ỨNG DỤNG PLC s7 200 điều KHIỂN máy cắt GIẤY

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Lý

GVHD: Tống Thị

ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PLC S7-200 ĐIỀU KHIỂN
MÁY CẮT GIẤY
Giáo viên hướng dẫn :
Tống Thị Lý
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Hữu Huy - 0741240108

Điều khiển lập trình PLC

1

Lớp ĐH Điện CLC1 K7


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Lý

GVHD: Tống Thị

LỜI NÓI ĐẦU
Các nhà máy, xí nghiệp đã ứng dụng ngày càng nhiều những thành tựu
của công nghiệp điện-điện tử. Không chỉ vậy những thành tựu trên đã dần
dần đi sâu trong lĩnh vực dân dụng. Các nhà sản xuất không ngừng cho ra
đời các sản phẩm và công nghệ mới về các thiết bị điều khiển và tự động hóa
sản xuất, nhằm giảm sức lao động của con người đồng thời nâng cao chất
lượng sản phẩm.

Xuất phát từ thực tế ngành sản xuất giấy,với những cách xén tay thủ
công hay dùng máy cắt giấy thông thường thì độ chính xác thường không
cao, năng suất và độ đều thấp, tỉ lệ phế phẩm cao... Để khắc phục phần nào
những nhược điểm này em đã tham khảo nhiều tài liệu và đi đến quyết định
là chọn đề tài: “ỨNG DỤNG PLC S7-200 ĐIỀU KHIỂN MÁY CẮT
GIẤY”. Do thời gian có hạn và nhận thức về thực tế còn nhiều hạn chế nên
chúng em không thể tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được sự phê
bình, góp ý của các thầy, cô để đề tài của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, Ngày 19 tháng 6 năm 2015
Nguyễn Hữu Huy

Điều khiển lập trình PLC

2

Lớp ĐH Điện CLC1 K7


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Lý

GVHD: Tống Thị

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ
MÁY CẮT GIẤY
1.1 Công nghệ máy cắt giấy

Hình 1.1 Một loại máy cắt giấy cỡ nhỏ
Máy cắt giấy trên thị trường có rất nhiều loại, nhiều mẫu mã và cách

vận hành cũng rất đa dạng. có những loại máy xén giấy bằng tay, máy xén
công nghiệp, máy xén giấy đa năng.
Máy xén giấy bằng tay: đây là loại máy xén giấy thủ công được thiết
kế nổi trội nhờ vào sự gọn nhẹ, thuận tiện của máy, được sử dụng trong các
hộ gia đình chuyên sản xuất, cắt xén những vật phẩm bằng giấy.
Với những cách xén tay thủ công hay dung máy cắt giấy thông
thường thì độ chính xác thường không cao, năng suất và độ đều thấp, tỉ lệ
phế phẩm cao... Để khắc phục những nhược điểm này máy xen giấy công
nghiệp đã ra đời. Khác với máy xén giấy bằng tay, máy công nghiệp được
vận hành trên hệ thống bảng điều khiển điện tử với công suất cắt, xén giấy

Điều khiển lập trình PLC

3

Lớp ĐH Điện CLC1 K7


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Lý

GVHD: Tống Thị

lớn, máy được vận hành bằng nguồn điện xoay chiều, được sử dụng tại các
nhà máy, xí nghiệp sản xuất các vật liệu, bao bì, nhãn mác, ngành in ấn ….
Loại máy thứ 3 chính là loại máy xén giấy đa năng. Loại máy này ưu
việt hơn 2 loại máy trên nhờ sự đa năng của máy, máy dễ dàng sử dụng, có
nhiều chức năng xén, cắt giấy, máy có thể dễ dàng cắt giấy theo vết cắt
thẳng, chéo, vòng trong tùy ý theo từng lập trình sẵn có trên máy.
Với từng công dụng vượt trội của máy xén giấy đã từng bước chứng

minh sự ưu việt, sự tiện dụng của máy đối với người sử dụng và từng bước
đưa sự phát triển, trưởng thành của ngành in việt nam với bạn bè quốc tế.
Dưới đây ta chỉ xét loại máy cắt giấy được điều khiển tự động. Máy
cắt giấy được cấu tạo bởi các bộ phận chính gồm:
• Hệ thống điều khiển trung tâm: Vi xử lý, vi điều khiển, PLC…
• Thân máy: dùng để gá lắp các hệ thống điện, hệ thống điều khiển, các
cơ cấu của máy cắt giấy….
• Màn hình hiển thị, đèn báo: dùng để hiển thị các thông số cài đặt,
trạng thái làm việc hệ thông
• Cơ cấu truyền động:
`
Băng tải
Con lăn kéo giấy
Dao cắt
……
• Cảm biến, encorder, công tắc hành trình… :dùng để thu thập các
thông số máy cung cấp cho hệ thống xử lý điều khiển
1.2 Tính chọn các thiết bị trên mô hình
1.2.1 Thiết bị điều khiển
1.2.1.1 Tổng quan PLC S7-200
PLC, viết tắt của programable logic controler là thiết bị điều khiển
logic lập trình được, hay thiết bị logic khả trình cho phép thực hiện linh hoạt
các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Như vậy
với chương trình điều khiển trong PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn
có thể dễ dàng thay đổi thuật toán điều khiển và trao đổi thông tin với môi
trường bên ngoài ( PLC khác hoặc máy tính).

Điều khiển lập trình PLC

4

Lớp ĐH Điện CLC1 K7


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Lý

GVHD: Tống Thị

S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình của hãng Siemens (CHLB
Đức ), có cấu trúc kiểu module và có các module mở rộng. Các module này
được sử dụng với những mục đích khác nhau. Toàn bộ nội dung chương
trình được lưu trong bộ nhớ của PLC, trong trường hợp dung lượng bộ nhớ
không đủ ta có thể sử dụng bộ nhớ ngoài để lưu chương trình và dữ liệu
(Catridge ). Dòng PLC S7-200 có hai họ là 21X( loại cũ ) và 22X( loại mới)
trong đó họ 21X không còn sản xuất nữa. Họ 21X có các đời sau: 210, 212,
214, 215-2DP, 216; họ 22X có các đời sau: 221, 222, 224, 224XP, 226,
226XM
Giới thiệu về module mở rộng
• Module đầu vào số: EM221, có nhiều loại bao gồm 8/16 đầu
vào và điện áp 24VDC/120-230VAC
• Module đầu ra số: EM222 bao gồm 4/8 đầu ra
24VDC/RELAY/230VAC.
• Module vào/ra số: EM223 bao gồm 4/8/16 đầu vào 24VDC và
4/8/16 đầu ra 24VDC/RELAY/230VAC.
• Module đầu vào tương tự: EM231 từ 2/4 đầu vào với các loại
tín hiệu 0-10V,4-20mA…
• Module đầu ra tương tự: EM232 có 2 đầu ra .
• Module vào ra tương tự: EM235 gồm 4 đầu vào và 1 đầu ra.
• Ngoài ra còn có các loại module thích hợp cho những ứng dụng

khác như module điều khiển vị trí, module truyền thông.
Các đầu vào/ra số
• Đầu vào (Ix.x ): kết nối với nút bấm, công tắc, sensor…với điện
áp vào tiêu chuẩn 24VDC.
• Đầu ra (Qx.x): kết nối với thiết bị điều khiển với các điện áp
24VDC/220VAC ( tùy theo loại CPU )
• Đầu vào nguồn: 24VDC/220VAC ( tùy theo loại CPU ).
Đèn trạng thái
• Đèn RUN (màu xanh): Chỉ báo PLC đang ở chế độ làm việc và
thực hiện chương trình đã được nạp vào bộ nhớ chương trình.
• Đèn STOP (màu vàng): Chỉ báo PLC đang ở chế độ dừng và
không thực hiện chương trình, các đầu ra đều ở trạng thái
“OFF”.

Điều khiển lập trình PLC

5

Lớp ĐH Điện CLC1 K7


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Lý

GVHD: Tống Thị

• Đèn SF/DIAG: Chỉ báo hệ thống bị hỏng tức do lỗi phần cứng
hoặc hệ điều hành.
• Đèn Ix.x(màu xanh): Chỉ báo trạng thái của đầu vào
số(ON/OFF).

• Đèn Qx.x(màu xanh): Chỉ báo trạng thái của đầu ra
số(ON/OFF).
Port truyền thông
• Port truyền thông nối tiếp RS485: Giao tiếp với PC, PG,
TD200, OP, mạng biến tần…
• Port cho module mở rộng: Kết nối với module mở rộng.
Công tắc chuyển chế độ
• RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình, khi chương trình
lỗi hoặc gặp lệnh STOP thì PLC tự động chuyển sang chế độ
STOP mặc dù công tắc vẫn ở vị trí RUN ( quan sát đèn trạng
thái ).
• STOP: Dừng cưỡng bức chương trình đang chạy, các đầu ra
chuyển về OFF.
• TERM: Cho phép người dùng chọn một trong hai chế độ
RUN/STOP từ xa, ngoài ra còn được dùng để download chương
trình người dùng.
Vít chỉnh tương tự
• Mỗi PLC đều có từ một đến hai vít chỉnh tương tự có thể xoay
được 270 độ để thay đổi giá trị của vùng nhớ biến trong chương
trình.
1.2.1.2 Cấu trúc S7-200
Cấu trúc phần cứng của một PLC gồm có các module sau:

Điều khiển lập trình PLC

6

Lớp ĐH Điện CLC1 K7

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Lý

GVHD: Tống Thị

Đơn vị xử lý trung tâm (CPU Central Processing Unit)
CPU dùng để xử lý, thực hiện những chức năng điều khiển phức tạp
quan trọng của PLC. Mỗi PLC thường có từ một đến hai đơn vị xử lý trung
tâm. CPU thường được chia làm hai loại: đơn vị xử lý “một bit” và đơn vị
xử lý “từ ngữ”:
Đơn vị xử lý “một bit”: Chỉ áp dụng cho những ứng dụng nhỏ, đơn
giản, chỉ đơn thuần xử lý ON/OFF nên kết cấu đơn giản, thời gian xử lý dài.
Đơn vị xử lý “từ ngữ”: Có khả năng xử lý nhanh các thông tin số, văn
bản, phép toán, đo lường, đánh giá, kiểm tra nên cấu trúc phần cứng phức
tạp hơn nhiều tuy nhiên thời gian xử lý được cải thiện nhanh hơn.
Bộ nhớ
Bao gồm các loại bộ nhớ RAM, ROM, EEFROM, là nơi lưu trữ các
thông tin cần xử lý trong chương trình của PLC.
Bộ nhớ được thiết kế thành dạng module để cho phép dễ dàng thích
nghi với các chức năng điều khiển với các kích cỡ khác nhau. Muốn mở
rộng bộ nhớ chỉ cần cắm thẻ nhớ vào rãnh cắm chờ sẵn trên module CPU.
Bộ nhớ có một tụ dùng để duy trì dữ liệu chương trình khi mất điện.
Khối vào/ra
Khối vào ra dùng để giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC (điện áp
5/15VDC) với mạch công suất bên ngoài (điện áp 24VDC/220VAC).

Điều khiển lập trình PLC

7

Lớp ĐH Điện CLC1 K7


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Lý

GVHD: Tống Thị

Khối ngõ vào thực hiện việc chuyển mức điện áp từ cao xuống mức
tín hiệu tiêu chuẩn để đưa vào bộ xử lý.
Khối ngõ ra thực hiện việc chuyển mức tín hiệu từ tiêu chuẩn sang tín
hiệu ngõ ra và cách ly quang.
Bộ nguồn
Biến đổi từ nguồn cấp bên ngoài vào để cung cấp cho sự hoạt động
của PLC.
Khối quản lý ghép nối
Dùng để phối ghép giữa PLC với các thiết bị bên ngoài như máy tính,
thiết bị lập trình, bảng vận hành, mạng truyền thông công nghiệp.

1.2.2 Chọn biến tần
1.2.2.1 Sơ lược về biến tần FR-A700 của hãng Mitshubishi
FR-A700 là dòng biến tần trong mình nhiều đặc điểm của công nghệ
đặc biệt mà Mitsubishi phát triển cho các sản phẩm truyền động servo. Đặc
điểm đáng chú ý như tự động điều chỉnh. Tính năng này giúp tự động bù vào
sự thay đổi quán tính tải trọng. Kết quả là mang lại hoạt động trơn tru, thời
gian ngưng hoạt động giảm và chi phí hoạt động thấp.
Có tốc độ hồi đáp 300 radian/giây, nhanh hơn 10 lần so với các dòng
A500, A700 hỗ trợ hầu hết các giao thức thông dụng gồm: Profibus DP, CCLink , DeviceNet, LonWorks, ControlNet, Modbus RTU, Metasys N2,
EtherNet IP và Modbus TCP/IP, tất nhiên, cả giao thức mạng RS485 độc
quyền của Mitsubishi. Ngoài ra, A700 còn hỗ trợ mạng kết nối chuyển động

sợi quang cho phép nó hoạt động tương hợp với hệ truyền động servo J3 mới
của hãng và toàn bộ dòng sản phẩm điều khiển chuyển động khác của hãng.
Cấu trúc biến tần FR-A700

Điều khiển lập trình PLC

8

Lớp ĐH Điện CLC1 K7


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Lý

GVHD: Tống Thị

Biến tần FR-A700 là biến tần nguồn áp gồm các phần cơ bản:
Bộ chỉnh lưu
Có nhiều dạng khác nhau, mạch tia, mạch cầu một pha hoặc ba pha.
Thông thường ta gặp, mạch cầu ba pha. Thông thường, bộ chỉnh lưu có dạng
không điều khiển, bao gồm các diode mắc dạng mạch cầu. Độ lớn điện áp và
tần số áp ra của bộ nghịch lưu còn có thể điều khiển thông qua phương pháp
điều khiển xung thực hiện trực tiếp ngay trên bộ nghịch lưu. Ở chế độ máy
phát của tải (chẳng hạn khi hãm động cơ không đồng bộ), năng lượng hãm
được trả ngược về mạch một chiều và nạp cho tụ lọc C f. Năng lượng nạp về
trên tụ làm điện áp nó tăng lên và có thể đạt giá lớn có thể gây quá áp. Để
loại bỏ hiện tượng quá điện áp trên tụ Cf, ta có thế đóng mạch xả điện áp trên
tụ qua một điện trở măc song song vơi tụ thông qua công tắc bán dẫn S.
Mạch trung gian một chiều
Có chứa tụ lọc với điện dung khá lớn C f (khoảng vài ngàn µF) mắc

vào ngõ vào của bộ nghịch lưu. Điều này giúp cho mạch trung gian hoạt
động như nguồn điện áp. Tụ điện cùng với cuộn cảm L f của mạch trung gian
tạo thành mạch nắn điện áp chỉnh lưu. Cuộn kháng L f có tác dụng nắn dòng
điện chỉnh lưu. Trong nhiều trường họp, cuộn kháng Lf không xuất hiện
trong cấu trúc mạch và tác dụng nắn dòng của nó có thể được thay thế bằng
cảm kháng trên máy biến áp cấp nguồn cho bộ chỉnh lưu. Do tác dụng của
diode nghịch đảo bộ nghịch lưu, điện áp đặt trên tụ chỉ có thể đạt các giá trị
dương. Tụ điện còn thực hiện chức năng trao đổi năng lượng ảo giữa tải của
bộ nghịch lưu và mạch trung gian bằng cách cho phép dòng i d2 thay đổi chiều
nhanh không phụ thuộc vào chiều của dòng id1
Bộ nghịch lưu áp
Bộ nghịch lưu là thiết bị biến đổi năng lượng điện một chiều thành
năng lượng điện xoay chiều.

Điều khiển lập trình PLC

9

Lớp ĐH Điện CLC1 K7


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Lý

GVHD: Tống Thị

Nghịch lưu có dạng một pha hoặc ba pha. Quá trình chuyển mạch của
bộ nghịch lưu áp thường là quá trình chuyển đổi cưỡng bức. Trong trường
hợp đặc biệt bộ nghịch lưu làm việc không có quá trình chuyển mạch hoặc
với quá trình chuyển mạch phụ thuộc bên ngoài. Từ đó ta có hai trường hợp

bộ biến tần với quá trình chuyển mạch độc lập và quá trình chuyển mạch
phụ thuộc bên ngoài.

1.2.2.2 Sơ đồ chân và nối dây
Sơ đồ chân biến tần FR-A700

Điều khiển lập trình PLC

10

Lớp ĐH Điện CLC1 K7


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Lý

GVHD: Tống Thị

Đặc điếm kĩ thuật của các chân trên mạch chính

Điều khiển lập trình PLC

11

Lớp ĐH Điện CLC1 K7


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Lý
Kí hiệu

Tên đầu

đầu nối
R/Ll

nối

S/L2

Ngõ vào

T/L3

điện áp AC

U,V,W

GVHD: Tống Thị

Chú thích
Giữ điểm nối này mở khi sử dụng bộ biến đổi hệ số công
suất cao(FR-HC và MT-HC) hoặc bộ biến đổi chung tái
sinh năng lượng (FR-CV)

Đầu ra biến

Kết nối với động cơ lồng sóc 3 pha

tần

Nguồn cung cấp AC được kết nối tới đầu R/Ll va S/L2.
Giữ màn hiển thị báo động và ngõ ra báo động hoặc khi sử
Rl/Lll,
S1/L21

Nguồn
cung cấp
cho mạch
điều khiển

dụng bộ biến đổi hệ số công suất cao (FR-HC và MT -HC)
hoặc bộ biến đổi chung tái sinh năng lượng (FR-CV),
chuyển và nhảy tới đầu R/L1-R1/L11 và S/L2-S1/L21 và
áp đặt năng lượng ngoài lên những điểm cuối này.
Không tắt nguồn cung cấp cho mạch điều khiển (R1/L11,
S1/L21) với nguồn mạch chính (R/Ll, S/L2, T/L3) trên.vì

Kết nối
P/+, PR

điện trở
hãm

P/+,N/-

P/+,P1

thế có thể gây thiệt hại cho biến tần.
Loại bỏ và nhảy từ những điểm PR-PX (7.5K hoặc ít hơn)

và kết nối với một điện trở hãm lựa chọn qua 2 điểm p+ PR.Cho điện trở 22K hoặc ít hơn,điện trở kết nối sau đó
cung cấp công suất hãm tái sinh.
Nối đơn vị hãm phanh (FR-BU, BU và MT- BU5), Bộ

Sự kết nối

chuyển đổi năng lượng tái sinh thông dụng (FR-CV), BỘ

đơn vị hãm

biến đổi công suất cao (FR-HC và MT-HC) hoặc bộ biến

Kết nối

đổi năng lượng tái sinh (MT-RC)
Cho 55K hoặc ít hơn,loại bỏ và nhảy qua điểm P/+ - P1 và

cuộn cảm

nối với cuộn cảm DC. (cho 75K hoặc ít hơn, một điện cảm

DC

DC được cung cấp theo tiêu chuẩn)

Điều khiển lập trình PLC

12

Lớp ĐH Điện CLC1 K7

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Lý

PR,PX

GVHD: Tống Thị

Kết nối

Khi nhảy và được kết nối hai điểm PX-PR (tình trạng ban

mạch thắng

đầu). Mạch hãm bên trong là hoạt động (cung cấp cho

bên trong

7.5K hoặc it hơn)

Nối đất

Cho nối đất (nối đất) vỏ máy biến tần phải được tiếp đất

Chân đấu mạch điều khiến (Tín hiệu vào)

Điều khiển lập trình PLC

13

Lớp ĐH Điện CLC1 K7


Kí
Tên đầu cuối
hiệu ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Trường

Mô tả

Thông số kĩ
thuật
GVHD: Tống
Thịđịnh mức

Lý

STF

Băt đầu quay
thuận

STR

Băt đầu quay
ngược

STOP

Bắt đầu tự giữ
sự lựa chọn

RH
RM
RL

Bật tín hiệu
STF để bắt đầu
quay thuận và tắt
nó cho sự dừng
Bật tín hiệu
STR cho sự quay
ngược và tắt nó
cho sự dừng
Bật tín hiệu STOP để tự giữ tín hiệu
khởi đầu

Lựa chọn nhiều
Nhiều tốc độ có thể được lựa chọn
tốc độ
theo sự phù hợp với túi hiệu RH,RM,và
JRJL
Bật tín hiệu JOP đê chọn sự hoạt động
Sự chọn lựa
chậm (cài đặt ban đầu) và bật tín hiệu
kiểu chạy chậm khởi động (STF hoặc STR) để khởi động
chạy chậm

JOG

Chuỗi xung
vào

RT

Đầu JOG có thê sử dụng như đầu vào
chuổi xung.để sử dụng như đầu vào
chuổi xung, trang 291 cài đặt cần được
thay đổi (ngõ xung vào cực đại
100kpulse/s)

Điện trở vào
2k. tiếp điểm
khi ngắn mạch
8-> 13mADC

Bật tín hiệu RT để chọn chức năng
thứ 2.Khi chức năng thứ 2 như là “ tăng
Lựa chọn chức
mômen thứ 2” và “V/F thứ 2( tần số cơ
năng thứ 2
bản)” được đặt lên, bật tín hiệu RT chọn
chức năng này

Bật tín hiệu MRS (20ms hoặc hơn) để
dừng ngõ ra biến tần.
MRS Đầu ra dừng lại
Sử dụng khóa ngõ ra biến tần khi đang
dừng động cơ bằng phanh điện từ

Thường khởi động lại ngõ ra báo động
được cung cấp khi chức năng bảo vệ
Điều khiển lập trình PLC
14
Lớp ĐH Điện CLC1 K7
được kích hoạt
Bật tín hiệu RES nhíu hơn so với o.ls


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Lý

GVHD: Tống Thị

Chân đấu mạch điều khiến (Tín hiệu ra)
Loại

Relay

Kí hiệu

Al,
Bl,
Cl

A2,B2,
C2

Run
Vành

góp
mở

SU

Tên đầu
cuối

Sự mô tả

Thông số kĩ
thuật định
mức

1 Sự thay đổi tiếp điểm ngõ ra
Khả năng qua
chứng tỏ chức năng bảo vệ biến
tiếp điểm
tần có hoạt động và ngõ ra được
Ngõ ra
230VAC 0.3A
dừng lại.
rơle (ngõ
(hệ số công
Bất thường: không có sự truyền
ra báo
suất
dẫn ngang qua B-C (A-C nối liên
động)
-0.4)30VDC

tục)
0.3A
Bình thường: B-C nối liên tục (
không có sự truyền dẫn qua A-C)
Ngõ ra
rơle 2

1 sự thay đổi tiếp điểm ngõ ra

Được chuyển xuống thấp khi
tần số đầu ra biến tần bằng hoặc
Vận
cao hơn tần số khởi động (giá trị
hành
cho trước 0.5Hz). Được chuyển
biến tần
lên cao trong khi dừng hoặc thao
tác hãm DC
Tăng tần
Được chuyên xuông
số lên thâp khi tần số đầu ra trong
khoảng của ± 10% (giá trị
Mã
ban đầu) của tần số đặt lên. 4 bit
Chuyển lên cao trong khi
báo
gia tốc/giảm tốc và dừng
động
lại.

Điều khiển lập trình PLC

15

Cho phép tải
24VDC0.1A
(sụt áp là
2.8V cực đại
khi tín hiệu
vào)

Lớp ĐH Điện CLC1 K7


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Lý

OL

IPF

Xung

Chuyên xuông thâp khi
sự đề phòng tắt được kích
Báo
hoạt bởi chức năng phòng
động quá
ngừa tắt. chuyển lên cao
tải

khi sự phòng ngừa tắt được
xóa bỏ.
Gián
Được chuyển xuống
đoạn cấp thâp khi sự cố cấp điện tức
điện tức thời và sự bảo vệ dưới điện
thời
áp được kích hoạt

FU

Dò tìm
tần
số

SE

Đầu ra
chung bộ
góp mở

FM

Cho
đông hồ
đo
Bộ góp
mở NPN

Tương

tự

AM

GVHD: Tống Thị

Tín hiệu
tương tự
ngõ ra

Điều khiển lập trình PLC

Chuyên xuông thâp khi
tần số ngõ ra biến tần là
bằng hoặc cao hơn tần số
dò tìm đặt trước và chuyển
lên cao khi nhỏ hơn tần số
dò tìm đặt trước.
Đầu cuối chung cho đầu RUN, SU, OL, IPF, FU
Chọn một điểm ví dụ
như tần số đầu ra từ một
điểm trên màn hình.
Tín hiệu đầu ra là tỉ lệ
với độ lớn của

Điểm tương ứng trên
màn hình

16

Điểm ra: tần số đầu ra
(cài đặt trước)
Tín hiệu có thê ở ngõ
ra từ đầu cuối bộ góp
do cài đặt.
Điểm ra : tần số đầu
ra ( cài đặt trước)

Lớp ĐH Điện CLC1 K7


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Lý

GVHD: Tống Thị

1.2.3. Đo tốc độ động cơ sử dụng Encoder
Encoder là thiết bị cơ điện có thể phát hiện sự chuyển động hay vị trí
vật. Encoder sử dụng các cảm biến quang để sinh ra chuổi xung, từ đó có thể
chuyển sang phát hiện sự chuyển động, vị trí hay hướng chuyển động của
vật thể.
Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh
trục. Trên đĩa có các lỗ (rãnh). Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt
đĩa. Khi đĩa quay, chỗ không có lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua
được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led sẽ chiếu xuyên qua. Khi đó, phía mặt bên kia
của đĩa, người ta đặt một con mắt thu. Với các tín hiệu có, hoặc không có
ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led có chiếu qua lỗ hay
không.

Điều khiển lập trình PLC

17

Lớp ĐH Điện CLC1 K7


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Lý

GVHD: Tống Thị

Hình 1.2.3.1 Bộ cảm biến tốc độ quang với đĩa mã hóa Encoder
1.2.3.1 Encoder tương đối
Encoder thường có 3 kênh (3 ngõ ra) bao gồm kênh A, kênh B và
kênh I (Index). Kênh I của encoder có một lỗ nhỏ bên phía trong của đĩa
quay và một cặp phát-thu dành riêng. Cứ mỗi lần motor quay được một
vòng, lỗ nhỏ xuất hiện tại vị trí của cặp phát-thu, hồng ngoại từ nguồn phát
sẽ xuyên qua lỗ nhỏ đến cảm biến quang, một tín hiệu xuất hiện trên cảm
biến. Như thế kênh I xuất hiện một “xung” mỗi vòng quay của motor. Bên
ngoài đĩa quay được chia thành các rãnh nhỏ và một cặp thu-phát khác dành
cho các rãnh này. Đây là kênh A của encoder, hoạt động của kênh A cũng
tương tự kênh I, điểm khác nhau là trong 1 vòng quay của motor, có N
“xung” xuất hiện trên kênh A. N là số rãnh trên đĩa và được gọi là độ phân
giải (resolution) của encoder. Mỗi loại encoder có độ phân giải khác nhau,
có khi trên mỗi đĩa chĩ có vài rãnh nhưng cũng có trường hợp đến hàng
nghìn rãnh được chia. Để điều khiển động cơ, bạn phải biết độ phân giải của
encoder đang dùng. Độ phân giải ảnh hưởng đến độ chính xác điều khiển và
cả phương pháp điều khiển. Trên các encoder còn có một cặp thu phát khác
được đặt trên cùng đường tròn với kênh A nhưng lệch lệch M+0,5 rãnh, đây
là kênh B của encoder. Tín hiệu xung từ kênh B có cùng tần số với kênh A

Điều khiển lập trình PLC

18

Lớp ĐH Điện CLC1 K7


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Lý

GVHD: Tống Thị

nhưng lệch pha 900. Bằng cách phối hợp kênh A và B người đọc sẽ biết
chiều quay của động cơ.

Hình 1.2.3.2 Sơ đồ và nguyên lý của encoder tương đối
Hình trên cùng trong hình 3 thể hiện sự bộ trí của 2 cảm biến kênh A
và B lệch pha nhau. Khi cảm biến A bắt đầu bị che thì cảm biến B hoàn toàn
nhận được hồng ngoại xuyên qua, và ngược lại. Hình thấp là dạng xung ngõ
ra trên 2 kênh. Xét trường hợp motor quay cùng chiều kim đồng hồ, tín hiệu
“đi” từ trái sang phải. Bạn hãy quan sát lúc tín hiệu A chuyển từ mức cao
xuống thấp (cạnh xuống) thì kênh B đang ở mức thấp. Ngược lại, nếu động
cơ quay ngược chiều kim đồng hồ, tín hiệu “đi” từ phải qua trái. Lúc này, tại
cạnh xuống của kênh A thì kênh B đang ở mức cao. Như vậy, bằng cách
phối hợp 2 kênh A và B chúng ta không những xác định được góc quay
(thông qua số xung) mà còn biết được chiều quay của động cơ (thông qua
mức của kênh B ở cạnh xuống của kênh A
1.2.3.1 Encoder tuyệt đối
Encoder tuyệt đối gồm các loại: Mã nhị phân, mã gray, mã BCD

Điều khiển lập trình PLC

19

Lớp ĐH Điện CLC1 K7


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Lý

GVHD: Tống Thị

(a)
Hình 1.9. Đĩa quang mã hóa tuyệt đối
a : trường hợp 4 rãnh
b : trường hợp 12 rãnh

(b)

Cấu tạo:
• Một đĩa quay được mã hóa theo các rãnh đồng tâm.
• Đầu đọc: gồm các tia sáng và các tế bào quang điện. Mỗi tia
sáng riêng biệt được chiếu đến từng rãnh cho từng tế bào quang
điện. Mỗi tế bào quang điện đưa ra 1bít cho đầu ra số.
Ví dụ: đĩa có 8 rãnh đồng tâm thì đầu đọc có 8 tia sáng riêng biệt và 8
tế bào quang điện. Đầu ra là đầu ra số 8 bít
Độ phân giải
Độ phân giải của encoder phụ thuộc vào số bit đầu ra.
Ví dụ:

4 bit -> 24 = 16 vùng
=> độ phân giải: 22,50
8
8 bit -> 2 = 256 vùng
=> độ phân giải: 1,40
10
10 bit -> 2 =1024 vùng => độ phân giải: 0,350
Ưu điểm: Thông tin vị trí là đầu ra số và là giá trị tuyệt đối. Giữ được
giá trị góc tuyệt đối khi mất nguồn.
Nhược điểm: Giá thành cao vì chế tạo phức tạp, đọc tín hiệu ngõ ra
khó thực hiện cần có các mạch số chuyên biệt
1.2.4. Cảm biến tiệm cận
Cảm biến tiệm cận dùng phát hiện vật thể kim loại từ tính, kim loại
không từ tính (như Nhôm, đồng..) sử dụng cảm biến loại điện cảm
(Inductivity Proximity Sensor) và phát hiện vật phi kim sử dụng loại cảm
biến tiệm cận kiểu điện dung (Capacitve Proximity Sensor). Đồng thời có
sẵn Model đáp ứng được hầu hết các điều kiện môi trường lắp đặt: nhiệt độ
cao, nhiệt độ thấp, chống nước, chống hóa chất …

Điều khiển lập trình PLC

20

Lớp ĐH Điện CLC1 K7


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Lý

GVHD: Tống Thị

Cảm biến tiệm cận bao gồm tất cả các loại cảm biến phát hiện vật thể
không cần tiếp xúc như công tắc hành trình mà dựa trên những mối quan hệ
vật lý giữa cảm biến và vật thể cần phát hiện. Cảm biến tiệm cận chuyển đổi
tín hiệu về sự chuyển động hoặc xuất hiện của vật thể thành tín hiệu điện. Có
3 hệ thống phát hiện để thực hiện công việc chuyển đổi này: hệ thống sử
dụng dòng điện xoáy được phát ra trong vật thể kim loại nhờ hiện tượng cảm
ứng điện từ, hệ thống sử dụng sự thay đổi điện dung khi đến gần vật thể cần
phát hiện, hệ thống sử dụng nam châm và hệ thống chuyển mạch cộng từ.
Theo tiêu chuẩn công nghiệp của Nhật (JIS) định nghĩa cảm biến tiệm cận
(JIS C 8201-5-2) phù hợp với chuẩn IEC 60947-5-2 là bộ chuyển mạch phát
hiện vị trí không tiếp xúc.
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của loại cảm biến tiệm cận kiểu điện cảm:

Cảm biến tiệm cận kiểu điện cảm phát hiện sự suy giảm từ tính do
dòng điện xoáy sinh ra trên bề mặt vật dẫn do từ trường ngoài. Trường điện
từ xoay chiều sinh ra trên cuộn dây và thay đổi trở kháng phụ thuộc vào
dòng điện xoáy trên bề mặt vật thể kim loại được phát hiện. Một phương
pháp khác để phát hiện vật thể bằng nhôm nhờ phát hiện pha của tần số. Tất
cả các cảm biến phát hiện kim loại đều sử dụng cuộn dây để phát hiện sự
thay đổi điện cảm. Ngoài ra còn có loại cảm biến đáp ứng xung, loại này
phát ra dòng điện xoáy dưới dạng xung và phát hiện số lần thay đổi dòng
điện xoáy với điện áp sinh ra trên cuộn dây.
Vật thể cần phát hiện và cảm biến khi tiến gần nhau giồng như hiện
tượng cảm ứng điện từ trong máy biến áp.
Nguyên lý phát hiện của cảm biến loại điện dung:

Điều khiển lập trình PLC

21

Lớp ĐH Điện CLC1 K7


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Lý

GVHD: Tống Thị

Cảm biến tiệm cận kiểu điện dung phát hiện sự thay đổi điện dung
giữa cảm biến và đối tượng cần phát hiện. Giá trị điện dung phụ thuộc vào
kích thước và khoảng cách của đối tượng. Một cảm biến tiệm cận điện dung
thông thường tương tự như tụ điện với 2 bản điện cực song song, và điện
dung thay đổi giữa 2 bản cực đó sẽ được phát hiện. Một tấm điện cực là đối
tượng cần phát hiện và một tấm kia là bề mặt của cảm biến. Đối tượng có thể
được phát hiện phụ thuộc vào giá trị điện môi của chúng.
Cấu trúc của cảm biến tiệm cận điện dung:
• Bộ phận cảm biến (các bản cực cách điện)
• Mạch dao động
• Mạch ghi nhận tín hiêu
• Mạch điện ở ngõ ra

1.2.5. Chọn thiết bị
Từ những yêu cầu công nghệ như trên ta tiến hành chọn các thiết bị:
• PLC S7-200 Loại DC/DC/DC với CPU 224 không sử dụng modun mở động

Điều khiển lập trình PLC

22

Lớp ĐH Điện CLC1 K7


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Lý
•
•
•
•
•

GVHD: Tống Thị

Biến tần FR-A700
Encoder loại đĩa quang tương đối, độ phân giải 400 xung/vòng
Cảm biến tiện cận điện dung Autonics CR18-8DN
Rơ le trung gian, nút bấm 24 VDC
Bộ nguồn 24VDC; 3 pha xoay chiều 380/220V

Hình 1.2.5 Mô hình hoạt động hệ thống máy cắt giấy
Nguyên lý hoạt động: Khi bấm nút START PLC sẽ nạp các thông số
về chiều dài tờ giấy cần cắt, số lượng giấy cần cắt. PLC S7-200 sẽ điều
khiển biến tần FR-A700 chạy động cơ với tốc độ cố định đặt trước trên biến
tần. Động cơ chạy kéo puly kéo giấy quay. Ta dùng encoder gắn đồng trục
với động cơ qua đó tính ra chiều dài giấy. Từ chiều dài giấy yêu cầu tính ra
số xung đem so sánh với số xung hiện tại của Encoder cho đến khi bằng
nhau thì dừng động cơ kéo giấy và đưa ra tín hiệu cắt giấy. Van khí nén điều
khiển xi-lanh đẩy dao cắt giấy đi xuống cắt giấy.
Sau mỗi lần cắt giấy biến số lượng giảm 1 đơn vị. Nếu số lượng giấy

chưa đủ động cơ lại tiếp tục chạy và hệ thống tiếp tục lặp lại quá trình đến
khi cắt đủ số lượng yêu cầu.

Điều khiển lập trình PLC

23

Lớp ĐH Điện CLC1 K7


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Lý

GVHD: Tống Thị

Ấn STOP hệ thống dùng lại ngay lập tức.
Lập công thức tính chiều dài giấy
Trong đồ án này ta chọn Encoder với độ phân giải 400 xung/vòng.
Điều này có nghĩa là động cơ quay n vòng thì bộ đếm xung tốc độ cao đếm
được n*400 xung. Ngược lại nếu đếm được số xung Encoder thì ta lấy số
xung đó chia cho 400 được số vòng quay.
Ta chọn chu vi của Puli kéo giấy là 30cm tỷ lệ 1:1 với chiều dài của
giấy, nghĩa là khi puli quay được 1 góc có độ dài X cm thì kéo được X cm
giấy ra.
Tỷ lệ truyền giữa động cơ/Puli là 50/1, nghĩa là khi động cơ quay
được 50 vòng thì puli quay được 1 vòng (tương ứng 30cm). Suy ra 30cm
giấy tương ứng với số xung đo được là 50 * 400
Từ đó suy rộng ra nếu cần X cm giấy thì số xung tương ứng đo được
từ động cơ phải là.

Các tín hiệu cần điều khiển
• Đèn báo RUN, STOP báo trạng thái làm việc của hệ thống
• Van khí nén điều khiển lưỡi dao cắt giấy, thời gian đóng van khí nén
được điều khiển bằng Timer 37 đặt thời gian cắt 1s (có tính đến hành
trình chuyển động của dao cắt giấy)
• Biến tần điều khiển động cơ kéo giấy: ngõ ra của biến tần điều khiển
cuộn hút của rơ le trung gian, rơ le trung gian sẽ đóng mở điều khiển
biến tần FR-A700 chạy ON/OF với tần số đặt trước trên biến

tần.

1.3 Sơ đồ khối
Máy tính

Điều khiển lập trình PLC

24

Lớp ĐH Điện CLC1 K7


Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội
Lý

GVHD: Tống Thị

RS 485

Nút bấm

PLC S7-200
CPU 224

Biến tần

Động cơ

Tải

Encoder

Cảm biến
tiệm cận
Hình 1.3 Sơ đồ khối điều khiển hệ thống máy cắt giấy

• Máy tính lập trình: Lập trình chương trình điều khiển cho
PLC S7-200 để điều khiển hệ thống. Máy tính lập trình giao
tiếp với PLC theo giao thức PPI (Point to point interface)
• PLC S7-200: Có nhiệm vụ nhận chương trình từ máy tính lập
trình và thực hiện chương trình đó để điều khiển hệ thống.
• Biến tần FA-A700: nhận tín hiệu từ PLC điều khiển động cơ
không đồng bộ 3 pha theo tốc độ đặt trước.
• Động cơ: thực hiện quay truyền động quay puli kéo giấy
• Tải (puli kéo giấy): kéo giấy ra từ cuộn giấy lớn
• Encoder: được gắn đồng trục với động cơ để phản hồi tốc độ
quay của động cơ về bộ điều khiển.
• Cảm biến tiệm cận: làm nhiệm vụ dừng quá trình cắt khi hết
giấy

CHƯƠNG II GHÉP NỐI HỆ THỐNG

Điều khiển lập trình PLC

25

Lớp ĐH Điện CLC1 K7