Nghiên cứu điều khiển băng chuyền phân loại mạch in trong dây chuyền sản xuất mạch in điện tử

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ





KHUẤT ĐƢ́C DƢƠNG

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BĂNG CHUYỀN
PHÂN LOẠI MẠCH IN TRONG DÂY CHUYỀN
SẢN XUẤT MẠCH IN ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠ HỌC KỸ THUẬT

Hà Nội - 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ





KHUẤT ĐƢ́C DƢƠNG

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BĂNG CHUYỀN
PHÂN LOẠI MẠCH IN TRONG DÂY CHUYỀN
SẢN XUẤT MẠCH IN ĐIỆN TỬ
NGÀNH: CƠ HỌC KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: CƠ HỌC KỸ THUẬT
MÃ SỐ: 60.52.01.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠ HỌC KỸ THUẬT

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Pha ̣m Ma ̣nh Thắ ng

Hà Nội - 2015


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. XÂY DỰNG MÔ HÌNH DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI MẠCH IN VÀ
LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN ................................................................. 2

1.1 Xây dựng mô hình dây chuyền phân loại mạch in ...................................... 2
1.1.1 Mô hiǹ h dây chuyề n .................................................................................................. 2
1.1.2 Các chức năng chính .................................................................................................. 3

1.2 Nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng của băng chuyề n........................................................ 4
1.3 Mục tiêu về kỹ thuật của hệ thống ............................................................... 5
1.4 Cấ u hin
̀ h chung bô ̣ điề u khiể n PLC............................................................. 5
1.4.1 Cấu trúc của PLC (Programmable Logic Controller - gọi tắt là PLC): ..................... 5
1.4.2 Hoạt động của PLC ................................................................................................... 6
1.4.3 Các bit đầu vào trong PLC và các tín hiệu điện bên ngoài ........................................ 7
1.4.4 Các bit đầu ra trong PLC và các thiết bị điện bên ngoài ........................................... 7
1.4.5 Các địa chỉ bộ nhớ trong CP1L/1H ........................................................................... 7

1.5 Màn hình cảm ứng Graphic Panel SBD0 và giao thức truyền thông .......... 8

1.5.1. Đặc điểm: GP 2480 SBD0 ........................................................................................ 8
1.5.2 Kích thƣớc ................................................................................................................. 9
1.5.3. Thông số kỹ thuật ..................................................................................................... 9
1.5.4 Mô tả các phần ......................................................................................................... 12
1.5.5 Giới thiệu giao thức truyền thông nối tiếp............................................................... 13
1.5.6 Chuẩn giao tiếp RS232 ............................................................................................ 13
1.5.7 Chuẩn giao tiếp RS485 ............................................................................................ 16

1.6 Động cơ AC servo ..................................................................................... 17
1.6.1 Cấu tạo ..................................................................................................................... 17
1.6.2 Nguyên lý hoạt động ............................................................................................... 19
1.6.3 Các đặc tính của động cơ servo ............................................................................... 19

1.7 Động cơ bƣớc............................................................................................. 21
1.7.1 Cấu tạo ..................................................................................................................... 21
1.7.2 Nguyên lý hoạt động ............................................................................................... 21

1.8 Cảm biến quang điê ̣n ................................................................................. 22
1.8.1 Đặc điểm .................................................................................................................. 22
1.8.2 Thông số kỹ thuâ ̣t .................................................................................................... 22
1.8.3 Sơ đồ ngõ ra điề u khiể n ........................................................................................... 24

CHƢƠNG 2: CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA HỆ THỐNG.................................25

2.1 Giới thiệu về băng truyền .......................................................................... 26


2.2 Sơ đồ khối phần cứng hệ thống dây chuyền phân loại mạch in ................ 27
2.3 Nguyên tác hoạt động ................................................................................ 28
2.4 Các thành phần trong hệ thống dây chuyền phân loại mạch in ................. 31

2.4.1. PLC Panasonic FP0R ............................................................................................. 31
2.4.2 Driver và động cơ AC servo .................................................................................... 32
2.4.3 Driver và động cơ bƣớc .......................................................................................... 33
2.4.4 Màn hình điều khiển ................................................................................................ 34
2.4.5 Cảm biến .................................................................................................................. 35
2.4.6 Khối nguồn .............................................................................................................. 35
2.4.7 Sơ đồ kết nối phần cứng .......................................................................................... 37

CHƢƠNG 3: PHẦN MỀM VÀ CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HÊ ̣ THỐNG........ 43

3.1 Điều khiển động cơ bƣớc ........................................................................... 43
3.1.1 Sơ đồ điều khiển ...................................................................................................... 43
3.1.2 Một số hàm điều khiển ............................................................................................ 43

3.2 Điều khiển động cơ servo .......................................................................... 47
3.2.1 Sơ đồ điều khiển ..................................................................................................... 47
3.2.2 Các hàm sử dụng trong chƣơng trình ...................................................................... 47

3.3 Đầu vào ra PLC FP0R ............................................................................... 48
3.3.1 Đầu vào của PLC ..................................................................................................... 48

3.4 Lập trình màn hình cảm ứng Graphic Panel SBD0 ................................... 50
3.4.1 Giới thiệu phần mềm lập trình GP Editor 4............................................................. 50
3.4 Chƣơng trình điều khiển ............................................................................................. 56

3.5 Lƣu đồ giải thuật điều khiển hệ thống ....................................................... 59
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ ĐA ̣T ĐƢỢC .......................................................................... 60


Danh mục hình vẽ

Hình 1.1 Mô hình dây chuyề n ......................................................................................... 2
Hình 1.2 Nguyên lý ghép kết hợp sản suất ...................................................................... 3
Hình 1.3 Nguyên lý kiể m tra lỗi ma ̣ch in ........................................................................ 4
Hình 1.4 Sơ đồ cấu trúc cơ bản của một bộ PLC ............................................................ 5
Hình 1.5 Lƣu đồ thƣ̣c hiê ̣n trong PLC ............................................................................. 6
Hình1.6 Các bít đầu vào .................................................................................................. 7
Hình 1.7 Các bit đầu ra và thiết bị điện bên ngoài .......................................................... 7
Hình 1.8 Ký hiệu địa chỉ dạng Bit ................................................................................... 8
Hình 1.9 Kích thƣớc Graphic Panel SBD0..................................................................... 9
Hình 1.10 Mô tả các phần của Graphic Panel SBD0 .................................................... 12
Hình 1.11 Cổng giao tiếp RS 232 .................................................................................. 13
Hình 1.12 Sơ đồ chân cable tín hiệu RS232 .................................................................. 15
Hình 1.13 Hình ảnh của động cơ AC servo đƣợc bán trên thị trƣờng .......................... 17
Hình 1.14 Stator của động cơ servo. ............................................................................. 18
Hình 1.15 Encoder tuyệt đối .......................................................................................... 18
Hình 1.16 Encoder loại số gia ....................................................................................... 19
Hình 1.17 Nguyên lý hoạt động của động cơ servo ...................................................... 19
Hình 1.18 Cấu tạo động cơ bƣớc. .................................................................................. 21
Hình 1.19 Điều khiển động cơ bƣớc bằng xung ............................................................ 22
Hình 1.20 Sơ đồ điề u khiể n ngõ ra ................................................................................ 24
Hình 1.21 Sơ đồ kế t nố i ................................................................................................. 25
Hình 1.22 Chế đô ̣ hoa ̣t đô ̣ng .......................................................................................... 25
Hình 2.1 Nguyên lý ghép dòng mạch in........................................................................32
Hình 2.2 Nguyên lý kiểm tra lỗi mạch in ...................................................................... 27
Hình 2.3 Sơ đồ điều khiển của băng chuyền ................................................................. 27
Hình 2.4 Chế độ điều khiển bằng tay ............................................................................ 29
Hình 2.5 Chế đô ̣ tƣ̣ đô ̣ng ............................................................................................... 29
Hình 2.6 Lƣu đồ giải thuật điều khiển ........................................................................... 30
Hình 2.7 PLC FP0R – C32 CT ..................................................................................... 31
Hình 2.8 Động cơ và driver servo sử dụng trong băng chuyền ..................................... 32

Hình 2.9 Động cơ bƣớc 5 pha AH8K ............................................................................ 33
Hình 2.10 Driver động cơ bƣớc ngũ giác KR-5MC ...................................................... 33
Hình 2.11 Màn hình điều khiển GP-2480 .................................................................... 34
Hình 2.12 Cảm biến quang sử dụng trong băng chuyền ............................................... 35
Hình 2.13 Sơ đồ khối nguồn .......................................................................................... 36
Hình 2.14 Sơ đồ lắp đặt khối nguồn .............................................................................. 37


Hình 2.15 Rơ-le 8 chân .................................................................................................. 37
Hình 2.16 Rơ-le 14 chân................................................................................................ 38
Hình 2.17 Rơ-le cách ly ................................................................................................. 38
Hình 2.18 Sơ đồ kết nối driver secvo ............................................................................ 39
Hình 2.19 Servo CN X5 - PLC ...................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 2.21 Kết nối step driver KR – 5MC ..................................................................... 41
Hình 2.22 Kế t nố i PLC .................................................................................................. 42
Hình 3.1 Sơ đồ điề u khiể n ............................................................................................. 43
Hình3.2 Hàm đếm tốc độ cao F166 ............................................................................... 44
Hình 3.3 Hàm phát xung ............................................................................................... 44
Hình 3.4 Hàm phát xung PWM F170 ............................................................................ 45
Hình 3.5 Biểu đồ thời gian hàm Timer .......................................................................... 45
Hình 3.6 Ví dụ về hàm Timer ....................................................................................... 46
Hình 3.7 Sơ đồ điều khiển của băng chuyền ................................................................. 47
Hình 3.8 Code điều khiển .............................................................................................. 50
Hình 3.9 Khởi tạo Project .............................................................................................. 51
Hình 3.10 Thiết lập loại PLC ........................................................................................ 52
Hình 3.11 Thiết lập các tham số cơ bản ........................................................................ 53
Hình 3.12 Màn hình khởi động GP Editor .................................................................... 54
Hình 3.13 Kết nối GP với máy tính ............................................................................... 55
Hình 3.14 Khai báo cổng truyền thông nối tiếp ............................................................ 56
Hình 3.15 Khai báo tốc độ truyền và dữ liệu bit ........................................................... 57

Hình 3.16 Quá trình truyền tải dữ liệu .......................................................................... 58
Hình 3.17 Màn hình GP sau khi đã nạp code ................................................................ 58
Hình 3.18 Lƣu đồ giải thuâ ̣t .......................................................................................... 59
Hình 4.1 Sơ đồ tổ ng thể ma ̣ch điề u khiể n ..................................................................... 61
Hình 4.2 Driver đô ̣ng cơ Servo và driver động cơ bƣớc ............................................... 61
Hình 4.3 Thiế t bi ̣băng chuyề n ...................................................................................... 62


Danh mục bảng biểu
Bảng 2.1 Đặc điểm kỹ thuật của Graphic Panel SBD0 ................................................... 8
Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật của Graphic Panel SBD0 ................................................... 9
Bảng 2.3 Chức năng các chân cổng COM 9 ................................................................. 15
Bảng 2.4 Các thông số của RS485 ................................................................................ 16
Bảng 3.1 Tham số của hàm Timer................................................................................. 46
Bảng 3.2 Các hàm sử dụng trong chƣơng trình ............................................................. 48


DANH MỤC KÝ HIỆU – VIẾT TẮT
Ký hiệu

Ý nghĩa

PLC

Bộ điều khiển logic lập trình – Programable logic controller

PCB
GP

Mạch in – Printed Circuit Board

Graphic Panel


LỜI CẢM ƠN
Trƣớc tiên, em xin gửi lời tri ân sâu sắc nhất tới thầy giáo hƣớng dẫn PGS. TS. Phạm
Mạnh Thắng, thầy đã không quản khó khăn vất vả, tận tình chỉ bảo, giúp đỡ em hoàn
thành luận văn này. Em cũng gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô trong bộ môn đã
hết sức nhiệt tình hƣớng dẫn và giúp đỡ em trong quá trình làm luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm của nhà trƣờng và các thầy cô trong khoa Cơ
học kỹ thuật và Tự động hóa đã tận tình dìu dắt, tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em
trong suốt thời gian học tập tại trƣờng.
Sau cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và bạn bè đã luôn ủng hộ, động viên
giúp em hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 14 tháng 05 năm 2014
Sinh viên
Khuất Đức Dƣơng


LỜI CAM ĐOAN
Luâ ̣n văn tốt nghiệp là kết quả, kiến thức mà em đã thu nhận đƣợc trong quá trình rèn
luyện, học tập tại trƣờng. Em xin cam đoan luâ ̣n văn đƣợc hoàn thành bằng quá trình
học tập, nghiên cứu, tích lũy và nỗ lực của bản thân em.
Trong luâ ̣n văn này em có sử dụng một số tài liệu, datasheet và một số trang web đều
đƣợc đƣa ra ở phần Tài liệu tham khảo.
Hà Nội, ngày 15 tháng 03 năm 2015
Sinh viên
Khuấ t Đƣ́c Dƣơng

MỞ ĐẦU
Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài:
Những năm gần đây cùng sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế nƣớc ta đã đặt
ra một vấn đề thời sự và cấp bách. Đó là việc nghiên cứu, chế tạo các sản phẩm điện
tử-cơ điện tử mang thƣơng hiệu Việt Nam nhằm từng bƣớc thay thế các sản phẩm
nhập ngoại. Trong quá trình thiết kế và phát triển các sản phẩm điện tử-cơ điện tử, các
cơ sở nghiên cứu đang phải đối mặt với nhiều khó khăn và một trong số đó là việc sản
xuất mạch in cho các sản phẩm thử nghiệm. Lý do chính là các sản phẩm thử nghiệm
chỉ mang tính chất đơn chiếc và thƣờng phải thay đổi trong thiết kế trong khi yêu cầu
về chất lƣợng mạch in vẫn phải đƣợc đảm bảo. Với dây chuyền sản xuất mạch in quy
mô phòng thí nghiệm, những yêu cầu đặt ra cho sản phẩm thử nghiệm sẽ hoàn toàn
đƣợc đáp ứng. Không những thế, với chi phí đầu tƣ ban đầu không lớn, việc ứng dụng
dây chuyền sản xuất mạch in trong thực tế và phát triển các sản phẩm điện tử-cơ điện
tử Việt Nam là một giải pháp đúng cho các cơ sở nghiên cứu, các phòng thí nghiệm,
hay các đơn vị sản suất mạch in trong nƣớc. Suất phát từ những yêu cầu thực tế nhƣ
vậy đề tài đặt ra mục tiêu: “NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BĂNG CHUYỀN PHÂN
LOẠI MẠCH IN TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT MẠCH IN ĐIỆN TỬ”.
Nội dung của đề tài, các vấn đề cần giải quyết:
Nghiên cứu cấu hình vi xử lý PLC của Panasonic và lựa chọn các modul thích
hợp ứng dụng trong đề tài.
Nghiên cứu đặc tính kỹ thuật các loại động cơ Servo, động cơ bƣớc nhằm ứng
dụng trong đề tài.
Thiết kế chế tạo phần cứng của thiết bị.
Xây dựng phần mềm điều khiển cho PLC, Servo driver và modul truyền thông
với các thiết bị ngoại vi khác.
Lắp ráp thiết bị và vận hành thiết bị theo đúng yêu cầu đặt ra.


2
CHƢƠNG 1. XÂY DỰNG MÔ HÌNH DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI MẠCH IN

VÀ LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN
1.1 Xây dựng mô hình dây chuyền phân loại mạch in
Những năm gần đây cùng sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế nƣớc ta đã đặt
ra một vấn đề thời sự và cấp bách. Đó là việc nghiên cứu, chế tạo các sản phẩm điện
tử-cơ điện tử mang thƣơng hiệu Việt Nam nhằm từng bƣớc thay thế các sản phẩm
nhập ngoại và đặc biệt các sản phẩm côn g nghê ̣ cao , sản phẩm thông minh , tƣ̣ đô ̣ng
hóa đang là một nhu cầu b ức thiết. Tuy nhiên để sản x uấ t đƣơ ̣c nhƣ̃ng sản phẩ m nhƣ
vâ ̣y ngành công nghê ̣ chế ta ̣o ma ̣ch in cũng song song phát triể n để đáp ƣ́ng nhu cầ u
sản xuấ t các thiế t bị máy móc thông minh . Tƣ̀ nhu cầ u đó em xâ y dƣ̣ng mô hin
̀ h dây
chuyền phân loa ̣i ma ̣ch in nhằ m góp phầ n tăng năng suấ t lao đô ̣ng và ta ̣o ra quy trình
kín trong sản xuấ t ma ̣ch in PCB.
1.1.1 Mô hình dây chuyền
Thiế t bi băng
chuyề n ma ̣ch in
̣

Đầu vào
băng chuyề n

Khố i xƣ̉ lý trung
tâm: Thu tín hiêụ
và xuấ t tín hiêụ
điề u khiể n

Màn hình điều
khiể n

Khố i
Sensor

Ngƣời điề u khiể n

Hình 1.1 Mô hin
̀ h dây chuyề n
Khố i xƣ̉ lý trung tâm : Khố i xƣ̉ lý trung tâm có chƣ́c năng thu thâ ̣p dƣ̃ liê ̣u tƣ̀
các
senso và nhâ ̣n tín hiê ̣u điề u khiể n tƣ̀ màn hình cảm ứng cũng nhƣ đƣa ra tí n hiê ̣u điề u
khiể n cho băng chuyề n .
Khố i cảm biế n : Có nhiê ̣m vu ̣ xác định vị trí, kích thƣớc… của băng chuyề n và gửi tín
hiệu về vi xƣ̉ lý PLC.


3
Màn hình điều khiển : Có nhiê ̣m vu ̣ giao tiế p giƣ̃a con ngƣời và hê ̣ thố ng dễ dàng
hơn. Từ màn hình điều khiển con ngƣời đƣa các tín hiệu điều khiể n, hiển thi ̣chế đô ̣
làm việc của hệ thống.
Băng chuyề n: Có chức năng vận chuyển mạch in PCB theo tín hiệu từ khối vi xử lý .
1.1.2 Các chức năng chính
Trong ngành công nghiệp sản xuất hiện nay băng chuyền đƣợc sử dụng rất rộng
rãi, các dây chuyền đóng bao bì, dây chuyền chai lo.. tuy nhiên trong sản xuất mạch in
băng chuyền đƣợc sử dụng với hai mục đích cụ thể:
Kết hợp hoặc tách sản phẩm mạch in trong sản xuất mạch in nhằm đạt hiệu quả
và năng suất cao trong sản xuất mạch in.
Có thể kết hợp với máy kiểm tra mạch in tự động để phân loại các mạch in bị lỗi
hoặc không bị lỗi và đƣa các mạch in lỗi về phân vùng sửa chữa hoặc loại bỏ.
PCB

PCB

Kiểm tra lỗi
mạch in

Máy hàn
linh kiện

Băng
chuyển

Sản
phẩm

PCB

Kiểm tra lỗi
mạch in

Máy hàn
linh kiện

Hình 1.2 Nguyên lý ghép kết hợp sản xuất


4

PCB

Băng
chuyền

Mạch
lỗi

Loại

PCB

Máy kiểm
tra lỗi

Sản
phẩm

Máy
hàn linh
kiện

Tốt

Hình 1.3 Nguyên lý kiể m tra lỗi ma ̣ch in
1.2 Nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng của băng chuyề n
Băng chuyền nhâ ̣n tiń hiê ̣u điề u khiể n tƣ̀ khố i xƣ̉ lý thông qua các đô ̣ng cơ điề u
khiể n vi ̣trí hay khoảng cách băng chuyề n cho phù hơ ̣p với kích t hƣớc của ma ̣ch in , tƣ̀
băng chuyề n đầ u vào và chuyể n chúng sang các khâu tiế p theo có thể máy hàn
. Tuy
nhiên trong quá trình vâ ̣n chuyể n ma ̣ch in thì băng chuyền có thể kế t hơ ̣p với máy
kiể m tra lỗi . Nế u ma ̣ch in bi ̣lỗi hê ̣ thố n g sẽ tƣ̣ đô ̣ng đƣa ma ̣ch bi ̣lỗi ra khu vƣ̣c sƣ̉
chƣ̃a hoă ̣c loa ̣i bỏ chúng, nế u ma ̣ch in không bị lỗi băng chuyề n vâ ̣n chuyể n chúng đế n
các khâu tiếp theo tạo thành qu y trin
̀ h khép kin

́ trong sản x uấ t các sản p hẩ m hay trong
dây chuyên sản xuấ t ma ̣ch in ta ̣o ra năng suấ t và chất lƣợ ng cao trong sản x uấ t. Con
ngƣời giao tiế p với hê ̣ thố ng thông qua màn hin
̀ h điề u khiể n để đƣa ra các tin
́ hiê ̣u điề u
khiể n. Ngoài ra màn hình điều khiển sẽ hiển thị các chức năng h ay các thông số của hê ̣
thố ng. Để băng chuyề n hoa ̣t đô ̣ng tố t thì nhiê ̣m vu ̣ của khố i cảm biế n rấ t quan tro ̣ng
nhờ khố i cảm biế n xác định vị trí và khoảng cách của băng chuyền. Từ đó khố i xƣ̉ lý
có thể đƣa ra tín hiệu điều khiển chin
̉ h băng chuyề n cho
́ h xác cho đô ̣ng cơ để điề u chin
phù hợp.


5
1.3 Mục tiêu về kỹ thuật của hệ thống
Do nhu cầu hiện nay về sản xuất linh kiện điện tử cũng nhƣ sản phẩm công nghệ
cao về cơ điện tử thì ngành công nghiệp sản xuất mạch in PCB đang phát triển mạch
mẽ cùng với nhu cầu nhƣ vậy đề tài đặt ra một số mục tiều về kỹ thuật:
Lựa chọn động cơ servo và động cơ bƣớc phù hợp.
Xây dựng phần mềm điều khiển PLC trong băng chuyền.
Thiết kế thành công phần cứng hệ thống.
Chế tạo thành công sản phẩm băng chuyền phân loại mạch in với hai chế độ tự
động và chế độ bằng tay.
Kết hợp với các modul hay băng chuyền khác để tạo thành dây chuyền khép kín
trong sản xuất mạch in: Ví dụ máy kiểm tra mạch, ghép dòng mạch in.
1.4 Cấ u hin
̀ h chung bô ̣ điề u khiể n PLC
1.4.1 Cấu trúc của PLC (Programmable Logic Controller - gọi tắt là PLC):
Về cơ bản, PLC có thể đƣợc chia làm 5 phần chính nhƣ sau :

1. Phần giao diện đầu vào (Input)
2. Phần giao diện đầu ra (Output)
3. Bộ xử lý trung tâm (CPU)
4. Bộ nhớ dữ liệu và chƣơng trình (Memory)
5. Nguồn cung cấp cho hệ thống (Power Supply)

Hình 1.4 Sơ đồ cấu trúc cơ bản của một bộ PLC


6
Nguồn cung cấp (Power Supply): Biến đổi điện cung cấp từ bên ngoài thành
mức thích hợp cho các mạch điện tử bên trong PLC (thông thƣờng là 220VAC Æ
5VDC hoặc 12VDC).
Phần giao diện đầu vào: Biến đổi các đại lƣợng điện đầu vào thành các mức tín
hiệu số (digital) và cấp vào cho CPU xử lý.
Bộ nhớ (Memory): Lƣu chƣơng trình điều khiển đƣợc lập bởi ngƣời dùng và các
dữ liệu khác nhƣ cờ, thanh ghi tạm, trạng thái đầu vào, lệnh điều khiển đầu ra,... Nội
dung của bộ nhớ đƣợc mã hoá dƣới dạng mã nhị phân.
Bộ xử lý trung tâm (CPU): Tuần tự thực thi các lệnh trong chƣơng trình lƣu
trong bộ nhớ, xử lý các đầu vào và đƣa ra kết quả kết xuất hoặc điều khiển cho phần
giao diện đầu ra (output).
Phần giao diện đầu ra: thực hiện biến đổi các lệnh điều khiển ở mức tín hiệu số
bên trong PLC thành mức tín hiệu vật lý thích hợp bên ngoài nhƣ đóng mở rơle, biến
đổi tuyến tính số-tƣơng tự,..
Thông thƣờng PLC có kiến trúc kiểu module hoá với các thành phần chính ở trên
có thể đƣợc đặt trên một module riêng và có thể ghép với nhau tạo thành một hệ thống
PLC hoàn chỉnh. Riêng loại Micro PLC nhƣ CPM1/2(A) và CP1L/1H là loại tích hợp
sẵn toàn bộ các thành phần trong một bộ
1.4.2 Hoạt động của PLC
Dƣới đây là lƣu đồ thực hiện bên trong PLC, trong đó 2 phần quan trọng nhất là

Thực hiện chƣơng trình và cập nhật đầu vào ra. Quá trình này đƣợc thực hiện liên tục
không ngừng theo một vòng kín gọi là scan hay cycle hoặc sweep. Phần thực hiện
chƣơng trình gọi là program scan chỉ bị bỏ qua khi PLC chuyển sang chế độ
PROGRAM.

Hình 1.5 Lƣu đồ thƣ̣c hiê ̣n trong PLC


7
1.4.3 Các bit đầu vào trong PLC và các tín hiệu điện bên ngoài

Hình1.6 Các bít đầ u vào
Các bit trong PLC phản ánh trạng thái đóng mở của công tắc điện bên ngoài nhƣ
trên hình. Khi trạng thái khoá đầu vào thay đổi (đóng/mở), trạng thái các bit tƣơng ứng
cũng thay đổi tƣơng ứng (1/0). Các bit trong PLC đƣợc tổ chức thành từng word; ở ví
dụ trên hình, các khoá đầu vào đƣợc nối tƣơng ứng với word 000.
1.4.4 Các bit đầu ra trong PLC và các thiết bị điện bên ngoài

Hình 1.7 Các bit đầu ra và thiết bị điện bên ngoài
Trên hình 4 là ví dụ về các bit điều khiển đầu ra của PLC. Các bit của word 0100
(từ 100.00 đến 100.15) sẽ điều khiển bật tắt các đèn tƣơng ứng với trạng thái ("1" hoặc
"0") của nó.
1.4.5 Các địa chỉ bộ nhớ trong CP1L/1H
Các địa chỉ dạng bit trong trong PLC đƣợc biểu diễn dƣới dạng nhƣ sau :


8

Hình 1.8 Ký hiệu địa chỉ dạng Bit
Trong đó tiền tố là ký hiệu của loại địa chỉ bộ nhớ. Ví dụ : SR cho Special Relay,

LR cho Link Relay, IR cho Internal Relay,... Riêng vùng nhớ Internal Relay và CIO là
các bit vào ra I/O không cần có tiền tố IR hay CIO khi tham chiếu. Special Relay cũng
thƣờng đƣợc coi là Internal Relay và không cần có tiền tố. Ví dụ : 000.00 là bit thứ
nhất của word 000 000.01 là bit thứ hai của word 000
1.5 Màn hình cảm ứng Graphic Panel SBD và giao thức truyền thông [6]


Màn hình cảm ứng Graphic Panel SBD

1.5.1. Đặc điểm: GP 2560 SBD0
Bảng 2.1 Đặc điểm kỹ thuật của Graphic Panel SBD0
Series

GP

Graphic Panel

Độ phân giải

2560

240 x 80 điểm

Loại màn hình

SB

Màn hình xanh

Loại nguồn

D

24VDC

Cổng nối tiếp

0

RS232, RS422

1

2 cổng của RS232C


9
1.5.2 Kích thước

Hình 1.9 Kích thƣớc Graphic Panel SBD0
1.5.3. Thông số kỹ thuật
Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật của Graphic Panel SBD0
Model

GP – 2560 – SBD

GP – 2480 – SBD1

LCD

STN Blue Negative

Độ phân giải

240 x 80 điểm

Diện tích hiển thị

112.8 x 37.6 (mm)

Màu sắc

Đơn màu ( xanh, trắng)

Góc quan sát

30 độ so với hƣớng quay

Đèn

Led trắng

Tuổi thọ pin

3 năm ở 25 độ

Truyền thông nối tiếp

RS232C, RS422

Thiết bị ứng dụng

PLC, Máy in, Máy đọc mã vạch

Phần mềm thiết kế

GP Editor

Bộ nhớ

512kb

Font

6 x 8, 8 x 8 ASCII, chất lƣợng số cao
8 x 16 ký tứ ASCII, 16 x 16 ký tự vùng


10
Các hình hiển thị

Đƣờng thẳng, hình chữ nhật, đƣờng tròn, chữ, biểu
đồ

Hiển thị số

Hiển thị trên thiết bị nhƣ giá trị các số hệ 10, 16, 8,
nhị phân, số thực

Màn

hình
sử Hiển thị ASCII
dụng

Hiển thị thiết kế trên thiết bị giá trị ký tự ASCII

Hiển thị thời gian

Hiển thị giá trị thời gian, ngày hiện tại

Lịch sử

Ghi lại lịch sử thực hiện

Danh sách báo động Hiển thị toàn bộ danh sách báo động
Hiển thị bình luận

Hiển thị bình luận đƣợc thiết kế trên thiết bị về trạng
thái và giá trị

Đèn

Hiển thị trạng thái của đèn

Hiển thị nhiệm vụ

Hiển thị trạng thái và giá trị đƣợc thiết kế

Biều đồ đƣờng

Hiển thị giá trị và độ gãy của đƣờng

Biểu đồ quạt

Hiển thị giá trị thời gian với biểu đồ hình quạt

Biểu đồ vạch

Hiển thị giá trị thiết bị với biểu đồ vạch

Biểu đồ thống kê

Hiển thị giá trị số đƣợc truyền với biểu đồ

Bảng đo

Hiển thị giá trị của bảng đo trên thiết bị

Touch key

Màn hình đƣợc bấm, tin nhắn, giá trị bit đƣợc chỉ
định thi bấm

Đầu vào số

Cấu hình đầu vào trong thiết bị

Đầu vào ASCII

Cấu hình giá trị mã ASCII trong thiết bị

Hàm thông tin hệ Màn hình, điều khiển hoạt động GP từ PLC
thống
Hàm phƣơng pháp

Đọc, viết dữ liệu từ PLC

Hàm bảo vệ

Ngƣời sử dụng có thể quan sát những dữ liệu quan


11
trọng
Hàm đọc mã vạch

Kết nối mã vạch và đọc mã vạch

Hàm báo động

Có tin nhắn báo động khi có tín hiệu xấu từ PLC

Thời gian hoạt động Chỉ định bit ON/OFF cho thiết kế ngày và thời gian
Màn hình xen kẽ

Hoạt động của các màn hình khác đƣợc xen kẽ nhau

Hàm quan sát trạng Thay đổi giá trị thiết bị PLC
thái
Hệ Màn hình

thống
màn Kênh kết nối
hình

Thời gian hiện tại

Màn hình kết nối PLC và thay đổi trạng thái
Cấu hình kết nối thiết bị của cổng nối tiếp CH1, CH2,
editor, máy in, mã vạch
Chỉ định thời gian

Xóa dữ liệu ngƣời Xóa dữ liệu ngƣời dùng
dùng
Cấu hình, key chỉ Thiết kế hình dạng, chỉ định vị trí của key trong màn
định
hình
Đèn báo

ON/OFF

Công tắc màn hình

Chỉ định thời gian khi nguồn đƣợc bật

Đèn

Chỉ định thời gian đèn tắt khi không có hoạt động

Độ sáng

Độ sáng của màn hình LCD

Truyền dữ liệu

Hiển thị quá trình truyền dữ liệu (download, upload)
giữa PLC và Editor)

Công tắc thời gian

Chỉ định thời gian bật công tắc

In ngoài

In lịch sử báo lỗi với máy in

Màn hình cơ sở

Hiển thị tiêu đề và số mà hình ngƣời dùng tạo ra

Màn hình window

Hiển thị tiêu đề, số của màn hình mà ngƣời dùng tạo
ra


12
Bình luận

Hiện thị danh sách bình luận trong thân chính

Kiểm tra bộ nhớ

Hiện thị trang thái sử dụng bộ nhớ GP

Kiểm tra model và Hiển thị trạng thái model và phần của GP
phiên bản
Nhiệt
quanh

độ

xung 0 oC – 50 oC

Nhiệt độ kho

-20 oC – 60 oC

Điện trở các ly

100 

Độ ẩm

35 % - 85%

Điện áp phá hủy

500VAC trong 1 phút

Bảo vệ cấu trúc

IP 65F cho mặt trƣớc

Trọng lƣợng

300gram.

1.5.4 Mô tả các phần

Hình 1.10 Mô tả các phần của Graphic Panel SBD0
Trong đó:
Màn hình LCD có độ phân giải 240 x 80 điểm, nhằm hiển thị các thông tin,
trạng thái của hệ thống nhƣ tín hiệu điều khiển và các thông số khác.
Đƣợc kết nối qua cổng kết nối RS232, RS 485, chân và dây kết nối với nguồn


13
1.5.5 Giới thiệu giao thức truyền thông nối tiếp RS232
Ngày nay các thiết bị đo lƣờng, điều khiển ... đều phải giao tiếp với máy tính để
quan sát thông số và chế độ hoạt động của thiết bị nhƣ thế nào? Chuẩn giao tiếp đƣợc
coi là đơn giản và dễ dùng đó là RS232. Hầu nhƣ các thiết bị đều đƣợc giao tiếp với
máy tính thông qua chuẩn này. Bài viết này sẽ nói về cơ bản chuẩn giao tiếp RS232:
Tổng quan chung về RS232, Sơ đồ ghép nối, Giao diện phần mềm
Vấn đề giao tiếp giữa PC và vi điều khiển rất quan trọng trong các ứng dụng điều
khiển, đo lƣờng... Ghép nối qua cổng nối tiếp RS232 là một trong những kỹ thuật đƣợc
sử dụng rộng rãi để ghép nối các thiết bị ngoại vi với máy tính.Nó là một chuẩn giao
tiếp nối tiếp dùng định dạng không đồng bộ, kết nối nhiều nhất là 2 thiết bị , chiều dài
kết nối lớn nhất cho phép để đảm bảo dữ liệu là 12.5 đến 25.4m, tốc độ 20kbit/s đôi
khi là tốc độ 115kbit/s với một số thiết bị đặc biệt. Ý nghĩa của chuẩn truyền thông nối
tiếp nghĩa là trong một thời điểm chỉ có một bit đƣợc gửi đi dọc theo đƣờng

truyền.[separator]
Có hia phiên bản RS232 đƣợc lƣu hành trong thời gian tƣơng đối dài là RS232B và
RS232C. Nhƣng cho đến nay thì phiên bản RS232B cũ thì ít đƣợc dùng còn RS232C
hiện vẫn đƣợc dùng và tồn tại thƣờng đƣợc gọi là tên ngẵn gọn là chuẩn RS232
Các máy tính thƣờng có 1 hoặc 2 cổng nối tiếp theo chuẩn RS232C đƣợc gọi là cổng
Com. Chúng đƣợc dùng ghép nối cho chuột, modem, thiết bị đo lƣờng...Trên main
máy tính có loại 9 chân hoặc lại 25 chân tùy vào đời máy và main của máy tính. Việc
thiết kế giao tiếp với cổng RS232 cũng tƣơng đối dễ dàng, đặc biệt khi chọn chế độ
hoạt động là không đồng bộ và tốc độ truyền dữ liệu thấp.
1.5.6 Chuẩn giao tiếp RS232

Hình 1.11 Cổng giao tiếp RS 232


14
Khả năng chống nhiễu của các cổng nối tiếp cao
Thiết bị ngoại vi có thể tháo lắp ngay cả khi máy tính đang đƣợc cấp điện
Các mạch điện đơn giản có thể nhận đƣợc điện áp nguồn nuôi qua công nối tiếp
Trong chuẩn RS232 có mức giới hạn trên và dƣới (logic 0 và 1) là +-12V. Hiện nay
đang đƣợc cố định trở kháng tải trong phạm vi từ 3000 ôm - 7000 ôm
Mức logic 1 có điện áp nằm trong khoảng -3V đến -12V, mức logic 0 từ +-3V đến
12V
Tốc độ truyền nhận dữ liệu cực đại là 100kbps ( ngày nay có thể lớn hơn)
Các lối vào phải có điện dung nhỏ hơn 2500pF
Trở kháng tải phải lớn hơn 3000 ôm nhƣng phải nhỏ hơn 7000 ôm
Độ dài của cáp nối giữa máy tính và thiết bị ngoại vi ghép nối qua cổng nối tiếp RS232
không vƣợt qua 15m nếu chúng ta không sử model
Các giá trị tốc độ truyền dữ liệu chuẩn
50,75,110,750,300,600,1200,2400,4800,9600,19200,28800,38400....56600,115200
bpsTốc độ Baurd nói lên việc thu phát dữ liệu giữa thiết bị và cổng nối tiếp nhanh hay

chậm. Cổng nối tiếp RS232 chỉ sử dụng 2 trạng thái, mức 0 hay mức 1.
Đây là bit kiểm tra lỗi trên đƣờng truyền. Thực chất của quá trình kiểm tra lỗi khi
truyền dữ liệu là bổ xung thêm dữ liệu đƣợc truyền để tìm ra hoặc sửa một số lỗi trong
quá trình truyền . Do đó trong chuẩn RS232 sử dụng một kỹ thuật kiểm tra chẵn lẻ.
Một bit chẵn lẻ đƣợc bổ sung vào dữ liệu đƣợc truyền để ch thấy số lƣợng các bit
"1"đƣợc gửi trong một khung truyền là chẵn hay lẻ. Một Parity bit chỉ có thể tìm ra
một số lẻ các lỗi chả hạn nhƣ 1,3,,5,7,9... Nếu nhƣ một bit chẵn đƣợc mắc lỗi thì Parity
bit sẽ trùng giá trị với trƣờng hợp không mắc lỗi vì thế không phát hiện ra lỗi. Do đó
trong kỹ thuật mã hóa lỗi này không đƣợc sử dụng trong trƣờng hợp có khả năng một
vài bit bị mắc lỗi.
Cable tín hiệu RS232
Những cable tín hiệu dùng để truyền thông nối tiếp đƣợc chia làm 2 thành phần.
Một đầu là thiết bị truyền dữ liệu và thiết bị đầu cuối dữ liệu (Data Terminal
Equipment – DTE). Cổng nối tiếp RS232 có 2 kiểu, kiểu D25 chân và kiểu D9 chân, 2
kiểu này đều là giắc đực ở sau máy tính PC. Dƣới đây là mô tả các chân tín hiệu loại
D9 chân và 25 chân.


15

Hình 1.12 Sơ đồ chân cable tín hiệu RS232
Sơ đồ cổng COM 9 chân (DB9) và chức năng:
Bảng 2.3 Chức năng các chân cổng COM 9
Chân số

Tên

Ký hiệu

1

Data Carrier Detect DCD

Phát tín hiệu mang dữ liệu

2

Receive Data

RxD

Nhận dữ liệu

3

Transmit Data

TxD

Truyền dữ liệu

4

Data
Ready

5

Signal Ground

SG

Mass tín hiệu

6

Data Set Ready

DSR

Dữ liệu sãn sàng, đƣợc kích hoạt
bởi bộ truyền khi nó sẵn sàng nhận
tín hiệu

7

Request To Send

RTS

Yêu cầu gửi, bộ truyền đặt đƣờng
này lên mức hoạt động khi sẵn
sàng truyền dữ liệu

8

Clear To Send

CTS

Xóa để gửi, bộ nhận đặt thƣờng lên

Terminal DTR

Chức năng

Đầu cuối dữ liệu sẵn sàng, đƣợc
kích hoạt bởi bộ nhận khi muốn
truyền dữ liệu