Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mô hình thực hành PLC phân loại sản phẩm theo khối lượng

...........................................................................................................MỤC LỤC
MỤC LỤC HÌNH ẢNH....................................................................................4
MỤC LỤC BẢNG.............................................................................................6
MỤC LỤC HÌNH ẢNH....................................................................................5
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.......................................................10
1.1Lịch sử phát triển PLC..............................................................................................................10
1.2 Một số đề tài tương tự với đề tài đang nghiên cứu.......................................................11
1.2.1 Mô hình đóng gói và phân loại sản phẩm gạo theo khối lượng dùng plc s7-200.........11
1.2.2 Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước dùng plc s7-200....................12

Hình 1.2 Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước dùng PLC
s7-200 ( />1.3 Mô tả quá trình.......................................................................................................................13
1.4 Phạm vi giới hạn nghiên cứu..................................................................................................13
1.5 Phương pháp nghiên cứu.......................................................................................................14
2.1 Tìm hiểu về plc .......................................................................................................................15
2.1.1 Tổng quan về bộ điều khiển logic khả trình plc khái niệm về plc..................................15
2.1.2 Ưu điểm của plc..........................................................................................................15
2.1.3 Ứng dụng của hệ thống sử dụng PLC............................................................................16
2.1.4 Giới thiệu tổng quát về họ PLC S7-200.........................................................................16

Hình 2.2 Hình dáng và cấu trúc bên ngoài của PLC s7-200...........................17
2.1.5 Module mở rộng..........................................................................................................17
2.2 Giới thiệu phần mềm lập trình của PLC S7 200.......................................................................17
2. 3 Cảm biến khối lượng..............................................................................................................19

Hình 2.4 Hình ảnh cho Loadcell.....................................................................19
Hình 2.5 Tín hiệu vào ra của loadcell..............................................................19
Hình 2.6 Cấu tạo của Loadcell........................................................................20
Hình 2.7 Hình ảnh cho Loadcell dạng thanh...................................................20
Hình 2.8 Biểu đồ đặc tính cho loadcell...........................................................21
2.4 Cảm biến quang .....................................................................................................................21

2.4.1 Cấu tạo chung ..............................................................................................................22
2.4.1.1 Bộ Phát sáng..............................................................................................................22
2.4.1.2 Bộ Thu sáng...............................................................................................................22

1


2.4.1.3 Mạch xử lý tín hiệu ra................................................................................................22
2.4.2 Ưu điểm của cảm biến quang ......................................................................................22
2.4.3 Hiện nay, có các loại cảm biến quang ..........................................................................23
2.4.4 Cảm biến quang thu phát chung khuyếch tán dùng trong đồ án..................................23

Hình 2.11 Hoạt động Cảm biến quang thu phát chung khuyếch tán...............23
Hình 2.12 Các dây tín hiệu của cảm biến........................................................24
2.5 Động cơ điện một chiều..........................................................................................................24

Hình 2.13 Động cơ điện 1 chiều thực tế..........................................................24
2.5.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều............................................................................25

Hình 2.14 Cấu tạo động cơ điện 1 chiều.........................................................25
2.5.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều..........................................................25
2.5.3 Phân loại động cơ điện một chiều................................................................................25
2.6.1 Van điện từ...................................................................................................................26

Hình 2.15 Van điện từ thực tế.........................................................................26
Hình 2.16 Cấu tạo van điện từ.........................................................................26
2.6.2 Van tiết lưu...................................................................................................................27

Hình 2.17 Van tiết lưu.....................................................................................27
2.6.3 Xi lanh kí nén...............................................................................................................28

Hình 2.18 Hình ảnh xi lanh thực tế.................................................................28
2.6.3.1 Xi lanh tác dụng đơn (xi lanh 1 chiều).......................................................................28

Hình 2.19 Xi lanh tác dụng đơn......................................................................28
Hình 2.20 Xi lanh tác dụng kép không có giảm chấn.....................................29
2.7 Rơ le........................................................................................................................................29

Hình 2.22 Cấu tạo rơle....................................................................................30
2.8 Băng tải..................................................................................................................................30

CHƯƠNG III. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ TÍCH HỢP HỆ THỐNG............32
3.2.2 Tính toán chọn động cơ.......................................................................................................33
3.2.3 Lựa chọn các thiết bị cho hệ thống cơ khí và chế tạo băng tải.....................................37

Hình 3.5 Hình ảnh bộ đai răng........................................................................37
3.2.3.2 Chon vật liệu và làm khung băng tải..........................................................................38
3.2.3.3 Chọn xi lanh...............................................................................................................38

Hình 3.8 Xilanh CDJ2B16-75-B.....................................................................39

2


3.2.3.4 Van khí nén hút điện.................................................................................................39
3.2.3.5 Đồng hồ đo áp suất...................................................................................................40

Hình 3.10 Hình ảnh van áp suất AR - 2000....................................................40
3.3 Thiết kế hệ hệ thống điều khiển..............................................................................................40

Hình 3.13 Mạch nguyên lí hệ thống điện........................................................42
Hình 3.17 Đầu vào theo kiểu điện áp.............................................................46
Hình 3.19 Tín hiệu ra EM235........................................................................47
Bảng 3.4 Bảng thông số cấu hình EM235.......................................................50
AD1
AD2
Hình 3.21 Đặc tính tín hiệu vào ra EM235.....................................................51
Hình 3.22 Biểu đồ cho tính toán khối lượng...................................................51
52
3.2.2.4 Loadcell ...................................................................................................................52

Hình 3.24 loadcell dạng thanh class c3 LAB - 6.............................................53
3.2.2.5 Role...........................................................................................................................53
3.2.2.6 Cảm biến...................................................................................................................54

Hình 3.27 Cảm biến khoảng cách E3F-DS30C4.............................................55
3.2.2.7 Bộ hạ áp 24V-> 12V...................................................................................................55

Hình 3.28 Bộ hạ áp..........................................................................................56
Bảng 3.5 Bảng định địa chỉ đầu vào................................................................56
Bảng 3.6 Bảng định địa chỉ đầu ra.........................................................................................57
3.2.3.2 Chương trình điều khiển...........................................................................................57

.........................................................................................................................64
3.2.4 Thiết kế giao diện bằng wincc..............................................................................................64

CHƯƠNG IV. KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ..................................................66
Sau quá trình nghiên cứu, tính toán, thiết kế, và chế tạo hệ thống phân loại sản phẩm dựa
trên khối lượng, nhóm tác giả đã hoàn thiện mô hình rút ra được một số kết luận sau:
.......................................................................................................................................66

4.1 Kết quả đạt được....................................................................................................................66
4.2 Hạn chế của đề tài...................................................................................................................66
4.3 Hướng phát triển....................................................................................................................67

TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................68

3


1.GS. TS. Trần Văn Địch, “Công Nghệ Chế Tạo Máy”, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 2001.
.......................................................................................................................................68
2.Trịnh Chất – Lê Văn Uyển, “Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí, tập 1,2 NXB Giáo dục
Hà Nội 2006”.................................................................................................................68
3.Ths. Châu Trí Đức, “Kĩ thuật điều khiển lập trình PLC Semantic S7-200” , Đại học Cần Thơ,
2008...............................................................................................................................68
4.Trần Thu Hà - Phạm Quang Huy, “Giao diện Người – Máy HMI lập trình với S7 200 và
WinCC”, Nhà xuất bản Hồng Đức. 2008.........................................................................68
5.Siegling transilon - Calculation methods............................................................................68
6.Conveyor belt technique design and calculation................................................................68
7.Conveyor handbook - fenner dunlop.................................................................................68
8.Simatic Micro PLC Simatic S7- 200 Extract from Catalog ST 70 , edition September 2000 –
Siemens.........................................................................................................................68
9.S7-200 Programmable Controller System Manual- Siemens..............................................68
10. Tài liệu hướng dẫn sử dụng Wincc 6.2 công ty TNHH TM&DVKT TỐI ƯU- Optimize.......68
11. />12. />
4


MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Mô hình đóng gói và phân loại sản phẩm gạo theo khối lượng dùng

plc s7-200 10
Hình 1.2 Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước dùng PLC
s7-200
11
Hình 2.1 Sơ đồ khối của PLC

14

Hình 2.2 Hình dáng và cấu trúc bên ngoài của PLC s7-200
Hình 2.4 Hình ảnh cho Loadcell

16

Error: Reference source not found

Hình 2.5 Tín hiệu vào ra của loadcell Error: Reference source not found
Hình 2.6 Cấu tạo của Loadcell....................................................................... 19
Hình 2.7 Hình ảnh cho Loadcell dạng thanh.................................................. 19
Hình 2.8 Biểu đồ đặc tính cho loadcell

20

Hình 2.9 Mô phỏng hoạt động của cảm biến quang 20
Hình 2.10 Hình ảnh thực tế và cấu tạo của cảm biến.

20

Hình 2.11 Hoạt động Cảm biến quang thu phát chung khuyếch tán
Hình 2.12 Các dây tín hiệu của cảm biến

22

23

Hình 2.13 Động cơ điện 1 chiều thực tế......................................................... 23
Hình 2.14 Cấu tạo động cơ điện 1 chiều........................................................ 24
Hình 2.15 Van điện từ thực tế.........................................................................25
Hình 2.16 Cấu tạo van điện từ 25
Hình 2.17 Van tiết lưu

26

Hình 2.18 Hình ảnh xi lanh thực tế

27

Hình 2.19 Xi lanh tác dụng đơn 27
Hình 2.20 Xi lanh tác dụng kép không có giảm chấn

28

Hình 2.21 Rơ le thực tế 28
Hình 2.22 Cấu tạo rơle

29

Hình 2.23 Hình ảnh cho băng tải

30
5

Hình 3.1 Các thiết bị trong hệ thống. Error: Reference source not found
Hình 3.2 Bản vẽ lắp của hệ thống.

Error: Reference source not found

Hình 3.3 Bản vẽ phân rã của hệ thống Error: Reference source not found
Hình 3.4 Động cơ điện 1 chiều Error: Reference source not found
Hình 3.5 Hình ảnh bộ đai răng Error: Reference source not found
Hình 3.6 Hình ảnh ổ bi

Error: Reference source not found

Hình 3.7 Hình ảnh băng tải đồ án

Error: Reference source not found

Hình 3.8 Xilanh CDJ2B16-75-B

38

Hình 3.9 Van khí nén TG252108

38

Hình 3.10 Hình ảnh van áp suất AR - 2000 39
Hình 3.11 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển. 39
Hình 3.12 Lưu đồ thuật toán điều khiển

40

Hình 3.13 Mạch nguyên lí hệ thống điện

41

Hình 3.14 Mạch động lực

41

Hình 3.15 Cấu hình vào ra CPU 222 42
Hình 3.16 Hình ảnh cho cáp usb/ppi 43
Hình 3.17 Đầu vào theo kiểu điện áp 44
Hình 3.18 Đầu vào theo kiểu dòng điện

45

Hình 3.19 Tín hiệu ra EM235 45
Hình 3.20 Cấp nguồn cho EM 235

45

Hình 3.21 Đặc tính tín hiệu vào ra EM235

47

Hình 3.22 Biểu đồ cho tính toán khối lượng 48
Hình 3.23 Nguồn tổ ong 24V 5A

49

Hình 3.24 loadcell dạng thanh class c3 LAB - 6............................................ 50
Hình 3.25 RơleMY2M................................................................................... 50
Hình 2.26 Hình kết nối plc vói cơ cấu chấp hành

51

Hình 3.27 Cảm biến khoảng cách E3F-DS30C4

51

Hình 3.28 Bộ hạ áp

52

Hình 3.29 Thiết kế giao diện trên win cc cho mô hình.
source not found

Error: Reference

6


Hình 4.1Hình ảnh mô hình thực tế sau khi hoàn thành.
source not found

Error: Reference

MỤC LỤC BẢNG
Bảng 2.1 Thông số họ PLC S7200 cpu 22X...................................................15

Bảng 3.1 : Bảng xác định hệ số ma sát giữa băng tải và tấm đỡ.....................32
Bảng 3.2 : Bảng chọn hệ số c3........................................................................33
Bảng 3.3 Bảng chân của cáp kếp nối...............................................................44
Bảng 3.4 Bảng thông số cấu hình EM235.......................................................46
Bảng 3.5 Bảng định địa chỉ đầu vào PLC.......................................................52
Bảng 3.6 Bảng định địa chỉ đầu ra PLC..........................................................53

7


MỞ ĐẦU
Nước ta đang trong công cuộc hiện đại hoá để từng bước bắt kiệp sự phát
triển trong khu vực và thế giới về mọi mặt kinh tế và xã hội, công nghiệp sản
xuất hàng hoá đống vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế.Việc tự
động hoá là sự lựa chọn không tránh khỏi trong mọi lĩnh vực nhằm tạo ra sản
phẩm có chất lượng cao, tăng khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị
trường.Tốc độ sản xuất phải nhanh, chất lượng cao và ít phế phẩm, giá nhân
công hạ, thời gian chết của máy móc là tối thiểu. Đất nước phát triển, nhu cầu
của con người càng cao nên cần có những thiết bị có thể thay thế được sức
lao động của con người, đặc biệt là trong công nghiệp sản xuất, vì vậy mà cần
có những dây chuyền tự động ra đời giúp chúng ta lao động nhẹ nhàng hơn.
Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng là một hệ thống được áp
dụng rất nhiều trong các nhà máy sản xuất. Với những yêu cầu về định lượng
sản phẩm một cách chính xác khi được đưa vào quá trình sản xuất. nên nhóm
tác giả mạnh dạn chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mô hình thực
hành PLC phân loại sản phẩm theo khối lượng. “ để giúp cho giảm sức lao
động của con người , tăng năng suất hơn trong sản xuất cả về chất lượng lẫn
sản lượng.
Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu, thiết kế chế tạo mô hình thực hành PLC
phân loại sản phẩm theo khối lượng. Với phương pháp cân động sẽ thay thế

cho phương pháp cân tĩnh truyền thống. Khi cân động, hoa quả sẽ được cân
một cách tự động, vận chuyển theo phương hướng đã định trước, cân với tốc
độ ổn định, hiệu quả, không tốn nhiều sức lực . Hơn nữa, người quản lý sẽ
điều khiển, giám sát hệ thống cân cũng như cập nhật số liệu một các tự động,
và chính xác.
Phương pháp điều khiển và giám sát hệ thống thiết bị bằng phần mềm
WinCC trên giao diện HMI sẽ giúp người quản lý và điều khiển công việc
hiệu quả hơn, nhanh hơn ít tốn thời gian và chủ động trong công việc.
Tính toán phương pháp cân động để khối lượng thu về một cách chính xác.

8


Toàn bộ trạng thái hoạt động và số liệu cân thu về được điều khiển và giám
sát trên máy tính thông qua phần mềm ứng dụng WinCC.
Để hoàn thành tốt đồ án này, chúng em chân thành cảm ơn các thầy, cô
giáo đã tạo điều kiện giúp đỡ và đặc biệt là thầy Ngô Văn Tâm đã trực tiếp
hướng dẫn chúng em thực hiện đồ án để có kết quả tốt. Qua đồ án tốt nghiệp
giúp chúng em phần nào hiểu rõ hơn từ những bước đầu tiên để thiết kế các
chi tiết của Robot cho đến lúc hoàn thành sản phẩm. Trong quá trình thực
hiện thiết kế, gia công hệ thống băng tải phân loại sản phẩm theo khối lượng
còn nhiều thiết sót, mong các thầy cô chỉ bảo thêm để đồ án có được kết quả
tốt nhất.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Nhóm sinh viên thực hiện:
Nguyễn Văn Dũng
Chử Việt Anh
Nguyễn Tiến Mạnh

9

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Lịch sử phát triển PLC
Vào khoảng năm 1968 các nhà sản xuất ô tô đã đưa ra các yếu tố kỹ thuật
đầu tiên cho thiết bọ điều khiển logic khả lập trình với mục đích là thay thế tủ
điều khiển cồng kềnh tiêu thị lượng điện năng khá lớn và thường xuyên phải
thay thế các role do hỏng cuộn hút hay gẫy các thanh lò xo tiếp điểm, mục
đích thứ hai là tạo ra một thiết bị điều khiển có tính linh hoạt trong việc thay
đổi chương trình điều khiển.
Với thiết bị điều khiển khả lập trình, người ta có thể giảm bớt thời gian
trong sản xuất, mở rộng khả năng hoàn thiện hệ thống sản xuất và thích ứng
sự thay đổi trong sản xuất. Từ đó một số nhà sản xuất thiết bị điều khiển trên
cơ sở máy tính đã sản xuất ra các thiết bị điều khiển khả lập trình còn gọi
làPLC.
Những PLC đầu tiên được sử dụng trong công nghiệp ô tô vào băn 1969 đã
đem lại sự ưu việt hơn hẳn các hệ thống điều khiển trên cơ sở rơ le. Các thiết
bị này được lập trình dễ dàng, không chiến không gian trong các cơ sở sản
xuất. Sau đó các ứng dụng của PLC đã nhanh chóng mở rộng ra tất cả các
ngành công nghiệp sản xuất khác.
Khi các vi cử lý được đưa vào sử dụng trong những năm 1974 – 1975, các
khả năng cơ bản của PLC được mở rộng và hoàn thiện hơn, có khả năng xử lý
các tính toán, số liệu phức tạp hơn.
Vào năm 1977 thì việc truyền dữ liệu trở nên dễ dàng hơn nhờ sự phát triển
của công nghiệp điện tử, các PLC có thể điều khiển xa hàng trăm mét. Các
PLC có thể trao đổi dữ liệu cho nhau và điều khiển quá trình sản xuất nhanh
hơn.
Năm 1980 nhờ vào sự ra đời của máy tính cá nhân đã nâng cao đáng kể
tính năng và khả năng sử dụng PLC trong điều khiển máy và quá trình sản
xuất.

Sự phát triển của phần mềm đồ họa máy tính cá nhân, ứng dụng vào PLC,
PCL lại được trang bị các giao diện đồ họa để có thể mô phỏng hoặc hiển thị
các hoạt động của từng bộ phận trong hệ thống điều khiển.PLC được sản xuất
bởi nhiều hãng khác nhau trên thế giới. Về nguyên lý hoạt động, các PLC này
có tính năng tương tự giống nhau, nhưng về lập trình sử dụng thì chúng hoàn

10


toàn khác nhau do thiết kế khác nhau của mỗi nhà sản xuất. PLC khác với các
máy tính là không có ngôn ngữ lập trình chung và không có hệ điều hành. Khi
được bất lên thì PLC chỉ chạy chương trình điều khiển ghi trong bộ nhớ của
nó, chứ không thể chạy được hoạt động nào khác.
Một số hãng sản xuất PLC lớn có tên tuổi như: Siemens, Toshiba,
Mishubisi, Omron, Allan Bradley, Rockwell, Fanuc là các hãng chiếm phần
lớn thị phần PLC thế giới. Các PLC của các hãng này được ứng dụng rộng rãi
trong công nghiệp sử dụng công nghệ tự động hoá.
(nguồn: voer.edu.vn/c/lich-su-phat-trien/b65809e7/80222f7f)

1.2 Một số đề tài tương tự với đề tài đang nghiên cứu.
1.2.1 Mô hình đóng gói và phân loại sản phẩm gạo theo khối lượng dùng
plc s7-200
•
•
•
•
•
•
•
•

•
•

Trước khi khởi động băng chuyền ta cần truyền số kg cho mõi loại
thùng
Nhấn START băng chuyền hoạt động, thùng đi qua cảm biến phân loại
tác động nếu:
Thùng loại 1: thì cảm biến 1 lên mức 1 sau đó xuống 0
Thùng loại 2: thì cảm biến 1 và 2 lên mức 1 sau đó xuống 0
Thùng loại 3: thì cảm biến 1, 2 và 3 lên mức 1 sau đó xuống 0
Khi gặp cảm biến băng chuyền dừng pittông xã mở đến khi đủ số lượng
thì pittông đóng lại băng chuyền chạy lại.
Tùy vào loại thùng mà pittông xã vào khối lượng khác nhau.
Băng chuyền tiếp tục chạy khi gặp cảm biến phân loại thùng loại 3 thì
băng chuyền dừng pitông đẩy tác động sau thời gian 3s pittông mất
điện băng chuyền chạy lại tương tự cho thùng loại 1và 2.
số thùng đã được phân loại được hiển thị trên led 7 đoạn.
Nhấn STOP dừng tất cả .

11


Hình 1.1 Mô hình đóng gói và phân loại sản phẩm gạo theo khối lượng dùng
plc s7-200 ( />Nhận xét: Hệ thống có kết cấu cơ khí chắc chắn ,cân chính xác khối lượng
theo yêu cầu đặt ra. Tuy nhiên hệ thống còn chiếm khá nhiều diện tích, cần
cải thiện tính thảm mỹ cho mô hình
1.2.2 Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước dùng plc s7200
Mô hình phân loại khoảng 3 sản phâm (chiều dài 3 sản phẩm chính là
3cm, 5cm, 7cm). Dây chuyền được khởi động bằng nút Start (màu xanh) và

dừng lại bằng nút Stop (màu đỏ). Khi nhất Start – khởi động hệ thống, động
cơ truyền động băng tải được cấp điện, bắt đầu truyền động quay 2 băng tải,
đồng thời cấp điện cho PLC. Khi cho vật vào băng tải. Khi gặp cảm biến (cảm
biến 1 được đặt ở độ cao chuẩn của sản phẩm thấp nhất), tay gạt quay bên trái
đưa sản phẩm vào ô thứ nhất của băng truyền 2, khi gặp cảm biến 1 và 2 (cảm
biến 2 được đặt ở độ cao chuẩn trung bình) cảm biến 1 và 2 đồng thời có tín
hiệu tay gạt quay sang bên phải đưa sản phẩm vào ô thứ 3 của băng chuyền 2.
Khi vật gặp cả 3 cảm biến (cảm biến 3 được đặt ở độ cao nhất) cả 3 cảm biến
đồng thời có tín hiệu tay gạt ở vị trí chính giữa đưa sản phẩm vào ô thứ 2 của
băng chuyền.

12


Hình 1.2 Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước dùng PLC
s7-200 ( />Nhận xét : Hệ thống có cơ cấu nhỏ gọn, chắc chắn, phân loại với độ chính
xác cao. Tuy nhiên cách bố trí lặp đặt hệ thống chưa được tối ưu , cần cải
thiện thêm về mặt thẩm mỹ.

1.3 Mô tả quá trình
 Cơ khí
• Hệ thống bàn cân khối lượng thiết kế chắc chắn, đủ độ đứng vững để
đặt vật.
• Hệ thống băng chuyền đạt độ cứng vững và tốc độ chuyền ổn định sức
kéo băng tải đủ để kéo vật vào phân loại
• Hệ thống xi lanh đẩy vật phân loại được gắn chắc chắn vào vị trí cần
phân loại ( giữa băng chuyền ).
 Hệ thống điều khiển và cân
• Kết nối cảm biến với PLC ( với loadcell thì qua EM235 để chuyển đổi
tín hiệu )

• PLC xử lý tín hiệu để cho tín hiệu đầu ra điều khiển cơ cấu chấp hành
( động cơ , xilanh) .
• Việc đầu nối giữa các thánh phần đame bảo chính xác chắc chắn.
 Phần mềm lập trình
• Sử dụng phần mềm lập trình STEP7 Microwin để lập trình sau đó
truyền tín hiệu xuống PLC thông qua cáp USP/PPI

1.4 Phạm vi giới hạn nghiên cứu.
Đối tượng nghiên cứu của đề tài “Mô hình thi công phân loại sản phẩm theo
khối lượng dùng plc s7_200” là: hệ thống hoạt động với 1 cân loadcell, xác
13


định được khối lượng ( 0- 50g, 100g - 150g, > 150g), chiều dài băng tải
khoảng 0.6m - 0.8 m, tốc độ làm việc của băng tải ổn định khoảng 0.1m/s, có
thể cân và phân loại nhiều loại sản phẩm khác nhau

1.5 Phương pháp nghiên cứu.
 Tìm hiểu lí thuyết
• Tìm hiểu các mô hình băng tải phân loại sản phẩm.
• Tìm hiểu PLC S7-200 Siemens và ngôn ngữ lập trình, các phần mềm
dung để lập trình, mô phỏng Step7 Microwin
• Tìm hiểu module analog EM235 kết nối loadcell với plc, kết nối plc với
máy tính
• Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thành phần trong hệ
thống: loadcell ,cảm biến vịtrí (cảm biến quang), động cợ 1 chiều, van
áp suất, van dảo chiều ,xilanh,role.
• Tìm hiểu vế bộ cấp nguồn cho các linh kiện
 Nghiên cứu thực nghiệm
• Thiết kế hệ thống cơ khí (bàn cân , băng tải)

• Thiết kế hệ thống xilanh khí nén đẩy vật lắp đặt trên mô hình và hiệu
chỉnh
• Thiết hệ hệ thống điện đấu nối giữa plc và các thiết bị ngoại vi
• Tiến hành cân và hiệu chỉnh loadcell đúng theo yêu cầu
=> Đề tài của nhóm gồm một bàn cân được bố trí trước băng tải chạy liên tục.
Nguyên liệu sau khi được cân xong sẽ được 1 xi – lanh được điều khiển đẩy
vào băng tải. Toàn bộ bàn cân được đặt trên một cảm biến lực – loadcell . Sau
đó sản phẩm di chuyển trên băng tải và đến các vị trí cảm biến nhận được , xi
lanh tương ứng với mức khối lượng đó sẽ đẩy sản phẩm đó vào thùng. Còn lại
mức khối lượng mà không thuộc khoảng đã định thì sẽ đi thẳng vào một
thùng chưa khác.Tín hiệu cân được khuếch đại và chuyển bởi module EM 235
để xử lý bằng PLC và đưa về giá trị khối lượng hiển thị trên màn hình.

14


CHƯƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Tìm hiểu về plc
2.1.1 Tổng quan về bộ điều khiển logic khả trình plc khái niệm về plc
PLC là các chữ được viết tắt từ : Programmable Logic Controller. Theo
hiệp hội quốc gia về sản xuất điện Hoa kỳ thì PLC là một thiết bị điều khiển
mà được trang bị các chức năng logic, tạo dãy xung, đếm thời gian, đếm xung
và tính toán cho phép điều khiển nhiều loại máy móc và các bộ xử lý. Các
chức năng đó được đặt trong bộ nhớ mà tạo lập sắp xếp theo chương trình.
Nói một cách ngắn gọn PLC là một máy tính công nghiệp để thực hiện một
dãy quá trình.

Hình 2.1 Sơ đồ khối của PLC
2.1.2 Ưu điểm của plc
• Công suất lớn.

• Thiết bị chống nhiễu tốt
• Kết nối thêm các modul để mở rộng ngõ vào/ra.
• Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu
• Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển bằng máy lập trình hoặc
máy tính, phần mềm lập trình PLC dễ sử dụng
• Độ tin cậy cao: các tín hiệu ra từ bộ PLC có độ tin cậy cao hơn so với
các tín hiệu được cấp từ bộ điều khiển bằng rơle.
• Kích thước gọn nhỏ
• Bảo trì dễ dàng

15


2.1.3 Ứng dụng của hệ thống sử dụng PLC
• Hệ thống nâng vận chuyển.
•

Dây chuyền đóng gói.

•

Các Robot lắp ráp sản phẩm.

•

Điều khiển bơm.

•

Dây chuyền sử lý hóa học.

•

Công nghệ sản xuất giấy.

•

Dây chuyền sản xuất thủy tinh.

•

Sản xuất si măng.

•

Điều khiển đèn giao thông.

•

Quản lý tự động bãi đỗ xe.

•

Điều khiển thang máy....

2.1.4 Giới thiệu tổng quát về họ PLC S7-200
• Họ PLC S7 là một họ PLC mạnh, tốc độ xử lý cao, khả năng quản lý bộ
nhớ tốt, kết nối mạng công nghiệp.
• Mỗi một thế hệ PLC lại có nhiều chủng loại CPU khác nhau.
• Đối với PLC S7, có thể thực hiện các phép toán logic, đếm, định thời,

các thực toán phức tạp và thực hiện truyền thông với các thiết bị khác.
• Một số thông số kỹ thuật của S7-200 CPU22X.

B
ảng 2.1 Thông số họ PLC S7200 cpu 22X

16


Hình 2.2 Hình dáng và cấu trúc bên ngoài của PLC s7-200
• Đầu vào (Ix.x ): kết nối với nút bấm, công tắc, sensor…với điện áp vào
tiêu chuẩn 24VDC.
• Đầu ra (Qx.x): kết nối với thiết bị điều khiển với các điện áp
24VDC/220VAC ( tùy theo loại CPU ).
• Đầu vào nguồn: 24VDC/220VAC ( tùy theo loại CPU ).
2.1.5 Module mở rộng
Khái niệm về module analog.
Module analog là một công cụ để xử lý các tín hiệu tương tự thông qua
việc xử lý các tín hiệu số.
Analog input
Thực chất nó là một bộ biến đổi tương tự - số (A/D). Nó chuyển tín hiệu
tương tự ở đầu vào thành các con số ở đầu ra. Dùng để kết nối các thiết bị đo
với bộ điều khiển: chẳng hạn như đo nhiệt độ.
Analog output
Analog output cũng là một phần của module analog. Thực chất nó là một
bộ biến đổi số - tương tự (D/A). Nó chuyển tín hiệu số ở đầu vào thành tín
hiệu tương tự ở đầu ra. Dùng để điều khiển các thiết bị với dải đo tương tự.
Chẳng hạn như điều khiển Van mở với góc từ 0-100%, hay điều khiển tốc độ
biến tần 0-50Hz.

2.2 Giới thiệu phần mềm lập trình của PLC S7 200
STEP7 MicroWin chạy trên hệ điều hành Windows, phần mềm này làm
nhiệm vụ trung gian giữa người lặp trình và PLC. Có 3 khối lập trình chính:
khối chương trình (Program Block), khối dữ liệu (Data Block) và khối hệ
17


thống (System Block). Ngoài ra PLC S7 200 còn 4 khối lập trình phụ là: khối
định nghĩa các ký hiệu (Symbol table), khối xem trạng thái các biến (Status
chart), khối tham chiếu (Cross Reference) và khối truyền thông
(Communication) [3].

Hình 2.3 Giới thiệu giao diện điều khiển STEP7
Trong STEP7 MicroWin có 3 cách soạn thảo một chương trình: soạn thảo
chương trình dưới dạng thang (Ladder), dạng câu lệnh STL (Statement list) và
sơ đồ khối FBD (Function Block Diagram). Trong 3 cách soạn thảo trên, soạn
thảo chương trình bằng ladder là thông dụng nhất vì cho phép người lập trình
quan sát được chương trình đang chạy một cách trực quan, việc chuyển đổi từ
dạng soạn thảo này sang dạng soạn thảo khác một cách dễ dàng
Các nhóm lệnh được cho trong cây lệnh của S7-200:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

•
•

Bit Logic: Tập lệnh làm việc với bit.
Clock: Tập lệnh làm việc với thời gian của hệ thống.
Communication: Tập lệnh truyền thông.
Compare: Tập lệnh so sánh.
Convert: Tập lệnh biến đổi.
Counter: Tập các bộ đếm.
Floating-Point Math: Tập lệnh toán học làm việc với số thực.
Integer Math: Tập lệnh toán học làm việc với số nguyên.
Interupt: Tập lệnh làm việc với chương trình ngắt.
Logical Operations: Tập lệnh các phép tính logic biến đổi.
Move: Tập lệnh di chuyển dữ liệu.
Programe Control: Tập lệnh điều khiển chương trình.
18


•
•
•
•

Shift/Rotate: Tập lệnh dịch/quay làm việc với thanh ghi.
String: Tập lệnh làm việc với chuỗi.
Table: Tập lệnh làm việc với bảng dữ liệu.
Timers: Tập các bộ định thời gian

2. 3 Cảm biến khối lượng
Khái niệm Load cell : Loadcell là thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi

lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu điện

Hình 2.4 Hình ảnh cho Loadcell
Cấu tạo của một Loadcell : Cấu tạo chính của loadcell gồm các điện trở
strain gauges R1, R2, R3, R4 kết nối thành 1 cầu điện trở Wheatstone như
hình dưới và được dán vào bề mặt của thân loadcell. Loadcell hoạt động dựa
trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone. Mạch cầu Wheatstone dùng
để chuyển đổi sự thay đổi của điện trở (thay đổi điện trở của các strain gage)
dưới tác dụng lực thành sự thay đổi của điện áp trên đường chéo của cầu.

Hình 2.5 Tín hiệu vào ra của loadcell
Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hoạt động của loadcell dựa trên nguyên
tắc mạch cầu, mạch cầu được cấp 1 nguồn nuôi vào 2 đầu,khi chưa có lực
tác dụng cầu cân bằng , khi có lực tác dụng thì làm lệch cầu cân bằng (thay
đổi giá trị điện trở) từ đó cho ra điện áp 2 đầu còn lại và thông qua các mạch
khuyêch đại , module biến đổi ta có được lưc hay khối lượng cần đo

19


Hình 2.6 Cấu tạo của Loadcell
R=(L. ρ)/S
L là chiều dài của dây dẫn( m)
S là tiết diện (diện tích mặt cắt)(m2)
ρ điện trở suất

Khi chưa có lực tác dụng R1=R2=R3=R4=R cầu cân bằng
Khi có lực tác dụng R1=R3=R+∆R tăng ; R2=R4=R-∆R giảm
Vout= Vin(∆R/R)

Hình 2.7 Hình ảnh cho Loadcell dạng thanh

20


Hình 2.8 Biểu đồ đặc tính cho loadcell

2.4 Cảm biến quang

Hình 2.9 Mô phỏng hoạt động của cảm biến quang

Hình 2.10 Hình ảnh thực tế và cấu tạo của cảm biến.

21


2.4.1 Cấu tạo chung
Gồm 3 thành phần chính: Bộ phát sang , bộ thu sang, mạch xử lý tínhiệu
2.4.1.1 Bộ Phát sáng

Ngày nay cảm biến quang thường sử dụng đèn bán dẫn LED (Light
Emitting Diode). 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 các
nguồn khác (như ánh nắng mặt trời hoặc ánh sáng trong phòng). Các loại
LED thông dụng nhất là LED đỏ, LED hồng ngoại hoặc LED lazer. Một số
dòng cảm biến đặc biệt dùng LED trắng hoặc xanh lá. Ngoài ra cũng có LED
vàng.
2.4.1.2 Bộ Thu sáng

Thông thường bộ thu sáng là một phototransistor (tranzito quang). Bộ

phận này cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ. Hiện nay
nhiều loại cảm biến quang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên dụng
ASIC ( Application Specific Integrated Circuit). Mạch này tích hợp tất cả bộ
phận quang, khuếch đại, mạch xử lý và chức năng vào một vi mạch (IC). Bộ
phận thu có thể nhận ánh sáng trực tiếp từ bộ phát (như trường hợp của loại
thu,phát), hoặc ánh sáng phản xạ lại từ vật bị phát hiện (trường hợp phản xạ
khuếch tán)
2.4.1.3 Mạch xử lý tín hiệu ra

Mạch đầu ra chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang thành tín
hiệu ON / OFF được khuếch đại. Khi lượng ánh sáng thu được vượt quá mức
ngưỡng được xác định, tín hiệu ra của cảm biến được kích hoạt. Mặc dù một
số loại cảm biến thế hệ trước tích hợp mạch nguồn và dùng tín hiệu ra là tiếp
điểm rơ-le (relay) vẫn khá phổ biến, ngày nay các loại cảm biến chủ yếu dùng
tín hiệu ra bán dẫn (PNP/NPN). Một số cảm biến quang còn có cả tín hiệu tỉ
lệ ra phục vụ cho các ứng dụng đo đếm.
2.4.2 Ưu điểm của cảm biến quang
• Không tiếp xúc với vật thể cần phát hiện
• Có thể phát hiện vật từ khoảng cách xa.
• Không bị hao mòn, có tuổi thọ cao.
• Có thời gian đáp ứng nhanh.
• Có thể phát hiện mọi loại vật thể, vật chất.

22


2.4.3 Hiện nay, có các loại cảm biến quang
• Cảm biến quang thu phát: Cảm biến dạng thu phát có bộ phát và thu
sáng tách riêng. Bộ phát truyền ánh sáng đi và bộ thu nhận ánh sáng.
Nếu có vật thể chắn nguồn sáng giữa hai phần này thì sẽ có tín hiệu ra

của cảm biến.
• Cảm biến quang phản xạ gương: Bộ phát truyền ánh sáng tới một
gương phản chiếu lăng kính đặc biệt, và phản xạ lại tới bộ thu sáng của
cảm biến. Nếu vật thể xen vào luồng sáng, cảm biến sẽ phát tín hiệu ra.
• Cảm biến quang khuếch tán: Cảm biến dạng này truyền ánh sáng từ bộ
phát tới vật thể. Vật này sẽ phản xạ lại một phần ánh sáng (phản xạ
khuếch tán) ngược trở lại bộ thu của cảm biến, kích hoạt tín hiệu ra.
2.4.4 Cảm biến quang thu phát chung khuyếch tán dùng trong đồ án

Hình 2.11 Hoạt động Cảm biến quang thu phát chung khuyếch tán
Cấu tạo cảm và nguyên lý làm việc :đầu thu và phát tích hợp trong
một.Cảm biến dạng này truyền ánh sáng từ bộ phát tới vật thể. Vật này sẽ
phản xạ lại một phần ánh sáng (phản xạ khuếch tán) ngược trở lại bộ thu của
cảm biến, kích hoạt tín hiệu ra.
Ưu điểm: Lắp đặt đơn giản, dễ dàng,c hỉ cần 1 điểm lắp đặt duy nhất.
Nhược điểm: Khoảng cách phát hiện ngắn (do chỉ phát hiện được một
phần ánh sáng phản xạ). phát hiện phụ thuộc nhiều vào màu sắc, kích thước,
tính chất bề mặt của vật thể

23


Hình 2.12 Các dây tín hiệu của cảm biến
2.5 Động cơ điện một chiều
Trong mô hình sử dụng băng truyền chuyển động dây đai và không yêu cầu
tải trọng lớn không cần động cơ có công suất lớn , vì vậy chỉ cần loại động cơ
có công suất từ 5 - 20W, điện áp một chiều 24V.
Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một
chiều. Động cơ điện một chiều thường được sử dụng rộng dãi trong công
nghiệp vì nó có thể điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi hoạt

động.
Động cơ điện sử dụng trong công nghiệp với các loại máy có moment
mở máy lớn hoặc cần điều chỉnh tốc độ liên tục trong phạm vi hoạt động
rộng. Động cơ điện một chiều trong thực tế:

Hình 2.13 Động cơ điện 1 chiều thực tế

24


2.5.1 Cấu tạo của động cơ điện một chiều

Hình 2.14 Cấu tạo động cơ điện 1 chiều

• Stato( phần tĩnh): Gồm lõi thép là thép đúc, vừa là mạch từ vừa là vỏ
máy. Các cực từ chính có dây quấn kích từ.
• Rotor( phần động): Gồm lõi thép và dây quấn phần ứng. Lõi thép hình
trụ làm bằng các lá thép kĩ thuật điện ghép lại với nhau có phủ sơn cách
điện.
• Chổi than: làm bằng than granphit. Các chổi tì chặt trên cổ góp nhờ lò
xo và giá chổi điện trên nắp máy.
2.5.2 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Khi có một dòng điện chạy qua cuộn dây quấn xung quanh một lõi sắt
non, cạnh phía bên cực dương sẽ bị tác động bởi một lực hướng lên, trong khi
cạnh đối diện lại bị tác động bằng một lực hướng xuống theo nguyên lý bàn
tay trái của Fleming. Các lực này gây tác động quay lên cuộn dây, và làm cho
rotor quay. Để làm cho rotor quay liên tục và đúng chiều, một bộ cổ góp điện
sẽ làm chuyển mạch dòng điện sau mỗi vị trí ứng với 1/2 chu kỳ. Chỉ có vấn
đề là khi mặt của cuộn dây song song với các đường sức từ trường. Nghĩa là
lực quay của động cơ bằng 0 khi cuộn dây lệch 90o so với phương ban đầu

của nó, khi đó rotor sẽ quay theo quán tính.
Trong các máy điện một chiều lớn, người ta có nhiều cuộn dây nối ra
nhiều phiến góp khác nhau trên cổ góp. Nhờ vậy dòng điện và lực quay được
liên tục và hầu như không bị thay đổi theo các vị trí khác nhau của rotor.
2.5.3 Phân loại động cơ điện một chiều
Tùy theo cách mắc mạch kích từ với mạch phần ứng mà động cơ điện
một chiều được chia thành:
25