................................9
5.1.5 Cấu trúc bên trong cơ bản của PLC................................................................. 10
5.2 Bộ điều khiển input................................................................................................ 11
5.2.1 PLC Siemens S7 1200, CPU 1214C DC/DC/DC 6ES7214-1AG40-0XB0.....11
5.2.2 Cảm biến quang tiệm cận................................................................................ 13
5.2.3 Cảm biến từ xy lanh........................................................................................ 14
5.2.4 Nút dừng khẩn cấp.......................................................................................... 14
5.3 Các thiết bị out put................................................................................................. 15
5.3.1 Động cơ điện 1 chiều....................................................................................... 15
5.3.2 Đèn báo chỉ thị................................................................................................ 15
5.3.3 Van điện từ Airtac............................................................................................ 16
CHƯƠNG 6.................................................................................................................... 17
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN....................................................................... 17
6.1 Bảng khai báo các biến.......................................................................................... 17
6.1.1 Input, Output................................................................................................... 17
SVTH: Nguyễn Duy Minh – CN Cơ điện tử 02 – K61

TIEU LUAN MOI download :

4


Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử

GVHD: TS. HOÀNG SỸ TUẤN

6.1.2
6.2 Sơ đồ đấu dây PLC ..................................................................................................

6.2.1
6.2.2
6.2.3
6.3
6.4
6.5
CHƯƠNG 7 ......................................................................
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .....................
7.1
7.2
7.3
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................

SVTH: Nguyễn Duy Minh – CN Cơ điện tử 02 – K61

TIEU LUAN MOI download :


Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử

GVHD: TS. HOÀNG SỸ TUẤN
CHƯƠNG 5

CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
5.1 Tổng quan về PLC
5.1.1 Giới thiệu chung
- Thiết bị điều khiển lập trình đầu tiên đã được thiết kế lần đầu tiên cho ra đời năm 1968
(Công ty General Motor -Mỹ). Tuy nhiên, hệ thống này còn khá đơn giản và cồng kềnh,
người dùng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống. Vì vậy các nhà thiết kế

từng bước cải tiến hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành, nhưng việc lập trình cho hệ
thống cịn gặp nhiều khó khăn, lúc này khơng có các thiết bị lập trình ngoại vi hỗ trợ cho
cơng việc lập trình.
- Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiến lập trình cầm tay đầu tiên được ra
đời năm 1969. Điều này đã tạo ra một sự phát triển thật sự cho kỹ thuật điều khiển lập
trình. Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình PLC chỉ đơn giản nhằm thay
thế hệ thống rơ-le và dây nối trong hệ thống cổ điển. Qua quá trình vận hành, các nhà
thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, tiêu chuẩn đó là:
Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang. Trong những năm đầu tiên của thập niên 1970,
những hệ thống PLC cịn có thêm khả năng vận hành với những thuật toán hỗ trợ, “vận
hành với các dữ liệu cập nhật”. Do sự phát triển của loại màn hình dùng cho máy tính,
nên việc giao tiếp giữa người điều khiển và lập trình cho hệ thống ngày càng trở nên
thuận tiện hơn.
- Sự phát triển của hệ thống phần cứng và phần mềm từ năm 1975 cho đến nay đã làm
cho hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức năng mở rộng: hệ thống ngõ
vào/ra có thể tăng thêm 800 cổng vào/ra, dung lượng bộ nhớ chương trình tăng lên hơn
128.000 từ bộ nhớ. Ngồi ra cịn có kỹ thuật kết nối với các hệ thống PLC riêng lẻ. Tốc
độ xử lý của hệ thống được cải thiện, chu kì quét nhanh hơn làm cho hệ thống PLC xử lý
tốt hơn với những chức năng phức tạp, số lượng cổng vào/ra lớn.
-Trong tương lai hệ thống PLC không chỉ giao tiếp với các hệ thống khác thông qua
CIM để điều khiển các hệ thống: Robot, Cad/Cam ... và các loại PLC với các chức năng
điều khiển “thông minh” còn gọi là các siêu PLC.
5.1.2 Tổng quan về bộ điều khiển logic khả trình PLC
- Khái niệm về PLC

PLC là các chữ được viết tắt từ “ Programmable Logic Controller “. Theo hiệp hội quốc
gia về sản xuất điện Hoa Kỳ thì PLC là một thiết bị điều khiển mà được trang bị các chức
năng logic, tạo dãy xung, đếm thời gian, đếm xung và tính tốn cho phép điều khiển
nhiều loại máy móc và các bộ xử lý. Các chức năng đó được đặt trong bộ nhớ mà tạo lập
sắp xếp theo chương trình. Khái niệm ngắn gọn hơn, PLC là một máy tính cơng nghiệp

để thực hiện một dãy quá trình.
SVTH: Nguyễn Duy Minh – CN Cơ điện tử 02 – K61

TIEU LUAN MOI download :


Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử

GVHD: TS. HOÀNG SỸ TUẤN

- Giới thiệu về PLC

PLC được sử dụng để điều khiển dây chuyền, thiết bị công nghiệp riêng lẻ (Rơ-le, timer,
contactor ...) hoặc kết hợp với nhau tuỳ theo mức độ yêu cầu thành một hệ thống điện
điều khiển đáp ứng được bài tốn cơng nghệ đặt ra.
- Công việc này diễn ra khá phức tạp trong thi cơng vì phải thao tác chủ yếu trong việc
đấu nối, lắp đặt mất khá nhiều thời gian mà hiệu quả lại khơng cao vì một thiết bị có thể
cần được lấy tín hiệu nhiều lần mà số lượng lại rất hạn chế, bởi vậy lượng vật tư là rất
nhiều đặc biệt trong quá trình sửa chữa bảo trì, hay cần thay đối quy trình sản xuất gặp
rất nhiều khó khăn và mất rất nhiều thời gian trong việc tìm kiếm hư hỏng và đi lại dây
bởi vậy năng suất lao động giảm đi rõ rệt.
- Với những nhược điểm trên các nhà khoa học, nhà nghiên cứu đã nỗ lực để tìm ra một
giải pháp điều khiển tối ưu nhất đáp ứng mong mỏi của ngành công nghiệp hiện đại đó là
tự động hố q trình sản xuất làm tăng sức lao động, giúp người lao động không phải
làm việc ở những khu vực nguy hiểm, độc hại mà năng suất lao động lại tăng cao gấp
nhiều lần.
- Một hệ thống điều khiển ưu việt mà phải chọn để điều khiển cho ngành công nghiệp
hiện đại cần phải hội tụ đủ các yếu tố sau: Tính tự động cao, kích thước và khối lượng
nhỏ gọn, giá thành hạ, dễ thi công, sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định linh hoạt...
- Từ đó, hệ thống PLC ra đời đầu tiên năm 1968. Tuy nhiên hệ thống còn khá đơn giản và

cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống, vì vậy qua
nhiều năm cải tiến và phát triển không ngừng khắc phục những nhược điểm cịn tồn tại
để có được bộ điều khiển PLC như ngày nay. Từ đó đã giải quyết được các vấn đề nêu
trên với các ưu việt như sau:
+ Là bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật tốn điều khiển.
+ Có khả năng mở rộng các module vào ra khi cần thiết.
+ Ngơn ngữ lập trình dễ hiểu thích hợp với nhiều đối tượng lập trình.
+ Có khả năng chống nhiễu với độ tin cậy cao và có rất nhiều ưu điểm khác.
+ Có khả năng truyền thơng đó là trao đổi thơng tin với mơi trường xung quanh
như với máy tính, các PLC khác, các thiết bị giám sát, điều khiển...
- Hiện nay trên thế giới có nhiều hãng PLC khác nhau cùng phát triển như hãng
Omron, Misubishi, Hitachi, ABB, Siemens,...đều có chung một nguyên lý cơ bản, tuy
nhiên có vài điểm khác biệt phù hợp với từng ngành.
- Lợi ích của việc sử dụng PLC
Cùng với sự phát triển của phần cứng lẫn phần mềm, PLC ngày càng tăng được các tính
năng cũng như lợi ích trong hoạt động công nghiệp. Kích thước của PLC hiện nay được
thu nhỏ lại để bộ nhớ và số lượng I/O nhiều hơn, các ứng dụng của PLC mạnh hơn nâng
cao khả năng giải quyết được nhiều vấn đề phức tạp trong điều khiển hệ thống.
Lợi ích đầu tiên của PLC là hệ thống điều khiển chỉ cần lắp đặt một lần (đối với sơ đồ hệ
thống, các đường nối dây, các tín hiệu ở ngõ vào/ra...), mà khơng phải thay đổi kết cấu của
hệ thống sau này, giảm được sự tốn kém khi phải thay đổi lắp đặt khi đổi thứ tự điều khiển
(đối với hệ thống điều khiển rơ-le...) khả năng chuyển đổi hệ điều khiển cao hơn
SVTH: Nguyễn Duy Minh – CN Cơ điện tử 02 – K61

TIEU LUAN MOI download :


Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử

GVHD: TS. HỒNG SỸ TUẤN

(như giao tiếp giữa các PLC để ln truyền dữ liệu điều khiển lẫn nhau), hệ thống
điều khiển linh hoạt hơn.
Khơng như các hệ thống cũ, PLC có thể dễ dàng lắp đặt do chiếm một khoảng không
gian nhỏ hơn nhưng điều khiển nhanh, nhiều hơn các hệ thống khác. Điều này thuận lợi
hơn đối với các hệ thống điều khiển lớn, phức tạp, và quá trình lắp đặt hệ thống PLC ít
tốn thời gian hơn các hệ thống khác. Có thể nhận biết các vấn đề trong hệ thống của
PLC nhờ giao diện qua màn hình máy tính (một số PLC thế hệ sau có thể nhận biết và
thông báo trực tiếp cho người sử dụng).
Tiêu chuẩn hố các chức năng chính của PLC trong các hệ điều khiển gồm :
- Điều khiển chuyên gia giám sát:
+ Thay thế cho điều khiển rơ-le.
+ Thay thế cho các Panel điều khiển, mạch in.
+ Điều khiển tự động, bán tự động bằng tay, các máy và các quá trình.
+ Có các khối điều khiển thơng dụng (thời gian, bộ đếm).
- Điều khiển dãy:
+ Các phép toán số học.
+ Cung cấp thơng tin.
+ Điều khiển liên tục các q trình (nhiệt độ, áp suất...).
+ Điều khiển động cơ chấp hành.
+ Điều khiển động cơ bước.
- Điều khiển mềm dẻo:
+ Điều hành quá trình báo động.
+ Phát hiện lỗi khi chạy chương trình.
+ Ghép nối với máy tính (RS232/ RS485).
+ Thực hiện mạng tự động hố xí nghiệp.
+ Mạng cục bộ.
+ Mạng mở rộng.
- Một số lĩnh vực tiêu biểu sử dụng PLC:
Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất trong công

nghiệp và dân dụng. Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ thống đơn giản, chỉ có khả
năng đóng mở (ON/OFF) thơng thường đến các ứng dụng cho các lĩnh vực phức tạp, địi
hỏi tính chính xác cao, ứng dụng các thuật toán trong sản xuất. Các lĩnh vực tiêu biểu
ứng dụng PLC hiện nay bao gồm:
+ Hóa học và dầu khí: định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiến hệ thống dẫn
+ Chế tạo máy và sản xuất: Tự động hóa trong chế tạo máy, đo đạc, quá trình lắp
đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại...
+ Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: Phân loại sản phấm, đếm sản phẩm, kiểm tra sản
phẩm.
+ Kim loại: Điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), quy trình sản xuất, kiểm
tra chất lượng.
+ Năng lượng: Điều khiển nguyên liệu (cho quá trình đốt, xử lý các tuabin ...)
các trạm cần hoạt động tuần tự khai thác vật liệu một cách tự động (than, gỗ, dầu mỏ).
SVTH: Nguyễn Duy Minh – CN Cơ điện tử 02 – K61

TIEU LUAN MOI download :


Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử

GVHD: TS. HỒNG SỸ TUẤN

5.1.3 Ưu, nhược điểm khi lập trình hệ thống điều khiển PLC
-Ưu điểm của PLC:
Từ thực tế sử dụng thấy rằng PLC có những điểm mạnh như sau:
+ Chương trình PLC dễ thay đổi và sửa chữa: Chương trình tác động đến bên
trong bộ PLC có thể được lập trình thay đổi bằng xem xét việc thực hiện và giải quyết tại
chỗ những vấn đề liên quan đến sản xuất. Người lập trình PLC được trang bị các cơng cụ
phần mềm hỗ trợ để tìm ra lỗi, từ đó sửa chữa thay thế hay theo dõi được cả phần cứng và
phần mềm dễ dàng hơn. Chỉ cần thay đổi phần mềm sẽ có thể tạo nên hệ thống tối ưu mà

các hệ điều chỉnh trước khơng có được.
+ Dễ dàng nối mạch và thiết lập hệ thống: Với chi phí rất lớn cho việc hàn mạch
hay nối mạch trong cấp điều khiển rơ-le, thì ở PLC những cơng việc đó đơn giản được
thực hiện bởi chương trình.
+ Các tín hiệu đưa ra từ bộ PLC có độ tin cậy cao hơn so với các tín hiệu được cấp
từ bộ điều khiển bằng rơ-le.
+ Với hệ thống điều khiển dùng PLC vừa có thể tiến hành hiệu chỉnh sửa chữa mà
hệ thống vẫn làm việc, tức là vẫn đảm bảo dây chuyền cơng nghệ khơng bị dừng, vì vậy
cho phép hiệu chỉnh để đạt được kết quả hiệu chỉnh là tối ưu.
- Nhược điểm của PLC:
+ Do chưa tiêu chuẩn hố nên mỗi cơng ty sản xuất ra PLC đều đưa ra các
ngơn ngữ lập trình khác nhau, dẫn đến thiếu tính thống nhất về hợp thức hố.
+ Trong các mạch điều khiển với quy mô nhỏ, giá của một bộ PLC đắt hơn khi
sử dụng bằng phương pháp rơ-le.
+ Dòng đầu ra của PLC thường nhỏ hơn 500 mA. Nên khi đấu nối với các thiết
bị công suất lớn thường phải sử dụng thiết bị trung gian là rơ-le.
+ Để thực hiện lập trình được chương trình điều khiển bắt buộc phải có máy tính
hoặc máy lập trình đi kèm với cáp chuẩn hóa.
5.1.4 Cấu trúc PLC
Hệ thống PLC thơng dụng có 5 bộ phận cơ bản, gồm bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao
diện nhập/ xuất (I/O), và thiết bị lập trình.

Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc PLC
- Bộ xử lý của PLC

Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chứa bộ vi xử lý, biên dịch
các tín hiệu nhập và thực hiện các hoạt động điều khiển theo chương trình được lưu động
SVTH: Nguyễn Duy Minh – CN Cơ điện tử 02 – K61

TIEU LUAN MOI download :

Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử

GVHD: TS. HOÀNG SỸ TUẤN

trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu hoạt động đến các
thiết bị xuất.
- Bộ nguồn
Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp DC (5V) cần thiết cho
bộ xử lý và các mạch điện có trong các module giao diện nhập và xuất.
- Bộ nhớ
Bộ nhớ là nơi lưu chương trình được sử dụng cho các hoạt động điều khiển, dưới sự kiểm tra
của bộ vi xử lý.Trong hệ thống PLC có nhiều loại bộ nhớ : Bộ nhớ chỉ để đọc ROM cung
cấp dung lượng lưu trữ cho hệ điều hành và dữ liệu cố định được CPU sử dụng, bộ nhớ truy
cập ngẫu nhiên RAM dành cho chương trình của người dùng. Bộ nhớ chỉ đọc có thể xố và
lập trình được là các ROM có thể được lập trình, sau đó các chương trình này được thường
trú trong ROM. Tồn bộ chương trình điều khiển được nhớ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng
các khối chương trình và được thực hiện theo chu kỳ vòng quét.
Như vậy, PLC thực chất hoạt động như một máy tính cá nhân nghĩa là phải có bộ vi xử
lý, hệ điều hành, bộ nhớ để lưu giữ chương trình điều khiển, dữ liệu, có cổng vào ra đế
giao tiếp với các thiết bị bên ngồi. Bên cạnh đó PLC cịn có các bộ Counter, Timer để
phục vụ bài toán điều khiển.
5.1.5 Cấu trúc bên trong cơ bản của PLC
Cấu trúc cơ bản bên trong của PLC bao gồm bộ xử lý trung tâm (CPU) chứa bộ vi xử lý
hệ thống, bộ nhớ, và mạch nhập/ xuất. CPU điều khiển và xử lý mọi hoạt động bên trong
của PLC. Bộ xử lý trung tâm được trang bị đồng hồ có tần số trong khoảng từ 1 đến 8
MHz. Tần số này quyết định tốc độ vận hành của PLC, cung cấp chuẩn thời gian và
đồng bộ hóa tất cả các thành phần của hệ thống. Thông tin trong PLC được truyền dưới
dạng các tín hiệu digital.

Cấu hình CPU tùy thuộc vào bộ vi xử lý. Nói chung CPU có:
- Bộ thuật toán và logic (ALU) chịu trách nhiệm xử lý dữ liệu, thực hiện các phép toán số
học (cộng, trừ, nhân, chia) và các phép toán logic AND, OR, NOT, EXCLUSIVE – OR.
- Bộ nhớ còn gọi là các thanh ghi, bên trong bộ vi xử lý, được sử dụng để lưu trữ thông
tin liên quan đến sự thực thi của chương trình.
- Bộ điều khiển được sử dụng để điều khiển chuẩn thời gian của các phép toán. Bộ nhớ:
Trong hệ thống PLC có nhiều loại bộ nhớ như: Bộ nhớ chỉ để đọc (ROM), bộ nhớ truy
cập ngẫu nhiên (RAM), bộ nhớ chỉ đọc có thể xố và lập trình được (EPROM). Các loại
bộ nhớ này đã được trình bày ở trên.

SVTH: Nguyễn Duy Minh – CN Cơ điện tử 02 – K61

TIEU LUAN MOI download :


Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử

GVHD: TS. HOÀNG SỸ TUẤN

5.2 Bộ điều khiển input
5.2.1 PLC Siemens S7 1200, CPU 1214C DC/DC/DC 6ES7214-1AG40-0XB0

-

PLC S7 – 1200 là một dịng PLC mới của hãng SIEMENS, với tính năng nổi
bật là đơn giản nhưng có độ chính xác cao. PLC S7-1200 ra đời năm 2009
nhằm thay thế S7-200. Nó được giới tự động hóa đánh giá cao và u thích

SVTH: Nguyễn Duy Minh – CN Cơ điện tử 02 – K61

TIEU LUAN MOI download :


Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử

GVHD: TS. HỒNG SỸ TUẤN

bởi vì S7-1200 đã khắc phục những nhược điểm của S7-200 một cách
hồn hảo.
Dịng PLC Siemens S7 1200 là thiết bị tự động hóa đơn giản nhưng có độ
chính xác cao và tốc độ xử lý nhanh. Nó được thiết kế dạng module nhỏ gọn,
linh hoạt, phù hợp cho một loạt các ứng dụng.
PLC S7 1200 của hãng Siemens có một giao diện truyền thơng mạnh mẽ
đáp ứng tiêu chuẩn cao nhất của truyền thông công nghiệp và đầy đủ các tính
năng cơng nghệ mạnh mẽ tích hợp sẵn làm cho nó trở thành một giải pháp tự
động hóa hồn chỉnh và tồn diện.
Các thơng số kỹ thuật cơ bản :
+ Input : 14
+ Output : 10
+ Nguồn cấp 1 chiều: 20.8- 28.8V DC
+ Bộ nhớ chương trình/ dữ liệu : 100 KB
+ Kích thước (WxHxD) : 110 x 100 x 75mm
+ Khối lượng : 415g
+ 2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP
+ Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện
áp 24 VDC
+ Bổ sung 4 cổng Ethernet

-

-

-

-

Lí do lựa chọn thiết bị:
+ Bộ điều khiển gọn nhẹ có dải hiệu suất từ thấp đến trung bình,
chi phí thấp.
+ Tích hợp Web Server hỗ trợ các ứng dụng vừa và nhỏ cho các giải
pháp IoT thêm hoàn hảo.
+ Thích hợp cho các ứng dụng như hệ thống băng tải, thang máy và
thang cuốn, vật liệu, thiết bị giao thơng vận tải, cơ khí máy móc,
máy đóng gói,…
+ Kết nối Module truyền thông rời, tăng khả năng giao tiếp với nhiều
thiết bị khác nhau.
+ Bộ điều khiển PLC tích hợp giao diện điều khiển PROFINET IO để
truyền thơng giữa bộ điều khiển SIMATIC, HMI, thiết bị lập trình,
các thành phần tự động khác.
+ Có thể mở rộng bộ điều khiển bằng các module tín hiệu I/O.

SVTH: Nguyễn Duy Minh – CN Cơ điện tử 02 – K61

TIEU LUAN MOI download :


Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử

GVHD: TS. HOÀNG SỸ TUẤN

5.2.2 Cảm biến quang tiệm cận

Cảm biến quang tiệm cận E3F-DS30C4
Các thông số kĩ thuật cơ bản:
- Nguồn cấp: 6-36VDC.
- Dòng điện: 300mA.
- Khoảng cách: 3-30cm.
- Đầu ra NPN.
- Nhiệt độ: -40°C tới 70°C.
- Chiều dài dây: 1m.
- Gồm 3 dây: VCC, GND, OUT.
Chức năng trong hệ thống:
- Sử dụng tính chất phản xạ ánh sáng để nhận biết vị trí của vật.
- Nhận biết chiều cao và vị trí của phơi trên băng tải và gửi tín hiệu vào input PLC.
* Lí do chọn thiết bị:
Có 2 loại cảm biến tiệm cận cơng nghiệp chính là:
- Cảm biến tiệm cận từ: Phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện từ và
chỉ phát hiện được vật kim loại.
- Cảm biến tiệm cận điện dung: Phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện
dung tĩnh điện, có thể phát hiện được nhiều vật liệu khác nhau.Mặc dù cảm biến
tiệm cận từ chỉ phát hiện được các vật kim loại nhưng được ứng dụng rộng rãi
trong công nghiệp với đặc điểm ít bị nhiễu do tác động bên ngoài hơn và giá
thành của những cảm biến này rẻ hơn cảm biến điện dung.
- E3F-DS30C4 là một bộ truyền và nhận bằng bộ cảm biến quang điện. Cảm biến có
chức năng phát hiện khoảng cách do sự phản quang ánh sáng hồng ngoại, khoảng
cách phát hiện có thể được điều chỉnh theo yêu cầu. Thiết bị giá rẻ, dễ lắp ráp, tính
năng dễ sử dụng, có thể được sử dụng trong robot tránh chướng ngại vật, nhận
diện vật chuyển động và nhiều sản phẩm tự động hóa khác.

SVTH: Nguyễn Duy Minh – CN Cơ điện tử 02 – K61

TIEU LUAN MOI download :


Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử

GVHD: TS. HOÀNG SỸ TUẤN

5.2.3 Cảm biến từ xy lanh

Cảm biến từ xylanh SMC-D-A93L

Các thông số kĩ thuật cơ bản:
- Điện áp tải: 24VDC.
- Dòng điện: 2,5-40mA.
- Dòng điện tiêu hao: 0,8mA hoặc thấp hơn.
- Điện áp sụt giảm: 2,4V hoặc thấp hơn.
+
- Gồm 2 dây: OUT , OUT .
- Chức năng trong hệ thống:
- Sử dụng sự biến thiên của từ trường đi qua cuộn cảm để phát hiện các vật thể kim
loại.
- Gửi tín hiệu báo hết hành trình của xylanh khí nén về input PLC.
5.2.4 Nút dừng khẩn cấp

Hình 3.10 Nút dừng khẩn cấp

Các thông số kĩ thuật cơ bản:
- Độ bền điện môi: 2000VAC/min.
- Chỉ số kháng: Min 100MΩ.

- Dao động độ bền: 10-55Hz (độ bền kép 3mm).
- Kích thước: 25mm.
SVTH: Nguyễn Duy Minh – CN Cơ điện tử 02 – K61

TIEU LUAN MOI download :


Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử

GVHD: TS. HOÀNG SỸ TUẤN

Độ bền:
+ Cơ: 1 triệu lần.
+ Điện: 100000 lần.
Chức năng trong hệ thống:
- Sử dụng để ngắt cả mạch lực và mạch điều khiển.
-

5.3 Các thiết bị out put
5.3.1 Động cơ điện 1 chiều

Động cơ điện một chiều

5.3.2 Đèn báo chỉ thị

Đèn LED báo chỉ thị
SVTH: Nguyễn Duy Minh – CN Cơ điện tử 02 – K61

TIEU LUAN MOI download :

Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử

GVHD: TS. HỒNG SỸ TUẤN

Các thơng số kĩ thuật cơ bản:
- Nguồn cấp: 24VDC.
- Dịng điện: 20mA (hoạt động bình thường).
- Đường kính: 22mm.
- Chiều dài: 50mm.
- Chức năng trong hệ thống:
- Sử dụng ba màu đỏ, vàng, xanh để biểu thị cho các chế độ làm việc của hệ thống.
5.3.3 Van điện từ Airtac

Hình 3.17 Van điện từ Airtac 5/2

Các thơng số kĩ thuật cơ bản:
- Nguồn cấp: 24VDC.
- Dòng điện: 120mA.
- Công suất: 3W.
- Áp suất hoạt động: 0,15-0,8 Mpa.
- Loại van 5 cửa 2 vị trí.
- Sử dụng cuộn coil để kích từ và có độ bền cao.
- Chức năng trong hệ thống:
- Kích hoạt xylanh với 2 trạng thái.

SVTH: Nguyễn Duy Minh – CN Cơ điện tử 02 – K61

TIEU LUAN MOI download :

Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử

GVHD: TS. HOÀNG SỸ TUẤN
CHƯƠNG 6

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

6.1 Bảng khai báo các biến
6.1.1 Input, Output
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

SVTH: Nguyễn Duy Minh – CN Cơ điện tử 02 – K61

TIEU LUAN MOI download :


Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử

GVHD: TS. HOÀNG SỸ TUẤN
13
14
13
14
15
13
15
16

6.1.2 Các biến trung gian và timer

 Các biến trung gian M0, M1 là các biến kiểu Boolean có phạm vi giá trị là TRUE hoặc
FALSE

6.2 Sơ đồ đấu dây PLC
6.2.1 Tổng quan sơ đồ

SVTH: Nguyễn Duy Minh – CN Cơ điện tử 02 – K61

TIEU LUAN MOI download :


Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử

GVHD: TS. HOÀNG SỸ TUẤN

SVTH: Nguyễn Duy Minh – CN Cơ điện tử 02 – K61

TIEU LUAN MOI download :


Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử
6.2.2 Sơ đồ kết nối thiết bị đầu vào

6.2.3 Sơ đồ kết nối thiết bị đầu ra

SVTH: Nguyễn Duy Minh – CN Cơ điện tử 02 – K61

TIEU LUAN MOI download :


Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử

GVHD: TS. HỒNG SỸ TUẤN

6.3 Sơ đồ khí nén

SVTH: Nguyễn Duy Minh – CN Cơ điện tử 02 – K61

TIEU LUAN MOI download :


Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử

GVHD: TS. HỒNG SỸ TUẤN

6.4 Sơ đồ grafcet

 Giải thích sơ đồ thuật toán
- Khi nhấn nút Start động cơ băng tải bắt đầu hoạt động. Khi cảm biến 1 phát hiện

-

-

-

phôi trong cốc thì xy lanh 1 sẽ đẩy phơi ra băng tải. Cùng lúc đó cảm biến 2 sẽ
phát hiện phơi đó có phải là phơi hình lập phương hay khơng.
Khi xy lanh 1 ở cuối q trình đẩy ra sẽ tác động lên cảm biến 6, khi đó timer T1
sẽ đếm ngược thời gian để thu xy lanh 1 về. Xy lanh 1 lúc này có tác dụng như vật
chặn phôi đẩy xuống từ cốc đựng phôi.
Trong lúc timer T1 đếm ngược, phôi lúc này sẽ chạy đến cảm biến 3. Khi hết hợp
cả 2 điều kiện cảm biến 2+ cảm biến 3 tức phơi đó là hình lập phương thì xy lanh
2 sẽ đẩy phơi. Khi xy lanh 2 ở đầu hành trình thì cảm biến 7 sẽ nhận được tín hiệu
và ngắt điện cuộn van hút để xy lanh 2 thu về.
Khi timer T1 hoàn tất quá trình đếm ngược. Xy lanh 1 sẽ thu về và bắt đầu cấp
phơi tiếp tục q trình.
Tương tự với phơi trụ cao và phơi trụ trung bình. Phơi trụ thấp cịn lại sẽ trơi về
cuối băng truyền và trượt xuống máng.

SVTH: Nguyễn Duy Minh – CN Cơ điện tử 02 – K61

TIEU LUAN MOI download :


Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử

GVHD: TS. HOÀNG SỸ TUẤN

6.5 Code LAD trên Tia Portal

SVTH: Nguyễn Duy Minh – CN Cơ điện tử 02 – K61

TIEU LUAN MOI download :


Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử

GVHD: TS. HOÀNG SỸ TUẤN

SVTH: Nguyễn Duy Minh – CN Cơ điện tử 02 – K61

TIEU LUAN MOI download :


Đồ án Thiết kế hệ thống cơ điện tử

GVHD: TS. HOÀNG SỸ TUẤN

SVTH: Nguyễn Duy Minh – CN Cơ điện tử 02 – K61

TIEU LUAN MOI download :