ĐỒ ÁN: Ứng dụng PLC S7200 của Siemens điều khiển mô hình phân loại sản phẩm

T r a n g 1 | 41

1
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH VÀ KHÍ NÉN
Số : ……01……
Nhóm : …………6 ……….…… Lớp : TĐH 1
Khoá : ……………………K7………………………… Khoa :…Điện…
Giáo viên hướng dẫn: Tống Thị Lý
NỘI DUNG
Đề tài: Ứng dụng PLC S7-200 của Siemens điều khiển mô hình phân loại sản phẩm
như hình sau:



T r a n g 2 | 41

2
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
Mô tả hoạt động của hệ thống:
- Ấn nút START:
+ Băng tải 1 hoạt động, sản phẩm sẽ phân loại theo bốn mức dựa vào hai
cảm biến( 00, 01, 10, 11)
- Hệ thống sẽ dừng lại khi một trong các điều khiện sau xảy ra:

+Sản phẩm trong 3 STORAGE BIN bằng 100
+Ấn nút dừng
+ Hoặc hệ thống bị lỗi
PHẦN THUYẾT MINH
Yêu cầu về bố cục nội dung:
1: Phân tích yêu cầu công nghệ
- Tìm hiểu và tính chọn các thiết bị trên mô hình (cấu tạo, nguyên lý, sơ
đồ chân )
- Vẽ sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý mạch lực
- Xác định các tín hiệu cần điều khiển
2: Vẽ sơ đồ ghép nối hệ thống với PLC S7 200-CPU 224
- Xác định các biến cần điều khiển
- Lập bảng địa chỉ
- Vẽ sơ đồ đấu dây
3: Thiết lập lưu đồ thuật toán
4: Viết chương trình điều khiển trên PLC S7 200-CPU 224

Yêu cầu về thời gian :
Ngày giao đề 04/5/2015 Ngày hoàn thành : 07/6/2015

TRƯỞNG BỘ MÔN Giáo viên hướng dẫn






T r a n g 3 | 41

3

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay trong công nghiệp hiện đại hóa đất nước, yêu cầu ứng dụng hiện đại hóa
ngày càng cao vào đời sống sinh hoạt, sản xuất ( yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt,
tiện lợi, gọn nhẹ…). Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triển
nhanh chóng làm xuất hiện một loạt thiết bị lập trình khả dụng PLC.
Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đặt được số lượng sản phẩm lớn,
nhanh mà lại tiện lợi về kinh tế. Các Công ty, xí nghiệp sản xuất thường sử dụng công
nghệ PLC, sử dụng các loại phần mềm tự động. Dây chuyền sản xuất sử dụng PLC giảm
sức lao động công nhân mà đem lại hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội.
Qua bài tập đồ án môn học PLC VÀ KHÍ NÉN, chúng em sẽ giới thiệu một phân nhỏ
về thiết bị ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH PLC và ứng dụng của nó trong hoạt động sản
xuất thực tế.
Đề tài gồm những nội dung sau:
CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ
CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ GHÉP NỐI HỆ THỐNG VỚI PLC S7-200
CHƯƠNG III: THIẾT LẬP LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN
CHƯƠNG IV: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
Chúng em xin cảm ơn Cô Tống Thị Lý, đã giúp đỡ, chỉ bảo tận tình, để chúng em
hoàn thiện bài hơn. Trong quá trình làm việc, tính toán, thiết kế, lập trình…vì chưa có
kinh nghiệp thực tế nên chắc chắn sẽ có nhiều thiếu sót, Chúng em rất mong được sự
góp ý của Cô, để bài viết của chúng em được hoàn thiện hơn… Chúng em trân thành
cảm ơn Cô !





T r a n g 4 | 41

4
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
CHƯƠNG I
PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ VÀ TÍNH
CHỌN THIẾT BỊ

I) GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ.
1.1) PHÂN TÍCH CHỌN ĐỘNG CƠ KÉO BĂNG TẢI.
1) Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều.
Trong mô hình, vì sử dụng truyền động băng tải dây đai và không yêu cầu tải
trọng lớn nên không cần động cơ có công suất lớn. Với yêu cầu khá đơn giản của băng
tải như là:
- Băng tải chạy liên tục, có thể dừng khi cần.
- Không đòi hỏi chính xác, tải trọng băng tải nhẹ.
- Dễ điều khiển, giá thành rẻ.
Vì vậy cần sử dụng loại động cơ một chiều có công suất nhỏ, khoảng 20-40W,
điện áp vào là 12-24V.
Động cơ điện một chiều là động cơ hoạt động với dòng điện một chiều. Động cơ
điện một chiều được dùng rất phổ biến trong nghiệp và ở những thiết bị cần điều khiển
tốc độ quay liên tục trong một phạm vi hoạt động.
Động cơ điện một chiều trong dân dụng thường là các dạng động cơ hoạt động với
điện áp thấp, dùng với những tải nhỏ. Trong côngnghiệp, động cơ điện một chiều sử
dụng ở những nơi yêu cầu momen mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng
phẳng và trong phạm vi rộng.




T r a n g 5 | 41

5
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ





Hình 1: Một số động cơ điện 1 chiều trong thực tế
a) Cấu tạo động cơ điện một chiều
 Stato (phần cảm): Gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là vỏ
máy. Các cực từ chính có dây quấn kích từ.
 Rotor (phần ứng): Gồm lõi thép và dây quấn phần ứng. Lõi thép hình trụ,
làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày khoảng 0.5mm, phủ sơn cách điện
ghép lại. Mỗi phần tử của dây quấn phần ứng có nhiều vòng dây, 2 đầu với
2 phiến góp, 2 cạnh tác dụng của phần tử dây quấn trong 2 rãnh dưới 2 cực
khác tên.
 Cổ góp: gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng
hình trụ, gắn ở đầu trục rotor.
 Chổi than: làm bằng than graphit. Các chổi tỳ chặt lên cổ góp nhờ lò xo
và giá chổi điện gắn trên nắp máy.

Hình 2: Cấu tạo động cơ điện 1 chiều

T r a n g 6 | 41

6
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
b) Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Khicho điện áp 1 chiều U vào 2 chổi than A và B, trong dây quấn phần ứng có
dòng điện I

ư
. Các thanh dẫn ab, cd có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực F
đt
tác
dụng làm cho rotor quay. Chiều của lực được xác định theo quy tắc bàn tay trái. Khi
phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn ab, dc sẽ đổi chỗ cho nhau do có
phiến góp đổi chiều dòng điện, giừ cho chiều lực tác dụng không đổi. Khi động cơ quay,
các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động E
ư
. Chiều sức điện động xác định
theo quy tắc bàn tay phải, ở động cơ điện 1 chiều thì sức điện động Eu- ngược chiều với
dòng điện I
ư
nên Eu- còn gọi là sức phản điện động.
1.2) PHÂN TÍCH VÀ TÍNH CHỌN BĂNG TẢI
Các thiết bị vận tải liên tục thường dùng để vận chuyển thể hạt, cục kích thước
nhỏ, chuyên chở các chi tiết ở dạng thành phẩm và bán thành phẩm, chở hành khách
theo một cung đường nhất định không có trạm dừng ở giữa đường. Thiết bị vận tải liên
tục bao gồm: băng chuyền, băng gầu, thang chuyền. Các thiết bị vận tải liên tục có năng
suất cao so với các phương tiện khác, nhất là ở các vùng núi hay địa hình phức tạp.
Đối với bài toán cụ thể này, chúng ta sẽ chọn thiết bị vận tải là băng chuyền.
Băng chuyền là thiết bị vận tải dùng đế chuyên chở các vật thành phẩm hay bán
thành phẩm trong các phân xưởng, nhà máy sản xuất theo dây chuyền theo phương nằm
ngang hoặc theo mặt phắng nghiêng (góc nghiêng không lớn lắm). Trong đồ án này
chúng ta chọn băng tải theo phương nằm ngang.
Tấm băng là bộ phận mang tải chủ yếu của băng tải, đắt tiền nhưng có nguy cơ
chóng hỏng nhất. Yêu cầu tấm băng phải có độ bền kéo và độ bền uổn, độ đàn hồi và
dãn dài nhỏ, có khả năng chống cháy và chổng mòn tốt.
Đối với bộ truyền có công suất nhỏ ta chọn tấm băng làm vải dệt từ sợi bông, bề
rộng của tấm băng bằng 40 mm nên chọn sổ lớp bằng 1.

Trục tang được làm bằng vật liệu thép Cacbon C
45

σ
b
= 600 N/mm; σ
ch
= 300N/mm; HB=200
Đường kính trục tang D = K.Z
Với K - là hệ số tỷ lệ. K=30

T r a n g 7 | 41

7
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
Z – là số lớp lõi. Z=1
Suy ra D = 30 mm
Tấm đỡ có tác dụng chịu lực, chọn tấm đỡ là vật liệu bằng gỗ, có kích thước là
60x450x10.

1.3) PHÂN TÍCH CƠ CẤU ĐẨY VÀ TÍNH CHỌN
Gồm có piston xylanh thủy lực và khí nén, thực chất đây là một loại động cơ thủy
lực(khí nén) dùng đế biến đối thế năng của dầu (khí nén) thành cơ năng, thực hiện
chuyển động thẳng hoặc chuyển động vòng không liên tục. piston xylanh được dùng rất
phố biến trên các thiết bị có cơ cấu chấp hành chuyển động thẳng đi về. xylanh thủy lực
có kết cấuđơn giản, nhưng có khả năng thực hiện một công suất lớn, làm việc ổn định và
giải quyết vấn đề chắn khít tương đối đơn giản. So với hệ thống thủy lực, hệ thống khí
nén có công suất nhỏ hơn nhưng có nhiều ưu điểm hơn như:
o Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén
nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ.

o Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, nên có the trích chứa
khí nén rất thuận lợi.
o Không khí dùng để nén, hầu như có số lượng không giới hạn và có thể thải
ra ngược trở lại bầu khí quyến.
o Hệ thống khí nén sạch sẽ, dù cho có sự rò rỉ không khí nén ở hệ thống ống
dẫn, do đó không tồn tại mối đe dọa bị nhiễm bấn.
o Chi phí nhở đế thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phần
lớn trong các xí nghiệp, nhà máy đã có sẵn đường dẫn khí nén.
o Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo, nên tính nguy
hiếm của quá trình sử dụng hệ thống truyền động bằng khí nén thấp.
o Các van khí nén phù hợp một cách lý tưởng đối với các chức năng vận hành
logic, và do đó được sử dụng đế điều khiển trình tự phức tạp và các máy
móc phức hợp.


T r a n g 8 | 41

8
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
Với bài toán này chúng ta sẽ chọn xilanh đơn:
 Xilanh đơn: áp lực khí nén chỉ tác dụng vào một phía của xilanh, phía còn lại
do ngoại lực hoặc lò xo tác dụng.
Ký hiệu:



a. Chiều tác dụng ngược lại do ngoại lực b. chiều tác dụng ngược do lò xo

 Tính chọn Xilanh-pittong
Dùng cơ cấu xilanh-pittong để đẩy sản phẩm ra khỏi băng tải. Điều khiển bằng khí nén.

Ta có: F≥F
ms max
.
Trong đó : F : là lực đẩy của pittong
F
ms max
là lực ma sát lớn nhất giữa bề mặt sản phẩm và tấm băng.
F
ms max
= 1,7 (N)
Suy ra : F ≥ 1,7 ↔ P.A ≥ 1,7 ↔ P.∏.d
2
/4 ≥ 1,7
↔ d ≥ √




Với d : là đường kính của pittong.
P : là áp suất của khí nén, chọn P = 2.

(N/m
2
)
Suy ra d ≥ 0.0033 (m)
Chọn pittong có hành trình là 100 mm.
 Tính chọn van điều khiển
Với mô hình hệ thống như trên, áp dụng vào đó chúng ta sẽ chọn Van 3 cửa 2 vị
trí thường đóng để điều khiển cấp khí cho các xilanh.
Van 3 cửa 2 vị trí: Các van này có cửa vào, cửa ra và cửa xả khí. Khi mất nguồn

thì cửa ra được nối với cửa xả khí. Khi có nguồn thì cửa vào được nối với cửa ra. Các
van này được sử dụng cho các xilanh tác động đơn.
Ta sẽ chọn van có tác động bằng nam châm điện, sử dụng điện áp xoay chiều
220VAC.

T r a n g 9 | 41

9
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ



Cụ thể hoạt động như sau : Ta có cửa số 3 là cửa cấp nguồn khí. Khi có điện tác
động vào nam châm điện số 4, lò xo sẽ đẩy van và khí được thông ra cửa số 6 ( cửa số 3
sẽ thông với cửa số 6) lúc này khí được cấp đẩy xi lanh. Khi nam châm điện mất điện,
nhờ lực lò xo mà tác động van về vị trí ban đầu, cửa 3 sẽ nối với cửa số 5 để xả khí.

1.4) NÚT NHẤN
1) Khái niệm nút nhấn
Nút ấn còn gọi là nút điều khiến là 1 loại khí cụ điện điều khiến bằng tay, dùng để
điều khiến từ xa các khí cụ điện đóng cắt bằng điện từ, điện xoay chiều, điện 1 chiều
hạ áp, các dụng cụ báo hiệu và cũng để chuyến đổi các mạch điện điều khiển, tín
hiệu liên động bảo vệ
Nút ấn thường dùng để khởi động, dừng và đảo chiều quay các động cơ điện bằng
cách đóng cắt các cuộn dây nam châm điện của công tắc tơ, khởi động từ.

2) Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Nút ấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường mở và thường đóng và
vỏ bảo vệ. khi tác động vào nút ấn, các tiếp điểm chuyền trạng thái và khi không còn tác

T r a n g 10 | 41

10
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
động, các tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu.
Nút ấn thường đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút ấn. các loại nút ấn
thông dụng có dòng điện định mức là 5A, điện áp ổn định mức là 400V, tuổi thọ điện
đến 200.000 lần đóng cắt, tuổi thọ cơ đến 1000000 đóng cắt. nút ấn màu đỏ thường dùng
để đóng máy, màu xanh để khởi động máy.


Hình 3: Nút ấn trong thực tế

1.5) CẢM BIẾN QUANG.
1) Khái niệm
Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận, biến đổi các đại lượng vật lý và các đại
lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo và xử lỷ được.
Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính chất điện (như nhiệt độ,áp suất,
vận tốc, gia tốc, độ ẩm ) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất
điện (như điện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng…) chứa đựng thông tinchophép
xác định giá trị của đại lượng cần đo. Đặc trưng (s) là hàm của đạilượngcần đo (m):
S=F(m)

T r a n g 11 | 41

11
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
Người ta gọi (s) là đại lượng đầu ra hoặc là phản ứng của cảm biến, (m) là đại
lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc là đại lượng cần đo). Thông qua đo đạc (s)
cho phépnhận biết gá trị của (m).

Phương trình của cảm biến được viết như sau : Y = f(X)
Trong đó: X- đại lượng không điện cần đo
Y- đại lượng điện sau chuyển đổi
2) Cảm biến quang điện
Cảm biến quang điện bao gồm 1 nguồn phát quang và 1 bộ thu quang. Nguồn
quang sử dụng LED hoặc LASER phát ra ánh sáng thấy hoặc không thấy tùy theo
bước sóng. Một bộ thu quang sử dụng diode hoặc transitor quang. Ta đặt bộ thu và
phát sao cho vật cần nhận biết có thể che chắn hoặc phản xạ ánh sáng khi vật xuất
hiện.
Ánh sáng do LED phát ra được hội tụ qua thấu kính. Ở phần thu ánh sáng từ
thấu kính tác động đến transitor thu quang. Nếu có vật che chắn thì chùm tia sẽ
không tác động đến bộ thu được. Sóng dao động dùng để bộ thu loại bỏ ảnh
hưởng của ánh sáng trong phòng. Ánh sáng của mạch phát sẽ tắt và sáng theo tần
số mạch dao động. Phương pháp sử dụng mạch dao động làm cho cảm biến thu
phát xa hơn và tiêu thụ ít công suất hơn.
Lựa chọn điện áp cấp cho cảm biến phải phù hợp với điện áp của mạch điều
khiển. Do mạch điều khiển kết nối với bộ điều khiển PLC nên điện áp của cảm
biến là 24 VDC.

Hình 4: Sensor KEYENCE PZ-M51P của hãng Keyence

T r a n g 12 | 41

12
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
Mẫu
PZ-M51P
Loại
Thu phát độc lập
Khoảng cách phát hiện

10 m
Cài đặt khoảng cách
―
Nguồn sáng
Đèn LED màu đỏ
Điều chỉnh độ nhạy
Tụ tinh chỉnh 1 vòng (230°)
Thời gian đáp ứng
Tối đa 1,5 ms
Chế độ vận hành
BẬT-SÁNG/BẬT-TỐI (công tắc có thể lựa chọn)
Đèn báo
Ngõ ra và nguồn: Đèn LED màu cam, Vận hành ổn định: Đèn LED màu xanh lá cây
*2

Ngõ ra điều khiển
NPN: Cực đại 100 mA (24 V)/PNP: Cực đại 100 mA (24 V), Điện áp dư: Tối đa 1 V
Màn hình kỹ thuật số
―
Mạch bảo vệ
Cực tính ngược, bảo vệ quá dòng, bộ chống sét hấp thụ
Định mức
Điện áp nguồn
12 đến 24 VDC ±10%, Độ gợn (P-P): Tối đa 10%, Loại 2
Dòng điện tiêu thụ cho Bộ
khuếch đại
T: Cực đại 24 mA , R: Cực đại 27 mA
Khả năng chống chịu với
môi trường
Chỉ số chống chịu thời

tiết cho vỏ bọc
IP67
Độ chói môi trường xung
quanh khi vận hành
Đèn bóng tròn tối đa 5.000 lux
*3
, Ánh sáng mặt trời: Tối đa 20,000 lux
Nhiệt độ xung quanh khi vận hành
-20 đến +55°C, không đóng băng
Độ ẩm tương đối
35 đến 85% RH (không ngưng tụ)
Chống chịu rung
10-55 Hz, 1,5 mm biên độ kép theo các hướng X, Y, và Z, 2 giờ tương ứng
Chống chịu va đập
1000 m/s
2
theo hướng X, Y, và Z, 6 lần tương ứng.
Vỏ bọc
Chất dẻo gia cường sợi thủy tinh
Phụ kiện
―
Khối lượng
T: Xấp xỉ 50 g
R: Xấp xỉ 50 g (Gồm dây cáp 2 m)

1.6) PLC S7-200
1) Giới thiệu chung.
Các thành phần của kĩ thuật điều khiển của điện và điện tử ngày càng đóng
một vai trò vô cùng to lớn trong lĩnh vực tự động hóa ngày càng cao. Trong những
năm gần đây, bên cạnh việc điều khiển bằng Relay và khởi động từ thì việc điều

khiển có thể lập trình được càng phát triển với hệ thống đóng mạch điện tử và lập
trình bằng máy tính. Trong nhiều lĩnh vực các loại điều khiển cũ đã được thay đổi
bởi các bộ điều khiển có thể lập trình được. có thể gọi là các bộ điều khiển logic
khả trình, viết tắt trong tiếng anh là PLC (Programmable Logic Controller).
Sự khác biệt giữa logic khả trình (thay đổi được quy trình hoạt động) và
điều khiển theo kết nối cứng (không thay đổi được quy trình hoạt động): sự kết
nối dây không còn nữa thay vào đó là chương trình.

T r a n g 13 | 41

13
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
Có thể lập trình cho PLC bằng các ngôn ngữ lập trình đơn giản đặc biệt đối
với người sử dụng không cần nhờ vào các ngôn ngữ lập trình khó khăn, cũng có
thể lập trình PLC được nhờ vào các liên kết logic đơn giản.
Như vậy thiết bị PLC làm nhiệm vụ thay thế phần mạch điều khiển trong
khâu xử lí số liệu. nhiệm vụ của sơ đồ mạch điều khiển sẽ được xác định bởi một
số hữu hạn các bước thực hiện xác định gọi là chương trình. Chương trình này mô
tả các bước thực hiển gọi một tiến trình điều khiển tiến trình này được lưu vào bộ
nhớ nên được gọi là điều khiển theo lập trình nhớ hay điều khiển khả trình. Trên
cơ sở sự khác nhau ở khâu xử lí số liệu có thể biểu diễn 2 hệ điều khiển như sau:
Khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển thì người ta thay đổi mạch điều khiển:
Lắp lại mạch thay đổi các phần tử mới ở hệ điều khiển bằng relay điện.
Trong khi đó khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển ở hệ điều khiển logic khả trình
PLC thì người ta chỉ thay đổi chương trình soạn thảo.

* Cấu tạo:

Module CPU 224-AC/DC/RLY

T r a n g 14 | 41

14
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ

- Kích thước (W x H x D): 120,5 x 80 x 62
- Khối lượng: 410 g
- Công suất tiêu thụ: 9 W
- Nguồn cấp 120/220 VAC
- Đầu vào số: 14 đầu x 24VDC
- Đầu ra số: 10 đầu ra dạng rơle, 2A
- Có 6 bộ đếm tốc độ cao 20 kHz
- 2 bộ tạo xung 20 kHz
- Bộ nhớ chương trình 8 kB
- Bộ nhớ dữ liệu 5 kB
- Có thể quản lí được 7 modul mở rộng vào/ra ( 256 đầu số ); 16 đầu vào và 16
đầu ra tương tự.
- Có 256 bộ định thời, 256 bộ đếm
- 1 cổng RS-485
* Nguyên lý làm việc
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.
PLC thực chất chạy bằng mã máy với hệ thống số nhị phân, do đó tốc độ
quét vòng chương trình có thể đạt đến vài phần ngàn giây, các Software dùng để
lập trình PLC tích hợp cả phần biên dịch. Các dòng lệnh khi lập trình chúng ta
đưa từ chương trình vào thì trình biên dịch sẽ chuyển đổi sang mã máy và ghi
từng bit “0” hay bit “1” lên đúng vào vị trí có địa chỉ đã được quy ước trước trong

PLC lên PC được thực thi xảy ra ngược lại và trình biên dịch đã làm xong nhiệm
vụ của mình trước khi trả chương trình lên Monitor

T r a n g 15 | 41

15
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường
tìn 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 điều 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 trạng 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 địnhthời,
đồng hồ của hệ thống.
* Vòng quét của chương trình:
PLC thực hiện các công việc (bao gồm cả chương trình điều khiển) theo chu trình
lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét (scancycle). Mỗi vòng quét được bắt
đàu bằng việc chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là

giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét, chương trình được thực
hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB1.
Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộ
đệm ảo Q tới các cổng ra số. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn xử lý các
yêu cầu truyền thông (nếu có) và kiểm tra trạng thái của CPU. Mỗi vòng quét có
thể mô tả như sau:









T r a n g 16 | 41

16
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
Chú ý: Bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng vào/ra tương tự nên các lệnh
truy nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ không thông qua
bộ đệm.
Thời gian cần thiết để cho PLC thực hiện được một vòng quét được gọi là thời
gian vòng quét (Scan time). Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng
quét nào cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Có vòng quét được
thực hiện lâu, có vòng quét được thực hiện nhanh tuỳthuộc vào số lệnh trong chương
trình được thực hiện, vào khối lượng dữ liệu truyền thông. Trong vòng quét đó. Như vậy
giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượngđể xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiển đến
đối tượng có một khoảngthời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét. Nói cách khác,
thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khiển trong

PLC. Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao.
Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt, ví dụ khối OB40,
OB80, Chương trình của các khối đó sẽ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện
tín hiệu báo ngắt cùng chủng loại. Các khối chương trình này có thể thực hiện tại mọi
vòng quét chứ không phải bị gò ép là phải ở trong giai đoạn thực hiện chương trình.
Chẳng hạn một tín hiệu báo ngẵt xuất hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền thông và
kiểm tra nội bộ, PLC sẽ tạm dừng công việc truyền thông, kiểm tra, để thực hiện ngắt
như vậy, thời gian vòng quét sẽ càng lớn khi càng có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong
vòng quét. Do đó để nâng cao tính thời gian thực cho chương trình điều khiển, tuyệt đối
không nênviết chương trình xử lý ngắt quá dài hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế độ
ngắt trong chương trình điều khiển.
Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp
với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ nhớ đệm của cổng trong vùng nhớ tham số. Việc
truyền thông giữa bộ đêm ảo với ngoại vi trong giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU
quản lý. Ở một số modul CPU, khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng
mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện với cổng vào/ra.











T r a n g 17 | 41

17

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
* Sơ đồ đấu chân PLC 224-AC/DC/PLY



T r a n g 18 | 41

18
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
II) THIẾT KẾ ĐỘNG LỰC HỌC VÀ KẾT CẤU MÁY.
(Tham khảo tài liệu: Thiết kế hệ thống phân loại và đếm sản phẩm theo kích thước.)
2.1) TÍNH TOÁN THÔNG SỐ ĐỘNG HỌC TOÀN MÁY
 Năng suất làm việc của máy: Q (T/h)
 Tốc độ vận chuyển: V=0.05 (m/s)
 Chiều dài băng chuyền: L=1 (m)
 Góc nghiêng mặt đáy: β=0 (độ)
 Độ cao vận chuyển của băng chuyền: H=0 (m)
 Lực đẩy của xilanh: F (N)




t
động cơ

L

Năng suất làm việc của động cơ được tính theo công thức:
Q = 0,36.G.V/t (1)
G là trọng lượng của sản phẩm cần phân loại: G = 2 (N)

V là vận tốc băng chuyền: V = 0,05(m/s)
t là khoảng cách giữa hai sản phẩm : t = 0,1(m)
Thay số vào công thức (1) ta được :
Q = 0,36.2.0,05/0,1 = 0,36 (T/h)
Lực đẩy của xilanh F : F > F
ms max

Với Fms max là lực ma sát lớn nhất giữa bề mặt tiếp xúc của sản phẩm với
băng chuyền :
F
ms max
= k.N (2)

T r a n g 19 | 41

19
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
Với ‘k’ là hệ số ma sát giữa bề mặt sản phẩm với băng chuyền.
Chọn k= 0,85
N là phản lực của băng chuyền với sản phẩm.
N = G = 2 (N)
Thay số vào công thức (2) ta được : F
ms max
= 0,85 . 2 = 1,7 (N)

2.2) TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC TOÀN HỆ THỐNG BĂNG TRUYỀN
VÀ ĐỘNG CƠ, XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT.
1) Tính toán công suất dẫn động cho thiết bị vận tải.
Máy vận chuyển vật liệu trong khoảng L (m), độ cao H (m), năng suất là Q (T/h) thì
công suất dẫn động là:

N = Q.(H+c.L)/(360. η )(kw) (3)
Trong đó c=1,3 là hệ số cản chuyển động.
η = η
1
. 


. η
3
(4)
η
Là hiệu suất chung của toàn máy.
η
1
Là hiệu suất của bộ truyền bánh răng η
1
= 0,95
η
2

Là hiệu suất của một ổ bi η
2
= 0,99
η
3

Là hiệu suất của băng chuyền η
3
= 0,75
Thay vào công thức (4) ta được :

η = 0,95 . 0,99
2
. 0,75 = 0,6983
ta thay vào công thức số (3) ta được :
N = 0,36 . (0+1,3 . 1)/(360 . 0,6983) = 0,0019 (kw)
2) Tính toán động lực học toàn máy
a). Tính toán công suất trên các trục
N
1
(trục động cơ) = 0.01 (kw)
N
2
= N
1
. η
1
= 0,01 . 0,95 = 0,0095 (kw)
N
3
= N
2
. 


. η
3
= 0,0095 . 0,99
2
.0,75 = 0,006983 (kw)

T r a n g 20 | 41

20
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
b). Tính momen xoắn trên các trục.
M
i
= 0,955 . 10
6
. N
i
/n
i
(kw)
Với:

n
2
= n
1
. i
br
= 60 .


= 30 (vòng/phút)
n
3

= n
2
. 1 = 30 . 1 = 30 (vòng/phút)
M
1
= 9,55 . 10
6
. 0,01/60 = 1591 (N.m)
M
2
= 9,55 . 10
6
. 0,0095/30 = 3024,1667 (N.m)
M
3
= 9,55 . 10
6
. 0,006983/30 = 2222,9217 (N.m)




c). Tính đường kính trục sơ bộ.
d
i
≥ c .





(mm)
trong đó c : hệ số tính đường kính trục sơ bộ. chọn c = 100
d
1
= 100 .




= 5,5 (mm) ta chọn d
1
= 6 (mm)
d
2
= 100 .




= 6,82 (mm) ta chọn d
2
= 7 (mm)
d
3
= 100 .




= 6,15 (mm) ta chọn d

3
= 6 (mm)








N
Là công suất trên các trục (kw)
n
Là số vòng quay trên các trục (vòng/phút)
n
1
= 60 (vòng/phút)

T r a n g 21 | 41

21
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
III) SƠ ĐỒ KHỐI VÀ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH LỰC.
3.1) SƠ ĐỒ KHỐI.

Chức năng các khối :
1. Khối thiết bị ngoại vi : lập trình chương trình điều khiển và hiển thị.
2. Khối đầu vào: cung cấp các tín hiệu đầu vào cho PLC.
3. Khối nguồn : bộ nguồn điện áp cung cấp cho toàn bộ hệ thống.
4. Khối chấp hành : thực thi các chương trình điều khiển từ PLC.
5. PLC : thu nhận, xử lý và xuất các tín hiệu điều khiển.





Khối thiết bị ngoại vi:
Máy tính, bộ lập trình
PLC
Đầu vào:
Cảm biến,
nút ấn
Khối nguồn
Khối chấp hành:
Động cơ, Xi-lanh

T r a n g 22 | 41

22
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
3.2) SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH LỰC.
1) Đối với xi-lanh.

CYLINDER 1 CYLINDER 2 CYLINDER 3





X1 X2 X3






220 VAC

P
X1
X2
X3
XL1
XL3
XL2

T r a n g 23 | 41

23
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
2) Đối với động cơ điện một chiều.




IV) CÁC TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN
Trong hệ thống này ta xác định được các tín hiệu cần điều khiển bao gồm:
 Nút ấn: ON, OFF
 Cảm biến: SENSOR 1, SENSOR 2.
 Van điện.
 Động cơ chạy băng tải.


T r a n g 24 | 41

24
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
CHƯƠNG II:
SƠ ĐỒ GHÉP NỐI HỆ THỐNG VỚI PLC S7-200

2.1) CÁC BIẾN CẦN ĐIỀU KHIỂN.
Dựa vào mô hình phân loại sản phẩm như giới thiệu ở đầu bài, ta có thể xác định
được các biến cần điều khiển.
Các cuộn hút X1 của xi-lanh 1, X2 của xi-lanh 2,X3 của xi-lanh 3 và động cơ.
Trong chương trình điều khiển là các tiếp điểm để khép mạch lần lượt là: XL1, XL2,
XL3 và DC.

1 2 3 4
DC
DC
DC
DC
DC
XL1
XL1
XL1
XL1
XL1
XL2
XL2
XL2
XL2
XL2
XL3
XL3

XL3
XL3
XL3

Mô tả hoạt động:
 Khi ấn nút ON1 thì động cơ chạy băng tải bắt đầu chạy và dừng khi nhận
tín hiệu dừng lại.
 Trong trường hợp khi S1 không có tín hiệu nhưng S2 có tín hiệu thì khi đó
tiếp điểm XL1 nhận được tín hiệu và đóng lại, X1 có điện và cùng lúc đó
xi-lanh được đẩy ra ngay lập tức, kết thúc quá trình đẩy ra X1 ngắt điện nhờ
timer, xi-lanh rụt về nhờ lò xo.
 Tương tự, nếu trong trường hợp khi cả hai cảm biến S1, S2 có tín hiệu thì
tiếp điểm XL3 nhận được tín hiệu và đóng lại, X3 có điện và cùng lúc đó
xi-lanh được đẩy ra ngay lập tức, kết thúc quá trình đẩy ra X3 ngắt điện nhờ
timer, xi-lanh rụt về nhờ lò xo.
 Tương tự, nếu trong trường hợp khi S1 có tín hiệu nhưng S2 không có tín
hiệu thì tiếp điểm XL2 nhận được tín hiệu và đóng lại, X2 có điện và cùng
lúc đó xi-lanh được đẩy ra ngay lập tức, kết thúc quá trình đẩy ra X2 ngắt
điện nhờ timer, xi-lanh rụt về nhờ lò xo.
 Khi counter báo tràn hay nút nhấn OFF1 tác động thì toàn bộ hệ thống dừng
lại ngay lập tức.

T r a n g 25 | 41

25
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
2.2) BẢNG ĐỊA CHỈ.

Symbol
Add
Comment
INPUTS
ON1
I0.0
Mở hệ thống.
OFF1
I0.1
Đóng hệ thống.
CB1
I0.2
Cảm biến 1
CB2
I0.3
Cảm biến 2
OUTPUTS
XL1
Q0.0
Xi-lanh 1
XL2
Q0.1
Xi-lanh 2
XL3
Q0.2

Xi-lanh 3
DC
Q0.4
Động cơ chạy băng tải.