THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP ĐIỆN LỰC

LỜI NÓI ĐẦU
Đồ án môn học Trang 2
Trong thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày nay máy móc đã dần
thay thế sức lao động của con người. Cùng với sự phát triển như vũ bão của các
ngành công nghệ, góp phần làm bàn đạp cho sự tiến công mạnh mẽ trong công
nghiệp toàn cầu mà đặc biệt là trong lĩnh vực tự động hóa điều khiển.
Trong công nghiệp ứng dụng, một thiết bị điều khiển được đặc biệt chú
ý và sử dụng rộng rãi do tính chắc chắn, an toàn thích ứng với môi trường công
nghiệp mà đặc biệt là mang lại hiệu quả cao, đó là thiết bị điều khiển PLC
S7_300 do hãng Siemens sản xuất với phần lập trình bằng ngôn ngữ Step 7.
Đồ án môn học này em được giao đề tài “Điều khiển dây chuyền rót
nước, đóng nắp và xếp chai vào sọt lập trình bằng S7_300 và mô phỏng bằng
SPS VISU” đây là một đề tài có tính ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp nói
chung và trong các nhà máy chế biến đồ uống, giải khát…Và hệ thống này còn
có thể được dùng để điều khiển nhiều đối tượng khác như: trong cán thép, cắt
ống nhựa, cắt giấy và trong nhiều ứng dụng khác.
Hệ thống này là một khâu khá quan trọng trong một dây chuyền sản xuất
vì nó đòi hỏi độ chính xác cao và an toàn trong công nghiệp nên cần được giám
sát kĩ lưỡng,cải tiến nâng cao hiệu suất.
Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng do thời gian có hạn và khả năng cho phép
nên đồ án còn những điểm sai sót và kết quả không được như mong muốn. Em
rất mong được thầy cô và các bạn bổ sung góp ý để đồ án được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn An Toàn đã hướng dẫn rất
tận tình để em có thể hoàn thành tốt đồ án của mình.
Quy Nhơn, ngày 30 tháng 11 năm 2013
Sinh viên
Bùi Duy Phương
GVHD: Nguyễn An Toàn
SVTH: Bùi Duy Phương Lớp: ĐKT_32B
Đồ án môn học Trang 3
CHƯƠNG 1

THIẾT BỊ TRONG DÂY CHUYỀN
1. Cảm biến quang
Cảm biến quang điện thực chất là các linh kiện quang điện, loại cảm biến
mà tín hiệu quang được chuyển đổi thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ
quang điện chúng thay đổi tính chất khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào bề
mặt.
1.1. Cấu tạo
Cấu tạo của cảm biến quang khá đơn giản, bao gồm 3 thành
phần chính:
• Bộ phát sáng
• Bộ thu sáng
• Mạch xử lý tí hiệu ra
1.2. Nguyên lý hoạt động:
Khi chiếu vào nguồn sáng thích hợp vào cảm biến, tính chất dẫn điện của
cảm biến thay đổi, làm mạch tín hiệu cảm ứng thay đổi theo. Như vậy thông tin
ánh sáng được chuyển thành thông tin của tín hiệu điện.
Đầu phát của cảm biến phát ra một nguồn sáng về phía trước. Nếu có vật
thể che chắn, nguồn sáng này tác động lên vật thể và phản xạ ngược lại đầu thu,
đầu thu nhận tín hiệu ánh sáng này và chuyển thành tín hiệu điện. Tuỳ theo
lượng ánh sáng chuyển về, mà chuyển thành tín hiệu điện áp và dòng điện và
khuyếch đại thành tín hiệu ra.
1.3. Phân loại
• Cảm biến quang phát xạ độc lập .
• Cảm biến quang phát thu chung.
• Cảm biến quang khuếch đại.
• Cảm biến quang phản xạ giới hạn
• Cảm biến quang thu phát độc lập
1.4. Ưu điểm
• Khoảng cách phát hiện xa (ví dụ E3Z-T82 được tới 30m),
phát hiện tốt trong môi trường nhiều bụi.

• Khả năng xác định vị trí chính xác của vật thể.
• Độ tin cậy cao, phát hiện được mọi loại vật thể (trừ loại trong
suốt)
1.5. Ứng dụng của cảm biến quang phản xạ gương
• Phát hiện vật trên băng chuyền.
GVHD: Nguyễn An Toàn
SVTH: Bùi Duy Phương Lớp: ĐKT_32B
Đồ án môn học Trang 4
• Các ứng dụng phổ cập trong nhà máy.
• Phát hiện chai nhựa trong (khi dùng loại thích hợp)
• Kiểm soát cửa / cổng ra vào trong các tòa nhà.
• Phát hiện vật thể trong công nghiệp thực phẩm.
• Phát hiện băng niêm phong trên nắp lọ/hộp
• Nắp lọ/hộp được bọc bởi một lớp plastic bảo vệ niêm phong ngăn không
khí, vỏ bọc này rất mỏng, trong suốt, và bóng láng. Một sensor truyền
thống không thể phát hiện được chính xác đối tượng có độ bóng cao như
vậy. Omron đã sáng chế ra loại sensor cụ thể đáp ứng được yêu cầu trên
là: E3X-NL11 dùng với đầu E32-S15L1 với độ tin cậy cao
• Phát hiện mẫu bánh trên băng chuyền.
• Phát hiện mẩu bánh, kẹo với kích thướt và hình dạng, màu sắc khác
nhau mà không cần phải cài đặt, thiết lập phức tạp. E3S-CL là loại
Photosensor của OMRON với khoảng cách phát hiện xác định và điều
chỉnh được dễ dàng.
1.6. Ứng dụng của cảm biến quang khuếch tán
• Các ứng dụng phổ cập trong nhà máy: như phát hiện vật
trên băng chuyền.
• Công nghiệp chế tạo gạch men (dùng loại nguồn sáng
rộng).
• Dùng để độc mã vạch của các sẩn phẩm.
GVHD: Nguyễn An Toàn

SVTH: Bùi Duy Phương Lớp: ĐKT_32B
ISO1
OPT O IS OLAT OR2
12
5
4
2
1
4
3
Đồ án môn học Trang 5
2. Bộ ghép nối quang (Optocoupler)
Lý thuyết về bộ ghép nối quang
Bộ ghép nối quang bao gồm một thiết bị phát sáng và một thiết bị nhạy
sáng. Một kiểu đơn giản nhất bao gồm một diode phát quang (LED) và một
transistor quang (phototransistor) được ghép chung trong cùng một vỏ. Môi
trường hẹp nằm giữa hai linh kiện này là môi trường truyền ánh sáng.
Sau đây là hình ảnh quy ước một bộ ghép nối quang kiểu này:

GVHD: Nguyễn An Toàn
SVTH: Bùi Duy Phương Lớp: ĐKT_32B
Hình 2.1: Quy ước một bộ ghép nối
quang
Đồ án môn học Trang 6
Khi có dòng điện chạy qua LED (còn gọi là dòng điện vào của OPTRON),
LED sẽ phát quang. Ánh sáng này truyền qua môi trường truyền sáng và tác
dụng lên transistor quang, khiến transistor dẫn: dòng collector thay đổi theo sự
tăng giảm của cường độ ánh sáng. Như vậy thay đổi dòng điện vào của
OPTRON sẽ điều khiển được dòng collector của transistor quang, gọi là dòng
ra của OPTRON.

Ưu điểm nổi bật của OPTRON là sự cách ly tuyệt đối về phương diện điện
giữa ngõ vào và ngõ ra. Sự truyền tín hiệu từ ngõ vào tới ngõ ra thông qua vai
trò của ánh sáng, do đó diễn ra hầu như tức thời, không có trễ pha.
OPTRON có thể làm việc như một khóa điện tử ở chế độ xung: Khi chưa
có xung dòng điện tác động lên ngõ vào, cả LED và transistor đều khóa, không
có dòng điện chạy ra tải. Khi có xung dòng điện vào, LED và transistor dẫn,
tương ứng có xung dòng điện ra tải.
OPTRON cũng có thể làm việc ở chế độ ngẫu hợp tuyến tính: Ban đầu
LED được phân cực với một dòng thích hợp. Sau đó thông qua một tụ điện tín
hiệu được đưa đến hai ngõ vào, điều biến cường độ phát sáng của LED và do
đó dòng collector của transistor sẽ biến thiên theo quy luật của tín hiệu vào.
3. Các van khí nén
3.1. Các van điều khiển hướng (solenoide)
Các van điều khiển hướng là các thiết bị tác động đến đường dẫn các dòng
khí. Tác động có thể là: cho phép khí lưu thông đến các đường ống dẫn khí,
ngắt các dòng không khí khi cần thiết bằng cách đóng các đường dẫn hoặc
phóng thích không khí vào trong khí quyển thông qua cổng thoát.
Van điều khiển hướng được đặc trưng bằng số các đường dẫn được điều
khiển, cũng chính là số cổng của van và số vị trí chuyển mạch của nó. Cấu trúc
của van là yếu tố quan trọng ảnh hưởng về các đặc tính của dòng chảy của van,
chẳng hạn như lưu lượng, sự suy giảm áp suất và thời gian chuyển mạch.

Hình 3.1: Van điều khiển hướng
3.2. Van chắn
GVHD: Nguyễn An Toàn
SVTH: Bùi Duy Phương Lớp: ĐKT_32B
Đồ án môn học Trang 7
Van chắn là loại van chỉ cho dòng khí nén chảy theo một chiều, chiều
ngược lại dòng khí nén sẽ bị khoá lại. Áp suất ở phía sau van theo chiều dòng
chảy, sẽ tác động lên cơ cấu đóng cửa thông khí của van.

3.3. Van tiết lưu
Van tiết lưu là van điều tiết lưu lượng khí nén theo cả hai chiều. Nếu lắp
một van tiết lưu cùng với van chắn sẽ cho van tiết lưu một chiều.
3.4. Van áp suất
Van áp suất là các van tác động chủ yếu đến áp suất hoặc được điều khiển
bởi độ lớn của áp suất. Chúng được chia thành 3 nhóm:
- Van điều tiết áp suất
- Van giới hạn áp suất
- Van trình tự
4. Các bộ phận dẫn động
Bộ phận dẫn động là thiết bị ở đầu ra dùng để chuyển đổi nguồn năng
lượng khí nén cung cấp thành cơ năng. Tín hiệu ngõ ra được điều khiển bởi hệ
thống điều khiển và các bộ phận dẫn động sẽ đáp ứng theo tín hiệu điều khiển
thông qua các phần tử điều khiển sau cùng.
Các bộ phận dẫn động khí nén được chia làm hai nhóm dựa theo chuyển
động của chúng: nhóm chuyển động thẳng và nhóm chuyển động quay.
- Nhóm chuyển động thẳng gồm:
+ Xi lanh tác dụng đơn
+ Xi lanh tác dụng kép
- Nhóm chuyển động quay gồm:
+ Động cơ khí nén
+ Các dẫn động có chuyển động quay khác
4.1. Xi lanh tác dụng đơn
Trong xi lanh tác dụng đơn không khí nén chỉ tác dụng vào một phía của
piston, phía còn lại thông với khí quyển. Xi lanh chỉ tạo ra công theo một
chiều. Chuyển động trở lại của piston là do tác động của lò xo nén hay của
ngoại lực. Lò xo nén được thiết kế sao cho phản lực do nó tạo ra đưa piston ở
trạng thái không tải trở về vị trí ban đầu một cách nhanh chóng.

Hình 4.1: Xi lanh tác dụng đơn

GVHD: Nguyễn An Toàn
SVTH: Bùi Duy Phương Lớp: ĐKT_32B
Đồ án môn học Trang 8
Trong xi lanh tác dụng đơn, với sự trở về của piston nhờ tác dụng của lò
xo, có hành trình của piston bị giới hạn bởi chiều dài tự nhiên của lò xo. Vì
vậy, loại xi lanh này chỉ có hành trình piston lên tới xấp xỉ khoảng 80mm.
Xi lanh tác dụng đơn có cơ cấu và vận hành đơn giản nên hoạt động chắc
chắn và với đặc điểm là hành trình piston ngắn nên loại xi lanh này được sử
dụng trong các ứng dụng như:
- Kẹp chặt các chi tiết
- Các tác động cắt
- Đẩy các bộ phận
- Các tác động nén, ép
- Nạp và nâng các chi tiết
4.2. Xi lanh tác động kép
Nguyên tắc cấu tạo của xi lanh tác dụng kép tương tự như xi lanh tác dụng
đơn. Tuy nhiên trong xi lanh tác dụng kép không có lò xo trở về và hai cổng
của xi lanh vừa có chức năng là cổng nạp vừa có chức năng là cổng xả.
Ưu điểm của xi lanh này là có khả năng sinh công ở hai chiều chuyển
động. Trong loại xi lanh này ở cả hai chiều chuyển động đều chịu sự điều khiển
bởi nguồn khí nén cung cấp.

Hình 4.2: Xi lanh tác động kép
Về nguyên tắc, chiều dài hành trình của xi lanh là không giới hạn nhưng
khi thanh piston dài cần phải xem xét sự cong vênh, sự uống dọc trong hành
trình duỗi của piston.
4.3. Đặc tính kỹ thuật của xi lanh
- Lực tác động của piston:
Lực tác động của piston phụ thuộc vào các yếu tố: Áp suất không khí nén,
đường kính xi lanh và sự ma sát của các bộ phận làm kín

- Chiều dài của hành trình:
Chiều dài của hành trình xi lanh khí nén loại có thanh piston không quá
2m và loại không có thanh piston không quá 10m.
- Tốc độ piston:
Tốc độ của các xi lanh khí nén phụ thuộc vào tải, áp suất khí nén, chiều
dài đường ống, diện tích mặt cắt ngang giữa phần tử điều khiển sau cùng và
GVHD: Nguyễn An Toàn
SVTH: Bùi Duy Phương Lớp: ĐKT_32B
Điện áp nguồn
PLC
Kênh nhập
b)
Điện áp nguồn PLC
Kênh nhập
a)
Đồ án môn học Trang 9
phần tử làm việc cũng như lưu lượng chảy qua phần tử sau cùng. Thêm vào đó
tốc độ piston chịu tác động bởi bộ phận giảm chấn ở vị trí cuối.
Tốc độ trung bình của piston với xi lanh tiêu chuẩn khoảng 0,1÷1,5m/s.
Đối với các xi lanh đặc biệt tốc độ piston có thể lên tới 10m/s.
Tốc độ piston có thể điều tiết bằng van tiết lưu một chiều và có thể gia
tăng tốc độ bằng van xả khí nhanh.
5. Công tắc tơ (công tắc hành trình)
Công tắc cơ tạo ra tín hiệu đóng, mở, hoặc các tín hiệu là kết quả của tác
động cơ học làm công tắc mở hoặc đóng.
Loại công tắc này có thể được sử dụng để cho biết sự hiện diện của chi tiết
gia công trên bàn máy, do đó chi tiết ép vào công tắc làm cho công tắc đóng.
Sự vắng mặt của chi tiết gia công được chỉ thị bằng công tắc mở và sự hiện hữu
của chi tiết được biểu thị bằng công tắc đóng.
Hình 2.17: Các bộ cảm biến công tắc

Do đó, với cách bố trí được trình bày trên hình a, các tín hiệu nhập đối với
kênh nhập đơn của PLC có các mức logic như sau:
+ Không có chi tiết: 0
+ Có chi tiết : 1
Mức 1 có thể tương ứng với tín hiệu nhập 24VDC, mức 0 tương ứng với
tín hiệu nhập 0V. Với cách bố trí được trình bày trên hình b, khi công tắc mở,
điện áp được cung cấp cho đầu vào của PLC, khi công tắc đóng điện áp vào sụt
đến giá trị thấp. Các mức logic là:
+ Không có chi tiết: 0
+ Có chi tiết : 1
Thuật ngữ công tắc giới hạn (công tắc hành trình) được sử dụng cho công
tắc chuyên dùng để phát hiện sự có mặt của chi tiết chuyển động.

6. Băng tải:
6.1 Các loại băng tải:
6.1.1. Băng tải bố
• Cấu tạo
GVHD: Nguyễn An Toàn
SVTH: Bùi Duy Phương Lớp: ĐKT_32B
Đồ án môn học Trang 10
Hình 6.1.1: Băng tải bố
− Băng tải bố NN gồm nhiều sợi dọc /ngang đểu là Nylon, có các
thành phần gồm: cao su mặt trên + lớp bố + cao su mặt dưới. Lớp bố của băng
tải loại này duy trì sức căng cũng như tạo độ bền cho kết cấu băng tải, chịu lực
nén và kéo tải, chịu nhiệt 100
0
C tới 600
0
C.
• Đặc điểm

− Cường lực chịu tải lớn: chịu lực gấp 5 lần sợi Cotton.
− Chịu lực va đập lớn: sợi Nylon là loại sợi tổng hợp chịu sự va đập
rất tốt nên các tác động ngoại lực hầu như không ảnh hưởng đến chất lượng bố.
− Chịu axit, chịu nước và một số loại hóa chất khác.
− Chống được lão hóa do gấp khúc, uốn lượn nhiều trong sử dụng.
− Tăng cường sự bám dính giữa sợi và cao su, đồng thời giảm thiểu
việc tách tầng giữa các lớp bố.
− Rất bền nếu phải hoạt động trong môi trường nhiệt độ thấp.
− Độ dai cực lớn,nhẹ và làm tăng lên sức kéo của motor dẫn đến giảm
tiêu thụ điện.

• Ứng dụng
− Băng tải có đặc tính mềm dẻo, dai và hiện được coi là loại bố chịu
lực phổ thông và có nhiều ưu điểm vượt trội.
− Băng tải bố chiếm từ 60-70% trên thị trường hiện nay do tính kinh tế
và nhẹ của nó.
6.1.2. Băng tải con lăn
Hình 6.1.2: Băng tải con lăn
− Băng tải có thể nâng lên hạ xuống để làm đổi hướng vận chuyển.
GVHD: Nguyễn An Toàn
SVTH: Bùi Duy Phương Lớp: ĐKT_32B
Đồ án môn học Trang 11
− Dùng để vận chuyển các sản phẩm đã đóng thùng, có trọng lượng
lớn.
6.1.3. Băng tải cáp thép
•Cấu tạo
− Băng tải lõi thép gồm nhiều lõi cáp thép được sắp xếp theo chiều
dọc ở những khoảng cách từ 10 đến 15mm, lớp cáp thép này là phần chịu lực
tải chính giữ cho băng tải luôn chạy đúng hướng bao quanh nó là lớp phủ cao
su mặt trên và mặt dưới.

•Đặc điểm
− Băng tải cáp thép chủ yếu sử dụng tại các hệ thống truyền tải có
chiều dài lớn trên 300m, do có thể chịu được cường lực rất cao.
Hình 6.1.3: Băng tải cáp thép
− Các sợi cáp thép được bố trí song song đều nhau theo chiều dọc
băng tải và rải đều trên toàn mặt băng tải.
− Băng tải cáp thép có tỷ lệ dãn dư cực thấp dưới 1% kể cả trong điều
kiện toàn tải.
− Băng tải cáp thép có độ bền tuyệt hảo nhất trong các loại băng tải.
− Toàn bộ cáp thép trước khi lưu hóa phải được xử lý tráng ngoài tạo
bám dính với lớp cao su bao quanh và đây là yếu tố quang trọng nhất khi chọn
băng tải. Lớp cao su mặt được chế tạo đặc biệt để chống lại các lực xé rách từ
mọi hướng.
− Có những băng tải thép có tuổi thọ tới 15- 20 năm trong điều kiện
vận hành liên tục hiệu quả kinh tế là rất lớn.
7. Động cơ điện
GVHD: Nguyễn An Toàn
SVTH: Bùi Duy Phương Lớp: ĐKT_32B
Đồ án môn học Trang 12
Động cơ điện được sử dụng rộng rãi trên các máy cố định hoặc di chuyển
ngắn theo quỹ đạo nhất định như: băng tải, máy trộn, máy nghiền…
Động cơ điện có nhiều chủng loại công suất và chia ra làm 2 loại: động cơ
điện 1 chiều và động cơ điện xoay chiều. Động cơ điện xoay chiều lại chia ra:
loại không đồng bộ và loại đồng bộ.
Trong dây chuyền rót nước và đóng nắp ta chọn loại động cơ không đồng
bộ với roto lồng sóc vì nó có cấu tạo đơn giản, rẻ tiền, dễ bảo quản, làm việc tin
cậy, có thể mắc trực tiếp vào lưới điện 2 pha không cần biến đổi dòng điện,
hiệu suất cao, chịu vượt tải tương đối tốt, thay đổi chiều quay và khởi động
nhanh, dễ tự động hoá. Điều kiện vệ sinh công nghiệp tốt, ít gây ô nhiễm môi
trường.

Nhược điểm: Cosϕ của máy thường không cao lắm và đặc tính điều chỉnh
tốc độ không tốt.
Động cơ bằng tải có công suất: 3,7 (kW)

CHƯƠNG 2
GIỚI THIỆU PLC S7-300 VÀ LẬP TRÌNH VỚI STEP7
2.1. Tổng quan về thiết bị khả trình PLC
2.1.1. Giới thiệu chung
PLC là viết tắt của Programmable Logic Control là thiết bị điều khiển
Logic lập trình hay khả trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán
điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình.
Trong lĩnh vực tự động điều khiển, bộ điều khiển PLC là thiết bị có khả
năng lập trình được sử dụng rộng rãi. Kỹ thuật PLC được sử dụng từ những
năm 60 cà được sử dụng chủ yếu để điều khiển và tự động hoá quá trình công
nghệ hoặc các quá trình sản xuất trong công nghiệp.
Các ưu thế của PLC trong tự động hoá:
- Thời gian lắp đặt công trình ngắn
- Dễ dàng thay đổi nhưng không tốn kém về mặt chính
- Có thể tính toán chính xác giá thành
- Cần ít thời gian làm quen
- Do phần mềm linh hoạt nên khi muốn mở rộng và cải tạo công nghệ thì
dễ dàng
- Ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng
GVHD: Nguyễn An Toàn
SVTH: Bùi Duy Phương Lớp: ĐKT_32B
Đồ án môn học Trang 13
- Dễ bảo trì, các chỉ thị vào ra giúp xử lý sự cố dễ dàng và nhanh hơn
- Độ tin cậy cao, chuẩn hoá được phần cứng điều khiển
- Thích ứng với môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, độ ẩm, điện áp dao
động, tiếng ồn.

2.1.2. Bộ nguồn
Bộ nguồn cung cấp điện cho PLC hoạt động, việc chọn bộ nguồn dựa trên
dòng tiêu thụ của điện áp một chiều (5 VDC hoặc 24 VDC). Dòng tiêu thụ của
các phân tử PLC phải nhỏ hơn dòng điện cấp của bộ nguồn để không bị quá
tải.
2.1.3. CPU
Thành phần cơ bản của PLC là khối vi xử lý CPU. Sản phẩm của mỗi hãng
có đặc trưng cho tính linh hoạt, tốc độ xử lý khác nhau. Về hình thức bên
ngoài, các hệ CPU của cùng một hãng có thể được phân biệt nhờ các đầu vào,
ra và nguồn cung cấp.
Tốc độ xử lí của CPU là tốc độ xử lý từng bước lệnh của chương trình. PLC
đòi hỏi CPU phải có tốc độ xử lý nhanh để có thể mô phỏng các hiện tượng
logic vật lý xảy ra nhanh trong thế giới thực, CPU có tần số nhịp càng cao thì
xử lí càng cao. Tuy nhiên tốc độ cũng bị ảnh hưởng bởi cách lập trình cho PLC.
2.1.3.1. Module CPU
Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ,
các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485)… và có thể còn có một
vài cổng vào ra số. Các cổng vào ra số có trên module CPU được gọi là cổng
vào ra onboard.
PLC S7_300 có nhiều loại
module CPU khác nhau. Chúng được đặt
tên theo bộ vi xử lý có trong nó như module
CPU312, module CPU314, module CPU315…
Những module cùng sử dụng 1 loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng
vào/ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư
viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ
được phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ IFM (Intergrated
Function Module). Ví dụ như Module CPU312 IFM, Module CPU314 IFM…
GVHD: Nguyễn An Toàn
SVTH: Bùi Duy Phương Lớp: ĐKT_32B

Hình 2.1.3.1: Module
CPU
Đồ án môn học Trang 14
2.1.3.2. Module mở rộng
Thiết bị điều khiển khả trình SIMATIC S7-300 được thiết kế theo kiểu
module. Các module này sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Việc xây
dựng PLC theo cấu trúc module rất thuận tiện cho việc thiết kế các hệ thống
gọn nhẹ và dễ dàng cho việc mở rộng hệ thống. Số các modul được sử dụng
nhiều hay ít tuỳ theo từng ứng dụng nhưng tối thiểu bao giờ cũng phải có một
module chính là module CPU, các module còn lại là những module truyền và
nhận tín hiệu với đối tượng điều khiển bên ngoài như động cơ, các đèn báo, các
rơle, các van từ. Chúng được gọi chung là các module mở rộng.
Các module mở rộng chia thành 5 loại chính:
2.1.3.2.1. Module nguồn nuôi (PS - Power supply)
Có 3 loại: 2A, 5A, 10A.
2.1.3.2.2. Module xử lý vào/ra tín hiệu số (SM - Signal module)
Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:
- DI (Digital input): Module mở rộng các cổng vào số. Số các cổng vào số
mở rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại module.
- DO (Digital output): Module mở rộng các cổng ra số. Số các cổng ra số
mở rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại module.
- DI/DO (Digital input/Digital output): Module mở rộng các cổng vào/ra
số Số các cổng vào/ra số mở rộng có thể là 8 vào/8ra hoặc 16 vào/16 ra tuỳ
từng loại module.
- AI (Analog input): Modulee mở rộng các cổng vào tương tự. Số các
cổng vào tương tự có thể là 2, 4, 8 tuỳ từng loại module.
- AO (Analog output): Modulee mở rộng các cổng ra tương tự. Số các
cổng ra tương tự có thể là 2, 4 tuỳ từng loại module.
- AI/AO (Analog input/Analog output): Modulee mở rộng các cổng vào/ra
tương tự. Số các cổng vào/ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hay 4 vào/4 ra tuỳ

từng loại module.
Các CPU của S7_300 chỉ xử lý được các tín hiệu số, vì vậy các tín hiệu
analog đều phải được chuyển đổi thành tín hiệu số. Cũng như các module số,
người sử dụng cũng có thể thiết lập các thông số cho các module analog.
2.1.3.2.3. Module ghép nối (IM - Interface module)
Module ghép nối nối các module mở rộng lại với nhau thành một khối và
được quản lý chung bởi 1 module CPU. Thông thường các module mở rộng
được gắn liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là rack. Trên mỗi rack có nhiều
nhất là 8 module mở rộng (không kể module CPU, module nguồn nuôi). Một
module CPU S7-300 có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 rack và các rack
này phải được nối với nhau bằng module IM.
GVHD: Nguyễn An Toàn
SVTH: Bùi Duy Phương Lớp: ĐKT_32B
Đồ án môn học Trang 15
Các module ghép nối (IM) cho
phép thiết lập hệ thống S7_300 theo nhiều cấu hình. S7-300 cung cấp 3 loại
module ghép nối sau:
- IM 360: Là module ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứa 8
module trên đó với khoảng cách tối đa là 10 m lấy nguồn từ CPU.
- IM 361: Là module ghép nối có thể mở rộng thêm ba tầng, với một tầng
chứa 8 module với khoảng cách tối đa là 10 m đòi hỏi cung cấp một nguồn 24
VDC cho mỗi tầng.
- IM 365: Là module ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứa 8
module trên
đó với khoảng cách tối đa là 1m lấy nguồn từ CPU.
2.1.3.2.4. Module chức năng (FM - Function module)
Module có chức năng điều khiển riêng. Ví dụ như module PID, module
điều khiển động cơ bước…
2.1.3.2.5. Module truyền thông (CP - Communication module)
Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặc

giữa PLC với máy tính.
GVHD: Nguyễn An Toàn
SVTH: Bùi Duy Phương Lớp: ĐKT_32B
Hình 2.1.3.1.3: Module ghép nối
Đồ án môn học Trang 16
Hình 2.1.3.2.5: Mô hình kết nối của SIMATIC S7-300
2.1.4. Bộ nhớ
Dung lương bộ nhớ nói lên khả năng nhớ của PLC đo bằng đơn vị Kbyte
nhưng cũng có thể là số tối đa dòng lệnh có khi được viết chương trình.
- Bộ nhớ của S7 -300:
Bộ nhớ được chia làm ba vùng:
+ Vùng chương trình: là miền nhớ để lưu giữ các lệnh chương trình. Vùng
này thuộc kiểu non-volatile đọc ghi được. Vùng nhớ chương trình được chia
thành 3 miền:
• OB (Organisation block): Miền chứa chương trình tổ chức
• FC (Function): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm có biến
hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó.
• FB (Function block): Miền chưa chương trình con được tổ chức thành hàm và
có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác.
+ Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được
phân chia thành 7 miền khác nhau.
+ Vùng dữ liệu: là miền để sử dụng để cất giữ các khối dữ liệu của chương
trình bao gồm kết quả của các phép tính, hằng số được định nghĩa trong
chương trình bộ đệm truyền thông. Một phần của bộ nhớ này thuộc kiểu đọc
ghi được.
GVHD: Nguyễn An Toàn
SVTH: Bùi Duy Phương Lớp: ĐKT_32B
Màn hình PC
M
COIL

VALE
PS CPU
SM:
DI
SM:
DO
FM
SM:
AI
SM:
AO
IM CP
Truyền thông và kiểm tra nội bộ
Chuyển dữ liệu từ cổng vào tới I
Thực hiện chương trìnhChuyển dữ liệu từ cổng vào Q
VÒNG QUÉT
Lệnh 2
Lệnh 1
Lệnh cuối cùng
Vòng quét
OB1
Đồ án môn học Trang 17
2.1.5. Vòng quét chương trình
PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là
vòng quét (scan).

Hình 2.1.5: Vòng quét chương trình
2.1.6. Cấu trúc chương trình
- Lập trình tuyến tính:
Kĩ thuật lập trình tuyến tính là phương pháp lập trình mà toàn bộ chương

trình ứng dụng sẽ chỉ nằm trong một khối OB1. Kĩ thuật này có ưu điểm là gọn,
rất phù hợp với những bài toán điều khiển đơn giản, ít nhiệm vụ.

Hình 2.1.6a: Lập trình tuyến tính.
- Lập trình có cấu trúc:
Chương trình được chia thành những phần nhỏ với từng nhiệm vụ riêng và
các phần này nằm trong những khối chương trình khác nhau. Loại hình cấu trúc
này phù hợp với những bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ và phức tạp. PLC
S7-300 có 4 loại khối cơ bản:
+ Loại khối OB (Oganization block)
+ Loại khối FC (Program block)
+ Loại khối FB (Function block)
+ Loại khối DB (Data block)
GVHD: Nguyễn An Toàn
SVTH: Bùi Duy Phương Lớp: ĐKT_32B
Đồ án môn học Trang 18
2.1.7. Bộ thời gian (Timer)
Bộ thời gian là bộ tạo thời gian trễ τ mong muốn giữa tín hiệu logic đầu vào
u(t) và tín hiệu logic đầu ra y(t).
S7-300 có 5 loại Timer khác nhau. Thời gian trễ τ mong muốn được khai
báo với Timer bằng 1 giá trị 16 bits trong đó 2 bits cao nhất không sử dụng, 2
bits cao kế tiếp là độ phân giải của Timer, 12 bits thấp là 1 số nguyên BCD
trong khoảng 0
÷
999 được gọi là PV (Preset Value).
Thời gian trễ τ chính là tích:
τ = Độ phân giải x PV

Không sử dụng Giá trị PV dưới dạng mã BCD

9990
≤≤
PV
Độ phân giải
Thời gian có thể được khai báo dưới dạng bằng kiểu S5T
- Ví dụ: S5T#3s
Trong đồ án sử dụng loại Timer SD là loại Timer trễ theo sườn lên không có
nhớ (On Delay Timer): Ngõ ra lên mức 1 khi ngõ vào EN=1 và giá trị CV
(Current Value) = 0.
2.1.8. Bộ đếm (Counter)
Counter là bộ đếm có chức năng đếm sườn xung của tín hiệu đầu vào. Có
tối đa 256 Counter được kí hiệu từ C0
÷
C255. Có 2 loại:
- Bộ đếm tiến:
Đếm số sườn lên của tín hiệu logic đầu và tức là đếm số lần thay đổi trạng
thái từ 0 lên 1 của tín hiệu. Số sườn xung đếm được ghi vào thanh ghi 2 byte
của bộ đếm. Nội dung của thanh ghi này gọi là giá trị đếm tức thời luôn so sánh
với giá trị đặt trước của bộ đếm. nếu giá trị đếm tức thời bằng hoạc lớn hơn Giá
trị đặt trước thì bộ đếm dặt giá trị logic bằng 1 và một bit đặc biệt của nó, còn
nhỏ hơn thì đặt giá trị logic 0.
GVHD: Nguyễn An Toàn
SVTH: Bùi Duy Phương Lớp: ĐKT_32B
Hình 2.1.7: Cấu hình giá trị thời gian trễ
đặt trước cần khai báo với timer
10ms
100ms
1s
10s
Đồ án môn học Trang 19

Bộ đếm tiến đều có chân nối với tín hiệu điều khiển để đặt lại chế độ ban
đầu. Bộ đếm được Reset khi tín hiệu xoá này có giá trị logic1. Khi bộ đếm
được Reset thì thanh ghi và Bit đều có giá trị logic 0.
- Bộ đếm tiến lùi:
Bộ đếm tiến khi gặp sườn lên của xung vào cổng tiến, đếm lùi khi gặp sườn
lên của xung vào cổng lùi. Bộ đếm cũng có Reset như bộ đếm tiến. Nó có giá
trị tức thời lớn hơn hoặc bằng giá trị đặt trước khi thanh ghi 2 byte có giá trị
logic 1 ngược lại có giá trị 0.
Ví dụ:

- CU: tín hiệu dếm lên (BOOL)
- CD: tín hiệu đếm (BOOL)
- S: tín hiệu đặt (BOOL), khi có sườn lên thì giá trị đặt được nạp cho CV
- PV: giá trị đặt (WORD)
- R : tín hiệu xoá (BOOL), khi có sườn lên thì giá trị CV được xoá về 0.
- Q: ngõ ra
- V: giá trị hiện tại của bộ đếm dạng Integer
- CV_BCD: giá trị hiện tại của bộ đếm dạng BCD
2.1.9. Truyền thông với thiết bị khác
2.1.9.1. Giới thiệu chung
Truyền thông là phần khá phức tạp trong việc làm chủ PLC. PLC họ S7 sử
dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích cắm 9 chân để phục vụ cho
việc ghép nối với thiết bị lập trình (PC) hoặc với các trạm PLC khác. Ghép nối
với PC qua cổng RS232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi
RS232/RS485.
Truyền thông là một quá trình trao đổi thông tin giữa hai chủ thể với nhau.
Đối tác này có thể điều khiển đối tác kia, hoặc quan sát trạng thái của đối tác.
Các đối tác truyền thông người hoặc hệ thống kĩ thuật là các thiết bị phần cứng
(đối tác vật lý) hoặc các chương trình phần mềm (đối tác logic).
Để thực hiện tín hiệu truyền thông ta cần các tín hiệu thích hợp có thể là tín

hiệu tương tự hay tín hiệu số. Sự phân biệt giữa các thông tin và tín hiệu số dẫn
tới sự phân biệt xử lý tín hiệu và xử lý thông tin giữa truyền tín hiệu với truyền
GVHD: Nguyễn An Toàn
SVTH: Bùi Duy Phương Lớp: ĐKT_32B
Hình 2.1.8: Bộ đếm tiến lùi
Mã hoá, giải mã Hệ thống truyền dẫn tín hiệu Mã hoá, giải mã
Đối tác truyền thông Đối tác truyền thông
Hình 2.1.9.1: Nguyên tắc cơ bản của truyền thông
Đồ án môn học Trang 20
thông. Có thể sử dụng dạng tín hiệu khác nhau để truyền tải một nguồn thông
tin, cũng như một tín hiệu có mang nhiều nguồn thông tin khác nhau.
Trong các hệ thống truyền thông công nghiệp hiện đại ta chỉ quan tâm tới
truyền tín hiệu số, hay nói cách khác là truyền dữ liệu. Các chuẩn giao tiếp hệ
thống này là các chuẩn giao tiếp số.
2.1.9.2. Các phương thức truyền thông
- Điểm đối điểm: Point-to-Point Interface (PPI) (Đối với S7-200)
- Đa điểm: Multi Point Interface (MPI) (Đối với S7-300)
- PROFIBUS (Process Field Bus)
- Ethernet
- ASI (Actuator Sensor Interface)
- Internet
2.2. Soạn thảo một Project
Khái niệm Project trong Simatic được hiểu là những gì liên quan đến việc
thiết kế phần mềm ứng dụng để điều khiển, giám sát một hay nhiều trạm PLC.
Trong một Project sẽ có:
- Bảng cấu hình cứng về tất cả các module của từng trạm PLC
- Bảng tham số xác định chế độ làm việc cho từng module của mỗi trạm
PLC
- Các logic Block chứa chương trình ứng dụng của tưng trạm PLC
- Cấu hình ghép nối và truyền thông giữa các trạm PLC

- Các màn hình giao diện phục vụ việc giám sát toàn bộ mạng hoặc giám sát
từng trạm PLC của mạng
2.2.1. Xây dựng cấu hình phần cứng cho trạm PLC
Để khai báo một Project, từ màn hình chính của Step7 ta chọn FileNew
hoặc kích chuột tại biểu tượng “New Project/Library”. Khi đó xuất hiện hộp
thoại, gõ tên Project rồi ấn phím OK .
GVHD: Nguyễn An Toàn
SVTH: Bùi Duy Phương Lớp: ĐKT_32B
Khai báo một Project mới
Mở một Project đã có
Đồ án môn học Trang 21
Ngoài ra ta còn có thể chọn nơi Project sẽ được cất lên đĩa. Mặc định, nơi
cất sẽ là thư mục đã được quy định khi cài đặt Step7, ở đây là thư mục
c:\siemens\step7\s7proj.
Sau khi khai báo xong một Project mới, trên màn hình sec xuất hiện một
Project đó nhưng ở dạng rỗng (chưa có gì trong Project), nhận biết qua biểu
tượng thư mục bên cạnh tên Project giống như một thư mục rỗng của Window.
Tiếp theo là xây dựng cấu hình cứng cho một trạm PLC. Điều này không
bắt buộc, ta có thể không cần khai báo cấu hình cứng cho trạm mà đi ngay vào
phần chương trình ứng dụng. Song kinh nghiệm cho thấy công việc này nên
làm vì khi có cấu hình trong Project, lúc bật nguồn PLC, hệ điều hành của S7-
300 bao giờ cũng đi kiểm tra các module hiện có trong trạm, so sánh với cấu
hình mà ta xây dựng và nếu phát hiện thấy sự không đồng nhất sẽ phát ngay tín
GVHD: Nguyễn An Toàn
SVTH: Bùi Duy Phương Lớp: ĐKT_32B
Các Project đã
có trong đĩa
Nơi Project sẽ
được lưu giữ
trong đĩa

Biểu tượng một thư
mục rỗng
Đồ án môn học Trang 22
hiệu báo ngắt lỗi hoặc thiếu module chứ không cần phải đợi tới khi thực hiện
chương trình ứng dụng.
Trước hết, ta khai báo cấu hình cứng cho một trạm PLC với Simatic S7-
300 bằng cách vào InsertStationSimatic 300 Station:
Trường hợp không muốn khai báo cấu hình cứng mà đi ngay vào chương
trình ứng dụng ta có thể chọn thẳng InsertProgramS7 Program. Động tác
này sẽ hữu ích cho một trạm PLC có nhiều phiên bản chương trình ứng dụng
khác nhau.
Sau khi đã khai báo một trạm (chèn một station), thư mục Project chuyển
sang dạng không rỗng với thư mục con trong nó có tên mặc định là Simatic 300
(1). Thư mục Simatic 300 (1) chứa tệp thông tin về cấu hình cứng của trạm.
Để vào màn hình khai báo cấu hình cứng, ta nháy chuột tại biểu tượng
Hardware.
Step7 giúp việc khai báo cấu hình cứng được đơn giản nhờ bảng danh
mục các module của nó. Muốn đưa module nào vào cấu hình ta chỉ cần đánh
dấu slot nơi module sẽ được đưa vào rồi nháy kép chuột tại tên của module đó
trong bảng danh mục các module kèm theo.
2.2.2. Soạn thảo chương trình trong các khối logic
Sau khi khai báo xong cấu hình cứng cho một trạm PLC và quay trở về
cưa sổ chính của Step7 ta sẽ thấy trong thư mục Simatic 300 (1) bây giờ có
thêm các thư mục con CPU314, S7 Program (1), Source files, Blocks và tất
nhiên có thể tên các thư mục đó.
GVHD: Nguyễn An Toàn
SVTH: Bùi Duy Phương Lớp: ĐKT_32B
Khai báo một trạm
PLC S7-300
Tệp chứa thông tin về cấu

hình cứng của trạm PLC
Đồ án môn học Trang 23
Tất cả các khối logic (OB, FC, FB, DB) chứa chương trình ứng dụng sẽ
nằm trong thư mục Blocks mặc định trong thư mục này đã có sẵn khối OB1.
Muốn soạn thảo chương trình cho khối OB1 ta nháy chuột tại biểu tượng
OB1 bên nửa cửa sổ bên phải. Trên màn hình sẽ xuất hiện cửa sổ của chế độ
soạn thảo chương trình như sau:
Để khai báo và soạn thảo chương trình cho các khối OB khác hoặc cho
các khối FC, FB hay DB, ta có thể tạo một khối mới ngay trực tiếp từ chương
trình soạn thảo bằng cách kích chuột tại biểu tượng New rồi ghi tên khối vào ô
tương ứng của cửa sổ hiện ra:
GVHD: Nguyễn An Toàn
SVTH: Bùi Duy Phương Lớp: ĐKT_32B
Tham số xác định chế độ làm
việc của các module trong trạm
vừa soạn thảo nhờ Step7 sẽ nằm
trong thư mục System data
Phần local block của
khối OB1
Phần chú thích của
chương trình
Tên khối logic mới
Đồ án môn học Trang 24
hoặc cũng có thể chèn thêm khối mới đó trước từ cửa sổ chính của Step7 bằng
phím InsertS7 Block rồi sau đó mới vào soạn thảo chương trình cho khối vừa
được chen thêm như đã làm với khối OB1 vừa rồi.
Các bước soạn thảo một khối logic cho chương trình ứng dụng được tóm
tắt như sau:
- Tạo khối logic hoặc từ cửa sổ màn hình chính của Step7 bằng cách chọn
Insert trên thanh công cụ rồi vào S7 Block để chọn lại khối logic mong muốn

(OB, FC, FB) hoặc vào chương trình soạn thảo rồi từ đó kích biểu tượng New.
- Thiết kế local block cho khối logic vừa tạo
- Viết chương trình.
2.3 Lập trình điều khiển dây chuyền rót nước đóng nắp và xếp chai vào
sọt.
GVHD: Nguyễn An Toàn
SVTH: Bùi Duy Phương Lớp: ĐKT_32B
Đồ án môn học Trang 25
GVHD: Nguyễn An Toàn
SVTH: Bùi Duy Phương Lớp: ĐKT_32B