Giáo trình lắp đặt, vận hành hệ thống cơ điện tử (nghề tự động hoá công nghiệp trung cấp)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI

GIÁO TRÌNH
MƠ ĐUN: LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
NGHỀ: TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP

Ban hành kèm theo Quyết định số:... /QĐ-CĐCG ngày ... tháng ... năm 2019
của Hiệu trưởng trường Cao đẳng cơ giới.

Quảng Ngãi, năm 2019
(Lưu hành nội bộ)

1


TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN
Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thơng tin có thể được
phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham
khảo.
Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh
thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.

2


LỜI GIỚI THIỆU
Lắp đặt, vận hành hệ thống cơ điện tử là một trong những Mô đun cơ sở được
biên soạn dựa trên chương trình khung, chương trình dạy nghề do Bộ Lao độngThương binh và Xã hôi và Tổng cục dạy nghề ban hành dành cho hệTrung cấp
nghề TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP

Mơ đun này cung cấp cho học viên kiến thức cơ bản về các thành phần cơ bản
của các hệ thống cơ điện tử, bao gồm các cảm biến, bộ điều khiển và các thiết bị
tự động. Học viên sẽ được hướng dẫn cách lắp đặt các thành phần này và kết nối
chúng với nhau để tạo thành các hệ thống hoạt động.
Ngồi ra, mơ đun này cũng cung cấp kiến thức về các phương pháp điều khiển
và điều chỉnh các hệ thống cơ điện tử. Học viên sẽ học cách sử dụng các công cụ
và phần mềm điều khiển để điều chỉnh các thông số của các hệ thống, giúp
chúng hoạt động hiệu quả và ổn định.
Ở Việt Nam cho đến nay đã có khá nhiều giáo trình, tài liệu tham khảo, sách
hướng dẫn bài tập về mô đun Lắp đặt, Vận hành hệ thống Cơ điện trong chương
trình khung nghề tự động hóa cơng nghiệp đã được biên soạn và biên dịch của
nhiều tác giả, của các chuyên gia đầu ngành về tự động hóa. Tuy nhiên nhằm
đáp ứng nhu cầu sử dụng trong quá trình đào tạo của nhà trường phải bám sát
chương trình khung vì vậy giáo trình Lắp đặt, Vận hành hệ thống Cơ điện tử
được biên soạn bởi sự tham gia của các giảng viên của trường Cao đẳng Cơ giới
dựa trên cơ sở chương trình khung đào tạo đã được ban hành, trường Cao đẳng
Cơ giới với các giáo viên có nhiều kinh nghiệm cùng nhau tham khảo các nguồn
tài liệu khác nhau để thực hiện biên soạn giáo trình Thiết kế chế tạo mạch in và
hàn chân linh kiện vụ cho cơng tác giảng dạy.
Giáo trình này được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống Mô đun ( MĐ 26) của
chương trình đào tạo nghề TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP ở cấp trình độ
trung cấp và được dùng làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo, sau
khi học tập xong mô đun này, học viên có đủ kiến thức để học tập tiếp các mơn
học, mô đun khác của nghề.

Quảng Ngãi, ngày ... tháng ... năm 2019
Tham gia biên soạn
1. Bùi Xin
2. …………..............
3. ……….............….

3


MỤC LỤC
NỘI DUNG
Tuyên bố bản quyền
Lời giới thiệu

1
2
5

Bài 1: Tính chất và ứng dụng của cảm biến
Bài 2: Lập trình sử dụng ngôn ngữ SFC
Bài 3: Lắp ráp một trạm trong hệ thống cơ điện tử có sử dụng cảm biến
Bài 4: Lắp ráp một trạm trong hệ thống cơ điện tử: trạm sản xuất
Bài 5: Lắp ráp một hệ thống vận chuyển: Băng tải
Bài 6: Ứng dụng Bus trường trong hệ thống cơ điện tử
Bài 7: Vận hành, giám sát và điều khiển qua hình ảnh HMI
Tài liệu tham khảo:

12
24

4

78
101
120

124
127


GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN
Tên mơ đun: LẮP ĐẶT, VẬN HÀNH HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ
Mã mơ đun: MĐ 26
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trị của Mơn học:
- Vị trí: Mơ đun này được bổ trí sau khi học xong mơn học Điều khiển khí nén
- thủy lực và học song song với môn học Mạng truyền thông công nghiệp và
học trước các môn học , mô đun chun mơn khác.
- Tính chất: Là mơn học Kỹ thuật cơ sở , thuộc các môn học đào tạo
nghề bắt buộc.
+ Về kiến thức:
A1. Trình bày được các tiêu chuẩn hình thành bản vẽ kỹ thuật.
A2. Mơ tả được quy trình thiết kế, nạp các chương trình PLC và thử
nghiệm, vận hành hệ thống cơ điện tử.
A3. Nhận biết được bộ cảm biến và bộ phận/phần tử trong hệ thống cơ
điện tử.
+ Về kỹ năng:
B1. Lắp ráp và đấu nối được cho PLC trong hệ thống cơ điện tử theo tiêu
chuẩn công nghiệp sử dụng các bộ kết nối.
B2. Khắc phục các lỗi của các phần tử cơ khí, điện và phần mềm của hệ
thống cơ điện tử.
+ Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
C1. Chủ động, nghiêm túc trong học tập và cơng việc.
C2. Giữ gìn vệ sinh cơng nghiệp, đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.

5

1. Chương trình khung nghề Tự Động Hố Cơng Nghiệp
Thời gian học tập (giờ)

Mã
MH/

Tên mơ đun, mơn học

MĐ
I

Số
tín
chỉ

Tổng
số

12

255

94

148

13

Trong đó

Thực
Lý
Kiểm
hành/ thực tập/thí
thuyết
tra
nghiệm/bài tập

Các mơn học chung/đại cương

MH 01

Chính trị

2

30

15

13

2

MH 02

Pháp luật

1

15

9

5

1

MH 03

Giáo dục thể chất

1

30

4

24

2

MH 04

Giáo dục quốc phòng và an ninh

2

45

21

21

3

MH 05

Tin học

2

45

15

29

1

MH 06

Ngoại ngữ (Anh văn)
Các môn học, mô đun chuyên môn ngành
nghề

4

90

30

56

4

77

1668

468

1088

112

Môn học, mô đun cơ sở

24

435

185

214

36

MH 07

Kỹ thuật an toàn lao động

2

30

21

6

3

MH 08

Nguyên lý máy - chi tiết máy

3

45

31

10

4

MH 09

Điện kỹ thuật

2

30

21

7

2

MH 10

Vẽ kỹ thuật

2

30

15

13

2

MĐ 11

Máy điện

4

90

35

49

6

MĐ 12

Điện cơ bản

3

60

23

31

6

MĐ 13

Kỹ thuật điện tử cơ bản

3

60

13

43

4

MĐ 14

AutoCAD

3

60

18

36

6

MĐ 15

Kỹ thuật nguội

2

30

8

19

3

Môn học, mô đun chuyên môn

53

1233

283

874

76

MĐ 16

Kỹ thuật số

3

75

20

49

6

MĐ 17

Kỹ thuật cảm biến

2

45

15

27

3

MĐ 18

Điện tử công suất

2

45

15

28

2

MĐ 19

PLC cơ bản

4

90

26

56

8

MĐ 20

PLC nâng cao

3

60

10

42

8

MĐ 21

Trang bị điện

5

120

28

84

8

MĐ 22

Thiết bị và hệ thống tự động

4

90

26

58

6

MĐ 23

Vi điều khiển

4

90

26

57

7

II
II.1

II.2

6


Thời gian học tập (giờ)

Mã
MH/

Tên mơ đun, mơn học

MĐ

Số
tín
chỉ

Tổng

số

Trong đó
Thực
Lý
Kiểm
hành/ thực tập/thí
thuyết
tra
nghiệm/bài tập

MĐ 24

Gia cơng cơ khí trên máy cơng cụ

4

75

24

48

3

MĐ 25

Điều khiển khí nén - thủy lực

4

90

30

55

5

MĐ 26

Lắp đặt vận hành hệ thống cơ điện tử

4

90

23

61

6

MĐ 27

Mạng truyền thông cơng nghiệp

4

75

25

46

4

MĐ 28

Thực tập tốt nghiệp

10

288

15

263

10

89

1923

562

1236

125

Tổng cộng

1. Chương trình chi tiết mô đun
Thời gian
TT

Tên các bài trong mô đun

Tổng

Lý
thuyết

Thực hành, thí
nghiệm, thảo luận,
bài tập

Kiểm tra

1

Tính chất và ứng dụng của cảm biến

14

7

7

2

Lập trình sử dụng ngơn ngữ SFC

10

2

8

3

Lắp ráp một trạm trong hệ thống
cơ điện tử có ứng dụng cảm biến

18

3

15

Lắp ráp một trạm trên hệ thống cơ điện
18
tử: Trạm tay máy

3

13

2

18

3

12

3

4

5

Lắp ráp một
chuyển: băng tải

hệ

thống

vận

6

Ứng dụng bus trường trong hệ thống
cơ điện tử.

6

3

3

7

Vận hành, giám sát và điều khiển qua
hình ảnh.

6

2

3

1

90

23

61

6

Cộng

*Ghi chú: Thời gian kiểm tra được tích hợp giữa lý thuyết với thực hành
được tính vào giờ thực hành
3. Điều kiện thực hiện mơn học:
3.1. Phịng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn

3.2. Trang thiết bị dạy học: máy vi tính có phần mền PLC, bảng, phấn, tranh
7


3.3. Học liệu, dụng cụ, mơ hình, phương tiện: Giáo trình, mơ hình thực hành,
bộ dụng cụ đồ nghề
3.4. Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế về các mạch điện tử cơng
suất trong nhà máy, xí nghiệp công nghiệp.
4. Nội dung và phương pháp đánh giá:
4.1. Nội dung:
- Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức
- Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng.
- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp.
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học.
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập.
4.2. Phương pháp:
Người học được đánh giá tích lũy mơn học như sau:
4.2.1. Cách đánh giá
- Áp dụng quy chế đào tạo Trung cấp hệ chính quy ban hành kèm theo Thơng
tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động –
Thương binh và Xã hội.
- Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại
Trường Cao đẳng Cơ giới như sau:Điểm đánh giá
+ Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1)
+ Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2)
+ Điểm thi kết thúc môn học
4.2.2. Phương pháp đánh giá
Phương pháp Phương pháp

đánh giá
tổ chức
Thường
xuyên
Định kỳ

Hình thức
kiểm tra

Viết/
Tự luận/
Thuyết trình Trắc nghiệm/
Báo cáo
Viết và
Tự luận/
thực hành Trắc nghiệm/
thực hành
8

Trọng số
40%
60%

Chuẩn đầu ra
đánh giá

Số
cột

A1, C1, C2

1

A2, B1, C1, C2

6

Thời
điểm
kiểm tra
Sau 20
giờ.
Sau 40
giờ


Kết thúc mơn
học

Vấn đáp và
thực hành

4.2.3. Cách tính điểm

Vấn đáp và
thực hành
trên mơ
hình

A1, A2, A3, B1,

B2, C1, C2,

1

Sau 90
giờ

- Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc môn học được chấm theo
thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm trịn đến một chữ số thập phân.
- Điểm mơn học là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của môn
học nhân với trọng số tương ứng. Điểm mơn học theo thang điểm 10 làm trịn
đến một chữ số thập phân, sau đó được quy đổi sang điểm chữ và điểm số .
5. Hướng dẫn thực hiện môn học
5.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Trung cấp
5.2. Phương pháp giảng dạy, học tập môn học
5.2.1. Đối với người dạy
* Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: Trình chiếu,
thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập cụ thể, câu hỏi thảo
luận nhóm….
* Thực hành:
- Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập thực hành theo nội dung đề ra.
- Khi giải bài tập, làm các bài Thực hành, thí nghiệm, bài tập:... Giáo viên
hướng dẫn, thao tác mẫu và sửa sai tại chỗ cho nguời học.
- Sử dụng các mơ hình, học cụ mơ phỏng để minh họa các bài tập ứng
dụng các loại thiết bị điều khiển.
* Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân cơng các thành viên trong
nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo
luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm.
5.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau:
- Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ

được cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư
viện, tài liệu...)
- Sinh viên trao đổi với nhau, thực hiện bài thực hành và báo cáo kết quả
- Tham dự tối thiểu 70% các giờ giảng tích hợp. Nếu người học vắng >30%
9


số giờ tích hợp phải học lại mơ đun mới được tham dự kì thi lần sau.
- Tự học và thảo luận nhóm: Là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm
việc theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 2-3 người học sẽ được
cung cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ
chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân cơng
để phát triển và hồn thiện tốt nhất tồn bộ chủ đề thảo luận của nhóm.
- Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ.
- Tham dự thi kết thúc môn học.
- Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học.
6. Tài liệu tham khảo:

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Doãn Phước – Phan Xuân Minh – Vũ Văn Hà: Tự động hóa với
Simatic s7_200 Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật
[2] Trung tâm Việt - Đức: Kỹ thuật điều khiển lập trình, Trung tâm Việt Đức.
[3] Guenter – Wellenreuther – Dieter Zastrow: Automaticsieren mit SPS
Theorie und Phraxsis, Viweg.
[4] Siemens: LAD and FBD, fourth edition, siemens.
[5] Siemens: Workshop to Promote the S7-200 automation platform,
Siemens.
[6]- Lắp đặt và vận hành các trạm cơ điện tử của tác giả Phạm Thanh Tùng
[7]- MPS use manual - FESTO DIDACTIC

[8]- Proximity sensor - PESTO DIDACTIC

10


BÀI 1: TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA CẢM BIẾN
Mã bài: MĐ26-01
Mục tiêu:
- Mơ tả được tính chất và ứng dụng của cảm biến
- Tìm kiếm được thơng tin từ các tài liệu kỹ thuật, bản vẽ, internet và
áp dụng vào công việc.
- Lựa chọn được các cảm biến tương tự và số cho các ứng dụng cụ thể.
- Đọc và vẽ được các bản vẽ kỹ thuật có sử dụng cảm biến.
- Lập trình điều khiển sử dụng cảm biến cho tín hiệu tương tự.
- Nạp chương trình và kiểm tra hoạt động.
- Chủ động, sáng tạo và an tồn trong q trình học tập.
Phương pháp giảng dạy và học tập bài mở đầu
- Đối với người dạy: Sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn
giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề, thao tác mẫu, uốn nắn và sửa sai tại
chỗ cho người học); yêu cầu người học nhớ các giá trị đại lượng, đơn vị
của các đại lượng. Các bước quy trình thực hiện.
- Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học, thực
hiện thao tác theo hướng dẫn.
Điều kiện thực hiện bài học
- Phịng học chun mơn hóa/nhà xưởng: Xưởng cơ điện tử, PLC
- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác, mơ hình
thực hành cơ điện tử, PLC
- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình mơn học, giáo trình, tài
liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan.
- Các điều kiện khác: Khơng có

Kiểm tra và đánh giá bài học
- Nội dung:
✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu
kiến thức
✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.
✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
11


+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học.
+ Nghiêm túc trong quá trình học tập.
- Phương pháp:
✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)
✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: khơng có
✓ Kiểm tra định kỳ thực hành: 1 điểm kiểm tra (hình thức: thực hành)
Nội dung chính:
1.1 Giới thiệu chung về cảm biến
- Cảm biến là một thiết bị có khả năng chuyển đổi một tín hiệu vật lý thành
một tín hiệu điện. Tính chất và ứng dụng của cảm biến trong lắp đặt và vận
hành hệ thống cơ điện tử là rất đa dạng và phong phú. Dưới đây là một số
tính chất và ứng dụng chính của cảm biến:
- Tính chất của cảm biến:
- Độ chính xác: Cảm biến có khả năng đo và phản hồi chính xác với mức độ
sai số nhỏ.
- Độ nhạy: Cảm biến có khả năng phát hiện và đo lường các thay đổi nhỏ
trong tín hiệu đầu vào.
- Độ tin cậy: Cảm biến cần có tính tin cậy cao để hoạt động ổn định trong
mọi điều kiện và thời gian dài.

- Ứng dụng của cảm biến trong lắp đặt và vận hành hệ thống cơ điện tử:
- Đo lường và điều khiển: Cảm biến được sử dụng để đo lường các thông số
vật lý như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, mức nước, tốc độ, vị trí, gia tốc, và
điều khiển các thiết bị hoạt động dựa trên các giá trị đo được.
- Bảo mật và an ninh: Cảm biến có thể được sử dụng để phát hiện chuyển
động, ghi nhận hình ảnh hoặc âm thanh, để bảo vệ và giám sát an ninh
trong các hệ thống an ninh và giám sát.
- Điều khiển tự động: Cảm biến được sử dụng để thu thập thông tin từ môi
trường và điều khiển các thiết bị tự động trong các hệ thống như hệ thống
điều khiển nhà thơng minh, hệ thống tự động hóa cơng nghiệp, hệ thống lái
tự động trong ơ tơ, v.v.

Hình 1.1 Hoạt động của cảm biến
12


1.2 Phân loại cảm biến
1.2.1 Cảm ứng từ (Inductive proximity sensor)
Nguyên lý hoạt động và ký hiệu trên sơ đồ mạch điện của
sensor cảm ứng
Các đặc trưng cơ bản của một cảm biến cảm ứng từ:
-Đối tượng phát hiện: Kim loại sắt từ.
-Khoảng cách phát hiện: 0,8 – 10mm, ( loại có độ nhạy cao nhất - max
250mm)
-Điện áp cung cấp: 10-30 VDC
-Dòng điện cung cấp ra tải: 75 - 400mA
Nguyên lý hoạt động:
Khi vật thể bằng kim loại được đưa vào vùng tác dụng của sensor,
dịng điện xốy xuất hiện trong vật thể, nó làm suy giảm năng lượng của
bộ tạo dao động(Oscillator). Điều đó dẫn đến sự thay đổi dòng điện tiêu

thụ của sensor. Như vậy, hai trạng thái: suy giảm và khơng suy giảm
dịng điện tiêu thụ của sensor dẫn đến chuyển trạng thái “có” hay
“khơng” bằng mức xung điện áp ra.
Xem sơ đồ nguyên lý mạch điện tử của cảm biến cảm ứng từ

Hình 1.2 S ơ đồ nguyên lý của cảm biến cảm ứng từ
1.2.2 Cảm biến tiệm cận điện dung ( capacitive proximity sensor)
13


Ký

Hình 1.3 Kí hiệu và sơ đồ ngunNgun lý làm việc
-Cảm biến điện dung phát hiện được các vật thể làm bằng vật liệu bất
kỳ ( kim loại, đá, gỗ , nước ...).
-Khi vật thể được dẫn vào vùng tác dụng của cảm biến, điện dung của một
tụ điện ( được hình thành bởi vật thể và bản cực của cảm biến) thay đổi.
Điện dung này tham gia trong một mạch cộng hưởng RC của cảm biến.
Trang thái cộng hưởng thay đổi dẫn đến thay đổi dòng điện tiêu thụ của
cảm biến và tương ứng với “có” hay “ khơng có” vật thể trong vùng phát
hiện của cảm biến.
1.2.3Cảm biến tiệm cận quang (Optical proximity sensors)

Hình 1.4 Kí hiệu và sơ đồ nguyênNguyên lý làm việc
Nguyên lý làm việc :
Bộ phận phát sẽ phát đi tia hồng ngoại bằng điôt phát quang, khi gặp vật
14


chắn, tia hồng ngoại sẽ phản hồi lại bộ phận nhận. Như vậy ở bộ phận

nhận, tia hồng ngoại phản hồi là tín hiệu kích thích tạo nên tín hiệu ra
số loại cảm biến tiệm cận của hãng Omron:

Hình 1.5: Một số loại cảm biến tiệm cận của hãng Omron

Hai cảm biến song song

Hai cảm biến đối diện nhau

Hình 1.6 Khoảng cách giữa hai cảm biến:
Khoảng cách 2 cảm biến

Hình 1.7 Phát hiện và duy trì mức chất lỏng trong bể chứa.
15


1.3 Đo khoảng cách với cơ cấu biên trở
Cảm biến vị trí thực hiện đo vị trí vật lý của vật so với một điểm chuẩn.
Thơng tin có thể là vị trí góc hoặc độ quay.
1.3.1 Ngun lý làm việc
Một chiết áp dùng để chuyển đổi góc quay hoặc độ dịch chuyển tuyến
tính hóa thành điện áp. Thực chất thì bản thân chiết áp là điện trở nhưng
chính giá trị này dễ dàng được chuyển đổi thành điện áp. Các chiết áp sử
dụng làm cảm biến vị trí về nguyên tắc giống như điều chỉnh âm lượng
nhưng có những điểm khác. Một chiết áp dùng để điều chỉnh âm lượng,
sự thay đổi điện trở có thể ở dạng phi tuyến
miễn sao thay đổi được âm thanh, còn chiết áp dùng để đo vị trí góc phải
biến đổi tuyến tính – nghĩa là sự thay đổi điện trở tuyến tính theo trục
quay.

Chiết áp

Ký hiệu

Hình 1.8: Chiết áp
Chiết áp dịch chuyển tuyến tính
Chiết áp được mơ tả là một loại vịng – thực tế chỉ khoảng 3500, một
chiết áp vịng có thể có các điểm dừng cuối mỗi hành trình của nó, góc
quay khơng vượt q 3500. Một chiết áp vịng khơng có các điểm dừng
có vùng khơng nhạy cảm nhỏ khi thanh trượt chuyển động theo hình
xoắn ốc, có tới 25 vịng hoặc hơn tính từ điểm dừng này đến điểm dừng
khác.

b

a
Hình 1.9 : Chiết áp tuyến tính

16


Trong trường hợp, thanh trượt có thể dịch chuyển tiến hoặc lùi theo
đường thẳng. Các chiết áp dịch chuyển tuyến tích thuận lợi cho việc do vị
trí các đối tượng mà nó chuyển động theo dạng tuyến tính.
Hình 2.58a minh họa chiết áp dùng để đo vị trí góc của cánh tay robot,
trong trường hợp này thân chiết áp được giữ cố định và trục của nó được
nối trực tiếp với trục của động cơ. Điện áp 10VDC được cấp cho chiết
áp. Điện áp thay đổi từ 0
÷ 10V DC dọc theo điện trở, thanh trượt chính là rẽ nhánh, điện áp ra
chính là điện áp thanh trượt và điểm 0.

Khi thanh trượt ở vị trí dưới cùng thì đầu ra 0V tương ứng với 00. Khi
thanh trượt ở vị trí trên cùng, đầu ra ứng với 10V tương ứng với 350 0. Ở
vị trí chính giữa, điện áp đầu ra 5V tương ứng với vị trí góc 1750. (3500/2
= 1750).

Hình 1.10: Chiết áp sử dụng làm cảm biến vị trí
1.3.2 Đo áp suất với cảm biến áp suất đầu ra tín hiệu tương tự
- Áp suất là độ lớn sức mạnh thơng thường trên mỗi đơn vị diện tích
áp dung trong một vật thể, bộ cảm biến áp suất là thiết bị dị thơng
tin áp suất mà vật thể đối tượng đang có, nó tương ứng với đồng
hồ đo dòng, cảm biến áp suất chất bán dẫn, phần tử áp điện. Có thể
sử dụng bộ cảm biến áp suất để đo lực hoặc tải trọng.
1.3.3 Đo lực với cảm biến lực đầu ra tín hiệu tương tự
Một vật chịu tác dụng của lực và momen bao giờ cũng bị biến dạng,
nghĩa là có chuyển vị tương đối giữa các phần của nó. Vì vậy các phép đo
lực là mơmen thường được quy về đo chuyển vị.
Để tăng vùng làm việc tuyến tính, người ta dùng cầu cân bằng, trong đó
tensiometer là một nhánh (Rs). Khi chưa tác dụng lực, cầu cân bằng,
nghĩa là Vo =
0. Khi có lực, Rs thay dổi, làm cầu mất cân bằng. Tín hiệu ra được tính
theo cơng thức:
17


Để bù sự ảnh hưởng của nhiệt độ, ngươi ta dùng R 3 như điện trở bù, gắn
lên vùng không chịu lực. Nếu gắn R3 lên phía đối diện của phần tử biến
dạng, sao cho Rs chịu lực kéo còn R3 chịu nén thì sẽ tăng được độ nhạy
của sensor.

Hình 1.11- Cảm biến điện trở và sơ đồ nối kiểu cầu cân bằng

Các tensiometer được dán lên các nhánh chữ thập, sao cho sensor nhận
được tín hiệu lực tác dụng theo bất cứ phương nào. Mỗi nhánh chữ thập
được dán hai tensiometer, nên tổng số giá trị đo được là 8, từ 1 đến 8.
Lực tổng quát tác dụnglên cổ tay có 6 thành phàn: 3 thành phần lực hướng
theo 3 trục toạ độ (fx, fy, fz) và 3 thành phần momen quanh 3 trục đó ( i,
cvà momen với các giá trị đo được
y, z). Quan hệ giữa các thành phần lự
biểu diễn qua một ma trận, gọi là ma trận chuẩn định (calibration
matrix):

Hình 1.12- Phần tử biến dạng kiểu Maltese
Các sensor thơng dụng kiểu này có đường kính khoảng 10cm, cao
khoảng 5cm, có giới hạn do lực (50 -500)N và momen (5 -70)Nm; độ
phân giải đo lựckhoảng 0,1% và mômen 0,5% giá trị cực đại; tốc độ lấy
mẫu của mạch xử lý khoảng 1Hz.

18


CÂU HỎI ÔN TẬP

12345-

Nêu khái niệm cảm biến.
Cảm biến là gì? Đóng vai trị gì trong hệ thống điện tử?
Tại sao cảm biến quang học được sử dụng rộng rãi trong công nghệ?
Đặc điểm chung của cảm biến nhiệt độ là gì?
Giải thích ngun tắc hoạt động của cảm biến áp suất.

19

BÀI 2: LẬP TRÌNH SỬ DỤNG NGƠN NGỮ SFC
Mã bài: MĐ18-02
Mục tiêu:
- Phân tích được các chức năng hoạt động, đặc biệt là chu trình làm
việc và các điều kiện logic trong các quy trình tự động hóa
- Xây dựng giản đồ chức năng của chu trình tự động.
- Sử dụng được các cơng cụ lập trình, các loại PLC và các thiết bị
ngoại vi công nghiệp
- Thiết lập cấu hình cứng của PLC
- Sử dụng được các thơng tin trên mạng và tài liệu theo chuẩn IEEC
1131-3 và Graftec
- Viết chương trình sử dụng ngơn ngữ Graph 7
- Nạp các chương trình vào PLC và thử nghiệm, vận hành hệ thống cơ
điện tử
- Tìm và sửa lỗi sử dụng chức năng giám sát trực tuyến của chương
trình viết bằng ngôn ngữ SFC.
- Tổ chức nơi làm việc gọn gàng, ngăn nắp và đúng các biện pháp an
tồn.
- Có tư thế tác phong công nghiệp, ý thức tổ chức kỷ luật, khả năng làm
việc độc lập cũng như khả năng phối hợp làm việc nhóm trong q
trình học tập và sản xuất.
Phương pháp giảng dạy và học tập bài mở đầu
- Đối với người dạy: Sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn
giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề, thao tác mẫu, uốn nắn và sửa sai tại
chỗ cho người học); yêu cầu người học nhớ các giá trị đại lượng, đơn vị
của các đại lượng. Các bước quy trình thực hiện.
- Đối với người học: chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học, thực
hiện thao tác theo hướng dẫn.

Điều kiện thực hiện bài học
- Phòng học chun mơn hóa/nhà xưởng: Xưởng cơ điện tử, PLC
- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác, mơ hình
thực hành cơ điện tử, PLC.
- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình mơn học, giáo trình, tài
liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan.
- Các điều kiện khác: Khơng có
Kiểm tra và đánh giá bài học
20


- Nội dung:
✓ Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu
kiến thức
✓ Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.
✓ Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần:
+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp
+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập.
+ Tham gia đầy đủ thời lượng mơn học.
+ Nghiêm túc trong q trình học tập.
- Phương pháp:
✓ Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)
✓ Kiểm tra định kỳ lý thuyết: khơng có
✓ Kiểm tra định kỳ thực hành: 1 điểm kiểm tra (hình thức: thực hành)
Lập trình sử dụng ngôn ngữ Sequential Function Chart (SFC) là một phương
pháp lập trình hướng đồ thị được sử dụng trong lĩnh vực tự động hóa và điều
khiển. SFC được sử dụng để mơ hình hóa và lập trình các hệ thống tự động hóa
phức tạp, như hệ thống điều khiển quy trình và các hệ thống tự động hóa cơng
nghiệp.
SFC sử dụng các thành phần như các trạng thái (states), các sự kiện (events), các

hành động (actions) và các điều kiện (conditions) để mô tả hành vi của hệ thống.
Các trạng thái và sự kiện được biểu diễn bằng các hình dạng đồ thị, cho phép mơ
phỏng và phân tích hệ thống một cách dễ dàng.
Các bước chính để lập trình sử dụng ngôn ngữ SFC bao gồm:
Xác định các trạng thái và sự kiện: Xác định các trạng thái mà hệ thống có thể
có và các sự kiện mà hệ thống có thể nhận. Các trạng thái thường biểu thị các
trạng thái hoạt động của hệ thống, trong khi các sự kiện là các tín hiệu hoặc điều
kiện mà hệ thống phải đáp ứng.
Xác định quy trình chuyển đổi trạng thái: Mơ tả các quy trình chuyển đổi trạng
thái trong hệ thống, tức là các điều kiện và sự kiện để chuyển từ một trạng thái
sang trạng thái khác.
Xác định các hành động và điều kiện: Mô tả các hành động và điều kiện được
thực hiện trong mỗi trạng thái. Các hành động là các hoạt động thực hiện bởi hệ
thống, trong khi các điều kiện là các điều kiện cần phải đáp ứng để thực hiện
hành động đó.
Kiểm tra và kiểm tra hệ thống: Kiểm tra và kiểm tra các quy tắc và quy trình lập
trình để đảm bảo rằng hệ thống hoạt động như mong đợi và đáp ứng các yêu
cầu.

21


2.1 Trạm phân phối – Trình tự chuyển động.
Ngơn ngữ lập trình SFC đã được hỗ trợ tương đối hồn thiện trong gói
phần mềm, tuân theo các qui định trong chuẩn IEC 61131-3. Phần mềm
VET cho phép người sử dụng tạo và soạn thảo các module điều khiển
theo biểu đồ SFC với giao diện đồ họa trực quan, dễ sử dụng. Mọi thao
tác soạn thảo biểu đồ SFC đều được thực hiện trong khung cửa sổ
chính. Tất cả các phần tử trong biểu đồ SFC (các bước và các chuyển
tiếp) đều được coi là các phần tử trong dự án và có thể được truy cập

giống như các loại phần tử khác. Mỗi phần tử này đều có các thuộc tính.
Việc soạn thảo các thuộc tính như điều kiện chuyển tiếp hay danh sách
các hành động của bước được thực hiện trực tiếp ngay trên cửa sổ soạn
thảo thuộc tính. Khi chọn một phần tử SFC (trong cấu trúc cây của dự
án, trong cửa sổ thơng báo lỗi, …) thì sơ đồ SFC tương ứng chứa phần tử
đó sẽ được mở ra để soạn thảo.
Các tính năng chính trong soạn thảo biểu đồ SFC của phần mềm VET là:
o Thao tác cơ bản là thao tác kéo – thả, giống như đa số các phần mềm
vẽ biểu đồ, sơ đồ khác (ví dụ như Microsoft Visio).
Lựa chọn một hay nhiều phần tử SFC bằng cách chọn từng phần tử đồ họa
hay chọn theo vùng.
o Di chuyển một hay nhiều phần tử SFC bằng thao tác kéo chuột.
o Nối dây giữa các phần tử bằng thao tác bấm – kéo – thả chuột. Tự
động kiểm tra tính đúng đắn của các kết nối. Tự động bố trí các dây
nối hợp lý.
o Phóng to, thu nhỏ biểu đồ. Tự động dịch chuyển biểu đồ trong các thao tác
kéo – thả.
o Căn chỉnh theo lưới (grid).
o Cung cấp thông tin chi tiết về một phần tử SFC bằng cửa sổ tooltip
khi dừng chuột trên phần tử này (xem hình dưới).
o Sao chép (copy) nội dung biểu đồ SFC dưới dạng hình ảnh vector
vào clipboard hệ thống hoặc lưu lại dưới dạng tệp tin hình ảnh.

o

1.2 Tổng quan về ngơn ngữ SFC cho PLC họ FX.
1. Grafcet.
Để thấy sự ứng dụng của phương pháp Grafcet trong lập trình cho
PLC (chính là ngơn ngữ SFC), phần này sẽ nhắc lại một số khái
niệm cơ bản của Grafcet. (Tất cả các khái niệm, thông tin về

Grafcet viết ở phần này đều được trích từ tài liệu học tập môn Điều
khiển logic và PLC của thầy Dương Minh Đức - Viện Điện 22


Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội).
Grafcet (Graphe Fonctinnel de Conmmande Étape Transition) là
một đồ hình chức năng cho phép mô tả các trạng thái làm việc của hệ
thống và biểu diễn quá trình điều khiển với các trạng thái chuyển biến từ
trạng thái này sang trạng thái khác, đó là một graph định hướng và được
xác định bởi các phần tử sau:
G={E,T,A,M}
Trong đó:
- E={E1, E2,…,Em} là tập hữu hạn các trạng thái (giai đoạn) của
hệ thống. Mỗi trạng thái ứng với những tác động nào đó của
phần điều khiển và trong một trạng thái các hành vi điều khiển
là khơng thay đổi. Một trạng thái có hai khả năng là hoạt động
và khơng hoạt động. Điều khiển chính là thực hiện các mệnh đề
logic chứa các biến vào và các biến ra để hệ thống có được một
trạng thái xác định trong hệ và đó cũng chính là một trạng thái
của Grafcet.
- T={t1,t2,…,tp} là tập hữu hạn các chuyển tiếp (chuyển trạng
thái). Hàm Boole gắn với một chuyển tiếp được gọi là “một tiếp
nhận”. Giữa hai trạng thái luôn luôn tồn tại một chuyển tiếp.
- A={a1,a2,…,an} là tập các cung định hướng nối giữa một trạng
thái này với một chuyển tiếp hoặc giữa một chuyển tiếp với một
trạng thái.
- M={m1,m2,…,mm) là tập các giá trị 0 và 1. Nếu mi=1 thì trạng
thái thứ I là hoạt động, nếu mi=0 thì trạng thái i khơng hoạt
động.
Về các kí hiệu của các trạng thái, chuyển tiếp, phân nhánh trong Grafcet,

các bạn có thể tìm hiểu (hoặc đọc lại) trong tài liệu giảng dạy của thầy
Dương Minh Đức.
2. Giới thiệu về ngôn ngữ SFC cho PLC họ FX.

Các Step hay còn gọi là SFC process (In GX Developer, an SFC
process is called a "step") trong ngôn ngữ SFC, tương ứng với
Grafcet là các trạng thái E. Mỗi Step (S) đều được đánh số tương
tự các trạng thái E. Ví dụ Step S1, S2, S3,… tương tự các trạng
thái E1, E2, E3…
Các Step chính là các Rơ-le trạng thái trong PLC (State Relay).
Các Step bắt đầu từ S0-S9 được gọi là các Step khởi tạo (Initial
Step), và luôn là Step đầu tiên bắt đầu cho một khối SFC (SFC
Block). Các Step bắt đầu từ S10 trở đi được sử dụng như các
23


Step thông thường, số Step tối đa cho một khối SFC là 512
Step.Mỗi Step (hay State Relay) được nối với một mạch điện
nội(internal circuit) bên trong PLC.Trạng thái hoạt động của các
mạch điện nội kết nối với các Step được phân thành 3 trạng thái
là ON, OFF, và không hoạt động, được miêu tả như hình dưới.

Hình2. 1- Các trạng thái hoạt động
Các chuyển tiếp tương ứng trong Grafcet, được gọi là các
Transition trong ngôn ngữ SFC. Các Transition được đánh số
như các Step. Như ở hình trên, các Transistion đều được nối với
các mạch điện nội. Khi thõa mãn điều kiện chuyển, thì Step tiếp
theo được hoạt động, và Step trước đó sẽ bị dừng.
Các mạch điện nội là các khối Ladder, và hoạt động giống như
các khối Ladder khi viết chương trình bằng ngơn ngữ Ladder.

Các phân nhánh có số Step “tiếp theo” tối đa là 8, nhưng nếu có

nhiều phân nhánh, thì tổng số tối đa các Step “tiếp theo” là 16,
được miêu tả như hình dưới.
Hình 2.2- Số Step "tiếp
theo" cho mỗi phân nhánh.
24


rong ngôn ngữ SFC, để chuyển tới các Step ở trước đó, hay ở
một khối SFC khác, có thể dung biểu tượng nhảy(Jump Symbol).
Các thuộc tính kèm theo như sau:
Nhảy tới một Step khác. Step khác có thể nằm trong
cùng khối với Step trước đó, hoặc nằm ở một khối khác.
Reset Step: Nếu sử dụng biểu tượng này thì Step
đích sẽ được Reset khi điều kiện chuyển thõa mãn.
Lệnh RET: Trong lập trình SFC cho FX CPU, lệnh RET sẽ
được tự động thêm vào sau mỗi “khối” (Block), người viết
chương trình khơng phải thêm lệnh RET ở cuối mỗi Block. Và
lệnh RET cũng sẽ không được hiển thị , như đối với lập trình
bằng ngơn ngữ Ladder.
Người lập trình có thể viết các “chú thích” (comment) cho các
Step, nhưng đối với FX CPU, việc viết các “chú thích” cho
các Transition sẽ không được cho phép.
3. Các thao tác cơ bản để viết và sửa một chương trình
SFC cho PLC họ FX CPU. Các thao tác cơ bản được
minh họa như hình sau, Hình 3.

Hình 2.3- Các thao tác cơ bản để tạo/sửa chương trình SFC.
Các biểu tượng sử dụng trong lập trình SFC cho PLC họ FX CPU.

Các biểu tượng sử dụng trong lập trình SFC cho PLC họ FX CPU
của MITSUBISHI sử dụng phần mềm GX Developer.
Các biểu tượng được chia thành các lớp và được biểu diễn bởi các hình như
25