nghiên cứu ứng dụng plc s7_300 để điều khiển mở cửa nhà kho tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ
  



TRẦN MINH DŨNG





NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC S7_300
ĐỂ ĐIỀU KHIỂN MỞ CỬA NHÀ KHO TỰ ĐỘNG


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ



CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Th. S VŨ THĂNG LONG



Nha Trang, tháng 6 năm 2012
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ và tên sinh viên: TRẦN MINH DŨNG
Lớp : 50 CKCD
Chuyên ngành : Công nghệ cơ điện tử
Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng PLC S7_300 để điều khiển mở cửa nhà kho tự động.
Số trang Số chương :04
Hiện vật: 01 quyển báo cáo, 01 mô hình, 01 bộ điều khiển.
NHẬN XÉT








Kết luận

Nha Trang, ngày tháng năm 2012
Cán bộ hướng dẫn
( ký và ghi rõ họ tên )
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI

Họ và tên sinh : TRẦN MINH DŨNG
Lớp : 50 CKCD
Chuyên ngành : Công nghệ cơ điện tử
Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng PLC S7_300 để điều khiển mở cửa nhà kho tự động.
Số trang Số chương :04
Hiện vật: 01 quyển báo cáo, 01 mô hình, 01 bộ điều khiển.
NHẬN XÉTCỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Kết luận

Nha Trang, ngày tháng năm 2012
CÁN BỘ PHẢN BIỆN
( Ký ghi rõ họ tên )


_________________________________________________________________
Nha Trang, ngày tháng năm 2012
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
( Ký ghi rõ họ tên )

Điểm phản biện
Bằng số Bằng chữ

Điểm chung
Bằng số Bằng chữ


1

LỜI CẢM ƠN

Cơ Điện Tử là một nghành học mới ở nước ta, nhưng nó ngày càng khẳng định
được vai trò trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày nay và sự phát triển
của đất nước trong tương lai. Đây là nghành có sự hội tụ và đúc kết của ba chuyên

nghành là cơ khí, tin học và điện tử mà sản phẩm cuối cùng của nó là một hệ thống tự
động hóa góp phần giải phóng sức lao động của con người.
Đối với sinh viên Cơ Điện Tử để làm quen được với các hệ thống máy móc, công
nghệ bên ngoài thì quá trình học lý thuyết đi kèm với thực tế là hết sức cần thiết. Đề
tài tốt nghiệp với nội dung “ Nghiên cứu ứng dụng PLC S7_300 để điều khiển mở cửa
nhà kho tự động”, đã cho em những kiến thức, kinh nghiệm vô cùng bổ ích qua quá
trình vận dụng kiến thức được học tập từ nhà trường vào thực tiễn.
Sau một thời gian tập trung thiết kế, được sự hướng dẫn tận tình của Thầy Vũ
Thăng Long, và các Thầy trong bộ môn Cơ Điện Tử -Khoa Cơ Khí em đã hoàn
thành đề tài trong thời gian đặt ra.
Chúng em xin chân thành cảm ơn quí thầy đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho em
hoàn thành đề tài tốt nghiệp này.
Vì kiến thức còn hạn chế nên trong đề tài còn một số nhược điểm, kính mong quý
Thầy tận tình giúp đỡ, bổ sung để đề tài chúng em được hoàn thiện hơn và bước đầu
có những ứng dụng vào hoạt động thực tiễn.

Nha Trang: 06/2012

Sinh Viên:
TRẦN MINH DŨNG

2

MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN 1
MỤC LỤC 2
DANH MỤC CÁC HÌNH 3
LỜI NÓI ĐẦU 5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PLC S7_300 VÀ HỆ THỐNG CỬA NHÀ KHO

TỰ ĐỘNG 6
1.1.TỔNG QUAN VỀ PLC S7_300 VÀTỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH 7
1.2. PHÂN LOẠI TỰ ĐỘNG HÓA 10
1.2.1 Tự động hóa cứng 10
1.2.2 Tự động hóa lập trình
10
1.2.3Tự động hóa linh hoạt 10
1.3 SỰ CẦN THIẾT CỦA TỰ ĐỘNG HÓA 11
1.4.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CỬA TỰ ĐỘNG 12
1.4.1 Các loai cửa tự động hiện nay 13
1.4.2 Một số cửa tự động sử dụng trên địa bàn Nha Trang 17
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 18
2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19
2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 19
2.2.1. thiết kế phần cơ khí 19
2.2.2.Kết cấu mô hình 22
2.2.3. Mạch điều khiển 23
2.2.3.1 Khối cảm biến 23
2.2.3.2 Khối cách li quang 25
2.2.3.3 Khối hiển thị 27
2.2.3.4 Khối nguồn 31
2.2.4. Phần mềm và giải thuật điều khiển 36
2.2.4.1. Giới thiệu PLC S7-300 37
2.2.4.2. Các thành phần cơ bản của một bộ PLC 38
2.2.4.3 Cấu trúc phần cứng của hệ thống plc s7-300 40
2.2.5. lưu đồ và giải thuật điều khiển 44
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 46
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 56
4.1 KẾT LUẬN 57
4.2 ĐỀ XUẤT Ý KIẾN . 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58
PHỤ LỤC 59




3

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Cửa trượt 12
Hình 1.2: Cửa kéo 14
Hình 1.3: Cửa cuốn 15
Hình 1.4: Cửa trượt 16
Hình 1.5: Cửa trượt 17
Hình 2.1: Mô hình 1 19
Hình 2.2: Mô hình 2 20
Hình 2.3: Mô hình 3 21
Hình 2.4: Khung mô hình 22
Hình2.5: Kích thước cửa 23
Hình 2.7: Quang trở 23
Hình 2.8: LED 24
Hình 2.9: LM324 24
Hình 2.10: sơ đồ chân LM324 25
Hình 2.11: Mạch cách ly quang 25
Hình 2.12: opto 26
Hình2.13: Cấu tạo của opto 26
Hình 2.14: Khối hiển thị 27
Hình 2.15: Led 7 doạn 27
Hình2.16: cấu trúc led 7 đoạn 28

Hình 2.17: LED anot chung 28
Hình 2.18: LED cathode chung 28
Hình 2.19: Sơ đồ chân 7447 29
Hình 2.20: Sơ đồ kết nối 7447 29
Hình 2.22: Sơ đồ mạch nguồn 31
Hình 2.23: Diode 31
Hình 2.24: Cấu tạo diode 31
Hình 2.25:Phân cực thuận và đường đặc tính của Diode 32
Hình 2.26:Cấu tạo của tụ điện 33

4

Hình2.27:Hình dáng của các loại tụ điện. 33
Hình 2.28:Sơ đò chân của họ 78xx. 34
Hình 2.29:Hình dáng thực tế của role. 34
Hình 2.30:Hình dáng thực tế của công tắc hành trình 36
Hình 2.31:Phần cứng s7-300 37
Hình 2.32:Bộ s7-300 38
Hình 2.33:Sơ đồ bố trí trạm plc s7-300 40
Hình 3.1: Mô hình tổng thể 47
Hình 3.2: Ô tô 47
Hình 3.3: Mạch điện tử 48
Hình 3.4: Bảng điều khiển 48
Hình 3.5: Cổng vào ra 49
Hình 3.6: Kiểm tra bằng tay 49
Hình 3.7: Kiểm tra tín hiệu cảm biến 50
Hình 3.8: Kiểm tra tín hiệu cảm biến 50
Hình 3.9: Bảng kết nối vào ra 51
Hình 3.10: Tổng quan kết nối 52
Hình 3.11: Xe vào cổng 52

Hình 3.12: Cảm biến hoạt động 53
Hình 3.13: Cảm biến xuyên qua thanh đục lỗ 54
Hình 3.14: Xe vào cửa 54
Hình 3.15: Bảng hiển thị 55








5

LỜI NÓI ĐẦU


Trong công cuộc công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước, cơ khí nói chung
đóng một vai trò rất quan trọng. Nhưng ngày nay với sự phát triển vượt bậc của công
nghệ, cơ khí truyền thống không thể mang lại hiệu quả cao trong nền kinh thế thị
trường. Chính vì vậy xuất hiện một xu hướng mới trong công nghệ, đó là sự kết hợp
giữa cơ khí, công nghệ thông tin và điện tử để hình thành một lĩnh vực mới - Lĩnh vực
cơ khí tự động hóa. Trên thế giới, cơ khí tự động hóa đã xuất hiện khá lâu đời và phát
triển rất mạnh nhưng tại Việt Nam đây là lĩnh vực mới và đang trong quá trình hình
thành và phát triển. Tự động hóa là một lĩnh vực vô cùng rộng lớn,nó xâm nhập mọi
nơi,mọi lĩnh vực trong đời sống.Một trong những sản phẩm của Cơ điện tử - Tự động
hóa là hệ thống cựa nhà kho tư động kiểm soát sự ra vào của các loại hàng hóa.Nhiệm
vụ canh mở cửa nhà kho là một công việc tưởng chừng như đơn giản nhưng lại nhàm
chán,lãng phí thời gian mà chảng ai muốn làm. Bên cạnh đó nhu cầu và sự phát triển
của nhà kho sân bãi là rất nhiều. Nắm bắt được tầm quan trọng và tính cấp thiết của

hệ thống, em thực hiện nghiên cứu “
Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống
cửa nhà kho tự động”












6









CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ PLC S7_300 VÀ HỆ THỐNG
CỬA NHÀ KHO TỰ ĐỘNG

7

1.1.TỔNG QUAN VỀ PLC S7_300 VÀTỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller , là thiết bị điều khiển lập trình
được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông
qua một ngôn 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 ( bộ điều khiển
bằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau :
+ Lập trình dể dàng , ngôn ngữ lập trình dể học .

+ Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản , sửa chữa.
+ Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp .
+ Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp .
+ Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính , nối mạng , các môi
Modul mở rộng.
+ Giá cả cá thể cạnh tranh được.
Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối và các Logic
thời gian .Tuy nhiên ,bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và tính dể
dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả … Chính điều này đã
gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp . Các tập lệnh
nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm , định thời , thanh ghi
dịch … sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớùn … Sự phát triển các máy
tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn , số lượng I / O nhiều hơn.
Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều
khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác
định bởi một chương trình . Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC,
PLC sẽ thực hiện viêïc điều khiểûn dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn
thay đổi hay mở rộng chức năng của qui trình công nghệ , ta chỉ cần thay đổi chương
trình bên trong bộ nhớ của PLC . Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực
hiện một cách dể dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây
nối hay Relay .
Cấu trúc , nguyên lý hoạt động
Cấu trúc
Tất cả các PLC đều có thành phần chính là : Một bộ nhớ chương trình RAM bên
trong ( có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM ). Một bộ vi xử lý có cổng
giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC . Các Modul vào /ra.

8

Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lập trình bằng tay

hay bằng máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứa
đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung . Nếu đơn vị lập trình là đơn vị
xách tay , RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đã
được kiểm tra và sẳn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC . Đối với các
PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hổ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra
chương trình . Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS458, …
Nguyên lý hoạt động của PLC
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương
trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trình
, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên
kết để thực thi. Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình
điều khiển được giữ trong bộ nhớ.
Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu
song song :
+ Address Bus : Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau.
+ Data Bus : Bus dùng để truyền dữ liệu.
+ Control Bus : Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điểu khiển
đồng bộ các hoạt động trong PLC .
Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào ra thông qua
Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho phép truyền
8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song.
Nếu một modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus , nó sẽ chuyển tất
cả trạnh thái đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất
hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data bus.
Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của
PLC . Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian
hạn chế.
Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O . Bên cạch
đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 1¸8 MHZ. Xung này quyết định
tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống.

- Bộ nhớ
PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp : Làm bộ định thời cho các kênh
trạng thái I/O. Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm,
ghi các Relay.
Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí trong bộ
nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ . Địa chỉ của từng
ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ vi xử lý. Bộ vi xử lý sẽ
giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý lệnh tiếp theo . Với một địa chỉ mới ,
nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đấu ra, quá trình này được gọi là quá

9

trình đọc .
Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bỡi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có khả
năng chứa 2000 - 16000 dòng lệnh , tùy theo loại vi mạch. Trong PLC các bộ nhớ như
RAM, EPROM đều được sử dụng .
+ RAM (Random Access Memory ) có thể nạp chương trình, thay đổi hay xóa bỏ nội
dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bị mất . Để
tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị một pin khô, có khả năng cung cấp
năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm. Trong thực tế RAM được
dùng để khởi tạo và kiểm tra chương trình. Khuynh hướng hiện nay dùng
CMOSRAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn .
+ EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ mà người sử
dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào được . Nội dung của
EPROM không bị mất khi mất nguồn , nó được gắn sẵn trong máy , đã được nhà sản
xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn. Nếu người sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ
thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC . Trên PG (Programer) có sẵn chổ ghi
và xóa EPROM.
+ EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) liên kết với
những truy xuất linh động của RAM và có tính ổn định. Nội dung của nó có thể được

xóa và lập trình bằng điện, tuy nhiên số lần là có giới hạn.
Môi trường ghi dữ liệu thứ tư là đĩa cứng hoặc đĩa mềm, được sử dụng trong máy lập
trình . Đĩa cứng hoăïc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường được dùng để lưu
những chương trình lớn trong một thời gian dài .
Kích thước bộ nhớ :
+ Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 -1000 dòng lệnh tùy vào công nghệ chế tạo
+ Các PLC loại lớn có kích thước từ 1K - 16K, có khả năng chứa từ 2000 -16000
dòng lệnh.
Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM , EPROM.
Các ngõ vào ra I / O
Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các modul ( các đầu vào của PL) ,
các cơ cấu chấp hành được nối với các modul ra ( các đầu ra của PLC ). Hầu hết các
PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V , tín hiêïu xử lý là 12/24VDC hoặc
100/240VAC. Mỗi đơn vị I / O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các
kênh I / O được cung cấp bỡi các đèn LED trên PLC , điều này làm cho việc kiểm tra
hoạt động nhập xuất trở nên dể dàng và đơn giản .
Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON,OFF) để thực hiện việc đóng hay
ngắt mạch ở đầu ra .
một số hình ảnh về loại PLC của SIEMENS và MISHUBISHI

10

1.2 PHÂN LOẠI TỰ ĐỘNG HÓA
1.2.1 Tự động hóa cứng
Là một hệ thống trong đó một chuỗi các hoạt động (xử lý hay lắp ráp) cố định trên
một cấu hình thiết bị. Các nguyên công này trong dây chuyền thường đơn giản. Chính
sự hợp nhất và phối hợp các nguyên công như vậy vào một thiết bị làm cho hệ thống
trở nên phức tạp. Những đặc trưng chính của tự động hóa cứng:
+ Đầu tư ban đầu cao cho những thiết kế theo đơn đặt hàng.
+ Năng suất máy cao.

+ Tương đối không linh hoạt trong việc thay đổi các thích nghi trong thay đổi sản
phẩm.
1.2.2 Tự động hóa lập trình
Thiết bị sản xuất được thiết kế với khả năng có thể thay đổi trình tự các nguyên
công để thích ứng với những cấu hình sản phẩm khác nhau.
Chuỗi hoạt động có thể được điểu khiển bởi một chương trình, tức là một tập lệnh
được mã hóa để hệ thống đọc và diễn dịch chúng.
Những chương trình mới có thể đươc chuẩn bị và nhập vào thiết bị để tạo ra sản
phẩm mới. Một vài đặc trưng của tự động hóa lập trình:
+ Đầu tư cao cho những thiết bị có mục đích tổng quát.
+ Năng suất tương đối thấp so với tự động hóa cứng.
+ Sự linh hoạt khi có sự thay đổi cấu hình trong sản phẩm mới.
+ Thích hợp nhất cho sản xuất hàng loạt.
1.2.3Tự động hóa linh hoạt
Là hệ thống tự động hóa có khả năng sản xuất ra nhiều sản phẩm khác nhau mà
hầu như không mất thời gian cho việc chuyển đổi từ sản phẩm này sang sản phẩm
khác. Không mất thời gian cho sản xuất hay cho lập trình lại và thay thế các cài đặt
vật lý(công cụ đồ gá, máy móc). Hiệu quả là hệ thống có thể lên kế hoạch kết hợp sản
xuất khác nhau thay vì theo từng loại riêng biệt. Đặc trưng của tự động hóa linh hoạt
có thể tóm tắt sau:
+ Đầu tư cao cho thiết bị.
+ Sản xuất liên tục những sản phẩm hỗn hợp khác nhau.
+ Đạt hiệu suất cao.
+ Tính linh hoạt khi sản phẩm thay đổi thiết kế.
Tự động hóa linh hoạt là sự mở rộng của tự động hóa lập trình được. Khái niệm
của tự động hóa linh hoạt đã được phát triển trong khoảng 25 đến 30 năm vừa quá và
những nguyên lý vẫn còn đang phát triển

11

Những năm gần đây trên thế giới đặc biệt là các nước tư bản có khuynh hướng
mạnh hệ thống sản xuất linh hoạt. Ưu điểm nổi bật của nó là hệ số sử dụng thiết bị
cao (85%) năng suất cao và tính linh hoạt rất cao. Nó được áp dụng rộng rãi trong các
ngành công nghiệp máy công cụ, máy ô tô, máy kéo và công nghiệp hàng không
Trong hệ thống sản xuất linh hoạt có thể áp dụng tự động hóa toàn bộ quá trình sản
xuất từ công đoạn thiết kế tự động chi tiết, tự động thiết kế quy trình công nghệ, thiết
kế tự động chương trình gia công, tự động điều khiển quá trình sản xuất, tự động kiểm
tra chất lượng sản phẩm Đây là hình thức tự động hóa tiến bộ nhất đưa lại hiệu quả
kinh tế lớn
1.3 SỰ CẦN THIẾT CỦA TỰ ĐỘNG HÓA
+ Nâng cao năng suất
Tự động hóa các quá trình sản xuất hứa hẹn việc nâng cao năng suất lao động.
Điều này có nghĩa tổng sản phẩm đầu ra đạt năng suất cao hơn so với hoạt động bằng
tay tương ứng.
+ Giảm Chi phí nhân công
Xu hướng trong xã hội công nghiệp của thế giới là chi phí cho công nhân không
ngừng tăng lên. Kết quả là đầu tư cao lên trong các thiết bị tự động hoá đã trở nên
kinh tế hơn để có thể thay đổi chân tay. Chi phí cao của lao động đang ép các nhà
lãnh đạo doanh nghiệp thay thế con người bằng máy móc. Bởi vì máy móc có thể sản
xuất ở mức cao, việc sử dụng tự động hoá đã làm cho chi phí trên một đơn vị sản
phẩm thấp hơn.
+ Sự an toàn
Bằng việc tự động hoá các hoạt động và chuyển người vận hành máy từ vị trí tham
gia tích cực sang vai trò đốc công, công việc trở nên an toàn hơn. Sự an toàn và thoải
mái của công nhân đã trở thành mục tiêu quốc gia với sự ban hành đạo luật sức khoẻ
và an toàn nghề nghiệp (1970). Nó cũng là sự tự động hoá
+ Giá nguyên vật liệu cao
Giá cao của nguyên vật liệu tạo ra nhu cầu sử dụng các nguyên vật một cách hiệu
quả hơn. Việc giảm phế liệu là một trong những lợi ích của tự động hoá.
+ Nâng cao chất lượng sản phẩm

Các hoạt động tự động hoá không chỉ sản xuất với tốc độ nhanh hơn so với làm
bằng tay mà còn sản xuất với sự đồng nhất cao hơn và sự chính xác đối với các tiêu
chuẩn chất lượng.
+ Rút ngắn thời gian sản xuất

12

Tự động hoá cho phép nhà sản xuất rút ngắn thời gian giữa việc đặt hàng của
khách hàng và thời gian giao sản phẩm. Điều này tạo cho người có ưu thế cạnh tranh
trong việc tăng cường dịch vụ khách hàng tốt hơn.
+ Tự động hóa mang lại hiệu quả nhanh, năng suất chất lượng ổn định
Đầu tư vào các dây chuyền tự động hóa mang lại hiệu quả nhanh hơn so với việc
đầu tư đào tạo con người. Đồng thời năng suất, chất lượng sản phẩm ổn định. Tất cả
những yếu tố trên tạo nên hệ thống sản xuất tự động hóa thay cho công cụ sản xuất
băng tay Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm, đồng thời tăng năng suất ta chọn hệ
thống lắp ráp tự động đó là một quy luật tất yếu phải xảy ra.
1.4.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CỬA TỰ ĐỘNG
Trong xã hội văn minh hiện đại,
cửa là một bộ phận không thể thiếu
được trong từng công trình kiến
trúc. Tuy nhiên loại cửa bình
thường (cửa không tự động) mà
chúng ta hay dùng hiện nay lại có
những nhược điểm gây phiền toái
cho người sử dụng, đó là: cửa
thường chỉ đóng mở được khi có tác
động của con người vào nó. Vì vậy
mà dùng cửa thường làm tốn thời
gian và gây cảm giác ngại cho
người sử dụng. Việc thiết kế ra một

loại cửa tiện ích hơn, đa năng hơn,
phục vụ tốt hơn cho đờ sống con người trong thời điểm xã hội ngày càng hiện đại và
phát triển hiện nay là tất yếu và vô cùng cần thiết. Vì vậy cần thiết kế ra một loại cửa
tự động khắc phục tốt những nhược điểm của cửa thường. Mục đích của việc thiết kế
cửa tự động là để tạo ra được một loại cửa vừa duy trì được những đặc tính cần có của
cửa, vừa khắc phục những nhược điểm lớn của loại cửa bình thường . Do đó, khi sử
dụng cửa tự động, người dùng hoàn toàn không phải tác dụng trực tiếp lên cánh cửa
mà cửa vẫn tự động đóng mở theo ý muốn của mình. Với tính năng này, cửa tự động
mang lại những thuận lợi lớn cho người sử dụng:
Thứ nhất, cửa tự động rõ ràng sẽ đem lại cảm giác thoải mái cho người dùng,
loại bỏ hoàn toàn cảm giác ngại, khó chịu như khi dùng cửa thường.
Thứ hai, nếu ng-ời dùng cửa đang bê vác vật gì đó (bằng cả hai tay ) thì cửa tự

Hình 1.1: Cửa trượt

13

động không những chỉ tạo cảm giác thoải mái mà thực sự đã giúp người dùng, tạo
thuận lợi cho người hoàn thành công việc mà không bị cản trở.
Thứ ba, sử dụng cửa tự động sẽ giúp người dùng nó đỡ tốn thời gian để đóng thể
rất cần thiết trong nhịp sống công nghiệp hiện đại ngày nay. Đặc biệt, ở những nơi
công cộng, công sở, cửa tự động ngày càng phát huy ưu điểm. Đó là vì cửa tự động sẽ
giúp cho lưu thông qua cửa nhanh chóng dễ dàng, cũng như sẽ giảm đi những va
chạm khi nhiều người cùng sử dụng chung một cánh cửa. Thêm vào đó, hiện nay hệ
thống máy lạnh được sử dụng khá rộng rãi ở những nơi công sở, công cộng. Nếu ta
dùng loại cửa bình thường thì phải đảm bảo cửa luôn đóng khi không co người qua lại
để tránh thất thoát hơi lạnh ra ngoài gây lãng phí. Thế nhưng điều này trong thực tế
lại rất khó thực hiện vì ý thức của mỗngười ở nơi công cộng là rất khác nhau. Do đó,
cửa tự động, với tính chất là luôn đóng khi không có người qua lại đã đáp ứng được
tốt yêu cầu này. Chính vì những ưu điểm nổi bật của cửa tự động mà chúng ta càng

phải phát triển ứng dụng nó rộng rãi hơn, đồng thời nghiên cứu để cải tiến và nâng
cao chất lượng hoạt động của cửa tự động để nó ngày càng hiện đại hơn, tiện ích hơn.
1.4.1 Các loai cửa tự động hiện nay
Hiện nay có nhiều loại cửa tự động : cửa kéo, cửa đẩy, cửa cuốn, cửa trượt
Nhưng chúng thường được sản xuất ở nước ngoài bán tại việt nam với giá thành khá
cao. Vì thế chúng không được sử dụng rộng rãi. Nhu cầu cửa tự động ở Việt Nam là
rất lớn về số lượng và chủng loại.
















14


a. Cửa kéo
Loại cửa này nhìn rất lạ,
với kết cấu đơn giản một động
cơ được gắn cố định với trần

nhà. Cửa được động cơ kéo
bằng một đoạn dây. Loại cửa
này có đặc điểm là có một
rãnh trượt cố định cho phép
cánh cửa thể trượt qua trượt
lại. Loại cửa này thường được
sử dụng trong nhà hàng, khách
sạn,cơ quan hay sân bay, nhà
ga
+Ưu điểm : loại này đơn
giản nhưng hiệu quả, cánh cửa
chắc. Loại cửa này có kết cấu
khá nhẹ nhàng,tạo ra một cảm
giác thoáng đạt và thoải mái
và lịch sự rất thích hợp với
những nơi công cộng, cơ
quan
+Nhược điểm: loại cửa
này động cơ gắn với trần nhà
vì vậy cần phải gắn đủ chắc để chịu được sức nặng của cửa. Vì vậy trong thực tế
người ta ít sử dụng loại cửa kéo này do nhược điểm là phải gắn đủ chắc để chịu sức
nặng nếu không sẽ rất nguy hiểm cho người sử dụng.


Hình 1.2: Cửa kéo

15

b. Cửa cuốn
Loại cửa này với cánh cửa

có khả năng cuộn tròn lại
được Khi có tín hiệu điều
khiển đóng mở cửa động cơ
của cửa sẽ tác động qua một
trục cuốn cửa cuộn tròn
quanh trục đó .
Ưu điểm loại cửa này là
gọn nhẹ tiện dụng và dễ sử
dụng chỉ cần một động cơ
công suất nhỏ Thường được
dùng làm cửa cho gala ôtô .
Nó có tính kinh tế cao vì dễ
chế tạo .
Nhược điểm là cửa không
chắc chắn và dễ bị hỏng hơn
các loai của khác .



Hình 1.3: Cửa cuốn

16

c. Cửa trượt
Loại của này có đặc điểm là có
một rãnh cố định cho phép cánh
cửa có thể trượt qua lại. Cửa trượt
có nhiều loại , tuỳ thuộc vào hình
dạng rãnh trượt như rãnh thẳng thì
là loại cửa chuyển động tịnh tiến ,

rãnh tròn thì là loại cửa chuyển
động xoay tròn. Loại cửa này
thường được sử dụng trong nhà
hàng, khách sạn, sân bay,…
Cửa này co ưu điểm Loại cửa này
thiết kế khá dễ dàng có thể nhận
biết được người, may móc có thể
đi qua . Loại cửa này ở nước ta
được sử dụng khá phổ biến.
Ưu điểm gọn nhẹ tiện dụng và kết
cấu nhẹ nhàng tạo cảm giác thoáng
đạt , thoải mái và lịch sự lại chỉ
cần động cơ công suất nhỏ. Loại
cửa này thường được dùng cho
gara ô tô. Nó có tính kinh tế khá
cao vì không mấy khó khăn khi
làm được loại cửa này.
Nhược điểm cửa không chắc chắn
và dễ bị hỏng hơn các loại cửa
khác

Hình 1.4: Cửa trượt

17

1.4.2 Một số cửa tự động sử dụng trên địa bàn Nha Trang:

Thông qua việc quan sát, tìm
hiểu về cửa tự động ở một số
địa điểm trên Nha Trang hiện
nay, ta nhận thấy cửa tự động
được sử dụng chủ yếu ở những
nơi giao dịch thương mại,
những công sở lớn, ngân hàng
và các khách sạn lớn. Sở dĩ
như vậy là do những nơi này
có lượng người qua lại
lớn,đồng thời những nơi này
lại yêu cầu có tính hiện đại,
sang trọng và tiện dụng. Sử dụng cửa tự động tại những nơi này sẽ phát huy được
tất cả những ưu điểm của nó. Tuy nhiên cửa tự động cũng có rất nhiều loại tuỳ theo
yêu cầu về mục đích sử dụng như trọng lượng cửa, chiều cao hay phần mạch điều
khiển cửa. Theo trọng lượng cửa thì có các loại sau: loại 200 kg/hai cánh tại khach
san sheraton,loại 180kg/2 cánh tại ngân hàng đầu tư và phát triển việt nam.Ngoài ra
người ta còn chia ra làm hai loại theo số cánh cửa:Loại một cánh và loại hai cánh.
+ Cửa tự động chỉ có 1 cánh: Loại cửa này chủ yếu được dùng trong 2 điều kiện
như sau:
Một là, những nơi yêu cầu tính hiện đại, sang trọng nhưng lại có số lượng người đi
qua lại không nhiều như các khác sạn lớn, nhà nghỉ lớn, hay công sở mà không có

tính chất giao dịch
Hai là, những loại cổng có kích thước lớn dùng ở các công ty, xí nghiệp hay
những ngôi nhà lớn .Ngoài ra còn có thể có loại cửa tự động mà chỉ có 1 cánh đóng
mở tự động còn lại 1 cánh là đóng mở như loại bình thường.
+ Cửa tự động có hai cánh: Loại cửa này được dùng rộng rãi hơn so với loại cửa
tự động 1 cánh.
+Theo phần mạch điều khiển, hiện nay thì hầu hết những loại cửa tự động mới
đều dùng loại mạch phi tiếp điểm dung phần mềm lôg dể điều





Hình 1.5: Cửa trượt

18









CHƯƠNG 2
PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG
NGHIÊN CỨU

19

2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Dùng kĩ thuật cảm biến và plc để điều hệ thống cửa nhà kho
2.1.1.Các bước nghiên cứu
- Bước 1
Nghiên cứu và khảo sát cách thức hoạt động của các loại cửu nhà kho hiện nay
- Bước 2
Đề xuất phương án tự động hóa
- Bước 3
Thiết kế phần cơ khí cho mô hình
- bước 4
Nghiên cứu và thiết kế mạch điều khiển
- bước 5
Tiến hành xây dựng các giải thuật
- bước 6
Tiến hành thực nghiệm
2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.2.1. thiết kế phần cơ khí
Phương án 1:

Hình 2.1: Mô hình 1
3

1

2

4


20

1:Ôto
2:Mắt cảm biến
3:thanh đục lỗ
4:Cánh cửa
- Nguyên lý hoạt động
Khi ôto vào cửa tác động lên công tắc hành trình kích hoạt cảm biến,cảm biến được
gắn ở cửa cổng là những tia laser xuyên từ bên nay sang bên kia,trên xe oto có gắn
thanh dọc được đục lỗ (với số lỗ khác nhau trên một thanh)phía sau đuôi xe.Khi
cảm biến xuyên qua các lỗ khác nhau thì đưa về các tín hiệu khác nhau.tín hiệu đó
được gửi về trung tâm xử lý,sau đó trung tâm xử lý sẽ xuất lệnh mở cửa tương ứng
với tín hiệu nhận được.Bộ hiện thị sẽ hiển thị số lần xe vào.
- ưu diểm:
Thiết kế đơn giản,cảm biến chỉ làm việc khi có xe đến,
- Nhược điểm
Các mô tơ được gắn trên cửa gây nên sự nặng nề không linh hoạt.các cảm biến
không được che nên dễ bị nhiễu.
Phương án 2:

Hình 2.2: Mô hình 2

1

3

2

4


21

1:Ôto
2:Mắt cảm biến
3:Cánh cửa
4 Thanh đục lỗ
- Nguyên lý hoạt động
Khi ôto vào cửa tác động lên công tắc hành trình kích hoạt cảm biến,cảm biến được
gắn ở cửa cổng là những tia laser xuyên từ bên nay sang bên kia,trên xe oto có gắn
thanh dọc được đục lỗ (với số lỗ khác nhau trên một thanh)phía sau đuôi xe.Khi
cảm biến xuyên qua các lỗ khác nhau thì đưa về các tín hiệu khác nhau.tín hiệu đó
được gửi về trung tâm xử lý,sau đó trung tâm xử lý sẽ xuất lệnh mở cửa tương ứng
với tín hiệu nhận được.Bộ hiện thị sẽ hiển thị số lần xe vào.
- ưu diểm:
Thiết kế đơn giản
- Nhược điểm
Các mô tơ được gắn trên cửa gây nên sự nặng nề không linh hoạt.các cảm biến
không được che nên dễ bị nhiễu.cảm biến làm việc liên tục nên dễ bị hỏng.

Phương án 3:


Hình 2.3: Mô hình 3

3

4

1

2


22

1:Ôto
2:Mắt cảm biến
3:Motor kéo cửa
4:Cánh cửa
- Nguyên lý hoạt động
Khi ôto vào cửa tác động lên công tắc hành trình kích hoạt cảm biến,cảm biến được
gắn ở cửa cổng là những tia laser xuyên từ bên nay sang bên kia,trên xe oto có gắn
thanh dọc được đục lỗ (với số lỗ khác nhau trên một thanh)phía sau đuôi xe.Khi
cảm biến xuyên qua các lỗ khác nhau thì đưa về các tín hiệu khác nhau.tín hiệu đó
được gửi về trung tâm xử lý,sau đó trung tâm xử lý sẽ xuất lệnh mở cửa tương ứng
với tín hiệu nhận được.Bộ hiện thị sẽ hiển thị số lần xe vào.
- ưu diểm:
Thiết kế đơn giản,cảm biến chỉ làm việc khi có xe đến,các mô tơ được đặt tách rời
cửa nên nhẹ nhàng linh hoạt.cổng được che lại nên các cảm biến được bảo vệ và

làm việc hiệu quả.
- Nhược điểm
Vẫn bị hạn chế do thiết kế còn đơn giản.các công tắc hành trình báo hiệu xe đến dễ
bị nghẹt.
2.2.2.Kết cấu mô hình
a.Khung mô hình

Hình 2.4: Khung mô hình