Đồ án TDH điều khiển xilanh theo chu trình dùng PLC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN XILANH HOẠT
ĐỘNG THEO CHU TRÌNH

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:
SINH VIÊN THỰC HIỆN :
LỚP

:

Hưng Yên, 2022

1


MỤC LỤC
MỤC LỤC......................................................................................................................................2
DANH MỤC HÌNH ẢNH.................................................................................................................3
DANH MỤC BẢNG BIỂU..............................................................................................................4
LỜI NĨI ĐẦU.................................................................................................................................5
PHẦN MỞ ĐẦU: PHÂN TÍCH ĐỀ TÀI..........................................................................................6
1. Lí do chọn đề tài....................................................................................................................6
2. Nhiệm vụ nghiên cứu............................................................................................................7
3. Phạm vi nghiên cứu...............................................................................................................7
4. Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................................8
5. Mục tiêu.................................................................................................................................8
6. Kết quả cần đạt được............................................................................................................8
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT...............................................................................................9

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200............................................................................25
2.1 PLC S7-1200.....................................................................................................................25
2.1.1 Định nghĩa PLC và tổng quan....................................................................................25
Định nghĩa...................................................................................................................................25
CHƯƠNG III: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN...........................................................................32
3.1 u cầu cơng nghệ............................................................................................................32
3.2 Lưu đồ thuật tốn..............................................................................................................33
3.3 Chương trình điều khiển cho PLC....................................................................................34
3.3.1 Sơ đồ kết nối PLC.......................................................................................................34
3.3.2 Bảng symbol...............................................................................................................35
3.3.3 Chương trình điều khiển.............................................................................................35
CHƯƠNG IV: TỔNG KẾT...........................................................................................................38
4.1 Đánh giá kết quả...............................................................................................................38

2


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1: Sơ đồ khí nén......................................................................................................13
Hình 2: Xilanh tác động kép............................................................................................15
Hình 3: Cấu tạo van tiết lưu………………................................................. ....................16
Hình 4: Kí hiệu và hình ảnh van tiết lưu……..…….......................................................16
Hình 5: Aptomat..............................................................................................................17
Hình 6: Bộ nguồn tổ ong 24VDC....................................................................................18
Hình 7: Nút nhấn và kí hiệu.............................................................................................19
Hình 8: Relay...................................................................................................................20
Hình 9: Cảm biến CMS - 020..........................................................................................21
Hình 10: Cầu đấu UK………………………..................................................................22
Hình 11: Van điện từ.......................................................................................................23
Hình 12: Kí hiệu van điện từ….......................................................................................23

Hình 13: Cấu trúc bên ngồi của PLC S7-1200..............................................................26
Hình 14: Module tín hiệu................................................................................................27
Hình 15: Module truyền thông........................................................................................27
3


Hình 16: Một số kiểu truyền thơng qua Profinet.............................................................29
Hình 17: Giản đồ trạng thái………………………….....................................................30
Hình 18: Lưu đồ thuật tốn..............................................................................................31
Hình 19: Sơ đồ kết nối PLC ...........................................................................................32
Hình 20: Bảng symbol.....................................................................................................32

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1: Bảng lựa chọn các phần tử khí nén………........................................................13
Bảng 2: Một số loại xilanh và kí hiệu……………..........................................................14
Bảng 3: Bảng thông số kĩ thuật của relay trung gian.......................................................20

4


LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, trên thế giới ứng dụng tự động hóa vào trong cơng nghiệp hay trong đời
sống sinh hoạt đang ngày một phát triển. Các máy móc tự động đang dần thay thế sức
lao động của con người giúp con người tránh khỏi những rủi ro không đáng có trong sản
xuất, làm tăng năng suất lao động. Tiêu biểu như các cánh tay robot được ứng dụng
trong lắp ráp, hàn các linh kiện điện tử vào trong vi mạch với độ chính xác rất cao hay
những thiết bị rị mìn có tính nguy hiểm cao…
Ở Việt Nam trong cơng nghiệp hóa hiện đại hố đất nước, khái niệm tự động hóa
khơng cịn mới mẻ như trước, u cầu ứng dụng tự động hoá ngày càng cao vào trong
đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ…).

Mặt khác, nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng, chúng
ta khơng ngừng nghiên cứu, sáng tạo để đem đến những sản phẩm tiện ích nhất phục vụ
trong lao động và sản xuất. Xuất phát từ những lí do trên em đã chọn đề tài “Điều khiển
xilanh hoạt động theo chu trình 1A+2A+2A-1A- sử dụng PLC S7-1200”. Trong thời
gian thực hiện đề tài em đã cố gắng vận dụng những kiến thức đã học ở trường, trong
thực tế. Cùng với sự giúp đỡ của cô TRỊNH THANH NGA cho tới nay đã hoàn thành
những yêu cầu của đề tài. Đó là nghiên cứu, thiết kế và thực thi hệ thống hoạt động ổn
định.

5


Em xin chân thành cảm ơn cô TRỊNH THANH NGA đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ
em hồn thành đồ án. Do kiến thức còn hạn chế trong quá trình thực hiện đồ án chúng
em khơng tránh khỏi những sai xót kính mong q thầy cơ trong hội đồng bảo vệ chỉ
dẫn, bỏ qua và giúp đỡ. Chúng em rất mong được sự đóng góp của thầy cơ và các bạn
để nội dung đề tài này ngày càng hoàn thiện hơn.
Sinh viên thực hiện

PHẦN MỞ ĐẦU: PHÂN TÍCH ĐỀ TÀI
1. Lí do chọn đề tài
Trong thời kỳ hội nhập cơng nghiệp hóa – hiện đại hóa máy móc thiết bị ngày càng
hiện đại và phức tạp hơn giải phóng sức lao động của con người. Hiện nay, các ngành
kỹ thuật ứng dụng vào các máy móc thiết bị càng ngày càng được nâng cao và phát
triển. Kỹ thuật khí nén là một trong những kỹ thuật then chốt và quan trọng. Truyền
động khí nén u cầu khơng gian lắp ráp nhỏ, dễ dàng điều chỉnh nhanh chóng và chính
xác, xy lanh khí nén có kết cấu đơn giản và hiệu quả kinh tế cao hơn so với các truyền
động cơ khí khác. Sự kết hợp của những ưu điểm này mở ra một phạm vi ứng dụng rộng
rãi cho khí nén trong các ngành cơ khí chế tạo máy, cơ khí động lực và ngành hàng
khơng... Với cuộc cách mạng khoa học và cơng nghệ hiện nay thì truyền động khí nén

phát triển với cơng nghệ cao hơn đó là điều khiển tự động hệ thống khí nén cho các máy
trong công nghiệp và cũng như các ứng dụng trong sản xuất...
Tính tự động hóa của hệ thống dây chuyền máy móc ngày càng gia tăng địi hỏi
việc ngừng máy khơng có kế hoạch ngày càng giảm xuống, thiết bị ln đảm bảo tính
ổn định, nâng cao hiệu suất làm việc của máy móc thiết bị. Để đảm bảo điều này ta cần
xác định được những hiện tượng, nguyên nhân hư hỏng và khắc phục chúng trước khi
xảy ra sự cố ngừng máy đột ngột.
6


Trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4.0 đang diễn ra mạnh mẽ ở tất cả
các lĩnh vực và tất các khu vực trên thế giới. Vì vậy PLC là một thiết bị khơng thể thiếu
để góp phần tự động hóa các cơng đoạn cũng như các quy trình sản xuất phức tạp và
khó địi hỏi độ chính xác cao. PLC hiện nay đã được sử dụng phổ biến và rộng rãi trong
cơng nghiệp, nó có vai trị vơ cùng quan trọng trong phần kết nối người vận hành và các
thiết bị máy móc.Như vậy PLC được ứng dụng ở hầu hết các công đoạn sản xuất trong
các lĩnh vực như: Dầu khí, Điện tử, Sản xuất thép, Dệt may, Nghành điện, Nghành
nước, Ơ tơ, xe máy……
Em thấy được tầm quan trọng, xu hướng phát triển của ứng dụng khí nén và ứng
dụng của PLC nên em muốn tiếp cận, nghiên cứu lĩnh vực này để phát triển năng lực
kỹ thuật của bản thân. Em đã chọn đề tài: Điều khiển xilanh hoạt động theo chu trình
1A+2A+2A-1A- sử dụng PLC S7-1200”.
Quá trình học tập trên lớp và rèn luyện trong quá trình thực tập xưởng, em đã học
được những kiến thức cơ bản về khí nén, điều khiển lập trình, giám sát, đó là vốn kiến
thức - hiểu biết nhất định. Để nâng cao được năng lực kỹ thuật về hệ thống điều khiển
tự động dùng khí nén thì việc nghiên cứu đề tài này có tính cấp thiết cho nhu cầu bản
thân và phục vụ cho công việc sau khi ra trường công tác thực tế trong các cơng ty, nhà
máy có ứng dụng khí nén để sản xuất.
2. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Tìm hiểu các thiết bị trên hệ thống.

- Tìm hiểu rõ hơn về các ứng dụng của PLC S7-1200.
- Thi công và lắp đặt hệ thống.
3. Phạm vi nghiên cứu
Do kiến thức và thời gian có hạn, chúng em chỉ thực hiện đề tài giới hạn ở những
điểm sau:
- Tìm hiểu những kiến thức liên quan.
- Thiết kế – tính tóan.
- Thi cơng.

7


4. Phương pháp nghiên cứu
- Thu nhập tài liệu, nghiên cứu, tìm hiều, tham khảo sách báo, đọc tài liệu và tra cứu
mạng internet.
- Tham khảo ý kiến của giáo viên hướng dẫn.
- Thực hiện đồ án theo hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn.
Do hạn chế về thời gian, kinh nghiệm thực tế, vừa tìm hiểu, vừa học hỏi trong q
trình nghiên cứu và kiến thức cịn hạn chế nên đồ án chắc chắn khơng tránh khỏi những
sai sót. Vì vậy, chúng em rất mong nhận được sự đánh giá, đóng góp ý kiến của các thầy
cơ cũng như sự góp ý chân thành của các bạn sinh viên để đề tài được hoàn thiện hơn.

5. Mục tiêu
- Mở rộng kiến thức về lập trình PLC.
- Hiểu thêm về hệ thống tự động hóa.
- So sánh giữa lý thuyết và thực tế, nâng cao khả năng tính tốn, thiết kế và kĩ năng
thực hành.
6. Kết quả cần đạt được
- Hệ thống hoạt động ổn định.
- Có thể xử lý được các lỗi cơ bản của hệ thống.

8


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Đặt vấn đề
1.1.1 Vai trị và ý nghĩa của tự động hóa q trình sản xuất
Tự động hóa các q trình sản xuất cho phép giảm giá thành và nâng cao năng
suất lao động. Trong mọi thời đại, các q trình sản xuất ln được điều khiển theo các
qui luật kinh tế. Có thể nói giá thành là một trong những yếu tố quan trọng xác định nhu
cầu phát triển tự động hóa. Khơng một sản phẩm nào có thể cạnh tranh được nếu giá
thành sản phẩm cao hơn các sản phẩm cùng loại, có tính năng tương đương với các
hãng khác. Trong bối cảnh nền kinh tế đang phải đối phó với các hiện tượng như lạm
phát, chi phí cho vật tư, lao động, quảng cáo và bán hàng ngày càng tăng buộc cơng
nghiệp chế tạo phải tìm kiếm các phương pháp sản xuất tối ưu để giảm giá thành sản
phẩm. Mặt khác nhu cầu nâng cao chất lượng sản phẩm sẽ làm tăng mức độ phức tạp
của q trình gia cơng. Khối lượng các công việc đơn giản cho phép trả lương thấp sẽ
giảm nhiều. Chi phí cho đào tạo cơng nhân và đội ngũ phục vụ, giá thành thiết bị cũng
tăng theo. Đây là động lực mạnh kích thích sự phát triển của tự động hóa.

9


Tự động hóa các q trình sản xuất cho phép cải thiện điều kiện sản xuất. Các
quá trình sản xuất sử dụng quá nhiều lao động sống rất dễ mất ổn định về giờ giấc, về
chất lượng gia công và năng suất lao động, gây khó khăn cho việc điều hành và quản lý
sản xuất. Các quá trình sản xuất tự động cho phép loại bỏ các nhược điểm trên. Đồng
thời tự động hóa đã thay đổi tính chất lao động, cải thiện điều kiện làm việc của công
nhân, nhất là trong các khâu độc hại, nặng nhọc, có tính lặp đi lặp lại nhàm chán, khắc
phục dần sự khác nhau giữa lao động trí óc và lao động chân tay.

Tự động hóa các q trình sản xuất cho phép đáp ứng cường độ lao động sản
xuất hiện đại . Với các loại sản phẩm có số lượng lớn (hàng tỉ cái trong một năm) như
đinh, bóng đèn điện, khóa kéo v..v.thì khơng thể sử dụng các q trình sản xuất thủ công
để đáp ứng sản lượng yêu cầu với giá thành nhỏ nhất.
Tự động hóa các q trình sản xuất cho phép thực hiện chun mơn hóa và hốn
đổi sản xuất. Chỉ có một số ít sản phẩm phức tạp là được chế tạọ hoàn toàn bởi một nhà
sản xuất. Thông thường một hãng sẽ sử dụng nhiều nhà thầu để cung cấp các bộ phận
riêng lẻ cho mình, sau đó tiến hành liên kết, lắp ráp thành sản phẩm tổng thể. Các sản
phẩm phức tạp như ôtô, máy bay.v…v nếu chế tạo theo phương thức trên sẽ có rất nhiều
ưu điểm. Các nhà thầu sẽ chuyên sâu hơn với các sản phẩm của mình . Việc nghiên cứu,
cải tiến chỉ phải thực hiện trong một vùng chuyên môn hẹp, vì thế sẽ có chất lượng cao
hơn, tiến độ nhanh hơn. Sản xuất của các nhà thầu có điều kiện chuyển thành sản xuất
hàng khối. Do một nhà thầu tham gia vào quá trình sản xuất một sản phẩm phức tạp nào
đó có thể đóng vai trị như một nhà cung cấp cho nhiều hãng khác nhau, nên khả năng
tiêu chuẩn hóa sản phẩm là rất cao. Điều này cho phép ứng dụng nguyên tắc hoán đổi một trong các điều kiện cơ bản dẫn tới sự hình thành dạng sản xuất hàng khối khi chế
tạo các sản phẩm phức tạp, số lượng ít. Tuy nhiên, cũng khơng nên q đề cao tầm quan
trọng của tiêu chuẩn hố. Khơng có tiêu chuẩn hóa trong sản xuất chỉ có thể gây cản trở
cho việc hoán chuyển ở một mức độ nhất định, làm tăng tiêu tốn thời gian cho các q
trình sản xuất các sản phẩm phức tạp chứ khơng thể làm cho các q trình này khơng
thể thực hiện được. Có thể nói tự động hóa giữ một vai trị quan trọng trong việc thực
hiện tiêu chuẩn hóa bởi chỉ có nền sản xuất tự động hóa mới cho phép chế tạo các sản
phẩm có kích cỡ và đặc tính khơng hoặc ít thay đổi với số lượng lớn một cách hiệu quả
nhất.
10


Tự động hóa các q trình sản xuất cho phép thực hiện cạnh tranh và đáp ứng
điều kiện sản xuất. Nhu cầu về sản phẩm sẽ quyết định mức độ áp dụng tự động hóa cần
thiết trong q trình sản xuất. Đối với sản phẩm phức tạp như tàu biển, giàn khoan dầu
và các sản phẩm có kích cỡ, trọng lượng rất lớn khác, số lượng sẽ rất ít. Thời gian chế

tạo kéo dài từ vài tháng đến vài năm. Khối lượng lao động rất lớn. Việc chế tạo chúng
trên các dây chuyền tự động cao cấp là không hiệu quả và khơng nên. Mặt khác các sản
phẩm như bóng đèn điện, ôtô, các loại dụng cụ điện dân dụng thường có nhu cầu rất cao
tiềm năng thị trường lớn, nhưng lại được rất nhiều hãng chế tạo. Trong nhiều trường
hợp, lợi nhuận riêng của một đơn vị sản phẩm là rất bé. Chỉ có sản xuất tập trung với số
lượng lớn trên các dây chuyền tự động, năng suất cao mới có thể làm cho giá thành sản
phẩm thấp, hiệu quả kinh tế cao. Sử dụng các quá trình sản xuất tự động hóa trình độ
cao trong những trường hợp này là rất cần thiết. Chính yếu tố này là một tác nhân tốt
kích thích q trình cạnh tranh trong cơ chế kinh tế thị trường. Cạnh tranh sẽ loại bỏ các
nhà sản xuất chế tạo ra các sản phẩm chất lượng thấp, giá thành cao. Cạnh tranh bắt
buộc các nhà sản xuất phải cải tiến công nghệ, áp dụng tự động hóa các q trình sản
xuất để tạo ra sản phẩm tốt hơn với giá rẻ hơn. Có rất nhiều ví dụ về các nhà sản xuất
khơng có khả năng hoặc không muốn cải tiến công nghệ và áp dụng tự động hóa sản
xuất nên dẫn đến thất bại trong thị trường.
Lựa chọn những máy bán tự động sản xuất hàng loạt để trang bị thêm phần cấp
phôi tự động, biến nó thành máy tự động.
1.1.2 Ý nghĩa của đề tài trong tự động hóa q trình sản xuất
Ngày nay ,trong dây chuyền sản xuất công nghiệp,các thiết bị máy móc thường
hoạt động theo một trình tự logic chặt chẽ nhằm đảm bảo chất lượng của sản phẩm ,an
toàn cho người và thiết bị. Cấu trúc làm việc trình tự của dây chuyền đã đưa ra yêu cầu
cho điều khiển là điều khiển sự hoạt động chặt chẽ thống nhất của dây chuyền đồng thời
cũng gợi ý cho ta sự phân nhóm logic. Hiện nay tại các nước phát triển cũng như các
nước đang phát triển đều có xu hướng áp dụng những cơng nghệ hiện đại có thể thực
hiện tự động hóa vào các dây chuyền sản xuât.
Nhận thấy đây là một yêu cầu rất cần thiết trong các ngành công nghiệp hiện nay
nên em đã chọn đề tài " Điều khiển xilanh hoạt động theo chu trình 1A+2A+2A-1Asử dụng PLC S7-1200" để làm đề tài đồ án.
11


1.2 Giới thiệu chung mơ hình

1.2.1 Kết cấu và chức năng của các phần tử mơ hình
a. Cảm biến
- Cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái hay q trình vật lý hay
hóa học ở mơi trường cần khảo sát, và biến đổi thành tín hiệu điện để thu thập thông tin
về trạng thái hay quá trình đó.
- Thơng tin được xử lý để rút ra tham số định tính hoặc định lượng của mơi
trường, phục vụ các nhu cầu nghiên cứu khoa học kỹ thuật hay dân sinh và gọi ngắn gọn
là đo đạc, phục vụ trong truyền và xử lý thông tin, hay trong điều khiển các quá trình
khác.
- Cảm biến thường được đặt trong các vỏ bảo vệ tạo thành đầu thu hay đầu dị
(Test probe), có thể có kèm các mạch điện hỗ trợ và nhiều khi trọn bộ đó lại được gọi
luôn là "cảm biến". Tuy nhiên trong nhiều trường hợp thì thuật ngữ cảm biến ít dùng
cho vật có kích thước lớn. Thuật ngữ này cũng không dùng cho một số loại chi tiết như
cái núm của công tắc bật đèn khi mở tủ lạnh, dù rằng về mặt hàn lâm núm này làm việc
như một cảm biến.
b. Van điều khiển
- Van điện từ khí nén (van đảo chiều khí nén) là dịng van điều khiển hướng và
phân chia khí thành nhiều hướng khác nhau
- Chức năng chính của van điện từ là mở, đóng và phân chia điều khiển hướng
khí
- Ứng dụng trong hệ thống sản suất tự động, trong cơng nghiệp…
c. Xy lanh
- Xy lanh khí nén (hay ben khí nén) là thiết bị cơ được vận hành bằng khí nén.
Cụ thể, xy lanh xoay khí nén hoạt động bằng cách chuyển hóa năng lượng của khí nén
thành động năng, khiến pít tơng của xy lanh chuyển động theo hướng mong muốn, qua
đó truyền động đến thiết bị.

12

Khi đưa khí nén vào xy lanh và lượng khí được đưa vào tăng dần lên, theo đó sẽ
chiếm khơng gian trong xy lanh và khiến pít tơng dịch chuyển, truyền động điều khiển
thiết bị bên ngồi.
- Chức năng chính của xy lanh khí nén
Tùy thuộc vào thiết kế của hệ thống, bình khí nén có thể hoạt động theo nhiều
cách. Các ví dụ bao gồm khả năng thực hiện nhiều đợt mà không cần sự can thiệp trung
gian, để thực hiện đầy đủ với các điểm dừng trung gian, được điều chỉnh để kiểm soát
lượng mở rộng hoặc rút lại của cần xi lanh khí nén mini khi hoạt động.
d. Van điều áp
- Van điều áp hay còn gọi là van giảm áp, là loại van có chức năng chính là điều
chỉnh áp suất đường ống sao cho áp suất đầu ra luôn thấp hơn hoặc gần bằng áp suất
đầu vào.
- Ứng dụng của van điều áp:
Dùng trong máy nén khí: Máy nén khí cung cấp khí cho việc bơm lốp xe, túi khí,
dùng thổi sạch…Van điều áp dùng trong máy nén khí cho phép người sử dụng điều
chỉnh áp lực ở mức phù hợp, không cho áp suất vượt mức nguy hiểm.
Dùng trong các thiết bị thủy lực: thiết bị thủy lực dùng trong ống dẫn dầu, dẫn
nước và nhiên liệu, xử lý nước… Van điều áp có vai trò cân bằng mức áp suất nằm
trong mức an toàn, hạn chế những sự cố xảy ra do áp suất cao hơn mức cho phép.
1.3 Tính tốn, thiết kế mơ hình.
1.3.1 u cầu cơng nghệ.
Từ hình 1.1 mơ tả cấu trúc mơ hình có chức năng điều khiển xilanh 1A và 2A
hoạt động theo chu trình mong muốn. Khi ấn Start xilanh 1A đi ra, khi cảm biến 1S2 có
tín hiệu thì xilanh 2A đi ra. Khi xilanh 2A đi hết hành trình cảm biến 2S2 tác động ,
Xilanh 2A đi về. Sau khi xilanh 2A đi hết hành trình cảm biến 2S1 tác động xilanh 1A
đi về. Kết thúc 1 chu trình làm việc. Khi ấn Stop hoặc Emerency hệ thống dừng hoạt
động các Xilanh về vị trí ban đầu.

13

KẾT LUẬN: Bằng kiến thức đã học và sự tìm hiểu về những phương pháp điều
khiển, giám sát như : PLC,VĐK, Biến tần, khí nén…đối với đề tài này, để lựa chọn
được giải pháp tối ưu để điều khiển cho trạm phân loại phơi chúng thì có những phương
pháp điều khiển như sau :
- Phương pháp điều khiển khí nén
- Phương pháp điều khiển điện – khí nén
- Phương pháp điều khiển bằng PLC.
Qua thời gian tìm hiểu về các phương pháp nghiên cứu cho mơ hình, bản thân
nhận thấy phương pháp Điều khiển bằng PLC là tối ưu, hợp lí nhất với yêu cầu của đề
tài đã đưa ra.

1.3.2 Thiết kế và lựa chọn phần tử khí nén.
1.3.2.1 Sơ đồ khí nén

Hình 1: Sơ đồ khí nén
1.3.2.2. Lựa chọn các phần tử khí nén.
14


Hình ảnh

Mơ tả

Số lượng

Xilanh trịn

2

Van điện từ

2

Van tiết lưu

4

Ống dẫn khí nén

1

Bảng 1: Lựa chọn các phần tử khí nén
1.3.2.3 Thơng số kỹ thuật các phần tử khí nén
a. Xylanh tác động kép
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).
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

15

Xilanh tác dụng hai
chiều có cơ cấu giảm
chấn điều chỉnh
được
Xilanh quay bằng thanh
răng
Bảng 2: Một số loại xi lanh và kí hiệu
Kết luận: Với yêu cầu của đề tài ta lựa chọn xilanh tác động 2 chiều là phù hợp.
Là loại xi lanh hoạt động hai chiều (DAC) sử dụng lực khơng khí để di chuyển
đẩy ra và rút lại. Chúng có hai cổng để cho phép khơng khí, một cho hành trình đi ra và
một cho hành trình lùi về. Xi lanh khí nén hai chiều được dùng để sinh ra lực đẩy piston
từ 2 phía, đối với loại xi lanh này xi lanh có 2 lỗ dùng để cung cấp nguồn khí nén, lưu
lượng khí nén cấp cho van được sử dụng các kiểu van điện từ chia khí 4/2, 5/2 hoặc 5/3
1 hoặc 2 đầu cuộn coil đều áp dụng được.
Có một điểm chúng ta cần lưu ý đó là xi lanh khí nén kép cần piston về một phía
do điện tích 2 mặt piston là khác nhau vì thế lực tác dụng lên cần piston cũng khác nhau
hồn tồn.

Hình 2: Xilanh tác động kép
16


 Thơng số kỹ thuật
-

Loại: Khí nén
Đường kính : 16
Hành trình 75
Hoạt động: Tác dụng kép.
Mơi trường hoạt động: Khí nén.

Áp suất vận hành lớn nhất: 1.5 MPa
Áp suất vận hành nhỏ nhất: 0.05 MPa
Nhiệt độ của khí: -10°C đến 70°C
Vật liệu bôi trơn: Không yêu cầu
Tốc độ piston: 50 đến 800 mm/s
Giảm chấn: Bằng cao su.
Động năng cho phép: 0.4J

b. Van tiết lưu
- Nguyên lý hoạt động
Tiết diện chảy A thay đổi bằng cách điều chỉnh vít điều chỉnh bằng tay. Khi dịng
khí nén từ A qua B, lị xo đẩy màng chắn xuống và dịng khí nén chỉ đi qua tiết diện A.
Khi dịng khí nén đi từ B sang A, áp suất khí nén thắng lực lị xo, đẩy màng chắn lên và
khi đó dịng khí nén đi qua khoẳng hở giữa màng chắn và mặt tựa màng chắn, lưu lượng
khơng điều chỉnh được.

Hình 3. Cấu tạo van tiết lưu
-Ký hiệu và hình ảnh van tiết lưu :

17


Hình 4. Ký hiệu và hình ảnh van tiết lưu

1.3.3 Các phần tử điện
 Aptomat

Hình 5: Aptomat
CB được cấu tạo bởi các bộ phận: tiếp điểm, hồ dập quang điện, cơ cấu truyền
động cắt CB, móc bảo vệ.

Tiếp điểm: CB thường có cấu tạo 2 cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và hồ quang)
hoặc được thiết kế 3 cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính, tiếp điểm phụ. hồ dập quang). Tiếp
18


điểm hoạt động như sau: khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp điểm phụ
và cuối cùng là tiếp điểm chính, khi ngắt mạch điện thì tiếp điểm hoạt động ngược lại,
cuối cùng là tiếp điểm hồ quang điện.
Hộp dập hồ quang: CB hộp dập hồ quang thường sử dụng hai kiểu thiết bị dập hồ
quang: kiểu nửa kín và kiểu hở. Kiểu nửa kín của CB thường được đặt trong vỏ kín của
CB và có lỗ thốt khí được dùng cho dịng điện có giới hạn khơng q 50KA. Cịn đối
với loại kiểu hở thì dịng điện lớn hơn 50KA hoặc điện áp lớn hơn 1000V.
Cơ cấu truyền động cắt CB
Truyền động cắt CB có 2 cách: bằng tay và bằng cơ điện. Đối với loại truyền
động cắt CB có dịng điện điện mức khơng lớn 600A. Điều khiến bằng điện từ có dịng
điện lớn hơn 1000A.
Móc bảo vệ của CB có chức năng bảo vệ thiết bị điện khơng bị q tải và ngắn
mạch, dịng điện của móc bảo vệ phải nằm dưới đường đặc tính của đối tượng của đối
tượng cần bảo vệ. Móc bảo vệ bao gồm: móc kiểu điện từ, móc kiểu rơle nhiệt. Tùy vào
điều kiện lắp đặt mà móc bảo vệ được sử dụng cho dòng điện khác nhau.
Nguyên lý hoạt động của CB chống giật
Dòng điện đi ra ở dây nóng và quay về ở dây mát là ngược chiều nhau. Nếu trong
trường hợp 2 dòng điện này bằng nhau thì 2 từ trường sẽ biến thiên và bị triệt tiêu làm
điện áp ra của cuộn thứ cấp cũng bị biến dòng thành 0. Lúc này nếu điện áp qua 2 dây bị
dò, dòng điện trên 2 dây khác nhau và từ trường sẽ sinh ra biến thiên trong cuộn dây
khác nhau làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trên cuộn dây.
Ứng dụng của CB
CB chống giật được lắp với aptoamt thơng thường ở cầu dao tổng để chống dị
dịng, bảo vệ an tồn cho người sử dụng khơng bị điện giật. Và CB chống giật được lắp
đặt còn được dùng để chống sấm chớp. Đồng thời, aptomat chống giật được mắc ở bình

nước nóng và ở những nơi cần sự an toàn cao về điện.
 Nguồn 24VDC

19


Hình 6: Bộ nguồn tổ ong 24VDC
+ Chỉnh lưu từ lưới điện xoay chiều thành điện 1 chiều cung cấp cho các thiết bị điện tử.
+ Dùng trong các mạch ổn áp, cung cấp dòng áp đủ tranh trường hợp sụt áp,
dòng ảnh hưởng tới mạch
+ Hiệu quả cao, giá thành thấp , độ tin cậy cao.
- Thông số sản phẩm:
1. Điện áp ngõ vào : 185V-260VAC
2. Điện áp ngõ ra

: DC24V

3. Dòng ngõ ra

: 5A

4. Nhiệt độ làm việc : 0 - 80 oC
5. Kích thước: 198 x 98 x 42 mm
- Hướng dẫn sử dụng :
+ Mắc dây 2 dây từ nguôn AC ( L và N ) vào nguồn tổ ong.
+ Đầu ra nguồn 1 chiều được lấy từ 2 đầu còn lại ( -V, +V)
+ VADJ là chiết áp điều chỉnh điện áp đầu ra.
20

 Nút ấn
Nút ấn đóng mở khi chưa có tác động thì chưa có dịng điện chạy qua, khi tác
động thì có dong điện đi qua. Nút ấn chuyển mạch, sơ đồ cấu tạo và ký hiệu trình bày
trong hình vẽ.

Hình 7: Nút nhấn và ký hiệu

 Relay
Trong kỹ thuật điều khiển, relay được sử dụng như phần tử xử lý tín hiệu. Có
nhiều loại rơle khác nhau tùy vào công dụng. Nguyên tắc hoạt động của rơle là từ
trường của cuộn dây, trong q trình đóng mở sẽ có hiện tượng tự cảm
Ngun lí làm việc : Khi dịng điện vào cuộn dây cảm ứng, xuất hiện lực từ
trường sẽ hút lõi sắt, trên đó có lắp các tiếp điể. Các tiếp điểm đó có thể là tiếp điểm
chính để đóng , mở mạch chính và các tiếp điểm phụ để đóng, mở mạch điều khiển.

21


Hình 8: Relay
Thơng số kỹ thuật:
Tên sản phẩm

-

Omron MK3P-I

Loại rơ le

3PDT (3 cặp tiếp điểm)

Điện áp cuộn dây

24VDC

Dòng tải max

3A

Điện áp tiếp điểm

250VAC/30VDC

Trở kháng cuộn dây

605 ohm

Nhiệt độ hoạt động

-550C tới 700C

Dải thời gian

0..60s

Bảng 3: Thông số kỹ thuật của relay trung gian
•
A1/A2 cho cuộn dây.
•
12/14/11 (22/24/21) cho tiếp điểm chuyển đổi.
Chức năng: Là phần tử xử lý tín hiêu trong hệ điều khiển điện khí nén chức năng

Đóng cắt cho tải lớn (dịng điện) bằng 1 nguồn cơng suất nhỏ.
Khuếch đại công suất từ mạch điều khiển tới mạch động lực.
Thay đổi từ đóng cắt tiếp điểm thường đóng sang thường mở và ngược lại.
Đưa ra nhiều tín hiệu từ 1 tiếp điểm.

 Cảm biến từ xilanh.
Là loại cảm biến sử dụng chun cho các dịng xi lanh khí nén, xi lanh thủy lực của
hảng SMC, Cảm biến được sử dụng để báo hành trình ra vào của xi lanh, hành trình
quay theo góc của xi lanh xoay, dạng cảm biến này là cảm biến từ, nhận tín hiệu nam
châm được tích hợp trong cái xi lanh .

22


Hình 9: Cảm biến CMSG-020

Mỗi xi lanh thơng thường được gắn hai cảm biến, để báo hai hành trình ra-vào của xi
lanh, nhờ đó mà hệ thống có thể hoạt động tự động thơng qua hai tín hiệu này.
Cảm biến được thiết kế đặc biệt, và được đặt trong các rãnh của xi lanh. Với nguyên
lý nhận tín hiệu nam châm, tác động tiếp điểm bên trong, cảm biến cũng có thể sử dụng
cho các ứng dụng khác khơng chỉ riêng gì xi lanh SMC.
Thơng số Cảm biến từ xi lanh CMSG - 020
-

Sử dụng điện áp 24VDC hoặc 100VAC kiểu mắc tải nối tiếp 2 dây.

-

Tích hợp led báo ngõ ra khi có tác động.

-

Tải sử dụng là relay hoặc PLC ( công suất tải 5-40mA).

 Cầu đấu
Cầu đấu dây ở đây chính là dịng cầu đấu UK. Được dùng nhiều trong các tủ điều
khiển. Cầu đấu này là cổng kết nối tín hiệu đưa từ cơng trường về sau đó kết nối với các
thiết bị điều khiển bên trong tủ. Ngồi ra dịng cầu đấu dây này cũng được dùng như
cổng kết nối nguồn (thông thường các cầu đấu UK 2.5 trở lên).
Dòng cầu đấu điện UK được chế tạo bằng vật liệu nhựa PB có khả năng chống
cháy chậm và khơng phát sinh khí halogen. Hiện tại sản phẩm mới chỉ có màu ghi xám

23


và màu vàng xanh dùng cho loại tiếp địa. Và các phụ kiện đi kèm theo như: chặn cầu
đấu, nắp bịt terminal…
Tên sản phẩm : Cầu đấu UK phoenix
Hãng sản xuất : Phoenix controller
Số lượng : 20 cái

Hình 10. Cầu đấu UK
 Van điện từ

Hình 11. Van điện từ
• Thơng số kĩ thuật
Van điện từ khí nén AIRTAC 4V220-08 là loại van khí nén 5/2 có 5 cổng 2 vị trí
và 2 đầu coil điện, thường được dùng để điều khiển xi lanh khí nén.
- Kích thước cổng: 1/4''.(ren 13).
- kích thước cổng xả: 1/8" (ren 9.6).

-Áp suất hoạt động: 0.15 - 0.8 MPa.
- Loại van 5 cửa 2 vị trí. (2 Đầu Coil Điện)

24


- Nhiệt độ hoạt động: -20~70oC.
- Xuất Xứ: AIRTAC (Đài Loan)

Hình 12. Kí hiệu van điện từ

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200
2.1 PLC S7-1200
2.1.1 Định nghĩa PLC và tổng quan
 Định nghĩa
PLC là viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điều khiển lập
trình được cho phép thực hiện linh hoạt các giải pháp điều khiển logic thông qua
một ngơn ngữ lập trình. Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự
các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động
vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được
đếm.
Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF thiết bị điều khiển bên
ngoài được gọi là thiết bị vật lý. Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục “lặp” trong
chương trình do “người sử dụng lập ra” chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra
tại các thời điểm đã lập trình.
Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối người ta đã chế
tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau:
25