ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Thiết kế mô hình thực nghiệm điều khiển tự động khoan chi tiết, ứng dụng PLC S71200 và điện khí nén

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Đề Tài: Thiết kế mơ hình thực nghiệm điều
khiển tự động khoan chi tiết, ứng dụng PLC
S7-1200 và điện - khí nén
Giảng viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:
Lớp:

HƯNG YÊN 2023


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………………...

…………………………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………………...

Hưng Yên,Ngày.....Tháng….Năm 2023
Giáo viên hướng dẫn


MỤC LỤC
LỜI

NÓI

ĐẦU…………………………………………………………………….
Chương 1...................................................................................1
TỔNG QUAN ĐỀ TÀI....................................................................1
1.1 Giới thiệu tổng quan và ứng dụng thực tế.........................1
1.2 Nội dung nghiên cứu.........................................................1
1.3 Đối tượng nghiên cứu........................................................1
1.4. Phạm vi nghiên cứu.........................................................2
1.5. Ý nghĩa đề tài...................................................................2
Chương 2...................................................................................3
THIẾT KẾ VÀ GIẢI PHÁP..............................................................3
2.1 Thiết kế mơ hình...............................................................3
2.2 Sơ đồ mạch.......................................................................7
2.2.1 Sơ đồ khối...................................................................7
2.2.2. Lưu đồ thuật toán......................................................8
2.2.3. Sơ đồ mạch khí nén...................................................9
2.2.4. Sơ đồ kết nối PLC và hệ thống điều khiển................10
2.2.5. Sơ đồ mạch điện......................................................11
2.3 Chương trình điều khiển..................................................12

2.3.1 Sơ đồ chương trình điều khiển..................................12
2.3.2 Nguyên lý hoạt động.................................................17
Chương 3.................................................................................26
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..........................................................26
3.1. Những kết quả đạt được.................................................26


3.2. Các mặt hạn chế............................................................26
3.3. Kết luận.........................................................................26
3.4. Kiến nghị........................................................................ 26
PHỤ LỤC................................................................................... 27
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................32


LỜI NÓI ĐẦU
Nhằm tạo điều kiện cho sinh viên ngành cơ khí tiếp cận với
nền sản xuất cơng nghiệp hiện đại và có nhận thức sâu sắc hơn
về vai trị, vị trí và mối quan hệ của ngành cơ khí trong các hệ
thống sản xuất tự động, trong các sản phẩm. Đồ Án Điều Khiển
Tự Động là một trong những học phần quan trọng của sinh viên
ngành Cơ Khí. Với đề tài “Thiết kế mơ hình thực nghiệm
điều khiển tự động khoan chi tiết, ứng dụng PLC S7-1200
và điện - khí nén”
Sau thời gian làm đồ án với sự cố gắng của cả nhóm cùng với sự
giúp đỡ tận tình của thầy … và các thầy, cô trong ngành Cơ
điện tử đến nay đồ án của em đã hoàn thành.
Đây cũng là đồ án mơ hình đầu tiền của em kết hợp những
kiến thức đã học áp dụng vào mô hình thực tế nên em đã cố
gắng rất nhiều để hồn thiện song vì những hạn chế về kiến
thức cũng như thời gian nên em sẽ không thể tránh khỏi những

thiếu sót trong q trình làm đồ án vì vậy kính mong nhận được
sự thơng cảm và những góp ý từ thầy, cô cùng tất cả các bạn
đọc để em hồn thiện hơn, tạo nền móng vững chắc cho chặng
đường dài sau này.
Em xin chân thành cảm ơn!


Chương 1
TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1 Giới thiệu tổng quan và ứng dụng thực tế
Ngày nay, khi đất nước đang trong giai đoạn tiến tới cơng
nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước thì ngành cơ khí nói chung và
ngành cơ điện tử nói riêng trở thành một ngành cơng nghiệp
mũi nhọn để phát triển đất nước. Bởi vì nó là ngành cơ bản để
phát triển các ngành khác. Vì vậy đi sâu vào tập trung nghiên
cứu nó là hết sức quan trọng.
Như chúng ta đã biết máy khoan được sử dụng rất phổ biến
trong các nhà máy cơ khí. Bên cạnh các máy móc cơ khí khác
như máy tiện, máy phay, máy bào giường, máy doa, …dần dần
chúng đang được tự động hóa theo một dây truyền ngày càng
hiện đại. Máy khoan cũng khơng ngoại lệ nó cũng đang được tự
động hóa theo dây truyền nhất định nhằm nâng cao năng suất
và giảm sự nặng nhọc cho người công nhân. Đề tài đồ án này
giới thiệu về thiết kế mô phỏng qui trình điều khiển tự động
khoan chi tiết của máy khoan cần điều khiển bằng PLC kết hợp
với điện khí nén.
1.2 Nội dung nghiên cứu
 Tìm hiểu về PLC S7 1200.
 Tìm hiểu và sử dụng phần mềm TIA Portal phục vụ viết
chương trình cho PLC S7 1200.

 Tìm hiểu về cảm biến từ và cảm biến hồng ngoại.
 Viết chương trình điều khiển cho mơ hình khoan tự động.
 Hoàn thành thuyết minh.

1


1.3 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là mơ hình khoan chi tiết tự
động. Bao gồm các đối tượng chính sau:
 Bộ phận đẩy phơi.
 Bộ phận điều khiển.
 Bộ phận cảm biến.
 Bộ phận vận chuyển.
1.4. Phạm vi nghiên cứu
 Thiết kế mơ hình bằng phần mềm thiết kế cơ khí.
 Thiết kế mạch điện sử dụng PLC
1.5. Ý nghĩa đề tài
 Phục vụ trong công tác học tập, nghiên cứu và giảng dạy
trong các trường Đại học, cao đẳng, trung cấp thuộc những
khối ngành kỹ thuật trên khắp cả nước, giúp sinh viên tiếp
cận thực tế có cái nhìn khách quan và chân thực nhất
trong quá trình học tập.
 Tạo tiền đề cho việc ứng dụng vào các nhà máy, xí nghiệp
phục vụ cho quá vận chuyển và gia công chi tiết.
 Tiết kiệm sử dụng nhân lực và tăng tốc quá trình sản xuất.

2

Chương 2
THIẾT KẾ VÀ GIẢI PHÁP

Hình 2.1: Mơ hình khoan chi
tiết.

2.1 Thiết kế mơ hình

3


4


Thơng số kỹ thuật các thiết bị chính.
1. Động cơ DC RC-385
 Mơ hình: RC-385
 Kích thước: 27,8mm * 37,5mm
 Trục đường kính: 2.3mm
 Chiều dài trục: 11 mm
 Trọng lượng: 70 g
 Dải điện áp: DC 6.0V-24.0V
 Điện áp: DC 24V, tốc độ khơng tải: 16000RPM, dịng điện:
120 mA
2. Xy lanh 2 ty Airtac TN10x50S
 AIRTAC TN10 là loại xi lanh 2 piston (2 ty) có đường kính
phi 10mm
 Kích thước cổng: ren 5mm (M5)
 Áp suất : 0,15~1MPa
 Nhiệt độ: -20 ~ 70 độ C

 Hãng sản xuất: AIRTAC (Đài Loan)
3. Cảm biến tiệm cận OMDHON E3F-DS30C4
 Số dây tín hiệu: 3 dây (2 dây cấp nguồn và 1 dây tín hiệu).
 Chân tín hiệu ngõ ra: cấu trúc cực thu hở Transistor NPN Open Collector
 Nguồn điện cung cấp: 6 ~ 36VDC
 Khoảng điều chỉnh phát hiện vật cản của cảm biến:
5~30cm (điều chỉnh bằng biến trở trên cảm biến).
 Góc khuếch tán (góc chiếu): 3~5 độ
 Dịng kích ngõ ra: < 300mA.
 Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ.
 Chất liệu sản phẩm: vỏ ngoài nhựa ABS, phía trong đổ keo
chống nước, chống va đập.
 Kích thước: 18 x 70mm
5


4. Xy lanh đơn CDJ2M10x50
 Lưu chất: Khí nén, hơi nước
 Áp suất min: 0.5 kg/cm2
 Áp suất max: 7 kg/cm2
 Loại xi lanh: Xi lanh hai tác động
 Nhiệt độ: -10 độ C – 60 độ C
 Tốc độ piston: 50~750 mm/s
 Động năng cho phép: 0.035J
5. Role trung gian CHINT JQX-13F
 Cuộn dây: 220VAC
 Số chân: 8 chân
 Dòng điện: 10A
 Dòng tiếp điểm (tải thuần trở): 10A at 220VAC, 10A at
28VDC

 Nhiệt độ môi trường: -25...55°C
 Độ ẩm môi trường: <90%
6. Van điện từ 5/2 DF1100
 Dải áp suất: 0.15 ~ 0.7Mpa
 Chế độ tác vụ: Loại thí điểm
 Nhiệt độ hoạt động: -5 ~ 50 ℃
 Thời gian phản ứng: 12ms
 Thao tác bằng tay: kiểu nút
 Lớp chịu nhiệt: F lớp
 Mức độ bảo vệ: IP65
 Điện áp định mức: DC24V, DC12V, AC220V, AC110V
 Khoảng điện áp cho phép: -10% ~ + 10%
 Khu vực điều tiết hiệu quả (giá trị CV): 4.0mm2
 Điện năng tiêu thụ: DC 1.0W, AC 110V 1.4VA, 220V 2.3VA
 Tần suất hoạt động tối đa: 10c / giây
7. Cảm biến hành trình SMC D-A93
6


 Số dây tín hiệu: 2 dây
 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).
8. Cảm biến hành trình CMSJ-020
 Cảm biến logic: Kiểu thường mở STSP
 Điện áp hoạt động: 5 – 240 AC/DC
 Max dịng điện: 100 mA
 Cơng suất max: 10 W
 Dây cáp: phi 4.0, 2C màu xám chống dầu PVC ( Flame

retarded)
 Đèn cảm biến: LED
 Độ nhạy của cảm biến ( Gauss): 60 – 75


Dải nhiệt độ: -10 – 70 độ C

9. PLC S7-1200 CPU 1214C
 CPU 1214C có 3 versions với điện áp nguồn và điện áp
điều khiển khác nhau
 Tích hợp nguồn 24 V cho encoder hoặc cảm biến. Nguồn
dòng 300 mA sử dụng cho các loại tải khác.
 Tích hợp 14 ngõ DI 24 VDC, 10 ngõ DO, 2 ngõ AI 0…10V
 2 nguồn xung với tần số lên đến 100kHz
 Tích hợp giao tiếp Ethernet (TCP/IP native, ISO-on-TCP)
 6 counter với 3 counter 100 kHz và 3 counter 30 kHz
 Board tín hiệu mở rộng tương tự hoặc số được cắm trên
CPU
 Tích hợp điều khiển PID, và đồng hồ thời gian thực

7


2.2 Sơ đồ mạch
2.2.1 Sơ đồ khối

Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển.

8

2.2.2. Lưu đồ thuật toán

9


(3)

2.2.3. SơSTART
đồ mạch khí nén

STOP

S4 =1

Đ

S

Đ

S
EMG

XL 3A đi xuống

Đ

S
S6 =1

S

CB phơi
=1

S

Đ
5S, XL 3A đi lên

Đ
MOTOR

Hình 2.3: Sơ đồ mạch khí nén.

S5 =1

S

Đ
S1,S3,
S5=1

S

XL 2A đi về

Đ

S3 =1

Đ

XL 1A đi ra

END
S2 =1

S

Đ
XL 2A đi ra
(3)

10

S


2.2.4. Sơ đồ kết nối PLC và hệ thống điều khiển

Hình 2.4 Sơ đồ kết nối PLC.

11


*Bảng địa chỉ I/O
Ký hiệu
START
STOP
EMG

S1
S2
S3
S4
S5
S6
CB phôi
1Y1
2Y1
3Y1

Địa chỉ
%I0.0
%I0.1
%I0.2
%I0.3
%I0.4
%I0.5
%I0.6
%I0.7
%I1.0
%I1.1
%Q0.0
%Q0.1
%Q0.2

Kiểu DL
Bool
Bool
Bool

Bool
Bool
Bool
Bool
Bool
Bool
Bool
Bool
Bool
Bool

RL1

%Q0.3

Bool

Ghi chú
Nút nhấn khởi động Start
Nút nhấn dừng Stop
Nút nhấn dừng khẩn cấp EMG
Cảm biến xy lanh 1A đi ra
Cảm biến xy lanh 1A đi về
Cảm biến xy lanh 2A đi ra
Cảm biến xy lanh 2A đi về
Cảm biến xy lanh 3A đi ra
Cảm biến xy lanh 3A đi về
Cảm biến phát hiện phôi
Van 5/2 điều khiển Xylanh 1A
Van 5/2 điều khiển Xylanh 2A

Van 5/2 điều khiển Xylanh 3A
Role trung gian điều khiển
Motor 24V

2.2.5. Sơ đồ mạch điện

Hình 2.5 Sơ đồ mạch điện.

12


2.3 Chương trình điều khiển
2.3.1 Sơ đồ chương trình điều khiển

Hình 2.6 Network 1: Điều khiển Motor 24V.

13


Hình 2.7 Network 2: Điều khiển chương trình chạy tự động.

Hình 2.8 Network 3: Van điện từ 5/2 1Y1 điều khiển xy lanh 1A đẩy phôi.

14


Hình 2.9 Network 4: Van điện từ 5/2 2Y1 điều khiển xy lanh 2A kẹp phơi

Hình 2.10 Network 5: Van điện từ 5/2 3Y1 điều khiển xy lanh 3A khoan phôi.
15