NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG FMS, GIÁM SÁT BẰNG WINCC

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN
MÔN HỌC CÔNG NGHỆ CƠ ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG FMS, GIÁM SÁT
BẰNG WINCC

Giáo viên hướng dẫn

: Th.S ĐÀO NGỌC ANH

Sinh viên thực hiện:

: LÊ VĂN THẾ
BÙI DUY KHÁNH
TRỊNH TUẤN THÀNH

Lớp:

: ĐH CĐT 3-K7

Hà Nội - 2015


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1.......................................................................................................34
GIỚI THIỆU CHUNG......................................................................................34
1.1 Giới thiệu chung....................................................................................................34

1.2 Các vấn đề đặt ra...................................................................................................35
Để xây dựng hoàn thiện mô hình FMS với nguyên lí cơ cấu hoạt động như cơ cấu
thật, mô hình thiết kế với đặc điểm chung:...........................................................................35
−Thiết lập quy trình công nghệ....................................................................................35
−Mô hình cơ khí gồm :2 băng tải (1 băng tải phân loại chiều cao, 1 băng tải phân loại
màu sắc), tay máy robot (gắp và vận chuyển phôi)...............................................................35
−Mạch điều khiển kết nối PLC S7-300.......................................................................35
−Thiết kế giao diện người dùng trên WinCC giám sát chu trình hoạt động của hệ
thống......................................................................................................................................35
−Kiểm tra và đánh giá hệ thống:..................................................................................35
Về mặt cơ khí: hệ thống khi thiết kế phải đơn giản nhưng đòi hỏi phải có kết cấu
vững chắc, các chi tiết thiết kế phải hợp lí, phù hợp. Hệ thống sau khi hoàn chỉnh phải chắc
chắn, hoạt động ổn định, không rung lắc..............................................................................35
Điều khiển: quá trình điều khiển hệ thống phải nhịp nhàng, các xylanh và băng tải
phải hoạt động tốt..................................................................................................................35
Hoạt động: hệ thống phải hoạt động trơn tru, không rung lắc, hệ thống khí nén cung
cấp khí cho xylanh phải hoạt động tốt theo yêu cầu đề ra. Các tay máy gắp phôi hoạt động
nhẹ nhàng, không gây tiếng ồn.............................................................................................35
An toàn: hệ thống điện và khí nén cung cấp cho toàn bộ hệ thống phải đảm bảo an
toàn, không để rò rỉ khí ra bên ngoài làm giảm năng suất làm việc, hay để chập điện sẽ ảnh
hưởng đến toàn bộ hệ thống..................................................................................................35
1.3 Phương pháp nghiên cứu.......................................................................................35


Trong một hệ thống cơ điện tử phương pháp thiết kế có ý nghĩa rất quan trọng, mang
tính tổng quát và tiên phong một đồ án cơ điện tử................................................................35
Đồ án sử dụng 2 phương pháp:....................................................................................35
−Nghiên cứu cơ sở lí thuyết các mô hình, hệ thống thực tế, thiết bị có sẵn trên thế
giới để chọn phương pháp phù hợp, kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm khoa
học.........................................................................................................................................35

−Sử dụng các công cụ thiết kế, mô hình hóa và mô phỏng trên máy tính để đánh giá
mô hình thiết kế đồng thời loại trừ các sai sót trước khi chế tạo..........................................36
1.4. Phạm vi và giới hạn nghiên cứu...........................................................................36
Việc nghiên cứu hệ thống FMS có tính bao quát và bao gồm nhiều lĩnh vực, tuy nhiên
do thời gian nghiên cứu và kiến thức tích lũy còn hạn chế, nền đồ án mô hình cấp phôi tự
động có giới hạn về một số vấn đề như:...............................................................................36
Phôi:.............................................................................................................................36
Dùng hệ thống cảm biến để nhận biết các loại phôi, với các loại phôi phức tạp có thể
sử dụng bằng phương pháp xử lý ảnh. Tuy nhiên, giới hạn đề tài chỉ sử dụng cảm biến do
vậy loại phôi được chọn sẽ phù hợp với loại cảm biến sử dụng...........................................36
Vật liệu: Gỗ................................................................................................................36
Số lượng: 9cái.............................................................................................................36
Loại phôi: Cao (60 x40 mm)......................................................................................36
Thấp(40x40 mm)........................................................................................................36
Màu sắc (xanh, đỏ, vàng)............................................................................................36
Module gia công: 5 module.........................................................................................36
1.Module cấp phôi.......................................................................................................36
2.Module vận chuyển..................................................................................................36
3.Module phân loại phôi..............................................................................................36
4.Module kho chứa......................................................................................................36
5.Module gắp phôi.......................................................................................................36
Kích thước hệ thống: Hệ thống mô hình có kích thước bề mặt(1.45m x 1.55m)........36
Khả năng lập trình: Khả năng lập trình phức tạpnhưng có thay đổi theo tính linh hoạt
mà hệ thống yêu cầu..............................................................................................................36


Khả năng giám sát:Giám sát dựa trên giao diện được lập trình bằng WinCC giúp hệ
thống hoạt động ổn định hơn................................................................................................36
Những hạn chế khi sử dụng Wincc: Đây là mô hình được mô phỏng trên máy tính
nên độ mượt của các chuyển động còn phụ thuộc vào cấu hình máy. Do thời gian và kiến

thức về WinCC còn hạn chế nên chưa khai thác được tối ưu phần mềm.............................37

CHƯƠNG 2.......................................................................................................39
TỔNG QUAN HỆ THỐNG..............................................................................39
2.1 Giới thiệu chung về hệ thống FMS........................................................................39
2.1.1 Lịch sử phát triển................................................................................................39
Một trong những hướng phát triển của nền công nghiệp là thiết lập các hệ thống sản
xuất, nối kết năng suất của dây chuyền tự động hóa cứng cùng với tính linh hoạt mà trước
đây chỉ được tạo bởi lao động của con người. Một trong những nguyên nhân của vấn đề nêu
trên là sản xuất đơn chiếc và sản xuất quy mô nhỏ chiếm 80% khối lượng của sản xuất công
nghiệp. Tuy nhiên, nguyên nhân “ linh hoạt” chủ yếu là thiết lập hệ thống sản xuất linh hoạt
FMS để tạo ra lực lượng sản xuất mới, có khả năng làm thay đổi xã hội, tạo ra một yếu tố
chiến lược trong cạnh tranh kinh tế và quốc phòng giữa các nước.......................................39
Các cơ cấu chính của FMS từ lâu cũng đã được thiết kế từ lâu. Một số cơ cấu này
cũng đã được chế tạo và sử dụng từ những năm 1970. Tuy nhiên, chỉ vào tháng 11 năm
1978 trong tạp chí “ IRON AGE” đã đăng bài báo đâu tiên về “ tính linh hoạt của sản
xuất”, người ta mới có ý tưởng về triển vọng của gia công cơ khí.......................................39
Chỉ sau khi công nhận kết quả nghiên cứu của hãng “Korman” về ba trung tâm gia
công được sử dụng ở nhà máy “ General Motors ” để chế tạo bánh răng và trục ô tô và với
hàng loạt hệ thống do các hãng của Nhật Bản chế tạo thì hệ thống FMS mới được sử dụng
rộng rãi..................................................................................................................................39
2.1.2 Cấu trúc FMS......................................................................................................39
Thành phần của FMS bao gồm:...................................................................................39
−Các thiết bị công nghệ và các thiết bị kiểm tra được trang bị các tay máy tự động và
các máy tính để tính toán và điều khiển................................................................................39
−Các bộ chương trình để điều khiển FMS...................................................................39
−Các tế bào gia công tự dộng (các mô đun sản xuất linh hoạt), thông thường là các
máy CNC có mối lien hệ với các máy tính và hệ thống vận chuyển – tích trữ phôi tự dộng.
...............................................................................................................................................39

Theo cấu trúc thì FMS là một tổ hợp của tế bào gia công tự động và tế bào kiểm tra tự
động được lien kết với nhau thành một hệ thống nhất theo dòng vật liệu với sự giám sát của
hệ thống vận chuyển tích trữ phôi tự động và điều khiển nhờ mạng máy tính.....................40
2.1.3 Tính linh hoạt của FMS......................................................................................40
Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất được thể hiện ở các yếu tố sau:........................40
a) Yếu tố kĩ thuật bao gồm:.........................................................................................40
Công suất của hệ thống, vùng tốc độ và lượng chạy dao, số lượng các đầu mang dụng
cụ cắt và dụng cụ phụ, các cơ cấu vận chuyển và kho chứa, các thiết bị điều khiển, dung
lượng của ổ tích phôi, ổ tích dụng cụ, mức độ tiêu chuẩn hóa của các bề mặt và kích thước
của thiết bị công nghệ và kĩ thuật, khả năng lập trình và mức độ thích ứng của các thiết bị
điều khiển..............................................................................................................................40
b) Yếu tố tổ chức bao gồm:.........................................................................................40
Chu kỳ (thời gian) chế tạo sản phẩm, chủng loại sản phẩm, chu kỳ thay đổi sản phẩm,
độ ổn định của hệ thống sản xuất..........................................................................................40
Tính linh hoạt hợp lý sẽ cho phép giảm chi phí chế tạo sản phẩm trong một thời gian
dài. Tính linh hoạt trong một trừng mực nào đó xác định hình thể của hệ thống sản xuất,
xác định công nghệ, tổ chức và điều khiển chức năng của nó, đồng thời tính linh hoạt ảnh
hưởng lớn đến chi phí chế tạo sản phẩm...............................................................................40
Tính linh hoạt của quá trình là khả năng chế tạo nhiều loại sản phẩm từ nhiều vật liệu
khác nhau bằng những phương pháp khác nhau...................................................................40
Tính linh hoạt đối với sản phẩm là chuyển đổi nhanh và kinh tế FMS để chế tạo sản
phẩm mới..............................................................................................................................40
Tính linh hoạt theo tiến trình : khả năng tiếp tục chế tạo nhiều sản phẩm đã định khi
một số thiết bị công nghệ dừng hoạt động............................................................................40
Tính linh hoạt của chủng loại sản phẩm là khả năng chế tạo nhiều sản phẩm của FMS.
...............................................................................................................................................40
2.1.4 Sự tích hợp FMS với các hệ thống tự động hóa.................................................40
Sự tích hợp của hệ thống thiết kế tự động và hệ thống chuẩn bị công nghệ sản xuất tự
động FMS là cần thiết, bởi hệ thống tích hợp cho phép giải phóng con người khỏi sự tham

gia trực tiếp trong quy trình công nghệ và như vậy con người chỉ có chức năng tham gia và
giám sát. Tích hợp có thể tạo ra hiệu quả sử dụng FMS trong quá trình sản xuất đơn chiếc
và hàng loạt ví dụ như gia công 100.000 chiếc với 2-3 lần sử lí 30.000-50.000 chương trình
CNC và robot. Chỉ có máy tính mới tạo ra được khối lượng thông tin khổng lồ như vậy.. .41


Như vậy,FMS cần phải làm việc trong thành phần hệ thống tích hợp toàn phần (hệ
thống điều khiển tự động, hệ thống thiết kế tự động, hệ thống chuẩn bị công nghệ sản xuất
tự động, hệ thống FMS)........................................................................................................41
2.1.5 Nguyên tắc thiết lập FMS...................................................................................41
Thiết lập FMS được bắt đầu từ việc xác định họ chi tiết được chế tạo trong FMS. Kết
quả của công việc này dùng để xác định thiết bị công nghệ của FMS, các loại kho chứa, các
cơ cấu vận chuyển v v….......................................................................................................41
Tiếp theo đó là thiết lập cấu trúc chức năng, cấu trúc công nghệ và cấu trúc thông tin
của FMS, đồng thời thiết lập mạng máy tính nội bộ. Sau giai đoạn này có thể giải quyết vấn
đề thuật toán và lập trình có tính tác động qua lại của các hệ thống điều khiển của FMS với
các hệ thống tự động khác trong hệ thống tích hợp sản phẩm. Song song với hệ thống này
cần thiết lập các hệ thống cung cấp điện, khí nén….............................................................41
2.1.6 Phân loại FMS....................................................................................................41
Dựa vào kinh nghiệm ứng dụng FMS ở các nước trên thế giới FMS được chia thành
các loại chính sau:.................................................................................................................41
Loại 1: Không phụ thuộc vào dòng vật liệu của tế bào gia công(đồng nghĩa với
module sản xuất linh hoạt). Loại này được cấu tạo từ máy vạn năng với điều khiển theo
theo chương trình số, cho phép liên kết với máy tính bậc cao để điều khiển. FMS loại 1
được sử dụng trong các trường hợp mà chi tiết có thời gian lớn (quá trình gia công được
thực hiện trên một máy)........................................................................................................41
Loại 2: Gồm các tế bào gia công tự động vạn năng được điều khiển từ mạng máy tính
và hệ thống vận chuyển- tích trữ phôi tự động linh hoạt. Các chi tiết cùng loại có thể gia
công theo nhiều tiến trình công nghệ khác nhau trên một tế bào gia công tự động (module
sản xuât linh hoạt). FMS loại 2 được sử dụng rộng rãi trong các trường hợp khi chi tiết có

thời gian gia công lớn............................................................................................................42
Loại 3: là dây chuyền tự động linh hoạt, mỗi nguyên công thực hiện chỉ trên một
máy, hệ thống vận chuyển- tích trữ phôi đảm bảo tiến trình ứng cho mỗi chi tiết và thông
thường nó được thực hiện dưới dạng băng tải hay máy quay vòng......................................42
Đồ án tốt nghiệp FMS của chúng em tìm hiểu và nghiên cứu thuộc loại 3: Mỗi
nguyên công được thực hiện trên các cơ cấu riêng. Từ việc cấp phôi phân loại theo màu sắc
và được đưa về thùng chứa phôi bằng các tay máy robot và băng tải..................................42
2.1.7 Ưu nhược điểm của hệ thống sản xuất linh hoạt FMS.......................................42
Ưu điểm:......................................................................................................................42


− Linh hoạt trong việc xây dựng và tích hợp hệ thống sản xuất..................................42
− Sản xuất đồng thời được nhiều loại sản phẩm khác nhau........................................42
−Giảm thời gian thiết lập và thời gian chờ đợi trong sản xuất....................................42
−Sử dụng thiết bị máy móc hiệu quả...........................................................................42
−Giảm chi phí sản xuất cho nhân công lao động.........................................................42
−Có khả năng xử lý nhiều loại nguyên liệu khác nhau................................................42
−Khi có máy bị sự cố, các máy khác vẫn có thể làm việc được..................................42
Nhược điểm:................................................................................................................42
−Giá thành đầu tư xây dựng ban đầu lớn.....................................................................42
−Khả năng lập trình chó hệ thống khó khan................................................................42
− Chi phí bảo dưỡng, bảo trì cao.................................................................................42
2.1.8 Ứng dụng của FMS ở một số nước trên thế giới................................................42
Nga:.............................................................................................................................42
−FMS được dùng để gia công hơn 70 chủng loại chi tiết dạng hộp............................42
−Hệ thống điều khiển FMS thực hiện: điều khiển vận chuyển chi tiết và dụng cụ,
kiểm tra các tế bào của các ổ tích bằng các vệ tinh và các dụng cụ, kiểm tra các vị trí chờ
của các vệ tinh và các magazine dụng cụ, hiệu chỉnh chương trình điều khiển tương ứng với
các thông số của dụng cụ và kiểm tra thời gian sử dụng dụng cụ.........................................43
−Gia công các chi tiết dạng tròn xoay.........................................................................43

−Gia công nhóm các chi tiết dạng hộp tròn.................................................................43
Nhật:............................................................................................................................43
−Hãng Fanuc đã xây dựng nhà máy tư động hóa để chế tạo các robot và các chi tiết
của máy công cụ....................................................................................................................43
−Nhà máy tự động linh hoạt thứ hai của hãng Fanuc đã xây dựng nhà máy chế tạo
động cơ điện..........................................................................................................................43
−Ứng dụng của hệ thống này cho phép nâng cao năng suất lao động lên hàng chục lần
và tăng đáng kể số chủng loại chi tiết gia công....................................................................43
Đức:.............................................................................................................................43
−FMS dùng để gia công roto của động cơ điện...........................................................43


−Gia công các loại bánh răng và các chi tiết dạng đĩa.................................................43
2.2 Các module trong hệ thống FMS...........................................................................43
2.2.1 Module cấp phôi.................................................................................................43
Khái niệm:...................................................................................................................43
Các quá trình sản xuất các sản phẩm trên máy cắt kim loại, máy gia công bằng áp lực
(cán, uốn, đập, dập,,,)quá trình công nghệ lắp ráp sản phẩm cơ khí hay kiểm tra, hệ thống
sản xuất trong nghành công nghệ như sản xuất phân bón, vật liệu xây dựng, thực phẩm…
đều phát triển theo xu hướng tự động hóa.Để đảm bảo được quá trình sản xuất ổn định phải
có quá trình cung cấp phôi chính xác về vị trí trong không gian theo đúng nhịp (cấp phôi
đúng lúc) và liên tục theo chu trình hoạt đọng của máy một cách chính xác.......................43
.....................................................................................................................................44
Hình 2.1 Trạm cấp phôi...............................................................................................44
Module ổ chứa dạng ống xếp tách chi tiết phôira ổ chứa, có thể xếp 6 chi tiết trong ổ
chứa dạng ống. Xylanh tác động kép đẩy chi tiết phôi từ vị trí thấp nhất từ ổ chứa ra ngoài
đến băng tải bằng khí nén, tốc độ đẩy phôi của xylanh được điều chỉnh bằng van tiết lưu 1
chiều......................................................................................................................................44
2.2.2 Module gắp phôi.................................................................................................44
Trong mô hình sử dụng một kiểu cách tay robot, tay máy dùng để gắp chuyển phôi

giữa 2 băng tải, và gắp phôi đã phân loại từ băng tải lớn vào các thùng chứa.....................44
a) Tổng quan về robot sử dụng trong hệ thống FMS...................................................44
Robot công nghiệp là thiết bị vạn năng để tự động hóa quá trình sản xuất nhiều chủng
loại chi tiết và thường xuyên thay đổi đối tượng gia công. Robot công nghiệp có thể thực
hiện được nhiều nguyên công chính cũng như nguyên công phụ, do đó chúng rất cần thiết
trong hệ thống FMS..............................................................................................................44
Robot công nghiệp là một máy tự động được lập trình nhắc lại, có khả năng thay thế
con người để thực hiện các chức năng di chuyển các đối tượng sản xuất hoặc thiết bị công
nghệ.Robot công nghiệp khác các thiết bị khác ở tính vạn năng di chuyển và điều chỉnh
nhanh để thực hiện nguyên công mới. Robot công nghiệp có khả năng thay thế nhiều thiết
bị khác nhautrong hệ thống FMS..........................................................................................44
Do tính chất công việc của Robot công nghiệp trong hệ thống FMS mà các robot
công nghiệp cần đáp ứng được những yêu cầu:....................................................................44


−Thực hiện công việc một cách tự động trong các nguyên công chính cũng như
nguyên công phụ...................................................................................................................44
−Tự động điều chỉnh khi thay đổi đối tượng sản xuất.................................................44
−Tiếp xúc nhẹ nhàng và chính xác với các thiết bị của FMS......................................45
−Có khả năng thực hiện các tác động điều khiển tới các thiết bị công nghệ chính của
FMS để thực hiện các nguyên công theo tuần tự đã được lập trình......................................45
−Đảm bảo sự ổn định trong quá trình làm việc lâu dài...............................................45
−Có khả năng trang bị thiết bị kiểm tra tự động chất lượng gia công.........................45
b)Nguyên lí hoạt động:................................................................................................45
Cánh tay sử dụng xy lanh quay và tay máy để gắp phôi sau khi trạm cấp phôi đẩy
phôi ra tới vị trí làm việc, sau đó cánh tay máy sẽ quay 1 góc 90 độ đưa phôi từ băng tải 1
sang băng tải 2.......................................................................................................................45
.....................................................................................................................................45
Hình 2.2Module gắp phôi............................................................................................45
2.2.3 Module vận chuyển............................................................................................45

a)Khái niệm bộ truyền động đai..................................................................................45
Truyền động đai có thể hiểu cơ bản là dung để truyền động giữa hai trục có khoảng
cách (<15m), hoạt động dựa theo nguyên lí ma sát: công suất giữa bánh chủ động sẽ được
truyền cho bánh bị động nhờ vào ma sát sinh ra giữa dây đai và bề mặt bánh đai...............45
2.2.3.2 Phân loại bộ truyền động đai...........................................................................45
Theo tiết diện đai:........................................................................................................45
1.Đai dẹt.......................................................................................................................45
2.Đai thang...................................................................................................................45
3.Đai lược....................................................................................................................45
4.Đai tròn.....................................................................................................................45
Theo cách mắc đai:......................................................................................................45
1.Mắc thẳng.................................................................................................................46
2.Mắc chéo...................................................................................................................46
3.Mắc nửa chéo............................................................................................................46


2.2.3.3 Sơ lược về đai dẹt............................................................................................46
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại đai dẹt được làm với nhiều loại chất liệu
khác nhau. Tuy nhiên đai dẹt có các loại chính sau:.............................................................46
−Đai da: Có khả năng tải tốt, tuổi thọ cao, chống chịu va đập tốt nhưng giá thành cao
nên ít dùng.............................................................................................................................46
−Đai sợi bông: Mềm, rẻ, thích hợp với vận tốc cao và bánh đai có đường kính nhỏ
nhưng khả năng tải thấp và không dùng được ở nơi có độ ẩm cao và nhiệt độ cao.............46
−Đai sợi len: Sợi dọc bằng len, sợi ngang bằng bông, chịu tải trọng va đập tốt, có thể
làm việc với bánh đai có đường kính nhỏ nhưng đắt tiền nên ít được sử dụng....................46
−Đai vải cao su: Gồm nhiều lớp vải bông và cao su sunfua hóa, bền dẻo, ít bị ảnh
hưởng của độ ẩm, nhiệt độ....................................................................................................46
−Đai sợi tổng hợp: Được làm bằng vật liệu tổng hợp trên nền nhựa poliamit có cốt là
sợi capron, lapsan. Có độ bền và tuổi thọ cao, giá cả vừa phải............................................46
Trong đồ án trên chúng em lựa chọn loại đai dẹt sợi tổng hợp, nó đáp ứng đầy đủ về

yêu cầu sử dụng, môi trường sử dụng và cả giá thành..........................................................46
Ưu điểm:......................................................................................................................46
+Làm việc êm, không gây ồn nhờ độ dẻo của đai.......................................................46
+Tránh được tải trọng sinh ra nhờ tính chất đàn hồi...................................................46
+Đề phòng được sự quá tải nhờ vào sự trượt trơn và đặc biệt là kết cấu và vận hành
đơn giản.................................................................................................................................46
.....................................................................................................................................47
Hình 2.3 Băng tải.........................................................................................................47
2.2.4 Module phân loại sản phẩm:...............................................................................47
Hệ thống sử dụng các cảm biến để phân loại sản phẩm:.............................................47
a)Phân loại sản phẩm theo chiều cao...........................................................................47
Trong công nghiệp sản xuất tự động luôn đòi hỏi độ chính xác cao gần như tuyệt đối,
việc phân loại sản phẩm theo chiều cao giúp cho quá trình hoạt động hệ thống có thể loại
bỏ những sản phẩm lỗi do một số yếu tố khách quan và chủ quan. Trong hệ thống phân loại
FMS, phân loại sản phẩm theo chiều cao sử dụng cảm biến siêu âm. Vật được đưa từ nơi
cấp phôi đến băng tải lớn thông qua module gắp phôi. Trên quãng đường vận chuyển đến


hệ thống phân loại kích thước, vật sẽ phân loại theo chiều cao, nếu chiều cao không phù
hợp yêu cầu đặt ra thì cảm biến sẽ nhận biết và loại sản phẩm lỗi ra khỏi hệ thống............47
b)Phân loại sản phẩm theo màu sắc.............................................................................47
Trong hệ thống FMS thì phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng cảm biến quang.
Phôi đạt yêu cầu được tay máy gắp sang băng tải 2 để phân biệt màu sắc, có 3 màu sắc chủ
yếu là xanh, đỏ, vàng. Khi phôi di chuyển trên bang tải gặp cảm biến thì sẽ dừng lại (nếu là
màu xanh, hoặc màu đỏ) khi đó tay máy sẽ gắp phôi vào thùng chứa phôi tương ứng. Nếu
là phôi màu đen thì cảm biến không có tín hiệu, phôi sẽ di chuyển hết bang tải đến thùng
chứa phôi đen........................................................................................................................47
Module phân loại bao gồm:.........................................................................................47
−Xy lanh đẩy...............................................................................................................47
−Van khí......................................................................................................................47

−Van điều chỉnh tốc độ xylanh....................................................................................47
−Cảm biến nhận biết vật: Led thu phát, bộ điều khiển trung tâm...............................48
−Máng chứa phôi lỗi....................................................................................................48
.....................................................................................................................................48
Hình 2.4 Cảm biến quang điện E3F-DS10C4.............................................................48
2.2.5Module kho chứa.................................................................................................48
.....................................................................................................................................48
Hình 2.5 Thùng chứa phôi...........................................................................................48
Chức năng và thành phần của kho chứa tự động:........................................................48
Các kho chứa tự động đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống FMS, bởi vì chúng
thực hiện sự tác động qua lại của FMS với các hệ thống khác trong một phân xưởng. Thông
qua các kho chứa của hệ thống FMS, các dòng vật liệu được nhập vào và di chuyển đi để
thực hiện các chức năng một cách hiệu quả của FMS. Ngoài ra ở các kho chứa, các phôi,
các chi tiết các sản phẩm nằm ở trạng thái tĩnh nên thuận tiện cho việc xác định số lượng
của chúng và thuận tiện trong việc xử lý lại thông tong quá trình sản xuất..........................48
Hệ thống kho chứa tự động của FMS được dùng để tiếp nhận, lưu trữ và chuyển vào
sản xuất các vật liệu và các thiết bị phụ trợ khác..................................................................48


Về kết cấu thì đa số các kho chứa tự động được chế tạo theo kiểu giá đỡ. Kho chứa
kiểu giá đỡ có thể được cấu tạo gồm: các cơ cấu giá đỡ, các máy xếp đống tự động, các
thùng chứa….........................................................................................................................48
FMS được nghiên cứu, thiết kế trong đồ án chỉ có một kho chứa đơn giản, sau khi
qua băng tải lớn,....................................................................................................................48
Các loại kho chứa tự động...........................................................................................49
Tùy vào đặc điểm kết cấu và trang bị kĩ thuật các kho chứa tự động trong hệ thống
FMS được chia làm các loại sau đây:...................................................................................49
−Kho chứa tự động có dạng giá lồng...........................................................................49
−Kho chứa tự động có dạng cần cẩu cầu.....................................................................49
−Kho chứa tự động có dạng giá cần cẩu......................................................................49

−Kho chứa tự động có dạng giá trọng lực...................................................................49
−Kho chứa tự động có dạng giá nâng..........................................................................49
Trong hệ thống phôi sẽ được vận chuyển thả vào kho chính, còn phế phẩm sẽ được
gạt vào kho phụ.....................................................................................................................49
2.3 Hệ thống điều khiển...............................................................................................49
2.3.1 Cảm biến.............................................................................................................49
a) Khái niệm:...............................................................................................................49
Cảm biến là một thiết bị chịu tác động của đại lượng cần kiểm tra m không có tính
điện và cho ta một đặc trưng mang bản chất điện (như điện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở
kháng) ký hiệu là s. Đặc trưng điện s là hàm của đại lượng cần đo m. Cồng thức tính:......49
S=f(m)..........................................................................................................................49
Trong đó s là đại lượng đầu ra hoặc phản ứng của cảm biến và m là đại lượng đầu vào
hay kích thích........................................................................................................................49
Khi đánh giá lựa chọn một cảm biến hay phải so sánh chúng với nhau ta cần phải chú
ý những đặc tính cơ bản sau:.................................................................................................49
−Phải xét đến khả năng có thể thay thế các cảm biến. Tức là khi chế tạo một loại cảm
biến ta phải tính đến khả năng chế tạo nhiều cảm biến với các đặc tính như nhau đã cho
trước. Như thế mới có thể thay thế khi bị hỏng mà không mắc phải sai số..........................49
−Cảm biến phải có đặc tính đơn trị, nghĩa là với đường cong phục hồi của cảm biến
ứng với giá trị m ta chỉ nhận được một giá trị s mà thôi.......................................................49


−Đặc tuyến của cảm biến phải ổn định, nghĩa là không được thay đổi theo thời gian.
...............................................................................................................................................49
−Tín hiệu ra của cảm biến yêu cầu phải tiện cho việc ghép nối vào dụng cụ đo, hệ
thống đo và hệ thống điều khiển...........................................................................................50
−Đặc tính quan trọng của cảm biến là sai số:..............................................................50
+ Sai số cơ bản của cảm biến là sai số gây ra do nguyên tắc của cảm biến, sự không
hoàn thiện về cấu trúc, sự yếu kém của công nghệ chế tạo..................................................50
+ Sai số phụ: là sai số gây ra do sự biến động của điều kiện bên ngoài khác với điều

kiện tiêu chuẩn......................................................................................................................50
− Độ nhạy của cảm biến cũng là một tiêu chuẩn quan trọng. Nó có tác dụng quyết
định cấu trúc của mạch đo để đảm bảo cho phép cảm biến có thể bắt nhạy với những biến
động nhỏ của đại lượng đo....................................................................................................50
− Đặc tính động của cảm biến: Khi cho tín hiệu đo vào cảm biến thường xuất hiện
quá trình quá độ. Quá trình này có thể nhanh hay chậm tùy thuộc vào dạng cảm biến. Đặc
tính này được gọi là độ tác động nhanh. Nếu độ tác động nhanh hay chậm tức là phản ứng
của tín hiệu ra của cảm biến trễ so với sự thay đổi của tín hiệu vào.....................................50
−Sự tác động ngược lại của cảm biến lên đại lượng đo làm thay đổi nó và tiếp đến là
gây ra sự thay đổi của tín hiệu ở đầu ra của cảm biến..........................................................50
−Về kích thước của cảm biến mong muốn là phải nhỏ có như vậy mới đưa được vào
những nơi hẹp, nâng cao độ chính xác của phép đo.............................................................50
b) Phạm vi ứng dụng:..................................................................................................50
Các bộ cảm biến được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực: Công nghiệp, Nông nghiệp,
Nghiên cứu khoa học, môi trường, khí tượng, thông tin viễn thông, dân dụng, giao thông
vận tải. Theo khảo sát thì tình hình sử dụng cảm biến như sau:...........................................50
Các lĩnh vực ứng dụng:................................................................................................50
Các loại hay được sử dụng trong công nghiệp và dân dụng:.......................................51
c) Phân loại các bộ cảm biến.......................................................................................51
Theo nguyên lý chuyển đổi giữa đáp ứng về kích thích:.............................................51
Phân loại theo dạng kích thích.....................................................................................51
Theo tính năng của bộ cảm biến..................................................................................52
Phân loại theo phạm vi sử dụng...................................................................................52


Phân loại theo thông số mạch thay thế:.......................................................................53
+ Cảm biến tích cực có đầu ra là nguồn áp hoặc nguồn dòng.....................................53
+ Cảm biến thụ động được đặc trưng bằng các thông số R, L, C, M.... tuyến tính hoặc
phi tuyến................................................................................................................................53
d) Cảm biến quang học phản xạ khuếch tán................................................................53

Cảm biến quang là cảm biến không thể thiếu trong hê thống tự động hóa quá trình sản
xuất. Nguyên lí: có thể phát hiện ra vật đang di chuyển trên bàn máy nhờ hiệu ứng phản xạ
anhs áng. Khi bộ phát từ cảm biến truyền ánh sang tới vật thể, vật thể sẽ phản xạ một phần
ánh sáng trở lại bộ thu của cảm biến, kích hoạt tín hiệu ra...................................................53
Cấu trúc thiết kế:..........................................................................................................53
Gồm 3 thành phần chính: bộ phát sáng, bộ thu sáng và mạch xử lí tín hiệu...............53
.....................................................................................................................................53
Hình 2.6 Cấu trúc cảm biến quang..............................................................................53
Ưu điểm :.....................................................................................................................53
Không tiếp xúc với vật thể cần phát hiện...................................................................53
Không bị hao mòn, có tuổi thọ cao.............................................................................53
Có thời gian đáp ứng nhanh........................................................................................53
Một điểm lắp đặt duy nhất..........................................................................................53
Chính xác tin cậy hơn loại phản xạ thường (bị lỗi trắng/đen)....................................53
Nhược điểm:................................................................................................................53
Khoảng cách phát hiện ngắn.......................................................................................53
Độ nhạy không cao.....................................................................................................53
Độ phát sáng: Cảm biến quang thường sử dụng đèn bán dẫn LED (Light Emiting
Diode – Diode phát quang). Ánh sáng được phát ra theo xung nhịp điệu xung đặc biệt giúp
cảm biến phân biệt được ánh sáng của cảm biến và ánh sáng từ nguồn khác (như ánh nắng
mặt trời hoặc ánh sáng trong phòng). Các loại LED thong dụng nhất là LED đỏ, LED hồng
hoặc LED Laze, mọt số dòng cảm biến đặcbiệt dùng Led trắng hoặc Led xanh lá, ngoài ra
cũng có Led vàng..................................................................................................................54
Bộ thu sáng: Thông thường bộ thu sáng là một phototransistor (transistor quang). Bộ
phận này cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu tỉ lệ. Hiệu nay nhiều loại cảm
biến quang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên dụng ASIC (Applocation specific


integrated Cicruit). Mạch này tích hợp tất cả bộ phậnquang, khuyếch đại, mạch xử lí và
chức năng vào một ví mạch (IC). Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng phản xạ lại từ vật bị

phát hiện ( phản xạ khuếch tán)............................................................................................54
Mạch tín hiệu ra: Mạch đầu ra chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ transistor quang
thành tín hiệu On/Off được khuếch đại. Khi lượng ánh sáng vượt quá mức ngưỡng được
xách định, tín hiệu ra của cảm biến được kích hoạt..............................................................54
2.3.2. Động cơ điện một chiều.....................................................................................54
.....................................................................................................................................54
Hình 2.7 Động cơ điện 1 chiều....................................................................................54
Đặc điểm và phân loại:................................................................................................54
Nguồn điện cấp cho động cơ là nguồn điện một chiều. Cấu tạo động cơ điện một
chiều có thể chia làm hai phần chính: phần tĩnh(phần cảm) và phần quay...........................54
Phần cảm: Để tạo ra từ trường một chiều, thường đặt ở stato.....................................54
Phần quay (phần ứng): quay trong từ trường để biến đổi thành cơ năng....................54
a) Nguyên lý hoạt động:..............................................................................................54
Nguyên lý dòng điện chạy qua dây nằm trong từ trường gây ra lực đẩy lên dây dẫn
đó. Tốc độ có thể điều khiển do thay đổi dòng chạy qua cuộn dây của roto hay thay đổi
cường độ từ trường của cường điện từ..................................................................................54
Hình 2.8 Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện 1 chiều..........................................55
Pha 1: Từ trường của roto cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra di chuyển động của
roto........................................................................................................................................55
Pha 2: Roto tiếp tục quay.............................................................................................55
Pha 3: Bộ phận chính diện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữ stator và roto cùng dấu,
trở lại pha 1...........................................................................................................................55
b) Ưu nhược điểm của động cơ điện một chiều...........................................................55
Truyền động điện một chiều sử dụng cho các máy có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc
độ và momen, sử dụng trong các yêu cầu momen khởi động cao, tăng tốc êm ở một dải tốc
độ rộng. Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều điểm ưu việt,
không những có khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều
khiển đơn giản đồng thời lại đạt chất lượng cao hơn trong dải điều chỉnh tốc độ................55

Một phần quan trọng của động cơ điện một chiều là bộ phận chỉnh lưu, có nhiệm vụ
đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của roto la lien tục. Thông thường bộ phận
này gồm một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc cổ góp. Đây cũng là nhược điểm
chính của động cơ điện một chiều: cổ góp làm cho cấu tạo phức tạp, kém tin cậy và nguy
hiểm trong môi trường dêc nổ, khi sử dụng phải có nguồn điện một chiều kém theo bộ
chỉnh lưu................................................................................................................................55
2.3.3 Thiết bị đóng ngắt điều khiển rơ-le....................................................................55
a) Khái niệm................................................................................................................55
Rơ le là một loại thiết bị điều khiển từ xa, dung một dòng nhỏ để điều khiển một
dòng lớn. Rơ le được sử dụng để đóng ngắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự
làm việc của mạch điện động lực..........................................................................................56
.....................................................................................................................................56
Hình 2.9 Rơle...............................................................................................................56
b) Các bộ phận chính của rơ le....................................................................................56
−Cơ cấu tiếp thu( khối tiếp thu): Có nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và
biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối trung gian.........56
Hình 2.10 Cấu tạo của role..........................................................................................56
−Cơ cấu trung gian: Làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa đến khối tiếp thu và
biến đổi thành đại lượng cần thiết cho rơ le tác động...........................................................57
−Cơ cấu chấp hành: Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển......................57
c) Nguyên lí hoạt động của rơ le điện từ.....................................................................57
Biến đổi dòng điện thong qua từ thong qua cuộn dây, từ trường lại tạo thành lực cơ
học thông qua lực hút cơ học thong qua lực hút để thực hiện một động tác về cơ khí như
đóng mở công tắc, đóng mở các hành trình của một thiết bị tự động...................................57
d) Một số loại Rơ le thông dụng..................................................................................57
−Rơ le điện cơ (rơ le điện tử, rơ le điện phân cực, rơ le cảm ứng)..............................57
−Rơ le nhiệt.................................................................................................................57
−Rơ le từ,.....................................................................................................................57
−Rơ le điện từ bán dẫn, vi mạch..................................................................................57
−Rơ le số......................................................................................................................57

Trong hệ thống sử dụng rơ le điện từ loại 8 chân........................................................57
2.4 Hệ thống điều khiển khí nén..................................................................................57
2.4.1 Khái quát chung về PLC.....................................................................................57
a)Khái niệm và cấu trúc của PLC................................................................................57
PLC (programmable logic controller) là một thiết bị điều khiển sử dụng một bộ nhớ
có thể lập trình, bộ nhớ này sẽ lưu trữ các cấu trúc lệnh để thực hiện các chức năng điều
khiển. PLC thực chất là một máy tính điện tử được sử dụng trong quá trình tự động hóa
trong công nghiệp. Tín hiệu đưa vào PLC được lây từ các thiết bị như cảm biến, công tắc…
Tín hiệu đầu ra được sử dụng để điều khiển một đối tượng (một động cơ, van…) hoặc có
thể là một quá trình...............................................................................................................57
Ban đầu, PLC chỉ đơn thuần thiết kế để thay thế cho các hệ thống điều khiển dung rơ
le, công tắc tơ đơn thuần. Tuy nhiên trong quá trình phát triển, với ưu điểm lớn là chỉnh sửa
được chương trình điều khiển mà không mất công sức và chi phí, vì vậy có thể ứng dụng
rất linh hoạt. Ngày nay PLC đã phát triển để có thể điều khiển hệ thống phức tạp, có thể coi
như một hệ thống máy tính có các đặc điểm sau:.................................................................57
−Được thiết kế với cấu trúc đơn giản, có thể làm việc trong môi trường công nghiệp.
...............................................................................................................................................57
−Các tín hiệu vào ra được cách ly về điện với bộ điều khiển......................................58
−Lập trình đơn giản, chỉ thuần túy thực hiện các chức năng logic..............................58
Cấu trúc PLC:..............................................................................................................58
−Đơn vị xử lí trung tâm (CPU): Bao gồm một bộ xử lí, có nhiệm vụ phân loại các tín
hiệu vào và thực hiện công việc điều khiển, tùy theo chương trình lưu trữ trong bộ nhớ, có
thể truyền thông cũng như gửi tín hiệu đến đầu ra tương ứng .−−Nguồn nuôi: Là đơn vị để
chuyển đổi nguồn AC sang DC (5V,24V) để cung cấp cho PLC và các khối vào ra...........58
−Thiết bị lập trình dùng để viết chương trình điều khiển và chuyển xuống PLC.......58
−Bộ nhớ là nơi lưu trữ chương trình điều khiển, chương trình điều khiển sẽ thực hiện
bởi CPU.................................................................................................................................58
−Khối vào/ra tín hiệu làm nhiệm vụ truyền nhận thông tin từ PLC với các thiết bị bên

ngoài. Các tín hiệu vào ra có thể là tín hiệu rời rạc, tín hiệu số, tín hiệu Analog.................58
Thiết bị điều khiển có thể “lập trình mềm” làm việc theo chương trình lưu trữ trong
bộ nhớ. Thích hợp nhất cho điều khiển logic, song cũng có chức năng điều chỉnh (như PID,
mở…) và các chức năng tính toán khác................................................................................58


b) Phạm vi sử dụng......................................................................................................58
Lúc đầu chủ yếu trong các ngành công nghiệp chế tạo, điều khiển các quá trình rời
rạc. Ngày nay cả trong điều khiển trình tự và điều khiển quá trình liên tục cạnh tranh với
Compact Digital Controllers và các hệ DCS trong các ứng dụng "lai”.Thiết bị thu thập dữ
liệu trong các hệ SCADA......................................................................................................58
c) Khả năng của PLC...................................................................................................58
PLC (Programmable Logic Controller) (hay bộ điều khiển Logic có thể lập trình
được), là một thiết bị điều khiển đa năng được dùng rộng rãi trong công nghiệp để điều
khiển hệ thống theo một chương trình được viết bởi người sử dụng. Nhờ họat động theo
chương trình nên PLC có thể được ứng dụng để điều khiển nhiều thiết bị máy móc khác
nhau. Chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển và cách kết nối thì ta đã có thể dùng chính
PLC đó để điều khiển thiết bị, hay máy móc khác. Cũng như vậy, nếu muốn tay đổi quy
luật hoạt động của máy móc, thiết bị hay hệ thống sản xuất tự động, rất đơn giản, chỉ cần
thay đổi chương trình điều khiển. Các đối tượng mà PLC có thể điều khiển được rất đa
dạng, từ máy bơm, máy cắt, máy khoan, lò nhiệt…đến các hệ thống phức tạp như : băng
tải, hệ thống chuyển mạch tự động (ATS), thang máy, dây chuyền sản xuất…v.v PLC có
thể điều khiển theo các quy luật khác nhau đối với các đối tượng của nó............................59
d) Ưu điểm của PLC....................................................................................................59
PLC có những ưu điểm mà các bộ điều khiển cổ điển dùng dây nối và Relay không
thể nào sánh được :................................................................................................................59
−Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học............................................................59
−Gọn nhẹ nên dễ dàng di chuyển, lắp đặt....................................................................59
−Dễ bảo quản, sửa chữa...............................................................................................59
− Bộ nhớ có dung lượng lớn , nạp xóa dễ dàng, chứa được những chương trình phức

tạp..........................................................................................................................................59
−Độ chính xác cao.......................................................................................................59
− Khả năng xử lý nhanh...............................................................................................59
−Hoạt động tốt trong môi trường công nghiệp............................................................59
− Giao tiếp được với nhiều thiết bị khác, máy tính, mạng, các thiết bị điều khiển
khác.......................................................................................................................................59
e) Ứng dụng của PLC trong sản xuất và dân dụng......................................................59
−Điều khiển các Robot trong công nghiệp..................................................................59


−Hệ thống xử lý nước sạch..........................................................................................59
−Công nghệ thực phẩm................................................................................................59
−Công nghệ chế biến dầu thô......................................................................................59
−Công nghệ sản xuất vi mạch......................................................................................60
−Điều khiển các máy công cụ......................................................................................60
−Điều khiển và giám sát dây chuyền sản xuất.............................................................60
−Điều khiển hệ thống đèn giao thông..........................................................................60
f) Lập trình cho PLC....................................................................................................60
Có thể lập trình cho PLC dựa trên một tập lệnh mà nhà sản xuất cung cấp. Tập lệnh
bao gồm nhiều lệnh, có thể cho phép người sử dụng kết hợp các lệnh này một cách logic để
tạo nhiều chương trình điều khiển đa dạng, phức tạp. Ngoài các lệnh thông thường, nhà sản
xuất còn cung cấp thêm các lệnh mở rộng (Expansion Instruction) làm phong phú thêm khả
năng điều khiển PLC.............................................................................................................60
Cùng với tập lệnh còn có nhiều cách lập trình cho PLC: - Lập trình bằng giản đồ
LAD (Ladder Diagram) : Các lệnh được liên kết với nhau một cách logic, chương trình có
dạng thang. Đặc biệt, đối với các lập trình này, chương trình này trong giống như sơ đồ đấu
nối một mạch điện nên rất dễ kiểm soát, dễ hiểu. Do đó cách lập trình này được ứng dụng
khá phổ biến. Thích hợp để lập các chương trình dài, phức tạp. Để lập trình theo cách này
cần một máy tính cá nhân kèm theo một trong các phần mềm hổ trợ : SSS (Sysmax Support
Softwave), CLSS (Controler Link Support Softwave), SYS Win hay SYS MAC – CPT. Lập trình dạng sơ đồ khối CSF (Control System Flowchare): Các lệnh được hiển thị như

các khối chức năng, tùy từng ứng dụng mà ta liên kết các khối chức năng thích hợp để tạo
nên chương trình. Hiện nay, cách lập trình này không được dùng rộng rãi vì nó khá phức
tạp và khó kiểm soát chương trình. Để lập trình theo cách này cũng cần có máy tính và
phần mềm hổ trợ tương ứng. - Lập trình dạng phát biểu STL (Statement Lists) : Các lệnh
được được biểu thị như các phát biểu, gần giống ngôn ngữ con người , nên cũng khá dễ
hiểu. Tuy nhiên do không có dạng hình ảnh nên ta không thấy được cách liên kết các lệnh,
do đó khó kiểm soát được chương trình................................................................................60
g)Bộ điều khiển lập trình PLC S7-300........................................................................60
PLC S7-300 được thiết kế theo kiểu module. Các module này sử dụng cho nhiều ứng
dụng khác nhau. Việc xây dựng PLC theo cấu trúc module rất thuận tiện cho việc thiết kế
các hệ thống gọn nhẹ và dễ dàng cho việc mở rộng hệ thống. Số các module được sử dụng
nhiều hay ít tuỳ theo từng ứng dụng, song tối thiểu bao giờ cũng có một module chính là


module CPU. Các module còn lại là những module truyền và nhận tín hiệu với đối tượng
điều khiển bên ngoài, các module chức năng chuyên dụng… Chúng được gọi chung là các
module mở rộng....................................................................................................................61
Các module của PLC S7300:.......................................................................................61
−Module nguồn (PS)...................................................................................................61
−Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra (SM), gồm có: DI, DO, DI/DO,....................61
−AI, AO, AI/AO..........................................................................................................61
− Module ghép nối (IM)..............................................................................................61
−Module chức năng điều khiển riêng (FM).................................................................61
−Module phục vụ truyền thông (CP)...........................................................................61
.....................................................................................................................................61
Hình 2.12: Cấu trúc của PLC S7-300..........................................................................61
Module nguồn PS307 của S7-300...............................................................................61
−Module PS307 có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn xoay chiều 120/230V thành nguồn
một chiều 24V để cung cấp cho các module khác của PLC. Ngoài ra còn có nhiệm vụ cung
cấp nguồn cho các cảm biến và các cơ cấu tác động có công suất nhỏ................................61

−Module nguồn thường được lắp đặt bên trái hoặc phía dưới của CPU tuỳ theo cách
lắp đặt theo bề ngang hoặc theo chiều dọc............................................................................61
−Module nguồn PS307 có 3 loại: 2 A, 5A và 10 A.....................................................61
−Mặt trước của module nguồn gồm có:.......................................................................61
−Một đèn Led báo hiệu trạng thái điện áp ra 24 V......................................................61
−Một công tắc dùng để bật / tắt điện áp ra..................................................................62
−Một nút dùng để chọn điện áp đầu vào là 120 VAC hoặc 230VAC.........................62
−Mặt sau của module gồm có các lỗ dùng để nhận điện áp vào và ra.........................62
Khối xử lý trung tâm (CPU)........................................................................................62
−Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định
thời, bộ đếm và cổng truyền thông (RS485)… và có thể có một vài cổng vào/ra số. Các
cổng vào ra số này được gọi là cổng vào ra onboard............................................................62


−Trong họ PLC S7-300 các module CPU được đặt tên theo bộ vi xử lí có trong nó,
như: module CPU312, module CPU314, module CPU315,….............................................62
−Ngoài ra còn có các module được tích hợp sẵn cũng như các khối hàm đặt trong thư
viện của hệ điều hành phục vụ cho việc sử dụng các cổng vào/ra onboard, được phân biệt
bằng cụm chữ cái IFM (Intergrated Function Module). Ví dụ module CPU312 IFM, module
CPU314 IFM… Bên cạnh đó còn có loại CPU với hai cổng truyền thông, trong đó cổng thứ
hai có chức năng chính là phục vụ nối mạng phân tán và kèm theo phần mềm tiện dụng tích
hợp sẵn trong hệ điều hành. Các loại module CPU này được phân biệt bằng cách thêm cụm
từ DP (Distributed port) trong tên gọi. Ví dụ: module CPU315-2DP, module CPU316-2DP.
...............................................................................................................................................62
Module mở rộng cổng tín hiệu:...................................................................................62
−Digital Input Module: Module mở rộng các cổng vào số, có nhiệm vụ nhận các tín
hiệu số từ các thiết bị ngoại vi vào vùng đệm để xử lý, gồm có các module sau:................62
−SM 321 DI16xAC120 V............................................................................................62
−SM 321 DI16xDC24 V..............................................................................................62
−SM 321 DI16x24VDC, interrupt...............................................................................62

−SM 321 DI8xAC120/230V.......................................................................................62
−SM 321 DI32xDC24V,…..........................................................................................62
Digital Output Module: Module mở rộng các cổng ra số, có nhiệm vụ xuất các tín
hiệu từ vùng đệm xử lý ra thiết bị ngoại vi, một số loại module ra số:................................62
− SM 322 DO16xAC120V/0.5A.................................................................................62
− SM 322 DO16xDC24V/0.5A...................................................................................62
− SM 322 DO 8xAC120/230V/1A, …........................................................................63
Digital Input/ Output Module: module mở rộng các cổng vào/ra số. Tích hợp nhiệm
vụ của hai loại module trên. Gồm có các loại sau:...............................................................63
−SM 323 DI16/DO16x24V/0.5A................................................................................63
− SM 323 DI8/DO8x24V/0.5A...................................................................................63
−SM 323 DI8/DO8xDC24V/0.5A…...........................................................................63
−Analog Input Module: Module mở rộng các cổng vào tương tự, có nhiệm vụ chuyển
các tín hiệu tương tự từ bên ngoài thành các tín hiệu số để xử lý bên trong S7-300............63


Tổ chức bộ nhớ CPU...................................................................................................63
−Vùng nhớ chức các thanh ghi: ACCU1, ACCU2, AR1, AR2...................................63
−Load memory: Là vùng nhớ chứa các chương trình ứng dụng( do người sử dụng
viết) bao gồm tất cả các khối trương trình chương trình ứng dụng OB, FC, FB, các khối
chương trình trong thư viện hệ thống được sử dụng (SFC, SFB) và các khối dữ liệu DB.
Vùng nhớ này được tạo bởi một phần bộ nhớ RAM của CPU và EEPROM( nếu có
EEPROM). Khi thực hiên động tác xóa bộ nhớ (MRES) toàn bộ các chương trình và khối
dữ liệu nằm trong RAM sẽ bị xóa. Cũng như vậy, khi chương trình hay khối dữ liệu được
đổ từ thiết bị lập trình (PG, máy tính) vào module CPU, chúng sẽ được ghi lên phần RAM
của vùng nhớ Load memory.................................................................................................63
−Work memory: là vùng nhớ chứa các khối DB đang được mở, khối chương trình
(OB,FC,FB,SFC hoặc SFB) đang được CPU thực hiện và phần bộ nhớ cấp phát cho những
tham số hình thức để các khối chương trình khác ( local block). Tại một thời điểm nhất
định vùng Work memory chỉ chứa một khối chương trình. Sau khi khối chương trình đó

được thực hiện thì hệ điều hành sẽ xóa khỏi Work memory và nạp vào đó khối chương
trình kế tiếp đến lượt được thực hiện....................................................................................63
−System memory: Là vùng nhớ chứa các bộ nhớ đệm vào/ra số (Q,I), các biến cờ
(M), thanh ghi C-Word, PV, T-bit của timer thanh ghi C-Word, PV, C-bit của counter. Việc
truy cập, sửa lỗi dữ liệu những ô nhớ này được phân chia hoặc bởi hệ điều hành của CPU
hoặc do chương trình ứng dụng............................................................................................63
Có thể thấy rằng trong các vùng nhớ trên không có vùng nhớ nào được dùng làm bộ
đệm cho các cổng vào/ra tương tự. Nói cách khác các cổng vào/ra tương tự không có bộ
đệm và như vậy mỗi lệnh truy nhập module tương tự (đọc hoặc gửi giá trị) đều có tác dụng
trực tiếp tới các cổng vật lý của module...............................................................................64
Vòng quét chương trình của PLC................................................................................64
PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lắp được gọi là vòng
quét(scan). Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số
tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét
chương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc cả khối OB1 (Block end).
Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung cảu bộ đệm ảo Q tới
các cổng ra số. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi.
...............................................................................................................................................64
Thời gian cần thiết để PLC thực hiện một vòng quét gọi là thời gian vòng quét (Scan
time). Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng được thực


hiện lâu, có vòng quét được thực hiện nhanh tùy thuộc vào số lệnh trong trương trình được
thực hiện, vào khối dữ liệu được truyền thông.. trong vòng quét đó....................................64
Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lý, tính toán và việc gửi tín hiệu
điều khiển tới đối tượng có một khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian vòng quét. Nói
cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khiển
trong PlC. Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao.64
Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt... Chương trình của các
khối đó sẽ thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng chủng loại. Các

khối chương trình này có thể thực hiện tại mọi thời điểm trong vòng quét chứ không bị gò
ép là phải ở trong giai đoạn thực hiện chương trình. Chẳng hạn nếu một tín hiệu báo ngắt
xuất hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền thông và kiểm tra nội bộ, PLC sẽ tạm dùng công
việc truyền thông, kiểm tra, để thực hiện khối chương trình tương ứng với khối tín hiệu báo
ngắt đó. Với hình thức xử lý tín hiệu ngắt như vậy, thời gian vòng quét sẽ càng lớn khi
càng có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét. Do đó, để nâng cao tính thời gian
thực cho chương trình điều khiển tuyệt đối không nên viết chương trình xử lý ngắt quá dài
hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế độ ngắt trong chương trình điều khiển.......................64
Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm việc trục tiếp với
cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số. Việc truyền
thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý.
Ở một số module CPU, khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức, hệ thống sẽ cho dừng mọi công
việc khác, ngay cả khi chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp với cổng vào/ra.
...............................................................................................................................................65
Ngôn ngữ lập trình.......................................................................................................65
PLC S7300 có 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản sau:.........................................................65
−Ngôn ngữ lập trình liệt kê lệnh STL (Statement List). Đây là dạng ngôn ngữ lập
trình thông thường của máy tính. Một chương trình được hoàn chỉnh bởi sự ghép nối của
nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi câu lệnh chiếm một hàng và có cấu trúc
chung “ tên lệnh” + “ toán hạng”..........................................................................................65
−Ngôn ngữ lập trình LAD (Ladder Logic). Đây là dạng ngôn ngữ đồ họa, thích hợp
với những người lập trình quen với việc thiết kế mạch điều khiển logic.............................65
−Ngôn ngữ lập trình FBD (Funtion Block Diagram). Đây cũng là dạng ngôn ngữ đồ
họa thích hợp cho những người quen thiết kế mạch điều khiển số.......................................65
−Ngôn ngữ lập trình Graph. Đây cũng là ngôn ngữ lập trình đồ họa, thích hợp cho
những hệ thống tuần tự.........................................................................................................65


−Ngôn ngữ lập trình SCL. Đây cũng là ngôn ngữ cấp cao, thích hợp cho những người
biết về ngôn ngữ cấp cao.......................................................................................................65

Trong PLC có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ cho các đối tượng sử dụng
khác nhau. Tuy nhiên một chương trình viết trên ngôn ngữ LAD hay FBD có thể chuyển
sang dạng STL nhưng ngược lại thì không. Và trong STL có nhiều lệnh mà LAD và FBD
không có. Đây cũng là điểm mạnh của ngôn ngữ cấp cao STL............................................65
2.4.2 Cácloại van khínén.............................................................................................65
Mộthệthốngđiềukhiểnbaogồmítnhấtmộtmạchđiềukhiểnvònghở (Open Loop Control
System) vớicácphầntửsau:.....................................................................................................65
Hình 2.19 Cấu trúc hệ thống khí nén...........................................................................66
Phần tử đưa tín hiệu: Nhận những giá trị của đại lượng vật lý như đại lượng vào, phần
tử đầu tiên của mạch điều khiển. Ví dụ như van đảo chiều, role áp suất..............................66
Phần tử xử lý tín hiệu: Xử lý tín hiệu nhận vào theo quy tắc logic nhất định, làm thay
đổi trạng thái của phần tử điều khiển. Ví dụ như van đảo chiều, van tiết lưu, van logic OR
hoặc AND.............................................................................................................................66
Cơ cấu chấp hành: Thay đổi trạng thái của đối tượng điều khiển, là đại lượng ra của
mạch điều khiển. Ví dụ xylanh, động cơ khí nén…..............................................................66
a)Van đảo chiều...........................................................................................................66
Van đảo chiều có nhiệm vụ đóng mở dòng năng lượng bằng cách đóng mở hay thay
đổi vị trí các cửa van để thay đổi hướng của dòng khí nén...................................................66
Van đảo chiều:.............................................................................................................66
Hình 2.20 Van đảo chiều 4/2.......................................................................................67
Vị trí của nòng van được kí hiệu bằng các ô vuông liền nhau với các chữ cái o, a, b,
c…. hay các chữ số 1, 2, 3, …..............................................................................................67
Vị trí “ không” là vị trí van khi chưa có các tác động của tín hiệu bên ngoài vào......67
Đối với van có 3 vị trí thì vị trí ở giữa , ký hiệu là “o” là vị trí “không”. Đối với van
có 2 vị trí “không” có thể là “a” hoặc “b”, thông thường vị trí bên phải “b” là vị trí “
không” ..................................................................................................................................67
b)Van tiết lưu...............................................................................................................67
Van tiết lưu có nhiệm vụ thay đổi lưu lượng dòng khí nén, có nghĩa là thay đổi vận
tốc của cơ cấu chấp hành......................................................................................................67

−Van tiết lưu có tiết diện không đổi:...........................................................................67
.....................................................................................................................................67
−Van tiết lưu có tiết diện thay đổi:..............................................................................67
−Van tiết lưu một chiều...............................................................................................67
c)Van an toàn...............................................................................................................68
Bình thường khí áp suất nhỏ hơn hoặc bằng áp suất cho phép, cửa R bị chặn, nhưng
khi áp suất lớn hơn áp suất cho phép, cửa B mở ra, khí nén từ cửa A theo cửa B thoát ra
ngoài......................................................................................................................................68
d)Van tràn....................................................................................................................68
Nguyên tắc hoạt động tương tự van áp suất bằng hoặc lớn hơn áp suất cho phép thì
cửa P nối với cửa T...............................................................................................................68
2.5 Hệ thống điều khiển và giám sát...........................................................................69
Tổng quan về phần mềm WinCC................................................................................69
WinCC( Windowns Control Center) là chương trình ứng dụng của hãng siemens nhà
cung cấp hàng đầu trong lĩnh vực tự động hóa. WinCC là một trong những phần mềm
SCADA nổi tiếng trên thế giới dùng để giám sát thu thập dữ liệu và điều khiển một hệ
thống điều khiển một hệ thống tự động quá trình sản xuất...................................................69
Có thể hiểu WinCC như chương trình chuyên dụng để thiết kế giao diện người và
máy HMI(Human Machine Interface), thiết kế các hệ thống điều khiển, giám sát và thu
thập dữ liệu quá trình............................................................................................................69
−WinCC làm việc theo mô hình hệ thống mở, cho phép người dùng kết nối với nhiều
chương trình khác để có thể điều khiển quá trình và dữ liệu quá trình.................................69
−WinCC có thể tối ưu hóa được tùy biến để đạt được sửa đổi vào bất kì thời gian nào
và điều này sẽ không ảnh hưởng đến dự án hiện hữu...........................................................69
−Một hệ thống có tính tự động hóa cao như hệ thống sản xuất linh hoạt FMS phải đáp
ứng được các yêu cầu: điều khiển, hiển thị, cảnh báo, lưu trữ, in ấn, thông báo. Để làm
được điều đó, cần có những phần mềm chuyên dụng và ở Việt Nam hiện nay có một số
phần mềm chuyên dụng như WinCC của Siemens được đánh giá cao nhất và thông dụng
nhất........................................................................................................................................69

−WinCC (Windows Control Center) là phần mềm tích hợp giao diện người máy
HMI(Human Machine Interface) đầu tiên cho phép kết hợp phần mềm điều khiển với quá