Thiết kế, chế tạo mô hình nhà xe gia đình tự động hai tầng phục vụ dạy học modul lập trình PLC cơ bản

Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ.................................................................................................................................2
1.Tên đề tài:.................................................................................................................................2
2.Lý do chọn đề tài: ....................................................................................................................2
2.1. Yêu cầu nâng cao hiệu quả học tập các môn học thuộc lĩnh vực tự động hóa trong nhà
trường.......................................................................................................................................2
2.2. Tiếp tục hoàn thiện các mô hình phục vụ dạy học modun PLC của Viện Sư phạm kỹ
thuật..........................................................................................................................................2
3.Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu:...........................................................................................3
3.1. Mục tiêu của đề tài............................................................................................................3
3.2. Nhiệm vụ nghiên cứu........................................................................................................3
4. Nội dung của đề tài được chia thành 3 chương:......................................................................3
CHƯƠNG 1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG.......................................4
1.1.Khái niệm về hệ thống đỗ xe ô tô tự động nhiều tầng...........................................................4
1.2.Một số loại bãi đỗ xe tự động................................................................................................4
1.2.1 Bãi đỗ xe tự động dùng thang máy.................................................................................4
1.2.2. Bãi đỗ xe tự động dạng xếp hình...................................................................................5
1.2.3. Bãi đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng đứng.................................................................5
1.2.4. Đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng ngang.....................................................................6
1.2.5. Đỗ xe tự động hệ thống tháp xe (Sky parking System).................................................6
1.2.6. Đỗ xe tự động hệ thống tầng di chuyển.........................................................................7
1.3.Lựa chọn giải pháp cho bài toán thiết kế...............................................................................8
1.3.1. Bộ phận truyền động .....................................................................................................8
1.3.2. Bộ phận điều khiển........................................................................................................8
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MÔ HÌNH NHÀ XE GIA ĐÌNH TỰ ĐỘNG HAI TẦNG....................9
2.1. Bài toán thiết kế....................................................................................................................9
2.1.1. Yêu cầu thiết kế.............................................................................................................9

2.1.2. Thống kê thiết bị sử dụng trong mô hình.....................................................................10
2.1.3. Giới thiệu về bộ điều khiển PLC S7-200 của Siemens................................................10
2.2. Thiết kế mô hình.................................................................................................................13
2.2.1. Phần cơ khí...................................................................................................................13
2.2.2. Phần điện......................................................................................................................13
2.2.3. Lập trình phần mềm.....................................................................................................15
CHƯƠNG 3. BIÊN SOẠN TÀI LIỆU DẠY HỌC MODUN LÂP TRÌNH PLC CƠ BẢN TRÊN
MÔ HÌNH NHÀ XE GIA ĐÌNH TỰ ĐỘNG HAI TẦNG............................................................18
3.1. Những vấn đề chung về đào tạo nghề theo modun năng lực thực hiện..............................18
3.1.1. Khái niệm chung về modun.........................................................................................18
3.1.2. Đào tạo nghề theo mô đun năng lực thực hiện...........................................................22
3.1.3 Yêu cầu đối với giáo viên trong đào tạo nghề theo năng lực thực hiện ......................23
3.2. Biên soạn tài liệu dạy học mô đun PLC trên mô hình thiết kế...........................................24
3.2.1. Giới thiệu mô đun « Đào tạo PLC cơ bản ».................................................................24
3.2.2. Biên soạn tài liệu hỗ trợ giáo viên trong đào tạo PLC cơ bản ....................................24
KẾT LUẬN....................................................................................................................................26
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................................27
Phụ lục ..........................................................................................................................................28

1


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

ĐẶT VẤN ĐỀ
1.Tên đề tài:
Thiết kế, chế tạo mô hình nhà xe gia đình tự động hai tầng phục vụ dạy học modul
“Lập trình PLC cơ bản”.

2.Lý do chọn đề tài:
2.1. Yêu cầu nâng cao hiệu quả học tập các môn học thuộc lĩnh vực tự động hóa trong
nhà trường
Tự động hóa ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các quá trình sản xuất cũng
như trong đời sống của con người, góp phần to lớn trong giải phóng sức lao động của con
người, tăng năng suất trong lao động, là một trong những nhân tố quan trọng giúp cho thế
giới loài người ngày càng phát triển. Mà phần lớn các hệ thống dây chuyền sản xuất tự
động hóa hiện nay được điều khiển bằng bộ điều khiển logic lập trình (PLC). Chính vì
vậy, ở hầu hết các trường kỹ thuật và trường nghề người học đều được trang bị các kiến
thức về PLC.
Tuy nhiên việc học trong nhà trường còn nặng tính lý thuyết, sinh viên ít được thực
hành, các phòng thực hành còn thiếu thốn về trang thiết bị nên hiệu quả việc dạy và học
của các môn thuộc lĩnh vực này còn rất hạn chế.
Một phương pháp để nâng cao hiệu quả việc dạy và học các môn thuộc lĩnh vực này
là bổ xung các mô hình thực hành gắn với các bài toán thực tế và tăng thời lượng thực
hành để nâng cao tay nghề của sinh viên, đồng thời giúp sinh viên tiếp cận ngay với các
ứng dụng thực tế để có thể làm việc ngay khi tốt nghiệp mà không phải đào tạo lại.
2.2. Tiếp tục hoàn thiện các mô hình phục vụ dạy học modun PLC của Viện Sư phạm
kỹ thuật
Trong một vài năm gần đây, phương thức đào tạo trong hệ thống nghề nghiệp
chuyển sang phương thức đào tạo theo modul năng lực thực hiện. Một trong những điều
kiện quan trọng để có thể tiến hành tổ chức dạy học theo modul năng lực thực hiện đó là
đội ngũ giáo viên. Theo thống kê hiện nay số giáo viên trong các cơ sở dạy nghề đáp ứng
đủ điều kiện dạy học theo modul năng lực thực hiện chỉ chiếm 40%. Là một đơn vị đào
tạo giáo viên cho hệ thống dạy nghề, làm thế nào để sinh viên tốt nghiệp ra trường có
thể tiếp cận ngay với phương thức đào tạo theo modul năng lực thực hiện là một nhiệm
2


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

vụ cấp thiết đặt ra đối với Viện Sư phạm kỹ thuật, trường ĐHKH Hà Nội. Một trong
những giải pháp đặt ra là cho sinh viên tiếp cận với phương thức đào tạo này thông qua
việc học tập tại Viện. Modun Lập trình PLC cơ bản đã được lựa chọn để giúp sinh viên
làm quen với dạy và học theo modun. Các mô hình thực hành gắn với các bài toán thực tế
đã và đang được sinh viên năm cuối của một vài khóa gần đây thiết kế và chế tạo khi làm
đồ án tốt nghiệp.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế về nhà xe gia đình tự động hai tầng, với những kiến
thức đã được học trong nhà trường về thiết bị điều khiển logic lập trình PLC, chúng em
đã quyết định chọn đề tài: Thiết kế, chế tạo mô hình nhà xe gia đình tự động hai tầng
phục vụ day học modun “lập trình PLC cơ bản”
3.Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu:
3.1. Mục tiêu của đề tài
- Thiết kế, chế tạo mô hình nhà xe gia đình tự động hai tầng
- Xây dựng tài liệu dạy học modun PLC cơ bản cho giáo viên và sinh viên trên mô
hình nhà xe gia đình tự động hai tầng
3.2. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Tìm hiểu thực tế về các bãi đỗ xe tự động và lựa chọn giải pháp cho bài toán thiết kế
nhà xe gia đình tự động hai tầng sử dụng bộ điều khiển PLC
- Tìm hiểu về PLC S7-200 của Siemens
- Thiết kế, chế tạo mô hình nhà xe gia đình tự động hai tầng sử dụng bộ điều khiển
PLC
- Tìm hiểu về modun và dạy học theo modun
- Biên soạn tài liệu dạy học modun PLC trên mô hình nhà xe gia đình tự động hai tầng
4. Nội dung của đề tài được chia thành 3 chương:
Chương 1: Những vấn đề chung về bãi đỗ xe tự động
Chương 2. Thiết kế mô hình nhà xe gia đình tự động hai tầng.
Chương 3. Biên soạn tài liệu dạy học modun “Lập trình PLC cơ bản”

3


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

CHƯƠNG 1. NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG
1.1.

Khái niệm về hệ thống đỗ xe ô tô tự động nhiều tầng
Hệ thống đỗ xe ô tô tự động nhiều tầng được hình thành để giải quyết những hạn

chế của các bãi đỗ xe truyền thống hiện nay như: dễ bị mất cắp phụ tùng xe nếu vị trí đỗ
xe không lắp camera an ninh, người lái xe không có kinh nghiệm phải mất nhiều thời
gian để đưa xe vào vị trí đỗ xe chật hẹp (đôi khi gây ra ùn tắc cục bộ), khó kiểm soát khí
thải và tiếng ồn khi xe di chuyển trong khu vực đỗ xe, người lái xe mất rất nhiều thời
gian để tìm chỗ đỗ và tìm ra xe của mình khi lấy xe, tốn diện tích…
Hệ thống đỗ xe ô tô tự đông nhiều tầng là loại kết cấu có trang bị hệ thống nâng để
di chuyển xe ô tô từ mặt đất lên điểm đỗ xe ở trên cao (đối với loại hệ thống nổi) hoặc
chuyển xe xuống điểm đỗ ô tô dưới lòng đất (đối với loại hệ thống ngầm) một cách hoàn
toàn tự động, không cần người lái. Sau khi đưa xe vào phòng xe, bộ phận điều khiển sẽ tự
động đưa xe vào vị trí đỗ, người lái xe không cần thao tác bất kỳ động tác nào ngoài việc
bấm nút số xe (hoặc nhận thẻ từ hệ thống). Khi cần lấy xe ra, hệ thống điều khiển nhận
thông tin từ người gửi để ra các quyết định thích hợp để đưa xe đến điểm trả xe cố định,
lái xe chỉ cần lấy xe ra từ điểm cố định này.
1.2.

Một số loại bãi đỗ xe tự động

1.2.1 Bãi đỗ xe tự động dùng thang máy
`

Hình 1.1. Bãi đỗ xe tự động dùng thang máy
Với hệ thống đỗ xe tự động dùng thang máy, lái xe sẽ đưa xe vào buồng thang máy, thang nâng
xe đến tầng đỗ xe, lái xe đưa xe ra khỏi thang máy và lái xe vào vị trí đỗ xe
4


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

Đặc điểm bãi đỗ xe tự động dùng thang máy:
- Tiết kiệm diện tích đường di chuyển nội bộ của xe khi lên xuống giữa các tầng
bên trong bãi đỗ xe, tuy nhiên vẫn tốn diện tích di chuyển cho xe trong từng tầng.
- Tốc độ nâng hạ chậm do có xe và người. Với hệ thống một thang máy thì thời
gian lấy xe ra vào rất lâu
1.2.2. Bãi đỗ xe tự động dạng xếp hình
Đặc điểm
Số lượng xe nhỏ (10 – 30 xe), rất
cơ động và lấy xe nhanh chóng,
dễ dàng.
Lắp thông dụng cho các công trình
qui mô nhỏ (1 tầng hầm đỗ xe)
để tăng số lượng đỗ xe trí đỗ xe.
Thời gian lấy xe lâu (bình quân 2.5
phút) cho hệ thống trên 30 xe
Luôn luôn phải thiết kế chừa 1 cột

trống để xếp hình (tức 1 vị trí
trống cho mỗi tầng).

Hình 1.2. Bãi đỗ xe tự động kiểu xếp hình

1.2.3. Bãi đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng đứng
Đặc điểm :
Rất cơ động, tiết kiệm diện tích (30
m2)
Hệ thống đỗ xe tự động hệ thống
xoay vòng đứng có thể xoay thuận
chiều hoặc ngược chiều kim đồng hồ
(hoặc 1 chiều)
Dễ tháo lắp
Hình 1.3. Bãi đỗ xe tự động kiểu xoay vòng đứng
Chỉ
thích
hợp
với
các
loại
xe
nhỏ
1.2.4. Bãi đỗ xe tự động hệ thống Cycle Parking

5


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

Hệ thống đỗ xe tự động lắp ngầm dưới
mặt đất, phù hợp cho mặt bằng nhỏ hẹp, Tốc
độ thang nâng 20-40m/p, tốc độ di chuyển
ngang 20-30m/p. Số lượng xe tối ưu của hệ
thống: 6-38 xe. Điều khiển đơn giản với màn
hình cảm ứng (Touch screen)
Hệ thống đỗ xe tự động này rất phù
hợp cho các công trình tòa nhà có qui mô đỗ
xe nhỏ. Hình dạng khu đất thường là hình chữ
nhật với 1 cạnh ngắn và 1 cạnh dài
Hình 1.4. Hệ thống Cycle Parking
1.2.4. Đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng ngang

Hệ thống đỗ xe tự động xoay vòng
ngang rất phù hợp cho các công trình tòa
nhà có qui mô đỗ xe nhỏ. Hình dạng khu
đất thường là hình gần vuông với hai cạnh
gần bằng nhau.

1.2.5. Đỗ xe tự động hệ thống tháp xe (Sky parking System)
Hình 1.5. Hệ thống xoay vòng ngang
Là hệ thống đỗ xe tự động dạng tháp nhiều tầng. Có thể là tháp độc lập hoặc nằm
bên trong tòa nhà, 70 xe có thể đổ trên diện tích 7.3 m x 6.4 m = 46.7 m2, chiều cao tháp
tương ứng 75m, 35 tầng (hoặc xếp dọc 3,6 m x 17 m = 61.2 m2). Tốc độ tiêu chuẩn 90
m/ph, tối đa có thể đạt 140m/p, vận hành êm và an toàn. Điều khiển đơn giản với màn
hình cảm ứng (Touch screen)

6

Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

Hệ thống đỗ xe tự động sky parking truyền thống là có 2 cột xe đối xứng, nhưng
tùy theo diện tích đất, để tăng số lượng xe chúng ta có thể có 3- 5 – 5 – 6 cột xe. Nhưng
thời gian lấy xe trung bình sẽ tăng lên theo số lượng xe.
Số lượng xe tối ưu là 70 xe.
Đặc điểm:
- Loại tháp đỗ mỗi bên thang 1 xe là loại
hệ thống có thể lấy xe cực nhanh kể cả số lượng
xe nhiều (thời gian lấy xe tối đa cho hệ thống 60
xe là 1.5 phút, bình quân 1 phút / 1 xe)
- Hệ thống đỗ xe tự động sky parking tiết
kiệm diện tích đất hẹp, phía sau hoặc bên hông
nhà cao tầng
- Giá thành cao hơn các loại khác nhưng
vận hành êm, ít gây tiếng ồn.
- Lắp đặt nhanh chóng và có thể tháo dỡ di
chuyển khi cần
Hình 1.6. Hệ thống tháp xe
1.2.6. Đỗ xe tự động hệ thống tầng di chuyển
Đặc điểm:
- Sử dụng pallet hoặc robot.
- Bảo dưỡng dễ dàng hơn (do mỗi tầng
có 1 trolley hoạt động riêng biệt)
- Do mỗi tầng có 1 bộ trolley nên giảm
thiểu thời gian nhận và trả xe

- Thời gian nhận và trả xe có thể giảm
tùy theo số lượng thang nâng được lắp
đặt.
Hình 1.7. Hệ thống tầng di chuyển

7


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

1.3.

Lựa chọn giải pháp cho bài toán thiết kế
Với quy mô hộ gia đình sử dụng hai xe thì hệ thống đỗ xe tự động dùng thang máy
là một giải pháp phù hợp.
Hệ thống gồm hai bộ phận chính:
1.3.1. Bộ phận truyền động
Dùng nâng/hạ buồng thang.
Có hai cách để nâng/hạ buồng thang: Dùng kích thủy lực hoặc động cơ kéo.
Để phục vụ dạy học modun Lâp trình PLC cơ bản nên trong mô hình sử dụng
động cơ kéo.
1.3.2. Bộ phận điều khiển
Điều khiển hệ thống hoạt động theo yêu cầu cho trước.
Có 2 phương pháp điều khiển:
- Điều khiển nối cứng: Sự hoạt động của thiết bị được xác định bằng mạch
nối giữa các phần tử khác nhau. Thay đổi hoạt động dẫn tới thay đổi mạch nối.
- Điều khiển mềm: Sự hoạt động của thiết bị được xác định bằng chương trình
do bộ xử lý hoạt động theo chu kỳ. Thay đổi hoạt động dẫn đến thay đổi chương trình.

Điều khiển mền có thể được thực hiện bằng PLC, vi điều khiển (μC-Micro Controller)
hay máy tính (PC-Personal Computer). Trong đó với μC và PC người lập trình có thể đưa
vào tất cả thiết kế của mình và như vậy công nghệ đáp ứng yêu cầu của người thiết kế,
không sẵn sàng đáp ứng trong môi trường công nghiệp còn PLC được chế tạo chuyên biệt
cho các tác vụ điều khiển và môi trường công nghiệp.
Trong mô hình sử dụng bộ điều khiển PLC S7-200 của Siemens.

8


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ MÔ HÌNH NHÀ XE GIA ĐÌNH TỰ ĐỘNG HAI
TẦNG
2.1. Bài toán thiết kế
2.1.1. Yêu cầu thiết kế
Thiết kế mô hình nhà xe gia đình tự động hai tầng hoạt động theo nguyên lý sau:
- Thiết bị sẽ bắt đầu nâng nếu thỏa mãn 1 trong 2 điều kiện:
+ Ở khay dưới không có xe và cảm biến phát hiện có xe ở cửa trước của
thiết bị.

+Khay dưới đang ở dưới mặt đất và người dùng ấn nút nâng.
- Khi thiết bị đã nâng đủ chiều cao cho phép (bánh xe motor quay đủ quãng đường
xác định là x vòng) thì động cơ sẽ dừng nâng.

Trạng thái treo(Dừng nâng)
- Thiết bị sẽ bắt đầu hạ nếu thỏa mãn 1 trong 2 điều kiện:
+ Sau 5s kể từ khi các cảm biến xác nhận người dùng lấy xe ra khỏi khay

dưới.

+ Khay dưới đang ở trên mặt đất và người dùng ấn nút hạ. Khi ấn nút hạ
nếu khay dưới có xe thì thiết bị sẽ ghi nhớ trạng thái này.
- Khi thiết bị đã hạ đủ chiều cao cho phép (bánh xe motor quay đủ quãng đường
xác định là x vòng) thì động cơ sẽ dừng hạ.

Trạng thái nghỉ (Dừng hạ)
9


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

2.1.2. Thống kê thiết bị sử dụng trong mô hình
Bảng 2.1. Bảng thống kê thiết bị sử dụng trong mô hình
STT
1
2
3
4
5
6

Loại thiết bị
Cảm biến quang
Nút nhấn thường mở
Động cơ kéo 24V, 3A
Encoder

PLC S7-200, CPU 224
Rơle 24V

7

Lỗ cắm

Số lượng
3
2
1
1
1
2
10

Mục đích sử dụng
Phát hiện có xe
Chọn chế độ nâng/hạ buồng thang
Nâng/hạ buồng thang
Đếm số vòng quay của động cơ
Điều khiển hoạt động của mô hình
Rơle trung gian cấp nguồn cho động
cơ quay thuận/nghịch
Kết nối với mô hình khác

2.1.3. Giới thiệu về bộ điều khiển PLC S7-200 của Siemens
PLC S7-200 là thiết bị điều khiển khả trình của hãng Simens, nó được ra đời từ
những năm 70 của thể kỷ trước để thay thế cho các bộ điều khiển kiểu Rơle.
Ngay từ khi ra đời nó đã nhanh chóng thể hiện được những ưu thế vượt trội và được ứng

dụng rất rộng rãi trong các hệ thống tự động hoá sản xuất. Được nhập vào thị trường Việt
Nam từ năm 1996, các thế hệ đầu tiên được sản xuất tại USA. Thành phần cơ bản của S7
– 200 là khối vi xử lý. Về hình thức bên ngoài sự khác biệt của các loại CPU này được
nhận biết nhờ số đầu vào/ra.
PLC S7-200 có cấu trúc kiểu modul bao gồm:
• Module nguồn (PS): có nhiệm vụ tạo ra điện áp một chiều 24V ổn định cung cấp
cho CPU và các Module mở rộng hoạt động. Điện áp cung cấp cho bộ nguồn là
điện áp lưới xoay chiều 220V, 50Hz.
• Module CPU: với bộ vi xử lý, Module CPU có chức năng thực hiện các thuật toán
điều khiển, liên kết hoạt động của các module và thực hiện truyền thông đơn giản.
• Module mở rộng gồm có: các Module vào ra số (DI/DO), các Module vào ra
tương tự (AI/AO) các Module giao diện truyền thông (IM) và các Module chức
năng (FM) khác:
-

Module vào ra số (DI/DO): có nhiệm vụ thu nhận và đưa ra tín hiệu số với
điện áp 24 VDC để giao tiếp với các thiết bị ngoại vi.
10


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

-

MS: SPKT.10

Module vào ra tương tự (AI/AO): thực hiện chức năng giao tiếp với
thiết bị ngoại vi có tín hiệu tương tự dạng: 0 - 20 mA, 4 - 20 mA, 0 - 5 V,
0 -10 V …

-

Module chức năng (FM): có vai trò thực hiện một nhiệm vụ cụ thể nào đó
như: điều khiển vị trí, điều khiển động cơ bước, động cơ servo, máy biến
tần…

Các module này được sử dụng với các mục đích khác nhau và được ghép nối
với CPU thông qua hệ thống Bus nội bộ:

Hình 2.1 Hình ảnh về PLC và các module của S7 - 200.
CPU S7-200 có hai loại : CPU 21x và CPU 22x. Hiện nay loại CPU 21x không
còn sản xuất nữa.
CPU 22x:
Đây là các loại CPU đã được cải tiến và tích hợp nhiều tính năng quan trọng để
phù hợp hơn với các ứng dụng khác nhau. Các CPU này có tốc độ xử lý cao, bộ nhớ được
mở rộng, số đầu vào ra lớn, có khả năng ghép nối được nhiều modul mở rộng khác. Họ
này bao gồm các CPU: CPU 221, CPU 222, CPU 224, CPU 224XP, CPU 226, CPU
226XM
Thông số
Tốc độ xử lí
(ms/phép tính)
Bộ nhớ chương trình (kB)
Bộ nhớ dữ liệu (kB)
Vùng biến nhớ
Số đầu vào ra số(DI/DO)
Số modul mở rộng tối đa
Số đầu vào ra mở rộng

CPU 221

CPU 222

0.22

0.22

2
4
32byte (M0.0=>M31.7)
10 (6DI/4DO) + 1AI
0
0

4
4
32byte (M0.0=>M31.7)
14 (8DI/6DO) + 1 AI
7 (256 đầu vào/ra)
AI/AO:( 8AI và 02AO )
11


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

tối đa
Số Timer/Counter
Cổng truyền thông
Nguồn điện
Pin nhớ

256 Counter(16 bit),

DI/DO:( 40DI và 38DO)
256 Counter(16 bit),

256 timer
256 timer
1 RS485 (MPI, PPI,COM)
1 RS485 (MPI, PPI,COM)
24VDC hoặc 220 VAC, 50 24VDC hoặc 220 VAC, 50
Hz
54 h đến 200 ngày;

Bộ đếm tốc độ cao
Cấp nguồn ra

MS: SPKT.10

24 VDCcó bảo vệ ngắn mạch

Hz
54 h đến 180 ngày
4 bộ 32 bit
(fmax =30kHz)
24 VDC có bảo vệ ngắn

Thông số
CPU 224
Tốc độ xử lí (ms/phép 0.22

mạch
CPU 224XP
0.22

tính)
Bộ nhớ chương trình (kB)
Bộ nhớ dữ liệu (kB)
Vùng biến nhớ
Số đầu vào ra số

8
12
32byte (M0.0=>M31.7)
24 (14DI/10DO) +

8
12
32byte (M0.0=>M31.7)
24 (14DI/10DO) + 1 AI

(DI/DO)
2 AI+1AO
Số đầu vào ra mở rộng AI/AO: ( 28AI và 7AO ) AI/AO: ( 28AI và 10AO )
tối đa

hoặc 14AO

hoặc 16AO

Số Timer/Counter

DI/DO: (94DI và 74DO)
256 Counter(16 bit),

DI/DO: ( 94DI và 74DO)
256 Counter(16 bit),

Cổng truyền thông

256 timer
1 RS485

256 timer
2 RS485

Nguồn điện

(MPI, PPI, COM)
24VDC hoặc

(MPI, PPI, COM)
24VDC hoặc

Pin nhớ

220 VAC, 50 Hz
100 h đến 200 ngày

220 VAC, 50 Hz
54 h đến 180 ngày

Bộ đếm tốc độ cao

6 bộ 32bit(fmax=30kHz)

4 bộ 32 bit(fmax=30kHz)
+2 bộ 32 bit (fmax =

Cấp nguồn ra

200kHz)
24 VDC có bảo vệ ngắn 24 VDCcó bảo vệ ngắn

mạch
Thông số
CPU 226
Tốc độ xử lí (ms/phép 0.22

mạch
CPU 226XP
0.22
12


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

tính)
Bộ nhớ chương trình (kB) 10
Bộ nhớ dữ liệu (kB)
24

Vùng biến nhớ
Số

đầu

vào

ra

32byte (M0.0=>M31.7)
số 40 (24DI/16DO) + 2 AI

(DI/DO)
Số đầu vào ra mở rộng AI/AO: ( 28AI và 7AO )

MS: SPKT.10

20
48
32byte (M0.0=>M31.7)
40(24DI/16DO) + 1AI
AI/AO: ( 28AI và 7AO )

tối đa

hoặc 14AO

hoặc 14AO

Số Timer/Counter

DI/DO:(128DIvà120DO)
DI/DO:(128DIvà120DO)
256 Counter(16 bit),
256 256 Counter(16 bit), 256

Cổng truyền thông

timer
2 RS485

timer
2 RS485

Nguồn điện

(MPI, PPI, COM)
24VDC hoặc

(MPI, PPI, COM)
24VDC hoặc

Pin nhớ
Bộ đếm tốc độ cao

220 VAC, 50 Hz
100 h đến 200 ngày
4 bộ 32 bit(fmax=30kHz)

220 VAC, 50 Hz

100 h đến 200 ngày
4 bộ 32 bit(fmax=30kHz)

+2 bộ 32 bit (fmax = 200kHz +2 bộ 32 bit (fmax =
Cấp nguồn ra

200kHz)
24 VDC có bảo vệ ngắn 24 VDCcó bảo vệ ngắn
mạch

mạch

2.2. Thiết kế mô hình
2.2.1. Phần cơ khí
-

Kết cấu 2 tầng

-

Khung: thép

-

Bệ đỡ,nắp,vỏ: tôn

2.2.2. Phần điện
2.2.2.1. Sơ đồ đấu nối đầu vào
13

Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

2.2.2.2. Mạch lực và Sơ đồ đấu nối đầu vào

14


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

2.2.3. Lập trình phần mềm
Phần mềm lập trình điều khiển nhà xe, được lập trình bằng ngôn ngữ LAD Giản đồ thang. Cho
PLC S7-200
Chương trình:

15


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

16


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

17


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

CHƯƠNG 3. BIÊN SOẠN TÀI LIỆU DẠY HỌC MODUN LÂP TRÌNH PLC CƠ
BẢN TRÊN MÔ HÌNH NHÀ XE GIA ĐÌNH TỰ ĐỘNG HAI TẦNG

3.1. Những vấn đề chung về đào tạo nghề theo modun năng lực thực hiện
3.1.1. Khái niệm chung về modun
3.1.1.1 Khái niệm về modun
Mô đun có nguồn gốc từ thuật ngữ Latinh “ modulus” với nghĩa đầu tiên là mực
thước, thước đo. Trong kiến trúc xây dựng La mã nó được sử dụng như một đơn vị đo.
Đến giữa thế kỷ 20, thuật ngữ modulus mới được truyền tải sang lĩnh vực kỹ thuật. Nó
được dùng để chỉ các bộ phận cấu thành của các thiết bị kỹ thuật có các chức năng riêng
biệt có sự hỗ trợ và bổ sung cho nhau, không nhất thiết phải hoạt động độc lập.
Mô đun mở ra khả năng cho việc phát triển, hoàn thiện và sửa chữa sản phẩm.
Đặc điểm căn bản của Mô đun là: tính độc lập tương đối- tính tiêu chuẩn hoá và
tính lắp lẫn.
Mô đun đào tạo có nguồn gốc từ USA, lần đầu tiên được sử dụng vào năm 1869
tại trường đại học Harward với mục tiêu: tạo điều kiện cho sinh viên có khả năng lựa
chọn các môn học ở các chuyên ngành.
Trong đào tạo có nhiều khái niệm về mô đun:
- Mô đun là một đơn vị học tập liên kết tất cả các yếu tố của các môn học lý thuyết ,
kỹ năng, các kiến thức liên quan để tạo ra một trình độ.

- Mô đun là một đơn vị học tập trọn vẹn và có thể được thực hiện theo cá nhân hoá
và theo một trình tự xác định trước để kết thúc mô đun
- Mô đun là một đơn vị trọn vẹn về mặt chuyên môn. vì vậy, nhờ những điều kiện
cơ bản mỗi Mô đun tương ứng với một khả năng tìm việc. Điều đó có nghĩa khi
kết thúc thành công mỗi mô đun sẽ tạo ra những khả năng cần thiết cho tìm việc
làm. Đồng thời, mỗi mô đun có thể hình thành một bộ phận nhỏ trong chuyên môn
của một người thợ lành nghề.
- Mô đun chia quá trình đào tạo ra làm các thành tố đơn giản. Mỗi thành tố hoặc Mô
đun được xác định bởi mục đích kỹ năng tiên quyết phải có, nội dung và độ dài
thời gian. Thường thì mô đun nhấn mạnh vào phát triển năng lực hơn là kiến thức
đạt được, tạo khả năng cho người thợ nhanh chóng thích nghi với môi trường
nghề nghiệp và có thể được cấp chứng chỉ.
18


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

Đặc điểm của mô đun:
- Mô đun có kích cỡ xác định: kích cỡ của mô đun được tính theo số giờ lên lớp
theo tuần, thời gian đào tạo theo tháng, học kỳ , năm học. Kích cỡ của mô đun có thể xác
định bởi các cấp trình độ đào tạo.
- Trật tự của mô đun: các mô đun có thể được thực hiện đồng thời hoặc kế tiếp nhau
- Mỗi mô đun đều được xác nhận trình độ: Mô đun là đơn vị đào tạo khép kín, có
tính độc lập tương đối. Vì vậy nội dung của nó không những có thể được kiểm tra, đánh
giá và xác nhận trình độ một cách độc lập mà còn được truyền thụ một cách độc lập.
- Khả năng tích hợp: các mô đun đơn lẻ có thể được tích luỹ dần thành một Mô
đun trình độ.
- Tính liên thông: các mô đun có thể phối hợp với nhau theo chiều dọc hoặc chiều

ngang. Một mô đun đơn lẻ có thể ghép nối vào cấu trúc của các mô đun trình độ khác
hoặc các hình thức đào tạo khác.
3.1.1.2. Mô đun kỹ năng hành nghề (MKH)
Mô đun kỹ năng hành nghề theo tiÕng Anh là Module of Employsble Skills (MES)
được xác định là một phần nội dung đào tạo của một hoặc một số nghề hoàn chỉnh, được
cấu trúc theo các mô đun tích hợp giữa lý thuyết với thực hành, sau khi học xong, học
sinh có thể ứng dụng để hành nghề trong xã hội.
Đây là một khái niệm linh hoạt, bởi lẽ phạm vi hành nghề của mỗi nghề là hết sức
đa dạng: diện nghề có thể là diện rộng, hẹp; trình độ nghề có thể cao thấp khác nhau, tuỳ
theo yêu cầu của người sử dụng lao động. Nói cách khác mô đun kỹ năng hành nghề linh
hoạt vì nó phụ thuộc vào tổ chức quy trình công nghệ (lao động) và sự phân công lao động
của từng giám đốc xí nghiệp cho mỗi người lao động.
Để thuận lợi cho quá trình cho quá trình giảng dạy và học tập cũng như dùng
chung một số các kiến thức, kỹ năng cho nhiều nghề khác nhau, MKH được chia thành
nhiều mô đun (Modular units-Mo). Mối mô đun tương ứng với mỗi công việc hợp thành
MKH. Cũng có những MKH đơn giản thì không cần chia nhỏ, nghĩa là bản thân nó chỉ có
một mô đun. Như vậy có thể định nghĩa:
Mô đun là một bộ phận của MKH, được phân chia một cách logíc theo từng công
việc hợp thành của một nghề nào đó, có mở đầu và kết thúc rõ ràng, và về nguyên tắc
công việc này không thể chia nhỏ hơn được nữa. Kết quả của công việc này là một sản
phẩm hay là một dịch vụ.
Cấu trúc của mô đun:
19


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

Nội dung đào tạo của mỗi mô đun được chia thành từng phân tố gọi là đơn nguyên

học tập. Mỗi đơn nguyên học tập trình bày một vấn đề chuyên biệt về kiến thức và kỹ
năng của một công việc nào đó và có thể dùng cho người dạy lẫn người học.
Mỗi đơn nguyên học tập thường được cấu trúc bởi các phần sau đây:
- Mục tiêu cho người học
- Danh mục các phương tiện, thiết bị, vật liệu….cần cho việc học tập
- Danh mục các đơn nguyên học tập có liên quan
- Tài liệu học tập của đơn nguyên
- Các câu hỏi, các bài kiểm tra để đánh giá kết quả học tập
Đơn nguyên học tập gồm có các loại chính sau:
- Loại hình hoạt động
- Loại thông tin về kỹ thuật, thiết bị, công cụ
- Loại thông tin về vật liệu, phương pháp
- Loại thông tin về biểu đồ sơ đồ
- Loại lý thuyết
- Loại an toàn lao động
3.1.1.3. Mô đun năng lực thực hiện (NLTH)
Môđun năng lực thực hiện là một đơn vị học tập, người học cần lĩnh hội, tương
ứng với một hoạt động xác định của một nghề. Trong đó bao gồm các kiến thức lý thuyết,
kỹ năng thực hành, và các phẩm chất đạo đức trong công việc cần phải có.
Mô đun NLTH được xây dựng trên cơ sở của việc phân tích hoạt động lao động,
xác định yêu cầu của nghề và năng lực thực hiện.
Trong phân tích yêu cầu và khi xây dựng Mô đun NLTH có đại diện của phía sử
dụng nguồn lực.
Mô đun NLTH hướng tới sự phát triển và củng cố khả năng thực hiện công việc.
Qua đó nâng cao cơ hội việc làm của những người tốt nghiệp.
Các thành phần của Mô đun năng lực thực hiện gồm:
• Tên Mô đun: nhấn mạnh mô đun nhằm hình thành phát triển hoạt động nghề
nghiệp nào.
• Mã mô đun: Giúp phân biệt rõ ràng giữa các Mô đun
• Chức năng và ý nghĩa của Mô đun: Là sự mô tả ngắn gọn, tổng quát vai trò mà

mỗi Mô đun cụ thể giúp cho việc nâng cao trình độ của người thợ.

20


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

• Thời gian thực hiện Mô đun: cho biết thời gian dạy và học trong thời khoá biểu.
Thời gian của một mô đun là kết quả của cân nhắc sư phạm. Ở đó có sự lưu ý tới
việc truyền đạt tất cả các năng lực nghề cần thiết. Tổng thời gian của mô đun gồm
thời gian cho lý thuyết và thực hành nhằm giúp người học có khả năng luyện tập
đầy đủ theo mục tiêu của Mô đun năng lực thực hiện, điểm trọng tâm là thực hành.
Lý thuyết được trình bày khái quát cần thiết cho việc luyện tập các hoạt động nghề
thích hợp với chuẩn nghề.
• Mục tiêu học tập của Mô đun: mô tả kết quả học tập dự kiến của mô đun. Nếu
người học muốn thực hiện được tất cả mục tiêu của mô đun, họ phải sẵn sàng
luyện tập hoàn thiện các hoạt động nghề của Mô đun theo tiêu chuẩn nghề và
chuẩn năng lực. Việc mô tả mục tiêu học tập cần dựa vào các điểm chuẩn quan
trọng của tiêu chuẩn nghề.
• Nội dung : là nội dung học tập, với nội dung này để truyền đạt các năng lực nghề
phù hợp với mục tiêu học tập. Nội dung không chỉ đựa vào lý thuyết sẽ được
truyền đạt mà còn các kỹ năng thực hành và các phẩm chất đạo đức trong công
việc.
• Điều kiện đầu vào: là các năng lực, kinh nghiệm và các yêu cầu tâm sinh lý bắt
buộc đối với người tham gia học tập mô đun. Việc xác định các điều kiện đầu vào
giới hạn ở những điều kiện bắt buộc đối với người học, giúp họ tham gia vào học
tập mô đun thành công. Cần tránh việc mô tả điều kiện đầu vào một cách hình
thức để không làm hạn chế cơ hội của người học học các mô đun năng lực. Người

học cần biết những kỹ năng kinh nghiệm nghề nghiệp nào là điều kiện bắt buộc,
không phụ thuộc vào việc người đó học ở đâu.
• Nguồn lực cần thiết để thực hiện Mô đun: Việc mô tả nguồn lực cho biết một cách
tổng quát về đIều kiện thực hiện mô đun. Tiêu chí ở đây là tạo điều kiện cho sự
phát triển năng lực của người học để thực hiện các hoạt động nghề nghiệp trong
mô đun. Trọng tâm của việc mô tả điều kiện nguồn lực là những điều kiện gắn liền
với sự phát triển kỹ năng thực hành và khả năng luyện tập, học tập gắn liền với
quá trình lao động. Trong đó chú ý tới những vấn đề dạy nhằm tổ chức quá trình
học. Như vậy nó không thống nhất hoàn toàn với các nguồn lực phục vụ cho việc
luyện tập hoàn thiện các năng lực hoạt động trong quá trình lao động.
• Kiểm tra và đánh giá Mô đun: cho biết các thông tin về sự phát triển trong học tập
cũng như trạng thái của người học. Ngoài ra còn phục vụ cho việc đánh giá thành
21


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

tích học tập của người học. Nó là một bộ phận trong quá trình học các mô đun
năng lực thực hiện, được tiến hành trong và khi kết thúc mô đun.
• Hướng dẫn thực hiện Mô đun: gồm các chỉ dẫn và khuyến nghị về các phương
pháp định hướng năng lực thực hiện, lấy người học làm trung tâm để phát triển
năng lực hoạt động nghề, phù hợp với đòi hỏi của quá trình lao động.
3.1.2. Đào tạo nghề theo mô đun năng lực thực hiện
Khoảng nửa thế kỉ trước đây, thuật ngữ ®ào tạo theo năng lực thực hiện (tiếng Anh là
“Competency Based Training”) đã được sử dụng để mô tả một phương thức đào tạo dựa chủ
yếu vào những tiêu chuẩn quy định cho một nghề và đào tạo theo các tiêu chuẩn đó chứ
không dựa vào thời gian như trong đào tạo truyền thống. Khái niệm trung tâm trong phương
thức đào tạo “mới” này là năng lực thực hiện (NLTH), nó được sử dụng làm cơ sở để lập kế

hoạch, thực hiện và đánh giá quá trình cũng như kết quả học tập.
Đào tạo nghÒ theo NLTH thể hiện ở chỗ nó gắn rất chặt chẽ với yêu cầu của chỗ
làm việc, của người sử dụng lao động, của các ngành kinh tế (gọi chung là công nghiệp).
Sơ đồ 1 dưới đây cho thấy điều đó thông qua mối quan hệ giữa các thành phần của hệ
thống GDKT&DN theo NLTH mà nhiều nước trong khu vực và trên thế giới đã và đang
tổ chức thực hiện.
CÔNG NGHIỆP
XD TIÊU CHUẨN KN NGHỀ
ĐÀO TẠO

Phát triển chương trình đào tạo
Kiểm định chương trình đào tạo
Thực hiện chương trình đào tạo

ĐÁNH GIÁ NGƯỜI HỌC,
NGƯỜI DỰ THI

Đánh giá NLTH của người tốt
nghiệp theo TCKNNđào tạo

CẤP VB CHỨNG CHỈ CHO
NGƯỜI ĐẠT

Sơ đồ 3.1: Quy trình đào tạo nghề theo năng lực thực hiện
22


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

Đào tạo nghề theo NLTH đặt trọng tâm vào việc giải quyết vấn đề, vào việc hình
thành NLTH cho người học hơn là tập trung vào giải quyết nội dung chương trình.Việc
đánh giá kết quả học tập của người học dựa vào các tiêu chí thực hiện (Performance
Criteria). Các tiêu chí thực hiện được xác định chủ yếu từ các tiêu chuẩn nghề trong công
nghiệp; chỉ khi nào người học đã ”đạt” tất cả các tiêu chí đặt ra thì mới được công nhận
đã học xong chương trình đào tạo.
Ưu điểm nổi bật của hệ thống đào tạo theo NLTH, bên cạnh những ưu điểm khác
thể hiện ở những đặc trưng của nó, là hệ thống đào tạo theo NLTH đáp ứng được nhu cầu
của cả người học lẫn người sử dụng lao động qua đào tạo: Người tốt nghiệp chương trình
đào tạo theo NLTH là người một mặt đạt được sự thành thạo công việc theo các tiêu
chuẩn quy định, tức là đáp ứng yêu cầu sử dụng, đồng thời, mặt khác lại có thể dễ dàng
tham gia các khoá đào tạo nâng cao hoặc cập nhật các NLTH mới để di chuyển vị trí làm
việc.
Mặt hạn chế cơ bản của hệ thống đào tạo theo NLTH do nội dung chương trình ở
đó được cấu trúc thành các mô đun “tích hợp” dẫn tới, đó là người học không được trang
bị một cách cơ bản, toàn diện và có hệ thống các kiến thức theo lô gíc khoa học, không
có đủ cơ hội hiểu sâu sắc bản chất lý thuyết của các sự vật, hiện tượng như “truyền
thống” lâu nay khi học theo các môn học lý thuyết, vì vậy sẽ có thể hạn chế phần nào
năng lực sáng tạo trong hành nghề thực tế ở người học.
3.1.3 Yêu cầu đối với giáo viên trong đào tạo nghề theo năng lực thực hiện
Đào tạo nghề theo năng lực thực hiện với phương thức dạy học tích hợp đòi hỏi
giáo viên day nghề có trình độ chuyên môn sâu rộng, có kỹ năng thực hành, năng lực sư
phạm: một mặt đó là sự nắm vững phương pháp khoa học của môn học, mặt khác là khả
năng sử dụng phương pháp dạy học thích ứng với mục tiêu và nội dung có sự gắn kết
giữa lý thuyết với thực hành, cạnh đó còn đòi hỏi giáo viên có khả năng tổ chức để tổ
chức quá trình dạy học, tổ chức các hoạt động học tập theo logic của nhận thức kiến
thức, kỹ năng và theo cấu trúc của hoạt động. Không những thế giáo viên dạy nghề cần
có các tri thức và kỹ năng để tổ chức quá trình đào tạo và quá trình dạy học theo phương
thức này; Bởi dạy học định hướng hành động trong đào tạo nghề theo mô đun năng lực

thực hiện đòi hỏi giáo viên có khả năng mô tả nghề, phân tích chương trình, nắm bắt
được các mô đun, các bài, xây dựng các điều kiện để thực hiện mô đun cũng như những
vấn đề kiểm tra và đánh giá các năng lực thực hiện.

23


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

MS: SPKT.10

Trang bị cho giáo viên dạy nghề những tri thức, những cách thức mới của hoạt
động phương pháp và tổ chức dạy học trong đào tạo nghề theo năng lực thực hiện giúp
giáo viên có thể tổ chức thành công dạy và học các mô đun năng lực thực hiện.
3.2. Biên soạn tài liệu dạy học mô đun PLC trên mô hình thiết kế
3.2.1. Giới thiệu mô đun « Đào tạo PLC cơ bản »
Mô đun đào tạo PLC cơ bản là mô đun nên học cuối cùng trong chương trình đào
tạo cao đẳng nghề điện công nghiệp. Thời gian dành cho việc học tập mô đun là 155h,
trong đó 45h lý thuyết và 110h thực hành.
Sau khi kết thúc mô đun, người học có năng lực:
- Trình bày được nguyên lý hệ điều khiển lập trình PLC; So sánh các ưu nhược
điểm với bộ điều khiển có tiếp điểm và các bộ lập trình cở nhỏ khác.
- Phân tích được cấu tạo phần cứng và nguyên tắc hoạt động của phần mềm trong hệ
điều khiển lập trình PLC.
- Phương pháp kết nối dây giữa PC - CPU và thiết bị ngoại vi.
- Thực hiện được một số bài toán ứng dụng đơn giản trong công nghiệp.
- Phân tích luận lý một số chương trình đơn giản.
- Kết nối thành thạo phần cứng của PLC - PC với thiết bị ngoại vi.
- Viết chương trình, nạp trình để thực hiện được một số bài toán ứng dụng đơn giản
trong công nghiệp.

- Phân tích luận lý một số chương trình đơn giản, phát hiện sai lỗi và sửa chữa khắc
phục.
Chi tiết về mô đun đào tạo PLC cơ bản được trình bày trong phụ lục 1.
3.2.2. Biên soạn tài liệu hỗ trợ giáo viên trong đào tạo PLC cơ bản
Sau khi phân tích kỹ nội dung mô đun đào tạo PLC cơ bản và xác định rõ các năng
lực mà người học cần phải đạt được. Chúng em đã tiến hành biên soạn tài liệu hỗ trợ giáo
viên trong giảng dạy mô đun này trên mô hình nhà xe gia đình tự động hai tầng đã được
thiết kế.
Hệ thống bài giảng đã được thiết kế bao gồm:
- Giới thiệu về PLC,cấu trúc và lập trình
- Các lệnh lập trình cơ bản
- Các lệnh cơ bản ĐK thời gian
- Các lệnh cơ bản ĐK đếm
24


Báo cáo NCKH sinh viên lần thứ 29

-

MS: SPKT.10

Các lệnh cơ bản ĐK ghi dịch
Lệnh CHOT,vi phân,mov, so sánh

25