Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống đóng gói gạch tự động

MỤC LỤC

Trang
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN
XUẤT VÀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI ĐÓNG GÓI TỰ ĐỘNG 2
1.1.

Tổng quan về tự động hóa quá trình sản xuất
3
1.1.1.

Phân loại tự động hóa
3
1.1.1.1.

Tự động hóa cứng

3

1.1.1.2.

Tự động hóa lập trình

3

1.1.1.3.

Tự động hóa linh hoạt

4

1.1.2.

Tự động hóa trong thời đại hiện nay

4

1.1.3.

Sự cần thiết của tự động hóa

5

1.2.

Nhu cầu sử dụng các sản phẩm gạch men

6

1.3.

Thực trạng sản xuất gạch men ở Việt Nam

7

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 9
2.1.
Giới thiệu họ vi điều khiển

10

2.2.
PLC
14

2.2.1.

Giới thiệu PLC S7-300
Error! Bookmark not defined.
5

2.2.2 Các thành phần cơ bản của một bộ PLC 16

2.2.2.1

Bộ đếm (counter)

20

2.2.2.2.

Bộ định thời gian (timer)

21

2.3.

Khối cảm biến

22

2.3.1.

Giới thiệu sơ lược về cảm biến

22

2.3.2. Các linh kiện trong mạch cảm biến

22

2.4.

Khối hiển thị

24

2.5.

Một số linh kiện dùng trong hệ thống

25

2.6

Các phương án thiết kế

33

2.6.1.

Phương án thứ nhất

33

2.6.2.

Phương án thứ hai

34

2.6.3.

Phương án thứ ba

35

2.7.

Thiết kế sơ bộ mô hình

36

2.7.1.

Băng tải

36

2.7.2.
C
ụm chi tiết cấp nắp và cấp đế
37
2.7.3. .Cụm chi tiết tay đẩy đế hộp

38

2.7.4.
Cụm chi tiết tay đẩy gạch vào đế hộp 38
2.7.5.

Cụm chi tiết phân loại chính và phế phẩm

39

2.8.

Các phương pháp truyền động trong hệ thống
40
2.8.1.

Truyền động trong băng tải

40

2.8.2.

Truyền động bánh răng nón

40

2.8.2.1.

Thông số hình học

41

2.8.2.2. .Tính lực tác dụng lên bánh răng nón

41

2.8.2.3.

Tính tải trọng

42

2.8.2.4.

Đặc điểm tính toán

42

2.8.2.5.

Tính theo ứng suất tiếp xúc

43

2.8.2.6.

Tính theo ứng suất uốn

43

2.9.

Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống

44

2.10.

Tính toán chế tạo các cụm chi tiết trong hệ thống
45
2.10.1.

Tính toán thiết kế băng tải
45
2.10.2.

Tính toán thiết kế hộp cấp đế
45
2.11.

Một số linh kiện khác dùng trong hệ thống
46
2.12.

Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống

49

2.12.1.

Khối hiển thị led

49

2.12.2.

Sơ đồ khối cảm biến
52
2.12.3.

Khối công suất

53

2.13.

Lưu đồ giải thuật và chương trình điều khiển

55

2.13.1.

Lưu đồ chương trình dùng PLC

55

2.13.2.

Lưu đồ chương trình dùng vi điều khiển

56

CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 58
3.1.

Phần mềm

59

3.2.

Phần cứng

59

CHƯƠNG IV KẾT LUẬN – ĐỀ SUẤT

60
4.1.

Kết luận

61

4.2.

Đề xuất ý kiến

61


TÀI LIỆU THAM KHẢO

62


PHỤ LỤC

63


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Gạch men trong xây dựng 7
Hình 1.2. Một số mẫu gạch men 7
Hình 1.3. Dây chuyền sản xuất gạch men Thái Bình 8
Hình 1.4. Dây chuyền sản xuất gạch men Hà Nội 8
Hình 2.1. Sơ đồ chân Atmega32 10
Hình 2.2. Sơ đồ cấu trúc bên trong Atmega32 12
Hinh 2.3. Phần cứng s7-300 15
Hình 2.4. Bộ s7-300 16
Hình 2.5. Sơ đồ bố trí trạm plc s7-300 19
Hình 2.6. Led hồng ngoại 22
Hình 2.7. Đặc tuyến volt-amperre led hồng ngoại 23

Hình 2.8. Quang trở 23
Hình 2.9. Led 7 đoạn 24
Hình 2.10. Cấu trúc led 7 đoạn 24
Hình 2.11. Led anode chung 25
Hình 2.12. Led cathode chung 25
Hình 2.13. Diode 25
Hình 2.14. Cấu tạo của diode 26
Hình 2.15. Phân cực thuận và đường đặc tính của Diode 26
Hình 2.16. Cấu tạo của tụ điện 27
Hình 2.17. Hình dáng của các loại tụ điện 27
Hình 2.18. Sơ đò chân của họ 78xx 28
Hình 2.19. Hình dáng thực tế của opto 29
Hình 2.20. Cấu tạo của opto 29
Hình 2.21. Kí hiệu và cấu tạo của mosfet 30
Hình 2.22. Hình dáng chân của IRF540 31
Hình 2.23. Hình dáng thực tế của role. 31
Hình 2.24. Hình dáng thực tế của công tắc hành trình 32
Hình 2.25. Mô hình phương án thứ nhất 33
Hình 2.26. Mô hình phương án thứ hai 34
Hình 2.27. Mô hình phương án thứ ba 35
Hình 2.29. Băng tải 36
Hình 2.30. Hệ thống cấp đế 37
Hình 2.30. Cột cấp nắp 37
Hình 2.32. Tay đẩy đế 38
Hình 2.33. Tay đẩy gạch vào đế 38
Hình 2.34. Sơ đồ bố trí cảm biến quang 39
Hình 2.35 Tay đẩy đế 39
Hình 2.36. Bánh răng côn 40
Hình 2.37. Bánh răng trục chéo 40
Hình 2.38. Bánh răng cong 40

Hình 2.39. Cặp bánh răng nón 41
Hình 2.40. Lực phân bố trên bánh răng nón 42
Hình 2.41. Lực phân bố trên bánh đỉnh răng nón 43
Hình 2.42. Sơ đồ khối các cụm chi tiết của dây chuyền 44
Hình 2.43. Thiết kế trục băng tải 45
Hình 2.44. Thiết kế bộ phận căng băng tải 45
Hình 2.45. Thiết kế cột chứa đế 46
Hình 2.46. Bộ chuyển hướng truyền động 46
Hình 2.47. Bộ truyền xích 47
Hình 2.48. Tổng thể mô hình 48
Hình2.49. Mạch quét 3 led 7 thanh 49
Hình 2.50. Sơ đồ cấu trúc bên trong của IC7447 50
Hình 2.51. Sơ đồ chân IC7447 50
Hình 2.52. Các hiển thị của 7447A 51
Hình 2.53. Bảng giá trị LOGIC 51
Hình 2.54. Mạch hiển thị 52
Hình 2.55. Khối cảm biến quang 52
Hình 2.56. Opamp Lm324 53
Hình 2.57. Khối công suất 54
Hình 2.58. Sơ đồ giải thuật 57






- 1 -

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. Một trong những
sản phẩm của Cơ điện tử - Tự động hóa là dây chuyền phân loại và đóng gói
gạch tự động. Bên cạnh đó nhu cầu sử dụng gạch trong các công trình xây dựng
là rất nhiều. Nắm bắt được tầm quan trọng của hệ thống, nhóm thực hiện nghiên
cứu
" Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống đóng gói gạch tự động
".
Trong khi thực hiện đồ án, chúng em đã phân chia nhiệm vụ cho từng thành viên
trong nhóm để cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đã được giao:
Thân Văn Thọ : Thực hiện phần thiết kế cơ khí
Chế Ngọc Dũng : Thực hiện phần hệ thống và chương trình điều khiển
Sản phẩm cũng như kết quả đạt được ngày hôm nay tuy không có gì lớn
lao nhưng đó là thành quả bước đầu khi chúng em ra trường bước vào cuộc sống
mới.
Mặc dù chúng em đã cố gắng để hoàn thiện hệ thống nhưng chắc chắn
không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em mong nhận được sự đóng góp của
Quý thầy cô. Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy trong bộ môn và trong
khoa đã giúp đỡ chúng em suốt thời gian thực hiện đề tài tốt nghiệp.

Nhóm sinh viên thực hiện :
Chế Ngọc Dũng

Thân Văn Thọ

- 2 -




CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ
TRÌNH SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG PHÂN
LOẠI ĐÓNG GÓI TỰ ĐỘNG












- 3 -

1.1. Tổng quan về tự động hóa quá trình sản xuất
Là dùng năng lượng phi sinh vật (cơ, điện, điện tử ) để thực hiện một
phần hay toàn bộ quá trình công nghệ mà ít nhiều không cần sự can thiệp của
con người.
Tự động hóa là một quá trình liên quan tới việc áp dụng các hệ thống cơ

khí, điện tử, máy tính để hoạt động, điều khiển sản xuất. Công nghệ này bao
gồm:
 Những công cụ máy móc tự động.
 Máy móc lắp ráp tự động.
 Người máy công nghiệp.
 Hệ thống vận chuyển và điều khiển vật liệu tự động
 Hệ thống máy tính cho việc soạn thảo kế hoạch, thu thập dữ liệu và
ra quyết định để hỗ trợ sản xuất.
1.1.1. Phân loại tự động hóa
1.1.1.1. 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.
1.1.1.2. 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.
- 4 -

 Thích hợp nhất cho sản xuất hàng loạt.
1.1.1.3. Tự 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.
 Tấc độ sản xuất trung bình.
 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
1.1.2. Tự động hóa trong thời đại hiện nay
Ngày nay nhiều nước tiên tiến trên thế giới đã có nhiều đường dây tự động
phân xưởng tự động và cả nhà máy tự động gia công các sản phẩm hàng loạt lớn,
hàng khối như vòng bi, pittông
Để áp dụng tự động hóa vào sản xuất hàng loạt nhỏ và sản xuất đơn chiếc
khi mà số lượng chi tiết trong loạt ít mà chủng loại nhiều, người ta dùng máy
điều khiển theo chương trình số. Máy này cho phép điều chỉnh máy nhanh khi
chuyển sang gia công loạt chi tiết khác.
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

- 5 -

1.1.3. 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.
 Chi phí nhân công cao
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 thiếu lao động
Trong nhiều quốc gia phát triển, có sự thiếu hụt lớn lực lượng lao động.
Chẳng hạn như Tây Đức đã bị ép buộc phải nhập khẩu lao động để làm tăng
nguồn cung cấp lao động của mình. Việc thiếu hụt lao động cũng kích thích sự
phát triển của tự động hoá.
 Xu hướng dịch chuyển của lao động về thành phần dịch vụ
Xu hướng này đặc biệt thịnh hành ở Mỹ vào lúc 1986, tỷ lệ lao động được
thuê trong sản xuất 20%. Năm 1947, nó vào khoảng 30%. Trước năm 2000, ước
lượng là đạt con số khoảng 2%. Chắc chắn là tự động hoá sản xuất đã tạo ra sự
dịch chuyển này. Tuy nhiên còn có nhiều sức ép xã hội, đoàn thể chịu trách
nhiệm cho xu hướng này. Sự phát triển của lực lượng lao động văn phòng được
thuê, được chính phủ liên bang, tiểu bang và địa phương đã tiêu thụ một phần lao

động mà đáng lẽ đã phải tiêu thụ ở khu vực sản xuất. Ngoài ra, còn có xu hướng
xem công việc là tẻ nhạt, không có ý nghĩa là bẩn thỉu. Quan điểm này đã khiến
cho mọi người tìm kiếm việc làm trong thành phần dịch vụ của nền kinh tế.
(Chính phủ, bảo hiểm, dịch vụ cá nhân, pháp luật bán hàng …).
 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


- 6 -

 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
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.
 Giảm bớt phôi liệu đang sản xuất
Lượng hàng tồn kho khi đang sản xuất tạo ra một chi phí đáng kể cho nhà
sản xuất vì nó giữ chặt vốn lại. Hàng tồn kho khi đang sản xuất không có giá trị.
Nó không đóng vai trò như nguyên vật liệu hay sản phẩm. Tương tự như nhà sản
xuất sẽ có lợi khi giảm tối thiểu lượng phôi tồn đọng trong sản xuất. Tự động hoá
có xu hướng thực hiện mục đích này bởi việc rút ngắn thời gian gia công toàn bộ

sản phẩm phân xưởng
 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
Nhận xét: 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.
1.2 Nhu cầu sử dụng các sản phẩm gạch men
Gạch Ceramic, Granite lát nền và gạch ốp tường trang trí có rất nhiều loại
kích thước. Cùng với đó là các loại gạch khác như gạch len (dùng ốp sát chân
tường phần tiếp xúc giữa nền và tường không những mang tính trang trí cao mà
còn chống ố nước khi lau nền nhà, gạch viền (lát kết hợp tạo thành những tấm
thảm trang trí nền nhà làm phong phú thêm nền gạch tránh sự đơn điệu nhàm
chán), gạch góc, gạch cắt ghép thuỷ lực trang trí (mang tính trang trí cao, tạo
điểm nhấn làm nổi bật trọng tâm) tạo điều kiện cho người sử dụng lát kết hợp thể
hiện sở thích cũng như đặt để dấu ấn của cá nhân mình trong mỗi ngôi nhà. Mặc
- 7 -

khác ngày nay nhu cầu của người dân càng nâng cao không những ăn ngon, mặc
đẹp mà phải xây dựng cho mình cho gia đình một cơ ngơi hoành tránh. Và gạch
men là vật liệu làm tô thêm vẽ nổi bật ngôi nhà của họ vì thế gạch men càng
được tiêu thụ mạnh mẽ trong thập niên gần đây.
Chính vì thế mà vài năm gần đây hàng loại gạch men mới như (gạch men
bóng, gach men mờ, gạch men in hoa văn… ) phục vụ cho người dân rất đa dạng
và rộng khắp trên cả nước, tạo điều kiện thuận lợi cho người tiêu dùng trong việc
lựa chọn, đa dạng về mẫu mã lẫn chất lượng.

1.3 . Thực trạng sản xuất gạch men ở Việt Nam
Việt Nam hiện là nước sản xuất gạch đứng thứ 03 trong vùng Đông Á, sau
Trung Quốc và Indonesia, về sản xuất gạch ốp lát Ceramic và đứng thứ 09 trên
Thế giới. Nằm trong tốp 10 quốc gia trên thế giới về sản lượng, có tổng công suất
đến vài triệu m
2
/năm, nhưng ngành sản xuất gạch ốp lát của Việt Nam (VN) cũng
như thị trường gạch nội vẫn đang bị “hụt hơi” so với hàng ngoại nhập. Vậy đâu
là nguyên nhân, giải pháp cho sự “thờ ơ” của người tiêu dùng với hàng Việt?
Các DN sản xuất gạch hiện nay đang phải chịu trận trước thực trạng “ế ẩm”
của gạch VN so với các loại gạch ngoại có xuất xứ từ châu Âu (Italia, Đức, Ai
Cập ) và đặc biệt là Trung Quốc (TQ) Các công trình chung cư cao cấp, nhà
biệt thự chủ yếu sử dụng gạch nội thất Italia, Tây Ban Nha với giá thành cao hơn
hẳn các thương hiệu Việt như Viglacera, Prime, Đồng Tâm… Một mét vuông
gạch Italia được “ưa thích” sử dụng tại các công trình xây dựng giá đắt hơn gạch
Việt gần 6 lần. Trong khi đó, phân khúc thị trường hướng tới hàng Việt (đa phần
Hình 1.1 gạch men trong
xây dựng
Hình 1.2 một số mẫu
gạch men
- 8 -

là các công trình nhà ở từ cấp 2 trở lên tại các đô thị) chưa phải là đối trọng với
mảng thị trường bình dân (bao gồm các nhà tái định cư, căn hộ cấp 4 cũng như
các công trình xây dựng tại nông thôn hiện đang chiếm tỷ lệ lớn). Gạch Việt dù
chất lượng tốt, bền nhưng nhược điểm là giá thành cao (so với hàng TQ) và mẫu
mã chưa đa dạng (so với những mặt hàng có nguồn gốc châu Âu và TQ). Rõ
ràng, sức mua dành cho gạch nội còn quá thấp so với hàng ngoại. Theo ông Lê
Đình Quý Sơn - Viện trưởng Viện nghiên cứu công nghệ Gốm sứ cũng như ông
Đinh Quang Huy - Chủ tịch Hiệp hội Gốm sứ Xây dựng Việt Nam, các DN trong
nước cần chung sức đầu tư thích đáng cho khoa học công nghệ để liên tục đổi
mới, chuyên môn hoá từng khâu; không để “mạnh ai nấy làm” như trước kia sẽ
rất lãng phí và không hiệu quả. Tất cả phải hướng tới giảm giá tối đa bởi đại bộ
phận người tiêu dùng đều ham rẻ. Nói như đại diện một Cty xây dựng tại huyện
Từ Liêm thì “Hầu hết chủ đầu tư trung bình và nhỏ lẻ đều chọn hàng TQ bởi giá
cực rẻ, mẫu mã rất đẹp, chất lượng hơi kém cũng ok vì họ sẵn sàng thay nếu
hỏng bởi phụ kiện kèm theo rất nhiều”. Hiện chỉ có một vài điểm sáng trong bức
tranh chung các DN trong nước như Prime Group (được Tạp chí World Ceramic
xếp thứ 5 trong các nhà sản xuất gạch ceramic thế giới về sản lượng), Viglacera
Hà Nội (với sản phẩm mới nhất là gạch ốp ngoại thất mosaic chống ẩm, mốc,
mưa acid do ứng dụng công nghệ tự làm sạch có giá thành rất cạnh tranh)…vì
thế các công ty gạch việt nam cần phải đầu tự dây chuyền sản xuất ứng dụng
công nghệ hiện đại, tự động hóa trong sản xuất để có thể cạnh tranh với các mặt
hàng khác trên thế giới.

Hình 1.3 Dây chuyền sản
xuât g
ạch Thái b
ình

Hình 1.4 Dây chuyền sản xuât
gạch Hà Nội
- 9 -










CHƯƠNG 2
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU







- 10 -

2.1. Giới thiệu họ vi điều khiển.
Atmega32 là vi điều khiển thuộc họ AVR của hãng Atmel,có 40 chân
trong đó có 32 chân I/O,có 4 kênh điều xung PWM,sử dụng thạch anh ngoài
8MHz.
Nhân AVR kết hợp tập lệnh đầy đủ với 32 thanh ghi đa năng. Tất cả các
thanh ghi liên kết trực tiếp với khối xử lý số học và logic (ALU) cho phép 2
thanh ghi độc lập được truy cập trong một lệnh đơn trong 1 chu kỳ đồng hồ. Kết
quả là tốc độ nhanh gấp 10 lần các bộ vi điều khiển CISC thường.
Dưới đây là hình vẽ sơ đồ chân của VĐK At mega32

Hình 2.1. Sơ đồ chân Atmega32

 At mega32 gồm có 4 port :port A,port B,port C và port D.
 Port A gồm 8 chân từ PA0 đến PA7:là cổng vào tương tự cho
chuyển đổi tương tự sang số.Nó cũng là cổng vào/ra hai hướng 8 bít
trong trường hợp không sử sụng làm cổng chuyển đổi tương tự,có điện
trở nối lên nguồn dương bên trong.Port A cung cấp đường địa chỉ dữ
liệu vao/ra theo kiểu hợp kênh khi dùng bộ nhớ bên ngoài.
- 11 -

 Port B gồm 8 chân từ PB0 đến PB7:là cổng vào/ra hai hướng 8
bít,có điện trở nối lên nguồn dương bên trong.Port B cung cấp các chức
năng ứng với các tính năng đặc biệt của Atmega32.
 Port C gồm các chân từ PC0 đến PC7:là cổng vào/ra hai hướng 8
bit,có điện trở nối lên nguồn dương bên trong,Port C cung cấp các địa
chỉ lối ra khi sử dụng bộ nhớ bên ngoài và đồng thời cung cấp ứng với
các tính năng đặc biệt của Atmega32.
 Port D gồm các chân từ PD0 đến PD7:là cổng vào/ra hai hướng 8
bít,có điện trở nối lên nguồn dương bên trong. Port D cung cấp các

chức năng ứng với các tính năng đặc biệt của Atmega32.
 Chân nguồn Vcc (chân số 10 à chân số 30):điện áp
nguồn nuôi của Atmega32 từ 4.5v đến 5.5v.
 Chân Reset (chân số 9):lối vào đặt lại.
 Chân GND (chân số 11 và chân 31):chân nối mas.
 Chân XTAL1,XTAL2 là hai chân nối thạch anh
ngoài (chân số 12 và chân số 13).Atmega32 sử
dụng thạch anh ngoài là 8MHz.
 Chân ICP(chân số 20):là chân vào cho chức năng
bắt tín hiệu cho bộ định thời/đếm 1.
 Chân OC1B(chân số 18):là chân ra cho chức năng
so sánh lối ra bộ định thời/đếm 1.
 Chân INT1(chân số 17):chân ngõ vào ngắt.
- 12 -



Hình 2.2.
Sơ đồ cấu trúc bên trong Atmega32.

- 13 -


ATmega32 có các đặc tính sau:
• 32Kbytes bộ nhớ ISP Flash với Read-While-Write capacities.
• 2Kbytes RAM.
• 1024 bytes EEPROM.
• 32 đường I/O đa năng.
• 32 thanh ghi đa năng.
• JTAG interface.

• On-chip Debug and Program.
• 3 bộ định thời phức hợp với chế độ so sánh.
• Ngắt ngoài và trong.
• Bộ truyền nhận nối tiếp USART lập trình được.
• Bộ giao tiếp nối tiếp định hướng 2 dây.
• 8 kênh, 10bit ADC với ngưỡng vào lựa chọn khác nhau độ lợi
lập trình được.
• Bộ WatchDog Timer khả trình với dao động nội.
• Port SPI nối tiếp.
• Hệ thống ngắt để tiếp tục hàm.
 ATmega32 có các chế độ tiết kiệm năng lượng như sau:
 Chế độ nghỉ (Idle) CPU trong khi cho phép bộ truyền tin nối tiếp đồng
bộ USART, giao tiếp 2 dây, chuyển đổi A/D, SRAM, bộ đếm bộ định thời,
cổng SPI và hệ thống các ngắt vẫn hoạt động.
 Chế độ Power-down lưu giữ nội dung của các thanh ghi nhưng làm đông
lạnh bộ tạo dao động, thoát khỏi các chức năng của chip cho đến khi có
ngắt ngoài hoặc là reset phần cứng.
 Chế độ Power-save đồng hồ đồng bộ tiếp tục chạy cho phép chương
trình sử dụng giữ được đồng bộ thời gian nhưng các thiết bị còn lại là ngủ.
 Chế độ ADC Noise Reduction dừng CPU và tất cả các thiết bị còn lại
ngoại trừ đồng hồ đồng bộ và ADC, tối thiểu hoá switching noise trong khi
ADC đang hoạt động.
 Chế độ standby, bộ tạo dao động (thuỷ tĩnh thể/bộ cộng hưởng) chạy
trong khi các thiết bị còn lại ngủ. Các điều này cho phép bộ vi điều khiển
khởi động rất nhanh trong chế độ tiêu thụ công suất thấp.
- 14 -


Thiết bị được sản xuất sử dụng công nghệ bộ nhớ cố định mật độ cao của Atmel.
Bộ nhớ On-chip ISP Flash cho phép lập trình lại vào hệ thống qua giao diện SPI bởi

bộ lập trình bộ nhớ cố định truyền thống hoặc bởi chương trình On-chip Boot chạy
trên nhân AVR. Chương trình boot có thể sử dụng bất cứ giao điện nào để download
chương trình ứng dụng trong bộ nhớ Flash ứng dụng. Phần mềm trong vùng Boot
Flash sẽ tiếp tục chạy trong khi vùng Application Flash được cập nhật, cung cấp thao
tác Read-While-Write thực sự. Bằng việc kết hợp 1 bộ 8-bit RISC CPU với In-
System Self-Programmable Flash trong chỉ nguyên vẹn 1 chip ATmega32 là một bộ
vi điều khiển mạnh có thể cung cấp giải pháp có tính linh động cao, giá thành rẻ cho
nhiều ứng dụng điều khiển nhúng.


2.2.

PLC

Sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động hiện đại và công nghệ điều
khiển logic khả trình dựa trên cơ sở phát triển của tin học mà cụ thể là sự phát
triển của kỹ thuật máy tính. Kỹ thuật điều khiển logic khả trình PLC
(Programmable Logic Control) được phát triển từ những năm 1968 -1970.
Trong giai đoạn đầu các thiết bị khả trình yêu cầu người sử dụng phải có kỹ
thuật điện tử, phải có trình độ cao. Ngày nay các thiết bị PLC đã phát triển
mạnh mẽ và có mức độ phổ cập cao. Thiết bị điều khiển logic lập trình được
PLC là dạng thiết bị điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ
lập trình được để lưu trữ các lệnh và thực hiện các chức năng, chẳng hạn cho
phép tính logic, lập chuỗi, định giờ, đếm, và các thuật toán để điều khiển máy
và các quá trình công nghệ. PLC được thiết kế cho các kỹ sư, không yêu cầu
cao về kiến thức máy tính và ngôn ngữ máy tính, có thể vận hành.
Chúng được thiết kế cho các nhà kỹ thuật có thể cài đặt hoặc thay đổi chương
trình. Vì vậy, các nhà thiết kế PLC phải lập trình sẵn sao cho chương trình
điều khiển có thể nhập bằng cách sử dụng ngôn ngữ đơn giản (ngôn ngữ điều
khiển). Thuật ngữ logic được sử dụng vì việc lập trình chủ yếu liên quan đến

các hoạt động logic, ví dụ nếu có các điều kiện A và B thì C làm việc Người
vận hành nhập chương trình (chuỗi lệnh) vào bộ nhớ PLC. Thiết bị điều khiển
PLC sẽ giám sát các tín hiệu vào và các tín hiệu ra theo chương trình này và
thực hiện các quy tắc điều khiển đã được lập trình. Các PLC tương tự máy
tính, nhưng máy tính được tối ưu hoá cho các tác vụ tính toán và hiển thị, còn
PLC được chuyên biệt cho các tác vụ điều khiển và môi trường công nghiệp.
Vì vậy các PLC:
+ Được thiết kế bền để chịu được rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn,
- 15 -

+ Có sẵn giao diện cho các thiết bị vào ra,
+ Được lập trình dễ dàng với ngôn ngữ điều khiển dễ hiểu, chủ yếu giải quyết
các phép toán logic và chuyển mạch. Về cơ bản chức năng của bộ điều khiển log-
ic PLC cũng giống như chức năng của bộ điều khiển thiết kế trên cơ sở các rơle
công tắc tơ hoặc trên cơ sở các khối điện tử đó là:
+ Thu thập các tín hiệu vào và các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến,
+ Liên kết, ghép nối các tín hiệu theo yêu cầu điều khiển và thực hiện đóng mở
các mạch phù hợp với công nghệ,
+ Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so sánh các thông tin thu
thập được,
+ Phân phát các lệnh điều khiển đến các địa chỉ thích hợp.
2.2.1. Giới thiệu PLC S7-300
S7-300 là PLC thuộc họ Micro Automation của hãng SIEMENS, có thể điều
khiển hàng loạt các ứng dụng khác nhau trong tự động hoá. Với cấu trúc nhỏ
gọn, có khả năng mở rộng, giá rẻ và một tập lệnh SIMATIC mạnh, PLC S7-300
là một lời giải hoàn hảo cho các bài toán tự động vừa và nhỏ.
PLC S7-300 cho phép tự động hoá tối đa với chi phí tối thiểu.
- Cài đặt, lập trình và vận hành rất đơn giản.
- Các CPU có thể sử dụng trong mạng, hệ thống phân tán hoặc sử dụng đơn
lẻ.

- Có khả năng tích hợp trên quy mô lớn.
- Ứng dụng cho những điều khiển đơn giản và phức tạp.



Hinh 2.3. Phần cứng s7-300
- 16 -


Hình 2.4. Bộ s7-300

2.2.2. Các thành phần cơ bản của một bộ PLC
 Cấu hình phần cứng
Bộ PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản gồm: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn,
giao diện vào/ra và thiết bị lập trình.
 Bộ xử lý
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 thiết bị 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 kết quả
điều khiển tới đầu ra. Chu kỳ thời gian này gọi là thời gian quét (scan).
Thời gian một vòng quét phụ thuộc vào dung lượng của bộ nhớ, vào tốc độ
của CPU. Sự thao tác tuần tự của chương trình dẫn dấn một thời gian trễ trong
khi bộ đếm của chương trình đi qua một chu trình đầy đủ, sau đó bắt đầu lại từ
đầu.
- Bộ nguồn
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 đầu ra hoặc các module còn lại
(thường là 24V).
- 17 -

- Thiết bị lập trình
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
Bộ nhớ là nơi lưu giữ chương trình sử dụng cho các hoạt động điều khiển.
Các dạng bộ nhớ có thể là RAM, ROM, EPROM. Người ta luôn chế tạo nguồn
dự phòng cho RAM để duy trì chương trình trong trường hợp mất điện nguồn,
thời gian duy trì tuỳ 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
Giao diện vào 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, các động cơ nhỏ Tín hiệu vào/ra
có thể là tín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tục, tín hiệu logic.
 Cấu tạo chung của PLC
Các PLC có hai kiểu cấu tạo cơ bản là: kiểu hộp đơn và kiểu modulle nối
ghép.
Kiểu hộp đơn thường dùng cho các PLC cỡ nhỏ và được cung cấp
dưới dạng nguyên chiếc hoàn chỉnh gồm bộ nguồn, bộ xử lý, bộ nhớ và
các giao diện vào/ra. Kiểu hộp đơn thường vẫn có khả năng ghép nối
được với các module ngoài để mở rộng khả năng của PLC.
Kiểu module ghép nối gồm các module riêng cho mỗi chức năng như

module nguồn, module xử lý trung tâm, module ghép nối, module vào/ra, module
mờ, module PID các module được lắp trên các rãnh và dược kết nối với nhau.
Kiểu cấu tạo này có thể được sử dụng cho các thiết bị điều khiển lập trình với
mọi kích cỡ, có nhiều bộ chức năng khác nhau được gộp vào các module riêng
biệt. Việc sử dụng các module tuỳ thuộc công dụng cụ thể. Kết cấu này khá linh
hoạt, cho phép mở rộng số lượng đầu nối vào/ra bằng cách bổ sung các module
vào/ra hoặc tăng cường bộ nhớ bằng cách tăng thêm các đơn vị nhớ.

- 18 -

 Các phương pháp lập trình
Từ các cách mô tả hệ tự động các nhà chế tạo PLC đã soạn thảo ra các
phương pháp lập trình khác nhau. Các phương pháp lập trình đều được thiết kế
đơn giản, gần với các cách mô tả đã được biết đến. Từ đó nói chung có ba
phương pháp lập trình cơ bản là phương pháp bảng lệnh STL, phương pháp biểu
đồ bậc thang LAD và phương pháp lưu đồ điều khiển CSF. Trong đó, hai phương
pháp bảng lệnh STL và biểu đồ bậc thang LAD được dùng phổ biến hơn cả.
 Cấu trúc phần cứng của hệ thống plc s7-300
Thông thường để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn
các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra củng như chủng loại tín
hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ plc được thiết kế không cứng hóa về cấu hình.
Chúng được chia nhỏ thành các module. Số các module được sử dụng nhiều hay
ít tùy vào yêu cầu công nghệ, song tối thiểu phải có một module chính là các
module cpu, các module còn lại là các module truyền nhận tín hiệu đối với các
đối tượng điều khiển, các chức năng chuyên dung như PID, điều khiển động cơ.
Chúng được gọi chung là module mở rộng.
Tất cả các mocdule đều được gá trên những thanh ray (rack).
-Module cpu
Là module có chứa bộ vi xử lí, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ
đếm, cổng truyền thông (chuẩn RS485) và có thể có một vài cổng vào ra số. Các

cổng vào ra có trên module cpu được gọi là cổng vào ra onboard.
Trong plc s7-300 có nhiều loại module cpu khác nhau. Nói chung chúng được
đặt tên theo bộ xử lý có trong nó như: cpu 312, module cpu 314, cpu
315….những module cùng sử dụng một loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về
cổng vào/ ra onboard cũng như các khối đặt biệt được tích hợp sẵn trong thư viện
của hệ điều hành.
- Module mở rộng
Các module mở rộng được chia làm 5 loại chính:
+ PS (power supply): module nguồn nuôi có 3 loại 2A, 5A và 10A.
- 19 -


Hình 2.5. Sơ đồ bố trí trạm plc s7-300
+ SM module mở rộng cổng tín hiệu vào ra, bao gồm:
- DI(digital input) module mở rộng đầu vào số. Số các cổng vào của mod-
ule này là 8, 16, 32 tùy thuộc vào từng loại module
- DO(digital output) module mở rộng đầu vào số. Số các cổng vào của
module này là 8, 16, 32 tùy thuộc vào từng loại module
- DI/DO(digital input/ digital output) module mở rộng đầu vào/ra số
- AI(analog input) ) module mở rộng cổng vào tương tự.
- AO(analog input) module mở rộng cổng ra tín hiệu tương tự.
- AI/AO(analog input/ analog input) module mở rộng cổng vao/ra tín hiệu
tương tự
+ IM (interface module): module ghép nối. Đây là loại module chuyên dụng có
nhiệm vụ nối từng nhóm module mở rộng lại với nhau thành một khối và được
quản lý chung bởi một module cpu. Thông thường các module mở rộng được gá
liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là rack. Trên một rack chỉ có thể gá được
nhiều nhất 8 module mở rộng
+ FM module có chức năng điều khiển riêng ví dụ module điều khiển động cơ
bước, module điều khiển động cơ servo, module điều khiển PID, module điều

khiển vòng kín…
+ CP(communication module) module phục vụ truyền thông giữa các plc với
nhau hay giữa các plc với máy tính.
- 20 -

 Cấu trúc bộ nhớ cpu của s7-300
Được chia làm 3 vùng chính:
- Vùng chứa chương trình ứng dụng: vùng chứa chương trình ứng dụng được
chia làm 3 miền.
+ OB: Miền chứa chương trình tổ chức
+ FC: Miền chứa chương trình con tổ chức được tổ chức thành hàm có
biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó.
+FB: Miền chứa chương trình con tổ chức được tổ chức thành hàm có khả
năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác
- Vùng chứa các tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được phân
chia thành 7 miền khác nhau.
+ I(procees image input ): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số. Trước
khi thực hiện chương trình, plc sẽ đọc giá trị logic của tất cả đầu vào và cất giữ
trong vùng nhớ I.
+Q(procees image output): ): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số. Kết
thúc giai đoạn thực hiện chương trình, plc sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm ảo
đến cổng ra số.
+M: Miền các biến cờ. Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để
lưu giữ các tham số cần thiết và có thể truy cập nó theo bit
+T Miền nhớ phục vụ thời gian. Bao gồm việc lưu trữ giá trị thời gian đặt
trước, giá trị đếm thời gian tức thời, cũng như các giá trị logic đầu ra của bộ thơi
gian.
+C Miền nhớ phục vụ đếm. Bao gồm việc lưu trữ giá trị đặt trước, giá trị
đếm tức thời, cũng như các giá trị logic đầu ra của bộ đếm.
+PI Miền địa chỉ cổng vào các module tương tự

+PQ Miền địa chỉ cổng ra các module tương tự
- Vùng chứa các khối dữ liệu
+ DB : Miền chứa các dữ liệu được tổ chức thành khối
+ L : Miền dữ liệu địa phương
2.2.2.1.Bộ đếm (counter)
Bộ đếm (Counter): Được dùng để đếm các sự kiện, bộ đếm PLC được gọi
là bộ đếm logic vì nó là bộ nhớ, có tác dụng như là bộ đếm vật lý, số lượng bộ
đếm có thể sự dụng tùy thuộc vào loại PLC.
Kí hiệu là C và cũng được đánh số thập phân C
0
; C
128
; C
225

- 21 -

o Phân loại:
 Bộ đếm lên: nội dung của bộ đếm tăng lên 1 khi có cạnh lên của
xung kích bộ đếm.
 Bộ đếm xuống: nội dung bộ đếm giảm 1 khi có cạnh lên của xung
kích bộ đếm.
 Bộ đếm lên - xuống: nội dung bộ đếm tăng 1 hay giảm 1, tuy thuộc
cờ chuyên dùng cho phép chiều đếm, khi có cạnh lên của xung kích bộ đếm.
 Bộ đếm pha: bộ đếm loại này thực hiện đếm lên hay xuống tùy
thuộc vào sự lệch pha của 2 tín hiệu xung kích bộ đếm, thường dùng encoder.
 Bộ đếm tốc độ cao: bộ đếm này đếm được xung kích có tần số cao,
20KHz trở xuống tùy thuộc vào số lượng, bộ đếm loại này được sử dụng đồng
thời. Bộ đếm loại này còn được chế tạo riêng 1 modul chuyên dùng, khi đó tần số
đếm có thể đạt đến 50KHZ.

o Các loại bộ đếm trên có thể là
 Bộ đếm 16 bit: bộ đếm 16 bit thường là bộ đếm chuẩn, bộ đếm này
có thể đếm được khoảng giá trị từ -32.768 đến + 32.767.
 Bộ đếm 32 bit có thể là bộ đếm chuẩn, nhưng nó thường là bộ đếm
tốc độ cao và bộ đếm tốc độ cao trên modul chuyên dùng.
 Bộ đếm chốt: có khả năng duy tri nội dung đếm ngay cả khi PLC
không được cấp điện.

2.2.2.2.Bộ định thời gian (timer)
Được dùng để định thời các sự kiện, bộ định thời trên PLC được gọi là bộ
định thời logic vì nó là bộ nhớ trong của PLC, có tác dụng như là bộ định thời vật
ly, số lượng bộ định thời tùy vào loại PLC. Thực chất nó là bộ đếm xung với chu
ki thay dổi xung kich bằng đơn vị ms (mili giây) hoặc và được gọi là độ phân
giải.
Kí hiệu là T và cũng được đánh số thập phân T
0
; T
200
, T
246
.
o Phân loại: Người ta phân loại theo độ phân giải.
 Độ phân giải 100ms khoảng thời gian bộ định thời từ 0,1 đến
3276,7s.
 Độ phân giải 10ms khoảng thời gian bộ định thời từ 0.01đến
327.67s.
 Độ phân giải 1ms khoảng thời gian bộ định thời từ 0.001 đến
32,767s