thiết kế, chế tạo mô hình dây chuyền dập nút chai điều khiển plc

1
Mục lục
Lời nói đầu 3
Chơng 1 5
Tổng quan về dây chuyền dập nút chai v Bộ điều
khiển logic khả trình PLC. 5

1.1 Tổng quan về dây chuyền dập nút chai 5
1.1.1 Tổng quan về dây chuyền sản xuất nói chung 5
1.1.2 Cấu trúc v chức năng của các thnh phần trong dây chuyền dập
nút chai 10

1.2 Bộ điều khiển logic khả trình PLC 21
1.2.1 Khái quát chung về bộ điều khiển logic khả trình 21
1.2.2 Thiết bị điều khiển logic khả trình S7-200 của SIEMENS 27
Chơng 2 34
tính toán động học tay máy dập nút chai 34
2.1 Xây dựng phơng trình động học tay máy. 34
2.2 Xác định các hệ toạ độ. 35
2.3 Giải bi toán động học thuận tay máy. 36
2.4 Giải bi toán động học ngợc tay máy. 39
Chơng 3 42
tính toán, thiết kế tay máy dập nút chai 42
3.1 Các yêu cầu về tính toán thiết kế tay máy dập nút chai 42
3.2 Thiết kế sơ bộ 42
3.3 Tính toán, thiết kế băng tải. 45
3.4 Tính chọn động cơ v hộp giảm tốc. 46
3.5 Chọn trục vítme cho cơ cấu nâng hạ tay máy. 51
Chơng 4 52
ứng dụng PLC điều khiển dây chuyền dập nút chai. 52

4.1 Điều khiển dây chuyền dập nút chai 52
4.1.1 Hệ thống điều khiển theo trình tự v hệ thống điều khiển tổ hợp 52
4.1.2 Chức năng của hệ thống điều khiển 53
4.1.3 Sơ đồ khối chức năng ứng dụng PLC. 54
4.1.4 Giới thiệu về giao diện điều khiển dùng LabVeiw. 55
4.2 Mô tả hoạt động của dây chuyền dập nút chai. 61

2
4.2.1 Các thnh phần ghép nối. 63

4.2.2 Quá trình hoạt động của hệ thống 64
4.2.3 Kết luận v đánh giá kết quả đạt đợc. 65
Kết luận 68
Ti liệu tham khảo 69
Phụ lục 70
Phụ lục 1: Thuật toán chơng trình 70
Phụ lục 2: Chơng trình điều khiển dây chuyền dập nút chai 74
Phụ lục 3: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tốc độ động cơ 86


3
Lời nói đầu

Ngy nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật,
điện tử, tự động hoá, việc ứng dụng các công nghệ điện tử, tự động hoá vo
các dây chuyền sản xuất l rất quan trọng. Nó đóng một vai trò tích cực
trong sự phát triển của các ngnh công nghiệp, tạo ra các sản phẩm có chất
lợng cao, giá thnh hạ, giảm bớt sức lao động cho con ngời, năng suất lao
động nhờ thế m đợc nâng cao, thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế nói
chung.

Trong những năm gần đây, bộ điều khiển logic khả trình (PLC) đợc
sử dụng ngy cng rộng rãi trong công nghiệp nh l một giải pháp lý tởng
cho việc tự động hóa quá trình sản xuất. Cùng với sự phát triển của công
nghệ máy tính, bộ điều khiển logic khả trình đã đạt đợc những u thế cơ
bản trong những ứng dụng điều khiển công nghiệp, đó l dễ dng lập trình
v lập trình lại, nhanh chóng thay đổi chơng trình điều khiển, độ tin cậy
cao trong môi trờng công nghiệp, cấu tạo nhỏ gọn v giá thnh thấp so với
hệ thống điều khiển truyền thống dùng rơle. Vì vậy việc học tập, nghiên
cứu v ứng dụng PLC trong các hệ thống điều khiển l một nhu cầu rất cần
thiết.
Sau thời gian đi thực tập tốt nghiệp tại các nh máy, đợc tham quan
các dây chuyền sản xuất. Tôi đã nhận đề ti tốt nghiệp Thiết kế, chế tạo
mô hình dây chuyền dập nút chai điều khiển PLC. Với mục đích l

nghiên cứu về bộ điều khiển logic khả trình v ứng dụng nó vo việc xây
dựng hệ thống điều khiển dây chuyền dập nút chai. Xây dựng mô hình dây
chuyền từ các thiết bị có sẵn trên thị trờng, mở ra một hớng mới về việc
thiết kế chế tạo dây chuyền đóng gói với giá thnh thấp, không phải sử
dụng các hệ thống, thiết bị ngoại nhập đắt tiền.


4
Nội dung đồ án gồm các chơng:
- Chơng 1: Tổng quan về dây chuyền dập nút chai v Bộ điều khiển logic
khả trình PLC.
- Chơng 2: Tính toán động học tay máy dập nút chai.
- Chơng 3: Tính toán, thiết kế tay máy dập nút chai.
- Chơng 4: ứng dụng PLC để điều khiển dây chuyền dập nút chai.
Trong đó, nhiệm vụ của các thnh viên nh sau:
1.Phạm Đức Tuân

-Tìm hiểu tổng quan về dây chuyền dập nút chai.
-Tính toán động học, viết chơng trình điều khiển.
2. Nguyễn Hong Linh
-Tính toán, thiết kế mô hình cơ khí.
-Viết giao diện điều khiển dây chuyền dập nút chai.
Tôi xin chân thnh cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Nguyễn
Đức Anh v các thầy giáo trong bộ môn Cơ điện tử & Chế tạo máy đặc biệt
cũng nh các thầy giáo trong khoa Hng Không Vũ Trụ đã tạo điều kiện
giúp đỡ tôi trong quá trình lm đồ án.

H nội, ngy 05 tháng 6 năm 2009
Học viên thực hiện




Nguyễn Hong Linh Phạm Đức Tuân




5
Chơng 1
Tổng quan về dây chuyền dập nút chai v Bộ điều
khiển logic khả trình PLC.

Nội dung chơng 1 sẽ đề cập đến những khái niệm, cấu trúc chức
năng của các thnh phần chủ yếu trong dây chuyền dập nút chai. Khảo sát
các thiết bị của hệ thống, những vấn đề trọng tâm l nguyên lý hoạt động
của các phần tử cảm biến v chấp hnh, sự nối ghép giữa chúng với hệ

thống điều khiển, các thnh phần v nguyên lý hoạt động của hệ thống, lm
cơ sở cho việc xây dựng hệ thống điều khiển ứng dụng PLC.
1.1 Tổng quan về dây chuyền dập nút chai
1.1.1 Tổng quan về dây chuyền sản xuất nói chung
* Một số mô hình dây chuyền dập nút chai có trong thực tế





6

Máy chiết rót và siết nắp chai tự động
- Kích thước : L5000xW2400xH2200
- Công suất: Max : 3600 Chai/h
- Số lượng: 01 cái .
- Nguồn: 1 pha – 220V hoặc 3 pha – 380V
- Vật liệu : bọc khung sườn bằng Inox SS304.
- Trọng lượng máy: Tuỳ công suất máy.
- Điều khiển bằng bộ lập trình PLC, màn hình HMI linh hoạt cho quá trình
điều khiển.
- Cấp nắp tự động cho các loại chai.
- Hệ sensor quang, từ, giám sát và bảo vệ cho máy.
- Dễ: Thao tác, vệ sinh, bảo hành b
ảo dưỡng
- Ứng dụng: cho các loại chai

D
D
©

©
y
y


c
c
h
h
u
u
y
y
Ò
Ò
n
n
c
c
h
h
i
i
Õ
Õ
t
t
n
n
−

−
í
í
c
c
m
m
¾
¾
m
m
v
v
μ
μ
®
®
ã
ã
n
n
g
g
c
c
h
h
a
a
i

i
t
t
ù
ù
®
®
é
é
n
n
g
g



7
Chúng tôi, xin giới thiệu cụ thể về nh máy sản xuất nớc khoáng
AVA, nằm trên quốc lộ 1B, trên đờng đi Bắc Sơn, thuộc thị trấn La Hiên
huyện Võ Nhai thnh phố Thái Nguyên ( Cách trung tâm thnh phố Thái
Nguyên 20km). Công suất trung bình của nh máy l khoảng 800 đến 1000
thùng / 1 ca sản xuất ( Mỗi thùng 24 chai x 500ml), sản phẩm chính l nớc
khoáng thiên nhiên đóng chai. Dây chuyền dập nút chai của nh máy, l
một dây chuyền hiện đại v hoạt động rất hiệu quả.
Nh máy nớc khoáng AVA có tất cả 2 dây truyền sản xuất, đợc
trang bị 8 động cơ để thực hiện truyền động cho các máy,trong đó mỗi một
dây truyền gôm có 4 máy sản xuất chính:
2 máy rửa chai
1 máy chiết chai
1 máy đóng nút chai

Tất cả 8 động cơ của 2 dây truyền ny đều l các động cơ không
đồng bộ xoay chiều 3 pha trong đó:
D
1
,D
2
,D
3
,D
4
l 4 động cơ thực hiện việc rửa chai.

Hình 1.1a: Máy rửa chai.

8
D
5
,D
6
l 2 động cơ thực hiện việc dịch chuyển băng tải v hệ thống kéo
xilanh bằng xích.

Hình 1.1b: Động cơ băng tải máy chiết chai.
D
7
,D
8
l 2 động cơ thực hiện thao tác vặn nút chai.Quá trình vặn nút chai
đợc thực hiện hon ton bằng khí nén, 2 động cơ D
7

v D
8
chỉ thực hiện
thao tác quay mâm đặt các xilanh.

Hình 1.1c: Máy vặn nút chai.

9
Từ dây chuyền sản xuất thực tế của nh máy, chúng ta có thể hiểu
tổng quát về một dây chuyền phải bao gồm những thiết bị gì.
Một dây chuyền sản xuất nhất thiết phải bao gồm các hệ thống sau:
- Hệ thống nguồn nuôi:
Có thể l điện áp 1pha 220V hoặc ba pha 380V. Thông thờng các dây
chuyền sản xuất cỡ vừa v nhỏ thờng sử dụng điện áp 1 pha 220 VAC để
lm nguồn cung cấp cho ton bộ hệ thống.
- Bộ xử lý trung tâm:
ở các hệ thống cũ thờng dùng các hệ thống rơle, khởi động từ
(contactor) lm hệ thống điều khiển trung tâm. Ngy nay đa phần các dây
truyền sản xuất đều sử dụng các thiết bị xử lý công nghiệp nh các thiết bị
vi xử lý onchip hoặc bộ điều khiển logic khả trình PLC. Với các u điểm l
tốc độ xử lý nhanh, độ tin cậy cao, dễ dng trong việc ci đặt v thay đổi
chơng trình.
- Các thnh phần cảm biến:
Các dây chuyền công nghiệp hiện nay thờng sử dụng loại cảm biến
vị trí kiểu quang điện để phát hiện vật. u điểm l nhỏ gọn v tin cậy v có
độ chính xác cao. Các cảm biến ny sẽ đa tín hiệu đến đầu vo của bộ xử
lý trung tâm để điều khiển dây chuyền. Các cảm biến ny cũng có thể l
các công tắc hnh trình.
- Hệ thống mạch động lực:
Thờng sử dụng các khởi động từ để điều khiển các động cơ xoay

chiều. Ngoi ra còn sử dụng rơle để điều khiển động cơ một chiều hoặc các
thiết bị khác nh
l các thiết bị điện tử công suất (Thyristor). Có thể l các
rơle van khí để vận hnh các cơ cấu chấp hnh khí nén.
- Các cơ cấu chấp hnh:
Tùy vo mục đích hoạt động của từng dây chuyền, Cơ cấu chấp hnh
có thể l các động cơ một chiều, xoay chiều, các cánh tay thủy lực khí nén.

10
1.1.2 Cấu trúc v chức năng của các thnh phần trong dây chuyền dập
nút chai

Hình 1.1c: Sơ đồ khối chức năng của dây chuyền dập nút chai
a) Bảng điều khiển trung tâm
Có nhiệm vụ điều khiển quá trình vận hnh của dây truyền ở hai chế
độ tự động (auto) hoặc bằng tay (manual). Bảng điều khiển trung tâm gồm
có các bộ phận nh l các nút ấn, công tắc.

Bảng điều khiển dây chuyền dập nút chai.


Bộ xử
lý
trung
tâm
(plc)
Khối
hiển th
ị
Bảng điều

khiển trung
tâm
Khối cảm biến
(Senso)
Công tắc hnh
trình

Mạch
động
lực
Cơ cấu
chấp
hnh(Động
cơ 1 chiều)

11
* Nút ấn:
Nút ấn còn gọi l nút điều khiển, l loại khí cụ điện dùng để đóng
ngắt từ xa các thiết bị điện từ khác nhau, các dụng cụ báo hiệu, chuyển đổi
các mạch điện điều khiển, tín hiệu, liên động, bảo vệở mạch điện một
chiều điện áp đến 440V v v mạch điện xoay chiều điện áp đến 500V tần
số 50, 60 Hz.


Hình 1.2a: Cấu tạo nút ấn. Hình 1.2b: Hình chụp thực tế nút ấn.
* Công tắc:
L loại khí cụ điện đóng ngắt dòng điện bằng tay kiểu hộp, dùng để
đóng, ngắt, đổi nối không thờng xuyên mạch điện có công suất không lớn
(dòng điện đến 400A, điện áp một chiều 220V v điện áp xoay chiều
380V).

Công tắc đổi nối kiểu hộp thờng lm cầu dao tổng cho các máy
công cụ, dùng lm đổi nối, khống chế trong các mạch điện tự động. Nó
cũng đợc dùng lm mở máy đảo chiều quay, hoặc đổi nối dây quấn stato
động cơ từ sao (Y) sang tam giác ().

12


Hình 1.3: Cấu tạo công tắc.
Hình vẽ mô tả hình dạng của một công tắc. Khi xoay núm 4, nhờ hệ
thống lo xo nằm trong 5 xoắn lại, lực lò xo sẽ lm quay trục 7, các tiếp
điểm động 2 gắn trên trục 7 sẽ chém vo các tiếp điểm tĩnh 1. Lực ép tiếp
điểm ở đây nhờ lực đn hồi của má tiếp điểm động. Mỗi pha đợc ngăn
cách với nhau bằng tấm cách điện 6. Các tấm cách điện 3 đợc lm bằng
vật liệu cách điện, mục đích lm cho các tiếp điểm động chuyển động dễ
dng.
b) Cảm biến (Sensor):
L thiết bị cảm biến dùng để phát hiện chai v đếm số chai trong dây
chuyền. Trong dây truyền sử dụng loại cảm biến thu phát quang E3S-
DS30E4 của hãng OMRON. Có thể điều chỉnh đợc khoảng cách từ 30 cm
đến 10cm thông qua núm vặn trên cảm biến. Cảm biến l kiểu NPN với 2
chân nguồn (nguồn nuôi có thể cho phép từ 10 ữ 30 VDC) v 1 chân tín
hiệu âm. Trong đó dây nâu (Brown) dây nối với dơng (+) nguồn, dây xanh
(Blue) nối đất v dây đen (Black) l chân tín hiệu ra (Out). Trên cảm biến
có một đèn báo nguồn (mu xanh) v một đèn bo phát hiện vật (mu đỏ).
Dây tín hiệu của senso ta nối thẳng vo cổng vo của PLC, không phải
thông qua điện trở, vì trong đầu vo của PLC đã treo sẵn điện trở.

13

Hình 1.4a: Mạch ghép nối đầu vo.

Hình1.4b: Hình chụp thực tế cảm biến.
c) Công tắc hnh trình:
Khi cần dừng máy hoặc chuyển đổi trạng thái với độ chính xác cao
(0,3 đến 0,7 mm) thì sử dụng loại công tắc hnh trình tế vi. Hình vẽ l cấu
tạo của một kiểu công tắc hnh trình tế vi.

14

Hình 1.5: Cấu tạo của công tắc hnh trình.
d) Cơ cấu chấp hnh:
Tuỳ các nhiệm vụ cụ thể m cơ cấu chấp hnh có thể thực hiện
chuyển động thẳng hoặc chuyển động quay. Trong dây chuyền ny sử dụng
tổng cộng l 7 cơ cấu chấp hnh( 7 động cơ 1 chiều ), cụ thể nh sau:
Động cơ1: Chạy băng chuyền.
Động cơ2: Thực hiện chuyển động lên, xuống của tay máy.
Động cơ3: Thực hiện chuyển động quay của tay máy.
Động cơ4: Thực hiện chuyển động vặn nút của tay máy.
Động cơ5: Thực hiện chuyển động gắp mở nút.
Đông cơ 6&7: Thực hiện việc định vị chai để kẹp nút.
e) Mạch động lực
IRF540
Q1
R3
1K
5 V
12 V
R2
10K

RELAY
3
4
5
6
8
7
1
2
R1
10K
5 V
Cong DK 1
R2
1K
VCC Relay
D2
DL4001/CYL
C1 104
Cong DK 2
C1
104
MOTOR
1
2
R4
1K
D1
DIODE
Q2

C1815
Octo 1
1
24
3
Octo 2
1
24
3
VCC Motor

Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý mạch lực điều khiển động cơ.

15
Chức năng của mạch lực l cung cấp điện, điều khiển đảo chiều v
điều khiển tốc độ cho động cơ một chiều chấp hnh. Mạch sử dụng loại rơle
8 chân. Chân 1 v chân 2 dùng để điều khiển cuộn hút rơle. Hai bộ tiếp
điểm riêng biệt (bộ 3,4,5 v bộ 6,7,8) trong đó 3,4 v 6,8 l các cập tiếp
điểm thờng kín, 3,5 v 6,7 l các cặp tiếp điểm thờng hở. Trong mạch
còn sử dụng 1 transistor công suất lớn IRF 540, một trasistor loại nhỏ
C1815, hai bộ cách ly quang v các điện trở tụ điện.
Bộ cách ly quang thực chất l một cặp Led thu phát đợc gắn cố định
với nhau. Khi Led phát không có dòng chạy qua tức l chân 1 đợc nối lên
5V qua điện trở 1K , còn chân 2 nối với cổng điều khiển ở mức cao 5V thì
bên Led thu có điện trở rất cao, mạch không thông. Còn khi cổng điều
khiển ở mức thấp 0V thì có dòng điện chạy qua Led phát, nhờ đó Led thu
nhận đợc ánh sáng v có điện trở rất thấp, nối thông mạch. Nh vậy việc
truyền tín hiệu giữa 2 phía của bộ cách ly hon ton dựa trên hiện tợng
quang điện nên không bị ảnh hởng bởi các nhiễu xung điện, vì thế nó đã
lm nhiệm vụ cách ly phần mạch điều khiển với phần mạch lực nơi có rất

nhiều nhiễu.
Các trạng thái hoạt động của động cơ:
Cổng điều khiển1 Cổng điều khiển 2 Động cơ
1 0 Thả trôi
1 1 Thả trôi
0 1 Chạy thuận
0 0 Chạy nghịch


*Rơle điện từ
Rơle điện từ lm việc trên nguyên lý điện từ: Nếu đặt một vật bằng
vật liệu sắt từ (gọi l phần ứng hay nắp từ) trong từ trờng do cuộn dây có
dòng điện chảy qua sinh ra. Từ trờng ny sẽ tác dụng lên nắp từ một lực

16
lm nắp chuyển động. Lực hút điện từ có quan hệ F =
2
2

Ki
. Vậy lực hút
điện từ F tỉ lệ nghịch với bình phơng chiều di kẽ hở v tỷ lệ thuận với
bình phơng dòng điện.

Hình 1.7: Nguyên lý cấu tạo của rơle điện từ.
1 Cuộn dây; 2 Mạch từ; 3 Lò xo nhả; 4 Hệ thống tiếp điểm; 5 Cữ chặn.
Trong dây truyền sử dụng loại rơle điện từ một chiều LY2N của hãng
OMRON. Với chức năng lm thnh phần trong mạch động lực điều khiển
động cơ, có nhiệm vụ đóng mở các tiếp điểm để cấp điện hoặc đảo chiều
động cơ. Rơle có 8 chân hai cặp tiếp điểm thờng kín v hai cặp tiếp điểm

thờng hở. Điện áp tiêu thụ 12 VDC. Dòng tiêu thụ 75 mA. Điện trở cuộn
dây 160. Độ tự cảm cuộn dây lúc không hoạt động l 0,73H, lúc hoạt
động l 1,37H. Điện áp nhỏ nhất để đóng l 80% điện áp định mức. Điện áp
lớn nhất để nhả l 10% điện áp định mức. Điện áp chịu đợc lớn nhất l
110% điện áp định mức. Công suất tiêu thụ khoảng 0,9W. Tiếp điểm có khả
năng chịu đợc điện áp 240VAC v 28VDC, dòng 10A (các thông số ny
đợc đo đạc v tính toán trong điều kiện nhiệt độ 23
0
C).

17

f) Động cơ một chiều DC motor .
Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt vì vậy
động cơ 1 chiều đợc dùng nhiều trong các ngnh công nghiệp có yều cầu
cao về điều chỉnh tốc độ. Hơn thế nữa nó còn có u điểm l đơn giản v dễ
dng trong thiết kế bộ điều khiển tốc độ động cơ (giá thnh bộ điều khiển
tốc độ rẻ).
Nhợc điểm của động cơ một chiều so với động cơ xoay chiều l giá
thnh đắt hơn, sử dụng nhiều kim loại mu hơn, chế tạo v bảo quản cổ góp
phức tạp. Không tin cậy khi điều khiển động cơ ở tốc độ thấp. Nhng do u
điểm của nó nên động cơ một chiều vẫn còn có một tầm quan trọng nhất
định trong sản xuất.
Chức năng động cơ điện l một loại máy chuyển đổi từ điện năng
sang cơ năng.
* Cấu tạo
Kết cấu chủ yếu của động cơ 1 chiều có thể phân thnh hai thnh
phần chính l phần tĩnh (stator) v phần quay (rotor).

18

Hình 1.8: Sơ đồ cấu tạo của động cơ một chiều.
* Điều chỉnh vận tốc trong động cơ một chiều
Các động cơ một chiều thờng đợc sử dụng trong các máy có độ
chính sác cao nên yều cầu về điều chỉnh đợc vận tốc êm trơn trong phạm
vi nhất định trở nên hết sức cần thiết. Muốn vậy, ngời ta tác động vo một
đại lợng no đó trong mạch điện. Vận tốc quay của động cơ một chiều phụ
thuộc vo nguồn cung cấp U, điện trở dây quấn phần ứng R
u
v từ thông
cực từ .
n =

e
uu
C
RIU .


n : vận tốc động cơ.
U: điện áp nguồn đặt vo phần ứng.
I
u
: dòng điện phần ứng.
C
e
: Hệ số, phụ thuộc cách quấn dây phần ứng
Từ đó có thể điều chỉnh động cơ bằng các cách :

19

Thay đổi điện áp nguồn cung cấp U. Khi điện nguồn vo tăng động
cơ quay nhanh. Khi điện áp nguồn giảm, động cơ quay chậm. Phơng pháp
ny cho phép điều chỉnh trơn trong một phạm vi rộng lại không gây tổn hao
năng lợng vô ích, giữ nguyên độ cứng của đờng đặc tính cơ nên thờng
đợc sử dụng trong máy cắt gọt kim loại. Để điều khiển đợc tốc độ phải
cần có bộ nguồn thay đổi nh máy phát điện một chiều, bộ nắn điện hay
mạch điều chỉnh điện tử, nên vốn đầu t cơ bản v chi phí vận hnh cao.







Thay đổi điện trở dây quấn phần ứng R
u
bằng cách đấu nối tiếp với
nó một biến trở. Khi điện trở tăng, động cơ quay chậm. Khi điện trở giảm,
động cơ quay nhanh. Phơng pháp ny cho khả năng điều chỉnh trơn, dễ
thực hiện do thiết bị thay đổi đơn giản.






Thay đổi từ thông cực từ bằng cách thay đổi dòng kích từ. Khi
dòng kích từ tăng, động cơ quay chậm. Khi dòng kích từ giảm động cơ
quay nhanh. Phơng pháp ny cho khả năng điều chỉnh trơ v rộng, có thể
điều chỉnh tốc độ vô cấp, tổn hao năng lợng không đáng kể, thiết bị đơn

TN ( U
đm
)
n
0
n
cb
n
1

n
2
n
3

M
n
M
C

U
đm
> U
1
> U
2
> U
3

n
cb
> n
1
> n
2
> n
3

TN
R
f1

R
f2

R
f3

0
M
C

n
3

n
2

n
1

n
cb

n
0

n
M, I
0 < R
f1
< R
f2
< R
f3
n
cb
> n
1
> n
2
> n
3


20
zgiản. Phơng pháp ny đợc dùng để điều chinh tốc độ cho các máy mi
vạn năng, máy bo giờng.

Còn có nhiều phơng pháp để thay đổi tốc độ động cơ nh l, Điều
chỉnh tốc độ bằng hệ thống máy phát - động cơ (F - Đ)
V một trong các phơng pháp hay đợc sử dụng để điều khiển tốc
độ động cơ công suất nhỏ l phơng pháp điều chế bề rộng xung (PWM).







Trong dây truyền sử dụng loại động cơ một chiều 24VDC của hãng
TSUKASA ELECTRIC cho các cơ cấu nh băng tải, cơ cấu nâng hạ, cơ cấu
quay tay máy, cơ cấu xoay nắp chai. V các động cơ một chiều khác cho
các cơ cấu tay kẹp, cơ cấu trục vít di truyển. Trong đó các cơ cấu trục vít di
truyển sử dụng loại động cơ không có hộp số (vì yêu cầu tốc độ di truyển
nhanh do khoảng cách các răng trục vít l tơng đối nhỏ).


Hình 1.9: Hình chụp các loại động cơ sử dụng trong dây chuyền.
T
ủg
T
ng
T
U
tb
U
d
U

t
0


21
1.2 Bộ điều khiển logic khả trình PLC
1.2.1 Khái quát chung về bộ điều khiển logic khả trình
a) Giới hiệu về PLC
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, l thiết bị điều
khiển logic lập trình đợc, hay khả trình, cho phép thực hiện linh hoạt các
thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. PLC l loại
thiết bị điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý, đợc thiết kế chuyên dùng
trong công nghiệp để điều khiển các quá trình từ đơn giản đến phức tạp.
Ngời sử dụng có thể viết chơng trình v biên dịch chơng trình (bằng các
thiết bị lập trình chuyên dụng) rồi nạp vo bộ nhớ PLC. Hoạt động cơ bản
của PLC l kiểm tra tất cả các trạng thái tín hiệu ở ngõ vo, đợc đa về từ
quá trình điều khiển, thực hiện chơng trình trong bộ nhớ v tạo ra tín hiệu
điều khiển các thiết bị bên ngoi. Tuy nhiên cần phải có mạch khếch đại
công suất trung gian khi PLC điều khiển những thiết bị có công suất lớn.
Về phần cứng, PLC tơng tự nh máy tính thông thờng (đợc coi l
máy tính xử lý dữ liệu, chuyên dùng với chức năng sử lý dữ liệu v hiển thị)
trong khi PLC l máy tính điều khiển quá trình, hay còn gọi l máy tính
công nghiệp vì chúng có những đặc điểm thích hợp cho mục đích điều
khiển trong công nghiệp.
b) u điểm của PLC
*Trong ứng dụng điều khiển
- Dễ dng trong lập trình, cho phép nhanh chóng thay đổi chơng trình điều
khiển.
- Ngôn ngữ lập trình truyên dùng, dễ hiểu v dễ sử dụng.
- Khả năng chống nhiễu tốt.

- Có mạng truyền thông cho phép nối mạng ở nhiều cấp độ nhằm đáp ứng
yêu cầu điều khiển v giám sát hệ thống.
- Độ tin cậy cao trong môi trờng khắc nghiệt.

22
*Về phần cứng
- Cấu tạo nhỏ gọn so với nhiều mạch điều khiển tơng đơng.
- Cấu trúc module cho phép dễ dng thay thế, tăng khả năng (nối thêm các
module mở rộng vo/ra) v thêm chức năng chuyên dùng (nối thêm các
module chuyên dùng).
- Đơn giản trong bảo dỡng v sửa chữa
- Việc kết nối dây v mức điện áp tín hiệu ngõ v v ngõ ra đợc chuyển
hóa
- Giá trnh ngy cng thấp.
c) Cấu trúc cơ bản của PLC.
Cấu trúc của PLC gồm có các thnh phần cơ bản:
Khối xử lý trung tâm (Central Procesing Unit CPU)
Bus hệ thống (System Bus)
Khối ghép nối vo/ra (Input/Output Interface)
Bộ nhớ trong (Internal Memory)
Nguồn cung cấp (Power supply)

Hình 1.10: Cấu trúc của PLC.

23
* Khối xử lý trung tâm CPU
Đây l bộ não của hệ thống, có chức năng điều khiển v giám sát
ton bộ hoạt động của hệ thống bằng cách thực hiện tuần tự các lệnh trong
bộ nhớ. Bên trong CPU gồm có các mạch điều khiển, khối thuật toán v
logic, các thanh ghi chuyên dụng v thanh ghi dữ liệu tạm thời. Hoạt động

cơ bản của CPU l: đọc lần lợt từng lệnh từ bộ nhớ, giải mã lệnh, phát tín
hiệu điều khiển các thnh phần khác v xử lý dữ liệu.
* Bus hệ thống
Bus hệ thống phục vụ cho việc chuyền thông tin giữa các thnh phần
trong hệ thống. Thông tin đợc truyền trong hệ thống dới dạng nhị phân.
Bus hệ thống có các bus:
Bus địa chỉ: bus địa chỉ l bus một chiều, khi CPU muốn truy cập đến
một thnh phần no đó thì nó cung cấp địa chỉ của thnh phần đó lên bus
ny, tín hiệu địa chỉ qua bộ giải mã địa chỉ kích hoạt thnh phần tơng
ứng.
Bus dữ liệu: bus dữ liệu l bus hai chiều, dùng để truyền tải dữ liệu
giữa các thnh phần trong hệ thống.
Bus điều khiển: CPU sử dụng bus điều khiển để cung cấp các tín hiệu
điều khiển v nhận các tín hiệu thông báo từ các thnh phần.
* Khối ghép nối vo/ra.
Khối ghép nối vo:
Có các chức năng nhận tín hiệu từ các thiết bị nh các cảm biến,
chuyển mạch biến đổi các tín hiệu vo thnh mức điện áp một chiều, thực
hiện cách ly tĩnh điện nhờ bộ ghép nối quang, tạo tín hiệu logic chuẩn đa
đến các mạch trong PLC.
Do đó mạch ghép nối v
o có các khối sau:
- Bộ biến đổi
- Mạch cách ly tĩnh điện
- Mạch logic

24

Hình 1.11: Sơ đồ mạch ghép nối vo.

Khối đầu tiên nhận tín hiệu từ các cảm biến, chuyển mạch. Nếu tín
hiệu vo l điện áp xoay chiều thì bộ biến đổi chỉnh lu thnh điện áp một
chiều có giá trị nhỏ. Đầu ra của bộ biến đổi không đợc đa trực tiếp đến
các mạch trong PLC nhằm tránh cho nó khỏi ảnh hởng của mạch ngoi.
Phải có mạch cách ly để bảo vệ các mạch trong PLC. Mạch cách ly thờng
sử dụng bộ ghép nối quang
1
2
4
3

Tín hiệu đợc chuẩn hóa về mức logic để đa vo hệ thống

Hình 1.12a: Sơ đồ nguyên lý mạch ghép nối vo.
Khối ghép nối ra:
Khối ghép nối ra hoạt động tơng tự nh khối ghép nối vo: tín hiệu
một chiều chuẩn từ trong PLC qua các mạch biến đổi đến các đầu ra vật lý
cho phép điều khiển trực tiếp các tải một chiều v xoay chiều công suất nhỏ
vởi các mức điện áp khác nhau. Bộ ghép nối quang cũng đợc sử dụng để

25
tránh cho các mạch bên trong PLC khỏi ảnh hởng của các thiết bị bên
ngoi.

Hình 1.12b: Sơ đồ mạch ghép nối vo.
Mạch giao tiếp có thể sử dụng rơle, tranzitor, hoặc triac cho phép nối
trực tiếp PLC với tải công suất nhỏ. Khi nối đầu ra với tải công suất lớn cần
có mạch công suất bên ngoi.
Mạch giao tiếp kiểu rơle: tín hiệu từ PLC đợc sử dụng để điều khiển
rơle, có khả năng chuyển mạch dòng điện lớn trong mạch tải. Ngoi ra rơle

còn có chức nằng cách ly PLC với mạch ngoi. Rơle có khả năng chịu đợc
quá tải trong thời gian ngắn. Nhng có nhợc điểm l tốc độ chuyển mạch
chậm. Mạch rơle đợc sử dụng cho cả tải một chiều v xoay chiều.

Hình 1.13: Mạch giao tiếp kiểu rơle.

Nh vậy, mặc dù các mạch bên trong PLC lm việc với tín hiệu
chuẩn 5V một chiều, nhng nhờ có mạch ghép nối nên có thể nối trực tiếp
PLC với phụ tải một chiều hoặc xoay chiều có các mức điện áp khác nhau.
* Bộ nhớ trong.