Mô hình khoan phôi dùng Vit-me bi sử dụng PLC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ…………………………………………………………
DANH MỤC BẢNG BIỂU…………………………………………….…
LỜI CẢM ƠN……………………………………………………………
MỞ ĐẦU………………………………………………….…………………
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI…………………….
Đề tài : Thiết kế,chế tạo hệ thống khoan và phân loại sản phẩm.
1.1 Lý do chọn đề tài………………………………………………………
1.2 Khái niệm,cấu trúc đề tài……………………………………………….
1.3 Đối tượng nghiên cứu…………………………………………………
1.4 Phạm vi nghiên cứu…………………………………………………….
1.5 Ứng dụng của hệ thống vào thực tế…………………………………….
1.6 Kết luận,ý kiến về đề tài……………………………………………
CHƯƠNG II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT ỨNG DỤNG……………………………….
2.1 Giới thiệu chung về công nghệ khoan và phân loại sản phẩm………
2.2 Ý tưởng thiết kế mô hình……………………………………………….
2.3 Hệ điều khiển khí nén ứng dụng trong đề tài………………………
2.3.1 Các yêu cầu chung về khí nén……………………………………………
2.3.2 Các đặc trưng cơ bản về điều khiển………………………………………
2.3.3 Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén…………………
2.3.4 Sơ đồ nguyên lý truyền động khí nén………………………………………
2.4 Lựa chọn phần tử khí nén………………………………………………
Page 1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.4.1 Xilanh…………………………………………………………………….
2.4.2 Van điện từ……………………………………………………………….
2.4.3 Van tiết lưu hai chiều và van tiết lưu một chiều…………………………
2.5 Tổng quan về PLC S7-300………………………………………………
2.5.1 Khái niệm chung về PLC……………………………….……………….
2.5.2 Cấu hình phần cứng của PLC trên Rack…………………….…………

2.5.3 Ngôn ngữ lập trình và các hàm toán điều khiển trong PLC S7-300……
2.6 Thiết bị điện 1 chiều…………………………………………………….
2.6.1 Nguồn 1 chiều…………………………………………………………
2.6.2 Động cơ điện 1 chiều……………………………………………………
2.6.3 Thiết bị đóng ngắt trong mạch điện 1 chiều…………………………….
2.7 Chuyển động tịnh tiến dàn khoan Vitme trục đứng…………………
2.7.1 Trục Vitme……………………………………………………………
2.7.2 Gối đỡ và bàn dẫn trục Vitme…………………………………………
KẾT LUẬN CHƯƠNG II………………………………………………………
CHƯƠNG III : THIẾT KẾ MÔ HÌNH VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ………….
3.1 Phương án xây dựng mô hình………………………………………….
3.2 Thiết kế chế tạo cơ khí…………….…………………………………….
3.2.1 Dàn khoan………………………………………………………………
3.2.2 Ổ chứa và máng dẫn hướng cho phôi…………………………………
3.2.3 Giới thiệu, thiết kế chế tạo băng tải có thành chắn………………………
3.3 Tính chọn thiết bị và thiết kế mạch……………………………………
3.3.1 Động cơ chạy mũi khoan
3.3.2 Động cơ kéo trục Vitme………………………………………………….
Page 2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
3.3.3 Tính toán thiết kế mạch nguồn……………………………………………
3.3.4 Thiết kế mạch cảm biến phân biệt 2 màu và cảm biến thu phát
3.4 Tính chọn phần tử khí nén……………………………………………
3.4.1 Tính chọn Xilanh………………………………………………………
3.4.2 Tính chọn van khí nén điện từ và van tiết lưu…………………………….
3.4.3 Dựa trên yêu cầu công nghệ xác định điều khiển cho từng thiết bị phần cứng
trong hệ thống………………………………………………………………………
KẾT LUẬN CHƯƠNG III
CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG MÔ HÌNH & LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN……….
4.1 Sơ đồ khối của toàn mô hình… ……………………………………….

4.2 Lắp đặt và căn chỉnh thiết bị phần cứng……….…………………….
4.3 Kết nối cổng vào/ra PLC và trang bị điện…………………………
4.3.1 Sơ đồ kết nối cứng vào/ra PLC……………………………………
4.3.2 Sơ đồ nối dây trang bị điện cấp nguồn cho cơ cấu chấp hành…………
4.4 Lập trình điều khiển hệ thống trên PLC S7-300
4.4.1 Nguyên lý làm việc của hệ thống………………………………………
4.4.2 Giản đồ thuật toán lập trình……………………………………………
4.4.3 Lập bảng Symbol và viết chương trình………………………………….
KẾT LUẬN CHƯƠNG IV…………………………………………………………
PHẦN II : HOÀN THIỆN SẢN PHẨM……………………………………………
1. Hoàn thiện kết cấu phần cứng……………………………………………………
2. Kết nối phần cứng với PLC,nạp chương trình cho hệ thống làm việc…………….
3. Kết luận và hướng phát triển đề tài………………………………………………
Page 3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1 : Hệ thống điện – khí nén………………………………………………9
Hình 2.2 : Hình dáng xi lanh tác động kép có đệm giảm chấn…………………10
Hình 2.3 : Cấu tạo và kí hiệu van điện 5/2.
Hình 2.4 : Van tiết lưu một chiều và hai chiều.
Hình 2.5 : Sơ đồ khối của PLC
Hình 2.6 : Vòng quét trong của PLC
Hình 2.7 : Ghép cách ly trong PLC
Hình 2.8 : Trực quan phần cứng của PLC
Hình 2.9 : Thiết bị điều khiển logic khả trình SIMATIC S7-300
Hình 2.10 : Module nguồn của S7-300
Hình 2.11 : Cấu tạo bên ngoài của PLC
Hình 2.12 : In/Output Digital Module
Hình 2.13 : Analog Input module
Hình 2.14 : Miêu tả tín hiệu vào ra của bộ thời gian.

Hình 2.15 : Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu AC/DC tạo nguồn 1 chiều
Hình 2.16: Lực tác động trong máy điện 1 chiều
Hình 2.17 : Sơ đồ nguyên lý máy điện 1 chiều
Hình 2.18 : Họ đặc tính cơ điều chỉnh khi thay đổi điện áp nguồn
Hình 2.19 : Kí hiệu và hình dạng thực tế của nút ấn
Hình 2.20 : Rơle trung gian dùng trong mô hình
Hình 2.21 : Trục vitme, thân là trục tiện ren, 2 đầu tiện trơn nắp vòng bi.
Hình 2.22 : Bàn dẫn trên trục vitme.
Hình 2.23 : Gối đỡ 2 đầu trục vitme và thanh dẫn hướng
Page 4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 3.1: Dàn khoan đã được cân chỉnh và lắp động cơ
Hình 3.2 : Khớp nối mềm
Hình 3.3 : Hình dạng phôi
Hình 3.4 : Ổ chứa cấp phôi và máng dẫn
Hình 3.5 Dự tính kích thước cho băng tải
Hình 3.6 : Băng tải vận chuyển phân loại phôi được thiết kế trong mô hình.
Hình 3.7 Động cơ dẫn động chạy mũi khoan
Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu lấy nguồn 1 chiều.
Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến phân loại 2 màu.
Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến quang thu phát
Hình 3.11 Sơ đồ mạch in kết hợp mạch phân biệt màu và quang thu-phát
Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý của khối nguồn
Hình 3.13 Chủng loại xilanh được sử dụng trong mô hình
Hình 4.1 Sơ đồ khối của mô hình đồ án.
Hình 4.2 Mô hình phần cứng
Hình 4.3. Kết nối cứng vào ra PLC với nút ấn và role
Hình 4.4. Sơ đồ nối dây cấp nguồn cho các thiết bị chấp hành
Hình 4.5 : Trang bị điện role nhận tín hiệu điều khiển từ PLC, có các tiếp điểm
cập nguồn cho động cơ và van

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1 : Các Mode trong PLC………………………………………………….
Page 5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI CẢM ƠN
Qua một thời gian nghiên cứu và thực hiện,đến nay đồ án tốt nghiệp của
chúng em với đề tài:” Thiết kế, chế tạo hệ thống khoan và phân loại sản
phẩm” do cô giáo Chu Thị Thanh Thơ hướng dẫn đã hoàn thành. Trong quá
trình nghiên cứu và thực hiện đề tài chúng em đã gặp phải những vướng mắc
nhưng chúng em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình và quý báu.
Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến cô Chu Thị Thanh Thơ,
người luôn tận tình chỉ bảo giúp đỡ chúng em trong thời gian vừa qua. Chúng
em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Tự động hóa đã nhiệt
tình chỉ bảo chúng em khi gặp những vấn đề phức tạp trong quá trình làm đồ
án. Chúng em xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể các thầy cô trong Trường Đại Học
Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên đã giảng dạy chúng em trong những năm học vừa
qua. Xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn và gia đình đã nhiệt tình giúp đỡ và
tạo điều kiện thuận lợi nhất cho chúng em hoàn thành đồ án này.
Mặc dù đã hết sức cố gắng hoàn thành đồ án này nhưng do thời gian và
kiến thức còn hạn chế nên bản đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót.
Kính mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô và các bạn để đồ án
này được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Page 6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
MỞ ĐẦU
Sự tiến bộ về khoa học công nghệ trên thế giới đang phát triển mạnh mẽ và
đã đạt được những thành tựu rực rỡ, và góp phần rất lớn trong sự phát triển văn
minh nhân loại. Để theo kịp sự tiến bộ khoa học nhân loại, Đảng và Nhà Nước
ta từ lâu đã coi việc “ Công nghiệp hóa, hiện đại hóa” đất nước là hết sức cần

thiết và thiết thực. Chính vì vậy công nghiệp hóa, hiện đại hóa đang dần hình
thành và phát triển sâu rộng ở nước ta. Các ngành kinh tế nói chung và ngành
tự động hóa nói riêng đòi hỏi phải có đội ngũ không những có chuyên môn cao
mà còn phải đào tạo ra lớp kế cận có kiến thức sâu rộng để bắt kịp sự tiến bộ
khoa học nhân loại.
Với đề tài : “Thiết kế, chế tạo hệ thống khoan và phân loại sản phẩm”.
Chúng em hy vọng sẽ nắm bắt được những thành tựu của khoa học nhân loại và
áp dụng vào đời sống thực tiễn. Dựa trên kiến thức nằm trong chương trình đào
tạo của ngành Tự Động Hóa có vai trò hết sức quan trọng nhằm tạo cho sinh
viên hiểu một cách sâu rộng về những vấn đề mà kỹ thuật viên gặp phải khi
thiết kế, chế tạo một quy trình sản xuất tự động với quy mô là tự động hóa.
Trong suốt quá trình nghiên cứu chúng em đã áp dụng những kiến thức đã học
như : Công nghệ chế tạo máy, lập trình PLC, điều khiển khí nén, điện khí
nén
Nội dung đề tài :
- Tổng quan khái quát được phạm vi nghiên cứu của đề tài.
- Thiết kế chế tạo mô hình.
- Hướng phát triển của đề tài.

Hưng Yên, ngày 10 tháng 3 năm 2014
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Văn Giang
Page 7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Đề tài : Thiết kế,chế tạo hệ thống khoan và phân loại sản phẩm.
1.1 Lý do chọn đề tài.
Nước ta hiện nay đang trong quá trình hội nhập và phát triển nhu cầu
về tự động hóa trong hệ thống điều khiển là rất cần thiết.Mức độ tự động hóa ở
nước ta vẫn ở trình độ thấp chưa phát huy hết thế mạnh của nó.

Chính vì thế mà các sản phẩm được làm ra đạt chất lượng chưa cao và kém
năng suất,nhìn chung trình độ tự động còn phụ thuộc nhiều vào sức người,chưa
thấy được kết quả mà nó đem lại.Đồng thời chúng ta cũng phải tìm hiểu nó một
cách đúng đắn.Do đó,ở phần này chúng ta sẽ biết được cách hoạt động không
phải một cách khái quát mà là một cách cụ thể.
Đề tài hướng tới việc nghiên cứu kết nối giữa PLC tới các phần tử điện và
khí nén để điều khiển khoan phôi và phân loại phôi.Kết quả thực hiện được một
phần đáp ứng cho tiềm năng phát triển mở rộng trong tương lai với hệ thống
dây truyền khoan,khoét,taro và các loại máy tạo hình khác.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế của trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng
Yên cần có ngành Tự Động Hóa mà nếu mua các thiết bị tự động của nước
ngoài thì rất đắt tiền.Vì vậy cần phải nghiên cứu thiết kế,chế tạo thiết bị tự
động phục vụ cho đào tạo là rất cần thiết. Đề tài “Thiết kế,chế tạo hệ thống
khoan và phân loại sản phẩm’’bằng PLC là một hướng đi cần thiết và đúng
đắn do có hỗ trợ về kiến thức lập trình,khả năng cung cấp và đảm bảo các thiết
bị phần cứng.Sử dụng PLC còn cho phém mở rộng hướng phát triển của đề tài.
Giúp cho sinh viên làm quen với việc thiết kế chế tạo và sửa chữa các hệ
thống trong ngành cơ khí,tự động hóa.Làm quen với lập trình PLC và lập
trình,quản lí qua máy tính.
1.2. Khái niệm và cấu trúc đề tài.
-Thiết kế và điều khiển hệ thống sản xuất tự động là sản phẩm trí tuệ của
loài người, do con người chế tạo ra để phục vụ chính lợi ích của con người.
-Thiết kế và điều khiển hệ thống sản xuất tự động được ứng dụng rất rộng
rãi trong các lĩnh vực như ngành chế tạo máy, gia công cắt gọt kim loại- phi
kim… Sự ra đời của các dây chuyền băng tải đã kéo theo rất nhiều ngành khoa
học khác phát triển theo nó, điển hình như ngành” Tự động hóa, điều khiển
giám sát …”.
1.3. Đối tượng nghiên cứu
Với đề tài này chúng em tập chung nghiên cứu 2 mảng lớn :
- Hệ thống cấp,khoan phôi.

- Dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc.
Viết chương trình điều khiển.
Page 8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.4. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động để thiết kế, chế tạo hệ
thống khoan phôi và phân loại sản phẩm.
- Lập chương trình điều khiển thiết bị.
- Mô phỏng chương trình hoạt động trên máy tính, ứng dụng để điều khiển
chạy hệ thống ngoài thực tế.
1.5 Ứng dụng vào thực tế
- Ứng dụng thành công kiến thức về lý thuyết khí nén và lập trình PLC vào
thực hành và hoàn thiện kỹ năng nhạy bén cho sinh viên.
- Ứng dụng thực tế trong công nghiệp, khoan cấp phôi và phân loại không
cần đến bàn tay con người.
- Làm mô hình mẫu cho phòng thực hành PLC khoa Điện – Điện Tử.
1.6 Kết luận, ý kiến đề tài
Đề tài dùng trong học tập dành cho sinh viên các nghành Cơ khí và Điện
Công Nghiệp.
Với đề tài này chúng em cũng gặp khá nhiều trong thực tiễn, tuy chỉ là một
khâu trong hệ thống sản xuất tự động. Nhưng cũng đã phần nào cho thấy thực
tiễn của nó. Chúng em sẽ nắm bắt được phần nào những kinh nghiệm thực tiễn
khi chế tạo và lắp đặt một hệ thống cấp phôi và gia công khoan tự động.
Sự cần thiết của những mô hình hệ điều khiển hệ thống sản xuất tự động sẽ
giúp chúng em những sinh viên có thể thực hành và sẽ không cảm thấy bỡ ngỡ
khi ra trường và được làm trong môi trường tương tự .
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, danh mục tài liệu tham khảo và
các phụ lục thì phần nội dung đề tài sẽ được thông qua một cách cụ thể trong 4
chương. Chúng em sẽ cố gắng đi sâu vào từng chương.

Page 9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG II : CƠ SỞ LÝ THUYẾT ỨNG DỤNG
2.1 Giới thiệu chung về công nghệ khoan và phân loại sản phẩm.
Hệ thống khoan thường được biết đến trong công nghiệp khoan kim loại
hay phi kim và các vật liệu đơn giản, vật liệu rời. Được lập trình điều khiển và
giám sát trên PLC hoặc Vi Điều Khiển để đẩy cao công nghệ sản xuất, độ chính
xác cao, tăng năng suất làm việc lên gấp nhiều so với công nghệ thủ công.
Hệ thống băng tải phân loại sản phẩm được dùng di chuyển các vật liệu
nặng, nhẹ tùy vào các ngành công nghiệp khác nhau. Trên các kho bãi thì dùng
để vận chuyển các bưu kiện, vật liệu hoặc 1 số sản phẩm khác. Trong 1 số
ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp hóa chất thì dùng để vận chuyển các sản
phẩm đã hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các công đoạn để xử lý các sản
phẩm không dùng được.
+ Ưu điểm : Cấu tạo đơn giản, bền, vốn đầu tư không quá lớn và có thể điều
khiển tự động qua PLC. Làm việc tin cậy và năng suất so với làm thủ công.
+ Nhược điểm : Do là mô hình phục vụ trong việc học tập nên hệ thống khoan
nhỏ, công suất thấp, việc lựa chọn phôi để khoan và phân loại trên băng tải là
phôi gỗ. Với nhược điểm này chúng em sẽ cố gắng sửa và nâng cao phát triển ở
một đề tài cao hơn.
2.2 Ý tưởng thiết kế mô hình
Dựa trên nền công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước ngày một phát triển,
chính là đưa các trang bị công nghệ cao vào trong quá trình lao động để thay
thế sức lao động thủ công của con người. Vì vậy, việc thiết kế chế tạo mô hình
khoan phôi và phân loại sản phẩm là rất cần thiết. Vì hệ thống sẽ giúp ta kiểm
soát sản phẩm và sản lượng khi đưa ra ở mỗi dây chuyền sản xuất.
2.3 Hệ điều khiển khí nén ứng dụng trong đề tài.
2.3.1 Các yêu cầu chung về khí nén.
+ Trong lĩnh vực điều khiển
Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong nhiều lĩnh vực

như các thiết bị phun sơn, các loại đồ gá kẹp các chi tiết nhựa (chất dẻo), hoặc
là được sử dụng cho lĩnh vực sản xuất các thiết bị điện điện tử. Ngoài ra hệ
thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền tự động ,
trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra của thiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện,
đóng gói bao bì và trong công nghiệp hóa chất .
+ Các dạng truyền động sử dụng khí nén.
- Các dụng cụ thiết bị máy va đập:
Các thiết bị máy móc trong lĩnh vực khai thác, như khai thác đá, khai thác
than, trong các lĩnh vực xây dựng công trình (xây dựng hầm mỏ, đường hầm).
- Truyền động trục quay:
Page 10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Truyền động động cơ quay với công suất lớn bằng năng lượng khí nén
giá thành rất cao . Nếu so sánh với giá thành tiêu thụ điện của một động cơ
quay bằng năng lượng khí nén và một động cơ điện có cùng một công suất, thì
giá thành tiêu thụ của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén cao hơn gấp
10 đến 15 lần so với động cơ điện. Nhưng ngược lại thể tích và trọng lượng lại
nhỏ hơn 30% so với động cơ cùng công suất.
Những dụng cụ vặn vít từ M4 đến M300, máy khoan công suất khoảng
2.5kw, cũng như máy mài có công suất nhỏ nhưng có số vòng quay cao 100.000
v/p thì sử dụng động cơ truyền động bằng khí nén là hợp lý hơn cả.
- Truyền động thẳng: Vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho truyền
động thẳng trong các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt chi tiết, trong các thiết bị đóng
gói, trong các loại máy gia công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh cũng như phanh
hãm của ô tô.
- Trong các hệ thống đo lường và kiểm tra: Dùng trong các thiết bị đo lường
và kiểm tra chất lượng sản phẩm.
2.3.2 Những đặc trưng của khí nén.
- Về số lượng: có sẵn ở khắp mọi nơi nên có thể sử dụng với số lượng vô hạn.
- Về vận chuyển: khí nén có thể vận chuyển dễ dàng trong các đường ống với

một khoảng cách nhất định. Các đường ống dẫn về không cần thiết với khí nén
sau khi sử dụng sẽ được thoát ra ngoài môi trường sau khi đã thực hiện xong
công tác.
- Về lưu trữ: máy nén khí không nhất định phải hoạt động liên tục. Khí nén có
thể được lưu trữ trong các bình khí để cung cấp khi cần thiết.
- Về nhiệt độ: khí nén ít thay đổi theo nhiệt độ.
- Về phòng chống cháy nổ: không một nguy cơ nào gây cháy bởi khí nén nên
không mất chi phí cho việc phòng cháy. Khí nén thường hoạt động với áp suất
khoảng 6bar nên việc phòng nổ không quá phức tạp.
- Về tính vệ sinh: khí nén được sử dụng trong các thiết bị đều được lọc các
bụi bẩn, tạp chất nên thường sạch không có nguy cơ nào về mặt vệ sinh. Tính
chất này rất quan trọng trong các ngành công nghiệp đặc biệt như: thực phẩm,
vải sợi, lâm sản và thuộc da.
- Về cấu tạo thiết bị: đơn giản nên rẻ hơn các thiết bị tự động khác.
- Về vận tốc: khí nén là một dòng chảy có lưu tốc lớn cho phép đạt được tốc
độ cao (vận tốc làm việc trong các xilanh thường từ 1-2m/s).
- Về tính điều chỉnh: vận tốc và áp lực của thiết bị công tác bằng khí nén
được điều chỉnh một cách vô cấp.
- Về sự quá tải: các thiết bị và các công cụ được khí nén đảm nhận tải trọng
cho đến khi chúng dưng hoàn toàn nên sẽ không xảy ra quá tải.
2.3.3 Ưu nhược điểm của hệ thống truyền động bằng khí nén.
+/ Ưu điểm:
Page 11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
- Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, cho nên có thể trích
chứa khí nén một cách thuận lợi. Như vậy có khả năng ứng dụng để thành lập
một trạm trích chứa khí nén.
- Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén
nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn ít.
- Đường dẫn khí nén ra (thải ra) không cần thiết (ra ngoài không khí).

- Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì
phần lớn trong các xí nghiệp hệ thống đường dẫn khí nén đã có sẵn.
- Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo.
+/ Nhược điểm:
- Lực truyền tải trọng thấp .
- Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi, bởi
vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn, cho nên không thể thực hiện những chuyển
động thẳng hoặc qua đều.
- Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn ra gây nên tiếng ồn.
Hiện nay, trong lĩnh vực điều khiển, người ta thường kết hợp hệ thống điều
khiển bằng khí nén với cơ, hoặc với điện, điện tử. Cho nên rất khó xác định một
cách chính xác, rõ ràng ưu, nhược điểm của từng hệ thống điều khiển.
Tuy nhiên có thể so sánh một số khía cạnh, đặc tính của truyền động bằng
khí nén đối với truyền động bằng cơ, bằng điện.
2.3.4 Sơ đồ nguyên lý truyền động điện khí nén
Hình 2.1 Hệ thống điện – khí nén
2.4 Lựa chọn phần tử khí nén.
Page 12
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Tùy thuộc vào từng yêu cầu của bài toán đặt ra để lựa chọn các phần tử
điều khiển hệ thống cho phù hợp. Với yêu cầu đồ án của em là kẹp chi tiết để
gia công em sẽ chọn một số phần tử sau:
2.4.1 Xilanh
Chọn xi lanh tác động kép có đệm giảm chấn:
Hình 2.2 Hình dáng xi lanh tác động kép có đệm giảm chấn.
Trong mô hình sử dụng:
- 01 xi lanh M16x50 để kẹp phôi.
- 01 xi lanh M16x60 để đẩy phôi ra khỏi ổ chứa
2.4.2 Chọn van điện từ.
+ Van phân phối 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, 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.
Hình 2.3 Cấu tạo và kí hiệu van điện 5/2.
Chi tiết:
+ Van điện từ STNC 5 cửa 2 vị trí TG2521-08.
Page 13
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
+ Kiểu tác động: Một đầu điện.
+ Dải áp suất: 0.15 - 0.8 MPa.
- 02 van điện 5/2 mã số : TG2522-08 dùng để điều khiển các xi lanh.
Chi tiết:
+ Van điện từ STNC 5 cửa 2 vị trí TG2522-08.
+ Kiểu tác động: Hai đầu điện.
+ Dải áp suất: 0.15 - 0.8 MPa.
2.4.3 Van tiết lưu hai chiều và van tiết lưu một chiều.
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 công 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
Hình 2.4 Van tiết lưu một chiều và hai chiều.
2.5 Tổng quan về PLC S7-300
2.5.1 Khái niệm chung về PLC.
Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC ( Programable Logic Controler )
là thiết bị điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ lập trình
được để lưu trữ các lệnh, thực hiện các chức năng và thuật toán để điều khiển

máy và các quá trình.
Page 14
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Sơ đồ khối
 Phần cứng PLC có 5 bộ phận cơ bản:
- Bộ xử lý: Còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chứa bộ vi
xử lý. Bộ xử lý biên dịch các tín hiệu vào và thực hiện các hoạt động điều khiển
theo chương trình được lưu trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dưới
dạng tín hiệu hoạt động đến các tín hiệu ra.
- Nguyên lý làm việc của bộ xử lý tiến hành theo từng bước tuần tự, đầu
tiên các thông tin lưu trữ trong bộ nhớ chương trình được gọi lên tuần tự và
được kiểm soát bởi bộ đếm chương trình. Bộ xử lý liên kết các tín hiệu và đưa
ra kết quả ra đầu ra. Chu kỳ thời gian này gọi là thời gian quét ( scan ). Thời
gian vòng quét phụ thuộc vào dung lượng bộ nhớ, tốc độ của CPU.
Page 15
Giao diện vào
Bộ xử lý ( CPU )
Giao diện ra
Bộ nhớ
Nguồn cung cấp
Thiết bị lập trình
Hình 2.5 Sơ đồ khối của PLC
Hình 2.6 Vòng quét trong của PLC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Sự thao tác tuần tự của chương trình dẫn đến một thời gian trễ trong khi
bộ đếm của trương trình đi qua một chu kỳ đầy đủ, sau đó bắt đầu lại từ đầu.
- Bộ nguồn: Có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp cho bộ
vi xử lý ( thường là 5V ) và cho các mạch điện trong các module còn lại
( thường là 24V ).
- Thiết bị lập trình: Được sử dụng để lập các chương trình điều khiển cần

thiết sau đó được chuyển cho PLC. Thiết bị lập trình có thể là thiết bị lập trình
chuyên dụng, có thể là thiết bị lập trình cầm tay gọn nhẹ, có thể là phần mềm
được cài đặt trên máy tính cá nhân.
- Bộ nhớ: Là nơi lưu trữ chương trình sử dụng cho hoạt động điều khiển.
Các bộ nhớ có thể là RAM, ROM, EPROM. Người ta luôn chế tạo nguồn dự
phòng cho RAM đề duy trì chương trình trong trường hợp mất điện nguồn, thời
gian duy trì tùy thuộc vào từng PLC cụ thể. Bộ nhớ cũng có thể được chế tạo
thành module cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển có kích
cỡ khác nhau, khi cần mở rộng có thể cắm thêm.
- Giao diện vào ra: Là nơi bộ xử lý nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi
và truyền thông tin đến các thiết bị bên ngoài. Tín hiệu vào có thể từ các công
tắc, các bộ cảm biến nhiệt độ, các tế bào quang điện. Tín hiệu ra có thể cung
cấp cho các cuộn dây công tắc tơ, các rơle, các van điện từ. Tín hiệu vào có thể
là tín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tục, tín hiệu logic…
- Mỗi điểm vào ra có một địa chỉ duy nhất được PLC sử dụng.
 Các kênh vào/ra đã có các chức năng cách ly và điều hòa tín hiệu sao cho
các bộ cảm biến và các bộ tác động có thể nối trực tiếp với chúng mà
không cần thêm mạch điện khác.
 Tín hiệu vào thường được ghép cách điện ( cách ly ) nhờ linh kiện quang.
Dải tín hiệu nhận vào cho các PLC cỡ lớn có thể là 5V, 24V, 110V, 220.
Các PLC cỡ nhỏ thường chỉ nhận tín hiệu 24V.
 Tín hiệu ra cũng được ghép cách ly, có thể cách ly kiều rơle, cách ly kiểu
quang. Tín hiệu ra có thể là tín hiệu chuyển mạch 24V, 100mA; 110V,
1A DC; thậm chí 240V, 1A AC tùy loại PLC.
Page 16
Cách ly kiểu rơle
Cách ly quang
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.5.2 Cấu hình phần cứng.
Hình 2.8 Trực quan phần cứng của PLC

Một hệ thống điều khiển ưu việt mà chúng ta lựa chọn nhằm mục đích để
điều khiển một máy sản xuất cần phải hội đủ các yêu cầu sau: giá thành hạ, dễ
thi công, sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định linh hoạt … Từ đó hệ thống
điều khiển có thể lập trình được PLC (Programable Logic Control) ra đời đã
giải quyết được vấn đề trên.
+ Những đặc điểm của PLC:
- Thiết bị chống nhiễu.
- Có thể kết nối thêm các modul để mở rộng ngõ vào/ra.
- Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu.
- Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển bằng máy lập trình hoặc máy
tính cá nhân.
- Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ.
- Bảo trì dễ dàng.
Page 17
Hình 2.7 Ghép cách ly trong PLC
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 2.9 Thiết bị điều khiển logic khả trình SIMATIC S7-300
Thiết bị điều khiển khả trình SIMATIC S7-300 được thiết kế theo kiểu
module. Các module này sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Việc xây
dựng PLC theo cấu trúc module rất thuận tiện cho việc thiết kế các hệ thống
gọn nhẹ và dể dàng cho việc mở rộng hệ thống.
+ Module nguồn PS307 của S7-300
Page 18
Hình 2.10 Module nguồn của S7-300
5. Đèn trạng thái và báo lỗi
6. Thẻ nhớ (từ CPU 313 trở lên).
7. Cổng kết nối MPI.
8. Các chân kết nối trước.
9. Nắp đậy trước
1. Bộ nguồn (PS).

2. Hốc chứa pin (CPU 313 trở lên).
3. Cổng nối nguồn 24V DC.
4. Nút chọn chế độ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Module PS307 có nhiệm vụ chuyển nguồn xoay chiều 120/230V thành
nguồn một chiều 24V để cung cấp cho các module khác của khối PLC. Ngoài ra
module nguồn còn có nhiệm vụ cung cấp nguồn cho các sensor và các thiết bị
truyền động kết nối với PLC.
+ Khối xử lý trung tâm -Module CPU
Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ,
các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485)…và có thể có một vài
cổng vào ra số. Các cổng vào ra số có trên CPU được gọi là cổng vào ra
onboard.
Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau, được đặt
tên theo bộ vi xử lý có trong nó như module CPU 312, module CPU 314,
module CPU 315…
 Module mở rộng: Có 5 loại chính
- PS (Power Supply): Module nguồn nuôi. Có 3 loại: 2A, 5A, 10A.
- SM (Signal Module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:
• DI (Digital Input): Module mở rộng các cổng vào số.
• DO (Digital Output): Module mở rộng các cổng ra số.
• DI/DO: Module mở rộng các cổng vào/ra số.
• AI (Analog Input): Module mở rộng các cổng vào tương tự.
• AO (Analog Output): Module mở rộng các cổng ra tương tự.
• AI/AO: Module mở rộng các cổng vào/ra tương tự.
- IM (Interface module): Module ghép nối. Đây là loại module chuyên
dụng có nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành một
khối và được quản lý chung bởi một module CPU.
- CP (Communication Module): Module phục vụ truyền thông trong mạng
giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính.

+/ Cấu tạo bên ngoài của CPU SIMATIC S7-300
Page 19
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Bảng 2.1 Các Mode trong PLC
Page 20
Hình 2.11 Cấu tạo bên ngoài của PLC
S7-3300
SIEMEN
S
CPU
313
SF
BAT
F
DC5
V
FRC
E
RUN
STO
P
RUN
-P
STO
P
MRE
S
RUN
M
L

+
M
Các đèn LED
hiển thị các
trạng thái và lổi
Nút chọn
Mode hoạt
động
Ngăn chứa
pin dự phòng
Điện cực dùng
cho nguồn
cấp và điện
trở nối đất
Khe cắm
memory card
MPI
(Multipoint
Interface)
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
d) Module xử lý vào/ra tín hiệu số của S7 300
SIMENS cung cấp 3 loại module xử lý vào/ra của tín hiệu số chính đó là:
- Input Digital Modules
Module có nhiệm vụ nhận các tín hiệu số từ thiết bị ngoại vi vào vùng đệm để
xử lý.
- Digital Output Modules:
Module có nhiệm vụ xuất các tín hiệu số từ vùng đệm xử lý ra thiết bị ngoại vi.
- Digital input/output modules:
Module tích hợp nhiệm vụ của cả hai loại module nói trên.
Ngoài những module xử lý vào tín hiệu số và những module xử lý ra tín

hiệu số chuyên biệt SIMENS còn đưa ra một số module tích hợp hai nhiệm vụ
nói trên tạo thành module xử lý vào/ra tín hiệu số (Digital input/output
modules).
+ Các module tích hợp các ngắt chuẩn đoán và xử lý lỗi.
Page 21
Mode Mô tả
RUN-P CPU thực hiện quét chương trình.
Chương trình có thể được đọc từ CPU ra thiết bị lập trình và
cũng có thể nạp vào CPU
RUN CPU thực hiện quét chương trình
Chương trình có thể được đọc từ CPU ra thiết bị lập trình nhưng
không thể thay đổi chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của
CPU
STOP CPU không thực hiện quét chương trình
Chương trình có thể được đọc từ CPU ra thiết bị lập trình và
cũng có thể nạp vào CPU
MRES
(Memory
Reset)
Mode thực hiện reset bộ nhớ của CPU
Đối với CPU 312 IFM và CPU 314 IFM khi chúng ta thực hiện
reset bộ nhớ của CPU thì các vùng nhớ tích hợp giữ nguyên
không thay đổi
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Các module này có khả năng cài đặt các thông số để chuẩn đoán các lỗi.
Để thiết lập các thông số này được thực hiện
bằng cách sử dụng STEP7. Người lập trình
cũng có thể thay đổi các thông số này trong
chương trình bằng cách sử dụng các khối SFC
(System Function). Nếu sử dụng các module

loại này mà không thiết lập các thông số thì
các thông số mặc định sẽ được thực thi.
+ Các module input/output Analog S7-300
SIMENS cung cấp 3 loại module input/output
Analog chính đó là:
- Input Analog modules: Module có nhiệm vụ chuyển các tín hiệu
tương tự từ các thiết bị ngoại vi thành các tín hiệu số để tiến hành xử lý bên
trong S7 300.
- Output Analog modules: Module có nhiệm vụ chuyển đổi các tín
hiệu số của S7 300 thành các tín hiệu tương tự để phục vu các quá trình hoạt
động của thiết bị ngoại vi.
- Input/Outputs Analog module: Module tích hợp nhiệm vụ của cả
hai loại module nói trên.
Các CPU của S7 300 chỉ xử lý được các tín hiệu số, vì vậy các tín hiệu
analog đều phải được chuyển đổi thành tín hiệu số. Một tín hiệu analog được số
hoá thành hai phần: phần dấu và phần giá trị của tín hiệu.
2.5.3 Ngôn ngữ lập trình và các hàm toán điều khiển trong PLC S7 – 300.
+ Ngôn ngữ lập trình
Các loại PLC nói chung có nhiều loại ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các
đối tượng sử dụng khác nhau.PLC S7-300 có 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản:
- Ngôn ngữ STL (Statement List).
- Ngôn ngữ FBD (Function Block Diagram - FBD).
- Ngôn ngữ LAD (Ladder diagram).
+ Bộ thời gian ( TIME )
Page 22
Hình 2.13 Analog Input module
Hình 2.12 In/Output Digital Module
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
+) Nguyên tắc làm việc của bộ thời gian
Bộ thời gian (Time) hay còn gọi là bộ tạo thời gian trễ theo mong muốn

khi có tín hiệu đầu vào cấp cho bộ Time. Tín hiệu này được tính từ khi có sườn
lên ở tín hiệu đầu vào u(t) chuyển từ trạng thái 0 lên 1,được gọi là thời điểm
kích Time.Thời gian trễ được khai báo với timer bằng một giá trị 16 bit gồm 2
thành phần:

Hình 2.14 Miêu tả tín hiệu vào ra của bộ thời gian.
- Thời gian trễ đặt trước.
+ Độ phân giải với đơn vị là ms.Time S7-300 có 4 loại độ phân giải khác
nhau là 10ms,100ms,1s và 10s.
+ Một số nguyên (BCD) trong khoảng 0 đến 999, gọi là PV (Giá trị đặt
trước cho Time). Vậy thời gian trễ = Độ phân giải * PV. 32
Ngay tại thời điểm kích Time giá trị PV (giá trị đặt ) được chuyển vào
thanh ghi 16 bit của Time T-Word (Gọi là thanh ghi CV thanh ghi biểu diễn giá
trị tức thời). Time sẽ ghi nhớ khoảng thời gian trôi qua kể từ khi được kích
bằng cách giảm dần một cách tương ứng nội dung thanh ghi CV. Nếu nội dung
thanh ghi CV trở về không thì Time đã đạt được thời gian trễ mong muốn và
điều này sẽ được thông báo ra bên ngoài bằng cách thay đổi trạng thái tín hiệu
đầu ra y(t). Nhưng việc thông báo ra bên ngoài cũng còn phụ thuộc vào từng
loại time khác nhau
. Bên cạnh sườn lên của tín hiệu đầu vào u(t). Time
còn có thể được kích bởi sườn lên của tín hiệu chủ
động kích có tên là tín hiệu enable. Và nếu như tại
thời điểm có sườn lên của tín hiệu enable, tín hiệu
Page 23
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
u(t) có giá trị bằng 1. Từng loại Time được đánh số thứ tự từ 0 tới 255 tùy
thuộc vào từng loại CPU. Một Time đang làm việc có thể được đưa về trạng
thái chờ khởi động ban đầu nhờ tín hiệu Reset, khi có tín hiệu xóa thì Time
cũng ngừng làm việc luôn. Đồng nghĩa với các giá trị của T-Work và T -Bit
cũng đồng thời được xóa về 0 lúc đó giá trị tức thời CV và tín hiệu đầu ra cũng

là 0 luôn.
+ Khai báo sử dụng.
 Việc khai báo làm việc của bộ Time bao gồm các bước sau:
- Khai báo tín hiệu enable nếu sử dụng tín hiệu chủ động kích.
- Khai báo tín hiệu đầu vào u(t).
- Khai báo thời gian trễ mong muốn.
- Khai báo loại Time được sử dụng (SD,SS,SP,SE,SF).
- Khai báo tín hiệu xóa Time nếu sử dụng chế độ Reset chủ động.
- Timer SD (On delay timer): Trễ theo sườn lên không nhớ.
- Timer SS ( Retentive on delay timer): Trễ theo sườn lên có nhớ.
- Timer SP (Pulse timer): Timer tạo xung không có nhớ.
- Timer SE (Extended pulse timer): Timer tạo xung có nhớ.
- Timer SF (Off delay): Timer trễ theo sườn xuống.
+ Bộ đếm ( COUNTER )
+ Nguyên tắc làm việc của bộ đếm ( Counter ).
Counter là bộ đếm thực hiện chức năng đếm sườn xung của các tín hiệu
đầu vào. S7-300 có tối đa 256 Counter, ký hiệu Cx trong đó x là số nguyên
trong khoảng từ 0 tới 255. Những bộ đếm của S7 -300 đều có thể đồng thời đếm
tiến theo sườn lên của một tín hiệu vào thứ nhất, ký hiệu là CU (Count up) và
đếm lùi theo sườn lên của một tín hiệu vào thứ hai, ký hiệu là CD (Count
down). Bộ đếm còn có thể được đếm bằng tín hiệu chủ động kích enable khi mà
tín hiệu chủ động kích có tín hiệu đồng thời tín hiệu vào CU hoặc CD thì bộ
đếm sẽ thực hiện tín hiệu đếm tương ứng. Số sườn xung đếm được ghi vào
thanh ghi 2 byte của bộ đếm,gọi là thanh ghi C-Work.Nội dung của C-Work
được gọi là giá trị đếm tức thời của bộ đếm và ký hiệu bằng CV (current value).
Bộ đếm báo trạng thái của C-Work ra ngoài qua chân C- bit của nó. Nếu CV# 0
Page 24
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
thì C- bit có giá trị bằng 1. Ngược lại khi CV = 0 thì C- bit có giá trị bằng 0.
CV luôn là giá trị không âm bộ đếm sẽ không đếm lùi khi mà giá trị CV =0.

Khác với Time giá trị đặt trước PV (preset value) của bộ đếm chỉ được chuyển
vào C-Work tại thời điểm xuất hiện sườn lên của tín hiệu đặt (set- S). Bộ đếm
có thể được xóa chủ động bằng tín hiệu xóa (Reset- R ). Khi bộ đếm được xóa
cả C-Work và C- bit đều nhận giá trị 0.
+ Khai báo sử dụng counter
Bộ đếm trong S7-300 có 2 loại đó là đếm tiến (CU) và đếm lùi (CD) các
bước khai báo sử dụng một bộ đếm counter bao gồm các bước sau:
- Khai báo tín hiệu enable nếu muốn sử dụng tín hiệu chủ động kích hoạt.
- Khai báo tín hiệu đầu vào CU được sử dụng để điếm tiến.
- Khai báo tín hiệu đầu vào CD được sử dụng để đếm lùi .
- Khai báo tín hiệu (Set) và giá trị đặt trước (PV).
- Khai báo tín hiệu xóa (Reset).
Trong đó, ít nhất bước 2 hoặc bước 3 phải được thực hiện. Ngoài ra còn
có lệnh về đọc nội dung thanh ghi C-Word.
Kết luận: Ngoài các kiến thức cơ bản mà ta đã trình bày còn có các phần
giới thiệu về cách sử dụng điều khiển con trỏ. Các cách hướng dẫn lập trình chi
tiết hơn về lập trình tuyến tính,lập trình có cấu trúc Và các cách sử dụng các
khối OBx, SFC, SFB, SDB, FC, FB Trong thư viện có sẵn của chương trình
mà ta có thể sử dụng với mục đích của chương trình mình dùng, và còn có thêm
các kiến thức về điều khiển mờ, điều khiển PID, điều khiển động cơ bước được
ứng dụng trong các module điều khiển chức năng của PLC S7-300. Ta cũng cần
tìm hiểu về cách cài đặt phần mềm chương trình, cách Crack phần mềm, các
cách thao tác tạo và lập trình một chương trình với cách lập trình khác nhau mà
ta dùng, cách kết nối máy tính, thiết bị lập trình với PLC Để thao tác đưa
chương trình lên PLC hay lấy chương trình từ PLC xuống, cách sửa chữa, sao
lưu dữ liệu khi lập trình và cuối cùng là cách ghép nối mạng truyền thông giám
sát, hệ thống bảo vệ mật khẩu cho chương trình. Ta cũng có thể kết hợp chương
trình với các chương trình mô phỏng như PLC-SIM, SPS-VISU… Để kiểm tra
độ chính xác của chương trình tránh phải sửa đổi chương trình nhiều lần trên
PLC.

Ta có thể tham khảo các cách lập trình bậc cao khác như S7 - SCL, S7 -
GRAPH, S7-PDIAG, S7-PID,… Để nâng cao tính linh hoạt xử lý chương trình
một cách đa dạng.
Page 25