Đồ án máy đóng nắp chai tự động điều khiển plc có bản vẽ kết cấu

LỜI NĨI ĐẦU
Hiện nay q trình tự động hóa trong công nghiệp là hết sức quan trọng đối với sự
phát triển của một quốc gia. Với các nước phát triển như Mỹ, Nhật…thì tự động hóa
khơng cịn xa lạ và đã trở nên quen thuộc. Ở các nước này máy móc hầu như đã thay thế
lao động chân tay, số lượng công nhân trong nhà máy đã giảm hẳn và thay vào đó là
những lao động chun mơn, những kỹ sư có tay nghề, điều khiển giám sát trực tiếp q
trình sản xuất thơng qua máy tính.
Là những sinh viên theo học chuyên ngành “cơ khí chế tạo máy” cùng những nhu
cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết của nền cơng nghiệp nước nhà, em muốn được nghiên
cứu và tìm hiểu những thành tựu khoa học mới để có nhiều cơ hội biết thêm về kiến
thức thực tế, củng cố kiến thức đã học, phục vụ tốt cho sự nghiệp cơng nghiệp hóa hiện
đại hóa. Vì những lý do trên em đã chọn đề tài: “Thiết kê chế tạo hệ thống đóng nắp
chai tự động”.
Đến với đồ án môn học Thiết kế hệ thống điều khiển tự động, chúng em đã cố gắng
vận dụng các kiến thức được học trên lớp đồng thời được sự chỉ dạy nhiệt tình của thầy
đã giúp chúng em hiểu rõ hơn được nhiều vấn đề chưa rõ để có thể hồn thành đồ án
này. Với vốn kiến thức có hạn, do đó trong quá trình tính tốn thiết kế khơng tránh khỏi
sai sót, chúng em rất mong nhận được sự chỉ dạy của thầy để chúng em có cơ hội hồn
thiện bản thân hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy !
Sinh viên thực hành
Nguyễn Trọng Bình
Lương Trung Kiên


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1
1.1.

Tổng quan về đề tài nghiên cứu
Tổng quan về tự động hóa quá trình sản xuất

Là dùng năng lượng phi sinh vật (cơ, điện, điện tử...) để thực hiện một phần
hay
tồn bộ q trình cơng nghệ mà ít nhiều khơng cần sự can thiệp của con người.
Tự động hóa là một q trình liên quan tới việc áp dụng các hệ thống cơ
khí, điện tử, máy tính để hoạt động, điều khiển sản xuất. Cơng nghệ này bao
gồm:






Những cơng cụ máy móc tự động.
Máy móc lắp ráp tự động.
Người máy cơng nghiệp.
Hệ thống vận chuyển và điều khiển vật liệu tự động
Hệ thống máy tính cho việc soạn thảo kế hoạch, thu thập dữ liệu và
ra quyết định để hỗ trợ sản xuất.

1.1.1. Phân loại tự động hóa
1.1.1.1. Tự động hóa cứng
Là một hệ thống trong đó một chuỗi các hoạt động (xử lý hay lắp ráp) cố
định trên một cấu hình thiết bị. Các ngun cơng này trong dây chuyền thường
đơn giản. Chính sự hợp nhất và phối hợp các nguyên công như vậy vào một thiết
bị làm cho hệ thống trở nên phức tạp. Những đặc trưng chính của tự động hóa
cứng:
 Đầu tư ban đầu cao cho những thiết kế theo đơn đặt hàng.
 Năng suất máy cao.
 Tương đối không linh hoạt trong việc thay đổi các thích nghi trong
thay đổi sản phẩm.

1.1.1.2. Tự động hóa lập trình
Thiết bị sản xuất được thiết kế với khả năng có thể thay đổi trình tự các
ngun cơng để thích ứng với những cấu hình sản phẩm khác nhau.
Chuỗi hoạt động có thể được điểu khiển bởi một chương trình, tức là một tập
lệnh được mã hóa để hệ thống đọc và diễn dịch chúng.
Những chương trình mới có thể đươc chuẩn bị và nhập vào thiết bị để tạo ra
sản
phẩm mới. Một vài đặc trưng của tự động hóa lập trình:







Đầu tư cao cho những thiết bị có mục đích tổng quát.
Năng suất tương đối thấp so với tự động hóa cứng.
Sự linh hoạt khi có sự thay đổi cấu hình trong sản phẩm mới.
Thích hợp nhất cho sản xuất hàng loạt.

Tự động hóa linh hoạt là sự mở rộng của tự động hóa lập trình được. Khái
niệm của tự động hóa linh hoạt đã được phát triển trong khoảng 25 đến 30 năm
vừa quá và những nguyên lý vẫn còn đang phát triển.
1.1.1.3. Tự động hóa linh hoạt
Là hệ thống tự động hóa có khả năng sản xuất ra nhiều sản phẩm khác
nhau mà hầu như không mất thời gian cho việc chuyển đổi từ sản phẩm này sang
sản phẩm khác. Không mất thời gian cho sản xuất hay cho lập trình lại và thay
thế các cài đặt vật lý(cơng cụ đồ gá, máy móc). Hiệu quả là hệ thống có thể lên
kế hoạch kết hợp sản xuất khác nhau thay vì theo từng loại riêng biệt. Đặc trưng
của tự động hóa linh hoạt có thể tóm tắt sau:

 Đầu tư cao cho thiết bị.
 Sản xuất liên tục những sản phẩm hỗn hợp khác nhau.
 Tấc độ sản xuất trung bình.
 Tính linh hoạt khi sản phẩm thay đổi thiết kế.
1.1.2. Tự động hóa trong thời đại hiện nay
Ngày nay nhiều nước tiên tiến trên thế giới đã có nhiều đường dây tự
động phân xưởng tự động và cả nhà máy tự động gia công các sản phẩm hàng
loạt lớn, hàng khối như vịng bi, pittơng ....
Để áp dụng tự động hóa vào sản xuất hàng loạt nhỏ và sản xuất đơn chiếc
khi mà số lượng chi tiết trong loạt ít mà chủng loại nhiều, người ta dùng máy
điều khiển theo chương trình số. Máy này cho phép điều chỉnh máy nhanh khi
chuyển sang gia công loạt chi tiết khác. Bước phát triển tiếp theo là sự xuất hiện
của trung tâm gia cơng mà đặc điểm của nó là có ổ trữ dụng cụ để thay thế theo
trình tự gia công.
Những năm gần đây trên thế giới đặc biệt là các nước tư bản có khuynh
hướng mạnh hệ thống sản xuất linh hoạt. Ưu điểm nổi bật của nó là hệ số sử
dụng thiết bị cao (85%) năng suất cao và tính linh hoạt rất cao. Nó được áp dụng
rộng rãi trong các ngành công nghiệp máy công cụ, máy ô tô, máy kéo và công
nghiệp hàng không...


Trong hệ thống sản xuất linh hoạt có thể áp dụng tự động hóa tồn bộ q trình
sản xuất từ công đoạn thiết kế tự động chi tiết, tự động thiết kế quy trình cơng
nghệ, thiết kế tự động chương trình gia cơng, tự động điều khiển q trình sản
xuất, tự động kiểm tra chất lượng sản phẩm... Đây là hình thức tự động hóa tiến
bộ nhất đưa lại hiệu quả kinh tế lớn.
1.1.3. Sự cần thiết của tự động hóa
Các công ty hỗ trợ các dự án về vấn đề tự động hóa vì nhiều lý do khác nhau.

 Nâng cao năng suất

Tự động hóa các q trình sản xuất hứa hẹn việc nâng cao năng suất lao
động. Điều này có nghĩa tổng sản phẩm đầu ra đạt năng suất cao hơn so với hoạt
động bằng tay tương ứng.
 Chi phí nhân cơng cao
Xu hướng trong xã hội cơng nghiệp của thế giới là chi phí cho cơng nhân
khơng ngừng tăng lên. Kết quả là đầu tư cao lên trong các thiết bị tự động hoá đã
trở nên kinh tế hơn để có thể thay đổi chân tay. Chi phí cao của lao động đang ép
các nhà lãnh đạo doanh nghiệp thay thế con người bằng máy móc. Bởi vì máy
móc có thể sản xuất ở mức cao, việc sử dụng tự động hố đã làm cho chi phí trên
một đơn vị sản phẩm thấp hơn.
 Sự thiếu lao động
Trong nhiều quốc gia phát triển, có sự thiếu hụt lớn lực lượng lao động.
Chẳng hạn như Tây Đức đã bị ép buộc phải nhập khẩu lao động để làm tăng
nguồn cung cấp lao động của mình. Việc thiếu hụt lao động cũng kích thích sự
phát triển của tự động hoá.
 Xu hướng dịch chuyển của lao động về thành phần dịch vụ
Xu hướng này đặc biệt thịnh hành ở Mỹ vào lúc 1986, tỷ lệ lao động được
thuê trong sản xuất 20%. Năm 1947, nó vào khoảng 30%. Trước năm 2000, ước
lượng là đạt con số khoảng 2%. Chắc chắn là tự động hoá sản xuất đã tạo ra sự
dịch chuyển này. Tuy nhiên cịn có nhiều sức ép xã hội, đoàn thể chịu trách
nhiệm cho xu hướng này. Sự phát triển của lực lượng lao động văn phòng được
thuê, được chính phủ liên bang, tiểu bang và địa phương đã tiêu thụ một phần
lao động mà đáng lẽ đã phải tiêu thụ ở khu vực sản xuất. Ngoài ra, cịn có xu
hướng xem cơng việc là tẻ nhạt, khơng có ý nghĩa là bẩn thỉu. Quan điểm này đã
khiến cho mọi người tìm kiếm việc làm trong thành phần dịch vụ của nền kinh
tế. ( Chính phủ, bảo hiểm, dịch vụ cá nhân, pháp luật bán hàng …).



 Sự an tồn

 Bằng việc tự động hố các hoạt động và chuyển người vận hành máy từ vị
trí tham gia tích cực sang vai trị đốc cơng, cơng việc trở nên an toàn hơn.
Sự an toàn và thoải mái của công nhân đã trở thành mục tiêu quốc gia với
sự ban hành đạo luật sức khoẻ và an tồn nghề nghiệp (1970). Nó cũng là
sự tự động hố.
 Giá nguyên vật liệu cao
Giá cao của nguyên vật liệu tạo ra nhu cầu sử dụng các nguyên vật một cách
hiệu quả hơn. Việc giảm phế liệu là một trong những lợi ích của tự động hố.
 Nâng cao chất lượng sản phẩm
Các hoạt động tự động hố khơng chỉ sản xuất với tốc độ nhanh hơn so với
làm bằng tay mà còn sản xuất với sự đồng nhất cao hơn và sự chính xác đối với
các tiêu chuẩn chất lượng.
 Rút ngắn thời gian sản xuất
Tự động hoá cho phép nhà sản xuất rút ngắn thời gian giữa việc đặt hàng
của khách hàng và thời gian giao sản phẩm. Điều này tạo cho người có ưu thế
cạnh tranh trong việc tăng cường dịch vụ khách hàng tốt hơn.
 Giảm bớt phôi liệu đang sản xuất
Lượng hàng tồn kho khi đang sản xuất tạo ra một chi phí đáng kể cho nhà
sản xuất vì nó giữ chặt vốn lại. Hàng tồn kho khi đang sản xuất khơng có giá trị.
Nó khơng đóng vai trị như ngun vật liệu hay sản phẩm. Tương tự như nhà sản
xuất sẽ có lợi khi giảm tối thiểu lượng phôi tồn đọng trong sản xuất. Tự động
hố có xu hướng thực hiện mục đích này bởi việc rút ngắn thời gian gia cơng
tồn bộ sản phẩm phân xưởng
 Tự động hóa mang lại hiệu quả nhanh, năng suất chất lượng ổn định
Đầu tư vào các dây chuyền tự động hóa mang lại hiệu quả nhanh hơn so
với việc đầu tư đào tạo con người. Đồng thời năng suất, chất lượng sản phẩm ổn
định.
Tất cả những nhân tố trên hợp thành một bản đồng ca biến việc tự động hố sản
xuất thành một cơng cụ hấp dẫn thay cho phương pháp sản xuất bằng tay.
 Nhận xét: : Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm, đồng thời tăng năng suất

ta


chọn hệ thống lắp ráp tự động đó là một quy luật tất yếu phải xảy ra.


1.1.1 Giới thiệu về đề tài .
Hiện nay trong công cuộc cơng nghiệp hố, hiện đại hố đất nước, u cầu ứng
dụng tự động hoá vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động,
linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ…) ngày càng cao. Mặt khác nhờ cơng nghệ thơng tin, cơng
nghệ điện tử, cơ khí đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một loạt các thiết bị điều
khiển để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng trong đời sống sinh hoạt và
sản xuất.
Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được số lượng sản phẩm lớn,
nhanh hiệu quả , ổn định mà lại tiện lợi về kinh tế. Các cơng ty, xí nghiệp sản xuất
thường sử dụng cơng nghệ lập trình . Dây chuyền sản xuất tự động giảm sức lao động
của công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội.
Với ý nghĩa đó em chọn đề tài “ Thiết kế chế tạo hệ thống đóng nắp chai tự
động”.
1.1.2 Tính cấp thiết của đề tài
Với sự phát triển nhanh chóng của q trình cơng nghiệp hiện nay rất nhiều q
trình sản xuất được tự động hóa. Trong đó dây chuyền vặn nắp chai tự động là một
trong những hệ thống được sử dụng rộng rãi và phổ biến. Máy đóng nắp chai được ứng
dụng rộng rãi trong ngành sản xuất đồ uống, mỹ phẩm và hóa chất cơng nghiệp... Máy
có tác dụng đóng kín các loại chai nhựa, thủy tinh, chai rượu,...
1.1.3 Nguyên lý hoạt động
Hệ thống được khởi động, chai sau khi đã được cấp nước . Chai được đưa vào hệ
thống băng tải.
Chai chạy đến băng tải đên vị trí cấp nắp thì dừng lại nhờ cảm biến động cơ băng
tải dừng.

Xylanh A và xylanh B nhận tín hiệu duỗi thằng kẹp chai cố định chai ở vị trí vặn
nắp.
Sau đó xylanh C duỗi thẳng dẫn động cơ vặn nắp chai trong khoảng thời gian là 3s
rồi dừng lại và lùi về đồng thời xylanh A và B lùi về chạm nút ấn động cơ băng tải.


Băng tải dẫn chai ra ngoài và tiếp tục hành trình vặn nắp.

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ NGUYÊN LÝ MÁY
I. phân tích
1. Cơ cấu xi lanh khí nén
Xilanh tác động đơn
(tác động một chiều)
Xilanh tác động hai chiều
(tác động kép)
Xilanh tác dụng hai chiều
có cơ cấu giảm chấn
khơng điều chỉnh được
Xilanh tác dụng hai chiề
u
có cơ cấu giảm
chấn điều chỉnh được
Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ
học. Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng (xilanh) hoặc chuyển động
quay (động cơ khí nén).
Ta chọn xy lanh theo tiêu chuẩn và kích thước tính tốn, tác động 1 chiều hoặc 2
chiều
Chọn cơ cấu xi lanh tác động kép

2. các loại xi lanh khí nén
2.1 Van khí
 Van 2/2.
Van 2/2 có hai cổng vào(1) ra(2), hai trạng thái
Van 2/2 có thể sử dụng làm khóa ON/OFF đóng mở
nguồn khí nén hoặc rẽ mạch khí nén.
Van 2/2 có thể được chế tạo điều khiển bằng tay, bằng
tiếp xúc cơ khí, bằng khí nén hay điện- khí nén.
 Van 3/2.
Van 3/2 có 3 cổng làm việc vào (1), ra(2) và cổng xả(3)và hai
trạng thái.


Các van 3/2 được chế tạo rất đa dạng và ứng dụng cũng rất phong phú. Dạng tác
động có thể bằng tay, bằng tiếp xúc cơ khí, bằng khí nén hay bằng điện từ ở một
phía hoặc cả hai phía. Các van điều khiển bằng khí nén hay bằng điện từ cả hai
phía có đặc tính như một phần tử chuyển mạch có nhớ trạng thái (Flip-Flop) hay cịn gọi
là van xung
 Van 4/2.
Van 4/2 có 4 cổng làm viêc (vào(1), ra (2,4) và chung

một

cổng xả (3), hai trạng thái. Van 4/2 được ghép bởi hai van

3/2

trong một vỏ, một thường đóng, một thường mở.
Van 4/2 cũng có thể điều khiển bằng cơ khí, bằng khí nén hay điện một phía hoặc
cả hai phía. Các van điều khiển bằng khí nén hay điện cả hai phía cũng có đặc điểm

như một phần tử nhớ hai trạng thái.
Van 4/2 được sử dụng làm van đảo chiều xilanh kép hoặc động cơ.
 Van 5/2.
Van 5/2 có 5 cổng làm việc vào(1), ra (2, 4) và hai cửa

xả

riêng cho mỗi trạng thái (3,5), có hai trạng thái.
Van 5/2 cũng có thể điều khiển bằng cơ khí, bằng khí nén hay điện một phía hoặc
cả hai phía. Các van điều khiển bằng khí nén hay điện cả hai phía có đặc điểm như các
van đã giới thiệu là một phần tử nhớ hai trạng thái.
Van 5/2 dùng làm van đảo chiều điều khiển xilanh tác dụng kép, động cơ.
 Van 5/3.
Van 5/3 có 3 trạng thái, trong đó trạng thái trung

gian,

là trạng thái ổn định và ln được thiết lập bởi các lị xo hồi khi khơng có bất kỳ một
tín hiệu điều khiển nào. Người ta thường gọi đó là trạng thái khơng. Hai trạng thái còn
lại sẽ được thiết lập và cùng tồn tại bởi hai tín hiệu điều khiển tương ứng như đối với
van 5/2 điều khiển một phía.


Ta chọn van 5/2 làm van điều chỉnh

Cửa số 1 là cửa có vai trị cấp khí. (vào)
Cửa số 2 và 4 đóng vai trị làm việc bình thường. (ra)
Cửa số 3 và 5 là cửa đóng vai trị xả khí.
Các sản phẩm van 5/2 có thể được diều khiển bằng cơ khí, khí nén hay điện từ một
phía. Có sản phẩm cũng có thể được điều khiển từ cả 2 phía. Ngồi ra, điểm chung của

loại van này chính là 1 phần tử nhớ 2 trạng thái. Đó là lý do mà sản phẩm này hiện được
lựa chọn để ứng dụng làm van đảo chiều điều khiển xy lanh tác dụng kép một cách rất
hiệu quả.
2.2 Van điều khiển lưu lượng
 Van một chiều.
Chỉ cho dịng khí nén chảy theo một hướng khi lực do

khí

nén gây ra lớn hơn lực lò xo.
 Van xả nhanh.
Tốc độ của piston của xilanh có thể được tăng đến cực đại có thể khi làm giảm
thiểu sự cản trở dòng chảy của dòng khí xả. Khi có van xả nhanh, khí xả trong buồng
xilanh không chảy qua van đảo chiều mà xả ra môi trường dễ dàng hơn qua van “xả
nhanh”.
Nguyên lý làm việc của van xả nhanh.


- Khi dẫn nguồn, áp suất P1 > P2 nên cửa 3

bị

đóng lại và khí nén cung cấp cho tải qua cửa 2.
- Khi áp suất P1 < P2 van xả nhanh sẽ tự
động đóng cửa 1 và mở cửa 3 tạo nên đường xả

gần

nhất và quá trình xả nhanh hơn
 Van tiết lưu.

Van tiết lưu được sử dụng với mục đích điều chỉnh tốc độ của cơ cấu chấp hành.
Trong thực tế, thường có yêu cầu khác nhau về tốc độ đối với các hành trình của cơ cấu
chấp hành nhằm đáp ứng về cơng nghệ và năng suất.
Vì vậy van tiết lưu hai chiều ít được sử dụng độc lập mà thường được sử dụng kèm
theo với van một chiều hoặc được chế tạo tích hợp trong cùng một vỏ để có một tiết
lưu một chiều

2.3 Bộ nguồn:
 Khái niệm:
- Nguồn xung là bộ nguồn có tác dụng biến đổi từ nguồn điện xoay chiều sang
nguồn điện một chiều bằng chế độ dao động xung tạo bằng mạch điện tử kết
hợp với một biến áp xung.


Nguồn tổ ong là cách ngọi khác của nguồn xung. Cái tên nguồn tổ ong bắt nguồn
từ hình dạng các lỗ thơng hơi thốt nhiệt của bộ nguồn xung được đục lỗ lục giác giống
với cấu tạo của tổ ong nên dân gian gọi vậy cho thân thuộc dễ nhớ
- Biến áp xung: Cũng cấu tạo gồm các cuộn dây quán trên một lõi từ giống
như biến áp thông thường chỉ có điều biến áp này sử dụng lõi ferit còn biến
áp thường sử dụng lỗi thép kỹ thuật điện . Với cùng một kích thước thì biến
áp xung cho công suất lớn hơn biến áp thường rất nhiều lần. Ngoài ra biến áp
xung hoạt động tốt ở dải tần cao còn biến áp thường chỉ hoạt động ở dải tần
thấp.
- Cầu chì: Bảo vệ mạch nguồn bị ngắn mạch.
- Cuộn chống nhiễu, tụ lọc sơ cấp, điode chỉnh lưu: Có nhiệm vụ biến đổi điện
áp xoay chiều 220V thành điện áp một chiều tích trữ trên tụ lọc sơ cấp để
cung cấp năng lượng cho cuộn sơ cấp của máy biến áp xung.
- Sị cơng suất: Đây là một linh kiện bán dẫn dùng như một công tắc chuyển
mạch , đó có thể là transistor, mosfet, IC tích hợp, IGBT có nhiệm vụ đóng
cắt điện từ chân (+) của tụ lọc sơ cấp vào cuộn dây sơ cấp của biến áp xung

rồi cho xuống mass.
- Tụ lọc nguồn thứ cấp: Dùng để tích trữ năng lượng điện từ cuộn thứ cấp của
biến áp xung để cấp cho tải tiêu thụ. Chúng ta biết rằng khi cuộn sơ cấp của
biến áp được đóng cắt điện liên tục bằng sị cơng suất thì xuất hiện từ trường


biến thiên dẫn đến cuộn thứ cấp của biến áp cũng xuất hiện một điện áp ra.
Điện áp này được chỉnh lưu qua một vài diode rồi đưa ra tụ lọc (tụ điện) thứ
cấp để san phẳng điện áp.
 Thông số kĩ thuật:
- Điện áp ngõ vào: 110/220 VAC.
- Điện áp ngõ ra: 24 VDC.
- Sai số điện áp đầu ra: 1-3 %.
- Công suất thực tế :88 %.
- Nhiệt độ làm việc :0-70 độ C.
 Nhận xét về nguồn tổ ong:
- Ưu điểm nguồn tổ ong: Giá thành rẻ, gọn, nhẹ dễ tích hợp cho những thiết bị
nhỏ gọn, hiệu suất cao.
- Nhược điểm: Chế tạo đòi hỏi kỹ thuật cao, thiết kế phức tạp, việc sửa chữa
cũng khó khăn cho những người mới học , ngoài ra tuổi thọ của nó thường
khơng cao (do cấu tạo chủ yếu bằng các linh kiện bán dẫn).
2.4 Lực chọn sử dụng hệ thớng điều khiển plc
*Ưu điểm


Chức năng lập trình PLC dễ dàng, ngơn ngữ lập trình dễ hiểu, dễ học. Dễ dàng

thay đổi chương trình theo ý muốn.
 Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản và sửa chữa, giảm đến 80% số
lượng dây nối.

 Cấu trúc của PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu vào/ra,
mở rộng chức năng khác.
 Khả năng tự chuẩn đốn do đó giúp cho việc sửa chữa được nhanh chóng và dễ
dàng.
 Giảm thiểu số lượng rơle và timer so với hệ điều khiển cổ điển.
 Khả năng chống nhiễu tốt, tuổi thọ cao, kích thước nhỏ. hồn tồn tin cậy trong
mơi trường cơng nghiệp.


 Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các mơi
Module mở rộng.
*Nhược điểm
 Giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình
 Địi hỏi người sử dụng phải có trình độ chun mơn cao.
2.4.1. Tổng quan về PLC
PLC, chữ viết tắt của programmable logic controller, là thiết bị điều khiển
logic cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển logic qua một ngơn
ngữ lập trình, bộ điều khiển thỏa mãn các yêu cầu:
 Lập trình dễ dàng vì ngơn ngữ lập trình dễ học.
 Gọn nhẹ, dễ bảo quản, tu sửa.
 Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp.
 Hồn tồn tin cậy trong mơi trường công nghiệp.
 Giao tiếp với các thiết bị thông tin; máy tính, nối mạng các modile mở
Bộ điều khiển lập trình PLC được thiết kế nhằm thay thế phương pháp
điều khiển truyền thống dùng rơle có thiết bị cồng kềnh, nó tạo ra một khả năng
điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trinh các lệnh logic cơ
bản. PLC còn thực hiện các tác vụ định thời và đếm làm tăng khả năng điều
khiển, thực hiện logic được lập trong chương trình và kích ra tín hiệu điều khiển
cho thiết bị bên ngồi tương ứng
1. Cấu trúc phần cứng PLC

PLC gồm ba khối chức năng cơ bản: Bộ vi xử lý, bộ nhớ, bộ vào ra. Trạng
thái ngõ vào của PLC được phát hiện và lưu vào bộ nhớ đệm, PLC thực hiện các
lệnh logic trên các trạng thái của chúng và thông qua chương trình trạng thái ngõ
ra được cập nhật và lưu trữ vào bộ nhớ đệm, sau đó trạng thái ngõ ra trong bộ
nhớ đệm được dùng để đóng mở các tiếp điểm kích hoạt các thiết bị tương ứng,
như vậy sự hoạt động của các thiết bị được điều khiển hoàn tồn tự động theo
chương trình trong bộ nhớ, chương trình được nạp vào PLC thơng qua thiết bị
lập trình truyền thống


Hình 3.1.2:
PLC
2. Bộ xử lý trung
PROCCESSING

Sơ đồ cấu trúc bên trong
tâm (CPU- CENTRAL
UNIT)

Bộ xử lý trung tâm
diều khiến và quản lý
tất cả hoạt động
bên trong của PLC.
Viêc trao đổi thông
tin giữa CPU, bộ nhớ
và khối vào ra được thực hiện thông qua hệ thống bus dưới điều khiển của CPU.
Một mạch dao động thạch anh cung cấp xung clock tần số chuẩn cho CPU thường
là 1 hay 8 MHz, tùy thuộc vào bộ xử lý được sử dụng.
Tần số xung clock xác định tốc độ hoạt động của PLC và được dùng để thực
hiện sự đồng bộ cho tất cả các phần tử trong hệ thống.

3.Bộ nhớ và bộ phận khác
Tất cả các PLC đều dùng các loại bộ nhớ và các bộ phận sau:
 ROM (Read Only Memory)
Đây là bộ nhớ đơn giản nhất (loại chỉ đọc) nó gồm các thanh ghi, mỗi
thanh ghi lưu trữ một từ với một tín hiệu điều khiển, ta có thể đọc một từ ở bất
kỳ vị trí nào, ROM là bộ nhớ khơng thay đổi được mà chỉ được nạp chương
trình một lần duy nhất.
 RAM (Random Access Memory)
Là bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên, đây là bộ nhớ thông dụng, để cất giữ
chương trình khi mất điện. Do đó điều này được giải quyết bằng cách luôn nuôi
RAM bằng một nguồn pin riêng.
 EEPROM
Đây là loại bộ nhớ mà nó kết hợp sự truy xuất linh hoạt của RAM và bộ
nhớ chỉ đọc không thay đổi ROM trên cùng một khối, nội dung của nó có thể
xóa hoặc ghi lại bằng điện tuy nhiên cũng chỉ đọc được vài lần.
 Bộ nguồn cung cấp
Bộ nguồn cung cấp của PLC sử dụng hai loại điện áp AC và DC, thông
thường nguồn dùng điện áp 100 đến 240v: 50/60 Hz, nhưng nguồn DC thì có


các giá trị: 5v,24v DC.
 Nguồn nuôi bộ nhớ
Thông thường là pin để mở rộng thời gian lưu giư cho các dữ liệu có
trong bộ nhớ, nó tự chuyển sang trạng thái tích cực nếu dung lượng tụ cạn kiệt
và nó phải thaThơng thường là pin để mở rộng thời gian lưu giư cho các dữ liệu
có trong bộ nhớ, nó tự chuyển sang trạng thái tích cực nếu dung lượng tụ cạn
kiệt và nó phải thay vào vị trí đó để dữ liệu trong bộ nhớ khơng bị mất đi.
 Cổng truyền thông
PLC luôn dùng cổng truyền thông để trao đổi dữ liệu chương trình, các
loại cổng truyền thống thường dùng là RS232, RS432, RS485. Tốc độ truyền

thông tiêu chuẩn là 9600 baud.
 Dung lượng bộ nhớ
Đối với PLC loại nhỏ thì bộ nhớ có dung lượng cố định(thường là 2k)
dung lượng chỉ đủ đáp ứng cho khoảng 80% hoạt động điều khiển công nghiệp.
Do giá thành bộ nhớ giảm liên tục nên các nhà sản xuất PLC trang bị bộ nhớ
càng lớn cho các sản phẩm của họ.
4.Khối vào ra
Mọi hoạt động xử lý tín hiệu bên trong PLC có mức điện áp 5V DC; 15V
DC (điện áp cho TTL, CMOS) .Trong khi tín hiệu điều khiển bên ngồi có thể
lớn hơn nhiều, thường là 24V đến 240V DC với dịng lớn.
Như vậy khối vào ra có vai tròn là mạch giao tiếp giữa mạch vi điện tử
của PLC với các mạch cơng suất bên ngồi, kích hoạt các cơ cấu tác động. Nó
thực hiện sự chuyển đổi các mức điện áp tín hiệu và cách ly. Tuy nhiên khối vào
ra cho phép PLC kết nối trực tiếp với các cơ cấu tác động có dịng nhỏ (<=2A).
Có thể lựa chọn các thông số cho các ngõ vào ra với các yêu cầu điều khiển cụ
thể
:

Ngõ vào: 24V DC; 110V AC hoặc 220V AC.
Ngõ ra: Dạng rơ le, transitor hay triac.
Tất cả các ngõ vào ra đều được cách ly quang trên các khối vào ra. Mạch cách
ly quang dùng một điốt phát quang và một transistor quang. Mạch này cho
phép tín hiệu nhỏ đi qua và ghim các tín hiệu điện áp cao xuống mức thấp
tín hiệu chuẩn hơn nữa, mạch này có tác động chống nhiễu khi chuyển


c

ông tắc và bảo vệ quá áp từ nguồn điện cung cấp (có thể tới 1500V)

5.Thiết bị lập trình
Trên các PLC loại lớn có kết hợp với máy tính thường lập trình với sự hỗ trợ của
phần mềm VDU(Visua Display Unit) ở đây bàn phím, màn hình được nối với PLC
thơng qua cổng nối tiếp, thường là RS 485, các VDU hỗ trợ rất tốt cho việc lập
trình dạng ngơn ngữ LADDER kể cả các chú thích trong chương trình để dẽ đọc
hơn. Hiện nay máy vi tính được sử dụng phổ biến để lập trình cho PLC, với
CPU xử lý nhanh, màn hình chất lượng cao, bộ nhớ với giá thành hạ, vì vậy vi tính
là một cơng cụ lý tưởng cho việc lập trình bằng ngơn ngữ LADDER. Ngồi ra bộ
lập trình cầm tay thường được sử dụng thuận tiện trong công tác sửa chữa và bảo
trì.
2.4 Khái niệm về lập trình PLC
Yêu cầu chính của ngơn ngữ lập trình là phải dễ hiểu, dễ sử dụng trong
việc lập trình điều khiển. Sơ đò mạch điều khiển là phương pháp phổ biến nhất
để mơ tả mạch rơ le logic.
Ngơn ngữ lập trình LADDER có dạng giống như sơ đồ mach điện bậc
thang gọi là ngôn ngữ LADDER, rất phù hợp để tạo ra các chương trình điều
khiển logic; đối với những người thiết kế máy quen thuộc với các hệ thống điều
khiển hệ thống rơ le truyền thống.
1.Ngõ vào và ngõ ra
Ngõ vào và ngõ ra là các bộ nhớ một bit, các bit có ảnh hưởng trực tiếp
đến trạng thái ngõ ra vào vật lý, ngõ vào nhận trực tiếp tín hiệu cảm biến và ngõ
ra là
2.Thanh ghi (register)
Thực chất là bộ nhớ 16 bit và được dùng để lưu trữ số liệu, thanh ghi được kí
hiệu là D và được đánh số thập phân: D0,D200,D800,D8002.
o Phân loại:
 Thanh ghi dữ liệu (Data Register) được dùng để lưu trữ dữ liệu
thông thường trong khi tính tồn dữ liệu trên PLC.
 Thanh ghi chốt (Latched Register) có khả năng duy trì nội dung

(chốt) cho đến khi nó được ghi chồng bằng 1 nội dung mới, khi PLC chuyển từ
trạng thái RUN sang STOP thì dữ liệu trong các thanh ghi vẫn được duy trì.


Thanh ghi chuyên dùn (Special Register) dùng để lưu trữ kết quả


dữ liệu điều khiển và giám sát trạng thái hoạt động bên trong PLC thường dùng
kết hợp với các cờ chuyên dùng các thanh ghi này có thể sử dụng trong chương
trình LADDER, ngồi ra các trạng thái hoạt động của hệ thống PLC hồn tồn
có thể xác định được.
 Thanh ghi tập tin (Thanh ghi bộ nhớ chương trình Program
Memory Register) chiêm từng khối 500 bước bộ nhớ chương trình được sử dụng
đối với các ứng dụng mà chương trình điều khiển cần xử lý nhiều só liệu (các
thanh ghi RAM có sẵn khơng đủ đáp ứng).
 Thanh ghi điều chỉnh được biến trở bên ngoài (External Adjusting
Register) trên các PLC có sẵn các biến trở dùng để điều chỉnh nội dung của một
số thanh ghi dành riêng nội dung các thanh ghi này có giá trị từ 0 ---> 255 tương
ứng với vị trí biến trở tối thiểu và tối đa.
 Thanh ghi chỉ mục (Index Register) dùng để hiệu chỉnh chỉ số các toán
hạng logic (Thanh ghi, cờ , bộ đếm, bộ đinh thời..) một cách tùy động.
3. Bộ đếm (counter)
Bộ đếm (Counter): Được dùng để đếm các sự kiện, bộ đếm PLC được gọi
là bộ đếm logic vì nó là bộ nhớ, có tác dụng như là bộ đếm vật lý, số lượng bộ
đếm có thể sự dụng tùy thuộc vào loại PLC.
Kí hiệu là C và cũng được đánh số thập phân C0; C128; C225...
o Phân loại:
 Bộ đếm lên: nội dung của bộ đếm tăng lên 1 khi có cạnh lên của xung
kích bộ đếm.


Bộ đếm xuống: nội dung bộ đếm giảm 1 khi có cạnh lên của xung kích

bộ đếm.
 Bộ đếm lên - xuống: nội dung bộ đếm tăng 1 hay giảm 1, tuy thuộc cờ
chuyên dùng cho phép chiều đếm, khi có cạnh lên của xung kích bộ
đếm.
 Bộ đếm pha: bộ đếm loại này thực hiện đếm lên hay xuống tùy
thuộc vào sự lệch pha của 2 tín hiệu xung kích bộ đếm, thường dùng encoder.
 Bộ đếm tốc độ cao: bộ đếm này đếm được xung kích có tần số cao,
20KHz trở xuống tùy thuộc vào số lượng, bộ đếm loại này được sử dụng đồng
thời. Bộ đếm loại này còn được chế tạo riêng 1 modul chuyên dùng, khi đó tần


số đếm có thể đạt đến 50KHZ.
o Các loại bộ đếm trên có thể là
 Bộ đếm 16 bit: bộ đếm 16 bit thường là bộ đếm chuẩn, bộ đếm này
có thể đếm được khoảng giá trị từ -32.768 đến + 32.767.
 Bộ đếm 32 bit có thể là bộ đếm chuẩn, nhưng nó thường là bộ đếm
tốc độ cao và bộ đếm tốc độ cao trên modul chuyên dùng.
 Bộ đếm chốt: có khả năng duy tri nội dung đếm ngay cả khi PLC
không được cấp điện.
6.Bộ định thời gian (timer)Kí hiệu là T và cũng được đánh số thập
phân T0; T200, T246.
o Phân loại: Người ta phân loại theo độ phân giải.


Độ phân giải 100ms

khoảng thời gian bộ định thời từ 0,1



Độ phân giải 10ms

khoảng thời gian bộ định thời từ 0,1



Độ phân giải 100ms

khoảng thời gian bộ định thời từ 0,1

3276,7s.
327.67s.

32,767s


2.5 Cơng tắc hành trình
Khái niệm:
- Cơng tắc hành trình là thiết bị chuyển đổi chuyển động cơ thành tín hiệu
điện.
- Tín hiệu của cơng tắc hành trình phục vụ cho quá trình điều khiển và giám
sát.
Cấu tạo:
- Vì là một loại cơng tắc nên nó có đầy đủ các bộ phận của một cơng tắc điện
bình thường.
- Thế nhưng có thêm 1 bộ phận đó là có thêm cần tác động. Cơng tắc hành
trình là loại cơng tắc có 3 chân.

- Chân COM, chân tạo với chân COM thành tiếp điểm NC (thường đóng),
chân cịn lại tạo với chân COM thành tiếp điểm CO ( thường mở)

Hình 3.6: Cơng tắc hành trình.
Ngun lý:
- Dùng để đóng cắt mạch dùng ở lưới điện hạ áp.
- Nó có tác dụng giống như nút ấn động tác ấn bằng tay được thay thế bằng
động tác va chạm của các bộ phận cơ khí, làm cho q trình chuyển động cơ
khí thành tín hiệu điện.


2.6 Cảm biến.
Định nghĩa.
Bộ cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái hay quá trình vật lý hay
hóa học ở mơi trường cần khảo sát, và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thơng tin
về trạng thái hay q trình đó.
Phân loại.
 Theo tín hiệu đầu ra:
- Cảm biến ON/OFF
- Cảm Biến tương tự Cảm biến số
 Theo tín hiệu đầu vào:
- Cảm biến vị trí.
- Cảm biến khối lượng, lực.
- Cảm biến áp suất.
- Cảm biến vận tốc, gia tốc.
- Cảm biến nhiệt độ.
- Cảm biến nồng độ.
- Cảm biến lưu lượng.
 Theo bản chất và cấu tạo.
- Cảm biến quang điện.

- Cảm biến tiệp cận điện dung.


- Cảm biến siêu âm.
- Cảm biến nhiệt.
- Cảm biến lazer.
- Cảm biến điện cảm.
2.6.1 Phân tích và lựa cọn cảm biến
a. Cảm biến tiệp cận.
Đặc điểm cảm biến tiệm cận:
- Phát hiện vật không cần tiếp xúc.
- Tốc độ đáp ứng cao.
- Đầu sensor nhỏ có thể lắp ở nhiều nơi.
- Có thể sử dụng trong mơi trường khắc nghiệt.
Cảm biến tiệm cận cảm ứng phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện từ.
Dĩ nhiên, thiết bị chỉ phát hiện được vật kim loại.
Cảm biến từ tiệm cận phát hiện các vật có từ trường.
Cảm biến tiệm cận điện dung phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện
dung tĩnh điện. Do đó, thiết bị này có thể phát hiện mọi loại vật.

a.

b
..

Hình 3.6 a. Cảm biến tiệm cận cảm ứng và điện dung
b. Công tắc từ tiệm cận.
 Cảm biến quang.
Cảm biến quang ứng dụng gồm 2 loại chính là cảm biến quang thu phát và cảm
biến quang gương phản xa.