Đồ án Điều khiển tay máy gắp sản phẩm dùng PLC S7- 200

ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6

LỜI NÓI ĐẦU
Robot và công nghệ cao là những khái niệm của sản xuất tự động hoá
hiện đại. Một đặc điểm quan trọng của robot công nghiệp là chúng cho phép dễ
dàng kết hợp những việc phụ và chính của một quá trình sản xuất thành một
dây chuyền tự động. So với các phương tiện tự động hoá khác, các dây chuyền
tự động dùng robot có nhiều ưu điểm hơn như dễ dàng thay đổi chương trình
làm việc, có khả năng tạo ra dây chuyền tự động từ các máy vạn năng, và có
thể tự động hoá toàn phần.
Tự động hóa là một nhu cầu không thể thiếu trong quá trình sản xuất
ngày nay. Việc ứng dụng tay máy scara vào tự động hóa dây chuyền sản xuất mà
cụ thể hơn ở đây là dây chuyền phân loại sản phẩm trên băng chuyền giúp cho việc
sản xuất trở nên linh hoạt hơn, hiệu quả hơn. Với nhu cầu tìm hiểu về hệ thống tự
động trong sản xuất và với kiến thức của sinh viên năm thứ 3 tại trường đại học
chúng em chọn đề tài “ ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM
DÙNG PLC S7 200” để nghiên cứu và tìm hiểu.
Do yêu cầu về kiến thức về thiết kế, tính toán và điều khiển chính xác đối
với thiết kế phần cứng là rất cao nên nhóm chúng em không tránh khỏi những
thiếu sót. Do đó, rất mong muốn được sự chỉ bảo thêm của các thầy, cô và đóng
góp của bạn bè để đồ án được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn cô giáo Th.s Phạm Thị Hồng Hạnh đã giúp
đỡ chúng em hoàn thành đồ án này !


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU........................................................................................................... 1
MỤC LỤC ................................................................................................................. 2
CHƯƠNG I GIỚI THIÊU CHUNG ......................................................................... 4

1. Tay máy công nghiệp ........................................................................................ 4
2. Cảm Biến ........................................................................................................... 4
2.1 Cảm biến từ E2E (Phát hiện sắt từ):........................................................... 5
2.2 Cảm biến quang:......................................................................................... 5
3. Công tắt hành trình: .......................................................................................... 6
4. Công tắc............................................................................................................ 7
5. Nút ấn ............................................................................................................... 8
6. Rơle .................................................................................................................. 8
7. Động Cơ Một Chiều DC: ............................................................................... 10
7.1 Cấu tạo động cơ DC ................................................................................. 10
7.1.1. Phần cảm (stato): .................................................................................. 11
7.1.2 Phần ứng (roto):..................................................................................... 11
7.1.3. Cổ góp: ................................................................................................. 12
7.1.4. Chổi điện: ............................................................................................. 12
7.2 Nguyên lý làm việc .................................................................................. 12
8. Khí nén ........................................................................................................... 14
8.1. Máy nén khí:............................................................................................. 14
8.2. Bình trích chứa khí nén: ........................................................................... 15
8.3. Mạng đường ống dẫn khí nén: ................................................................. 15
8.4. Van đảo chiều: .......................................................................................... 15
8.5. Cơ cấu chấp hành. .................................................................................... 17


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6

8.5.1. Nhiệm vụ ............................................................................................... 17
8.5.2. Xi lanh. ................................................................................................. 18
9. Băng tải........................................................................................................... 19
CHƯƠNG II. TÌM HIỂU KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN PLC .................................. 20
2.1 Quá trình phát triển của kỹ thuật điều khiển: ............................................... 20

2.2. Giới thiệu về PLC: ...................................................................................... 20
2.3 Cấu trúc, nguyên lý hoạt động của PLC ..................................................... 21
2.4 Các hoạt động xử lý bên trong PLC ............................................................. 23
2.5 PLC Simatic S7-200 CPU 224 ..................................................................... 24
2.5.1 Cấu trúc phần cứng của CPU 224 AC/DC/RLY................................... 24
2.5.2 Cấu trúc bộ nhớ: .................................................................................... 26
2.5.3 Mở rộng cổng vào ra ............................................................................. 27
2.5.4 Thực hiện chương trình của S7-200 ...................................................... 29
2.5.5 Ngôn ngữ lập trình của S7-200 CPU 224 ............................................. 29
CHƯƠNG III. ỨNG DỤNG PLC S7-200 CPU224 VIẾT LADDER CHO TAY
MÁY GẮP SẢN PHẨM ......................................................................................... 47
3.1 Bảng địa chỉ I/O cho cơ cấu ......................................................................... 47
3.2 Chương trình LAD của mô hình ................................................................. 48
3.3 Sơ đồ đấu dây mô hình ................................................................................ 53
CHƯƠNG IV KẾT LUẬN ..................................................................................... 54


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6

CHƯƠNG I GIỚI THIÊU CHUNG
1. Tay máy cơng nghiệp
Tay máy ( Manipulator ) là cơ cấu cơ khí gồm các khâu khớp. Chúng hình cánh
tay để tạo các chuyển động cơ bản cổ tay tạo nên sự khéo léo, linh hoạt và bàn tay
( End Effector ) để trực tiếp hồn thành các thao tác trên đối tượng .
- Kết cấu của tay máy .
Các tay máy có điểm chung về kết cấu là gồm có các khâu được nối với nhau
bằng các khớp để hình thành một chuỗi động học hở, tính từ phần cơng tác. Các
khớp phổ biến là khớp trượt và khớp quay. Tùy theo số lượng và cách bố trí các
khớp mà người ta có thể tạo ra tay máy kiểu tọa độ đề các , tọa độ trụ, tọa độ cầu,
SCARA, và kiểu tay người ( Anthropomorpnic ).

2. Cảm Biến
Để điều khiển chuyển động của các xy lanh khí nén hay các loại cơ cấu chấp
hành khác cần có sự phát hiện sự dịch chuyển, hay nói cách khác là có sự thay đổi
về vị trí hoặc thay đổi các thơng số của q trình trong hệ thống điều khiển. Trong
phần này, chúng ta đề cập chủ yếu đến các loại cảm biến phát hiện hai trạng thái
ON - OFF.
Tiếp điểm của cảm biến chia ra làm 2 loại: thường đóng (Normal Closed – NC)
và thường mở (Normal Open – NO). Cơng tắc hành trình thường có cả 2 loại tiếp
điểm NO và NC nhưng với một cực chung. Khi có tín hiệu tác động thì sẽ chuyển
đổi trạng thái của 2 tiếp điểm này: tiếp điểm thường mở đóng lại và tiếp điểm
thường đóng mở ra.
24V

24V

24V
Fe

0V

0V
Cả
m biến quang

Cả
m biến điện dung

0V
Cả
m biến cả

m ứ
ng từ


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6

2.1 Cảm biến từ E2E (Phát hiện sắt từ):
 Dùng để phát hiện các vật thể bằng kim loại, thường dùng để khống chế các
hành trình. Khoảng cách phát hiện của cảm biến loại này phụ thuộc rất nhiều
vào vật liệu của vật cảm biến, các vật liệu có từ tính hoặc kim loại có chứa
sắt sẽ có khoảng cách phát hiện xa hơn các vật liệu không có từ tính.
 Đa chức năng, khoảng cách phát hiện tới 30mm
 Vỏ bọc đồng thau hoặc thép không gỉ cho độ bền cao
 Các model DC 2 dây, 3 dây và 4 dây (NO + NC).

 Ứng dụng vào mô hình tại các cơ cấu Input:
 I0.3 (Ta) cảm biến xác định vị trí tay máy bên trên.
 I0.4 ( Tb) cảm biến xác định vị trí tay máy bên dưới
 I0.5 (Tc) cảm biến xác định vị trí tay máy bên trái.
 I0.6 (Td) cảm biến xác định vị trí tay máy bên phải
2.2 Cảm biến quang:
Ánh sáng từ nguồn sáng được tập trung bởi thấu kính hội tụ và chiếu thẳng vào
vật.


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6

Tia sáng phản xạ từ vật được tập trung lên dụng cụ cảm biến vị trí (PSD:
position sensing device) bằng thấu kính thu. Nếu vị trí vật ( khoảng cách đến thiết
bị đo) thay đổi, hình ảnh vị trí vật hình thành trên PSD sẻ khác đi và nếu ở trạng

thái cân bằng của hai ngõ ra PSD thay đổi ảnh vị trí vật hình thành trên PSD sẽ
khác đi và trạng thái cân bằng của 2 PSD cũng thay đổi.
Thông Số Kỹ Thuật

Hình ảnh

 Khoảng cách thu nhận tín hiệu: 50cm.
 Điện áp ngõ ra: 12 - 240VDC hoặc
12 -240VAC.
 Dòng tiêu thụ max DC/AC: 3mA
max.

Ứng dụng mô hình tại cơ cấu input
 I0.7 (PDA) cảm biến xác định có sản phẩm.
3. Công tắt hành trình:
Công tắt hành trình trước tiên là cái công tắc tức là làm chức năng đóng mở
mạch điện, và nó được đặt trên đường hoạt động của một cơ cấu nào đó, sao cho
khi cơ cấu đến 1 vị trí nào đó sẽ tác động lên công tắc. Hành trình có thể là tịnh
tiến hoặc quay. Khi công tắc hành trình được tác động thì nó sẽ làm đóng hoặc
ngắt một mạch điện do đó có thể ngắt hoặc khởi động cho một thiết bị khác. Người
ta có thể dùng công tắc hành trình vào các mục đích như:


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6

Giới hạn hành trình ( khi cơ cấu đến vị trí dới hạn tác động vào công tắc sẽ làm
ngắt nguồn cung cấp cho cơ cấu -> nó không thể vượt qua vị trí giới hạn)
Hành trình tự động: Kết hợp với các role, PLC hay VDK để khi cơ cấu đến vị
trí định trước sẽ tác động cho các cơ cấu khác hoạt động (hoặc chính cơ cấu đó).
Công tắc hành trình được dùng nhiều trong các dây chuyền tự động... Các công

tắc hành trình có thể là các nhút nhấn (button) thường đóng, thường mở, công tắc 2
tiếp điểm, và cả công tắc quang.

4. Công tắc
Trong kỹ thuật điều khiển, công tắc, nút ấn thuộc phần tử đưa tín hiệu. Có hai
loại công tắc thông dụng: công tắc đóng – mở và công tắc chuyển mạch quay.

Công tắc đóng mở

Công tắc chuyển mạch
Công tắc và ký hiệu của công tắc


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6

5. Nút ấn
- Nút ấn đóng- mở: Khi chưa tác động thì chưa có dòng điện chạy qua (mở),
khi tác động thì dòng điện sẽ đi qua
- Nút ấn chuyển mạch sẽ chuyển trạng thái của mạch

Nút ấn đóng – mở

Rơ le đóng mạch

Cấu tạo và ký hiệu nút ấn

Nút ấn đóng mở

Nút ấn khẩn cấp

Một số hình ảnh của nút ấn
6. Rơle
Trong kỹ thuật điều khiển, rơle được sử dụng như phần tử xử lý tín hiệu. Có
nhiều loại rơle khác nhau tùy vào công dụng. Nguyên tắc hoạt động của rơle là từ
trường của cuộn dây, trong quá trình đóng mở sẽ có hiện tượng tự cảm
a. Rơle đóng mạch
- Nguyên lý làm việc: Khi dòng điện vào cuộn dây cảm ứng, xuất hiện lực từ
trường sẽ hút lõi sắt, trên đó có lắp các tiếp điểm. Các tiếp điểm đó có thể là tiếp
điểm chính để đóng , mở mạch chính và các tiếp điểm phụ để đóng, mở mạch điều
khiển.


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6

- Ký hiệu

Rơ le đóng mạch

b. Rơle điều khiển
- Nguyên lý hoạt động: tương tự như rơle đóng mạch nhưng khác rơle đóng
mạch ở chỗ chỉ dùng cho mạch điều khiển có công suất nhỏ và thời gian đóng mở
các tiếp điểm rất nhỏ (từ 1ms đến 10ms).

- Cấu tạo và ký hệu

Cấu tạo và ký hiệu rơle điều khiển
c. Rơle thời gian đóng chậm
- Nguyên lý làm việc: Tương tự như rơle thời gian tác động chậm của phần tử
khí nén. Gồm các phần tử: điot tương tự van 1 chiều, tụ điện như bình chứa, điện
trở R như van tiết lưu. Ngoài ra tụ điện còn có nhiệm vụ giảm điện áp quát tải

trong quá trình ngắt.
d. Rơle thời gian ngắt chậm
- Nguyên lý làm việc: tương tự như rơle thời gian ngắt chậm của phần tử khí
nén. Gồm các phần tử: điot như van đảo chiều, tụ điện như bình chứa, điện trở R1


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6

như van tiết lưu. Ngoài ra tụ điện còn có nhiệm vụ giảm điện áp quá tải trong quá
trình ngắt.
- Cấu tạo và ký hiệu

7. Động Cơ Một Chiều DC:
Động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu mở máy lớn
hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và phạm vi rộng như : băng tải,
thang máy, máy ép…
Nhược điểm chủ yếu của động cơ 1 chiều là cổ góp có cấu tạo phức tạp, đắt
tiền và kém tin cậy. Cần phải có nguồn điện 1 chiều kèm theo.
7.1 Cấu tạo động cơ DC

Những phần chính gồm có: vỏ, trục, phần cảm (stato), phần ứng (roto),cổ góp,
chổi điện.


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6

7.1.1. Phần cảm (stato):
Stato gồm có lõi thép và cuộn dây kích từ. Cuộn dây kích từ được đặt vào trong
lỏi thép để tạo thành một nam châm điện. Trong động cơ nhỏ stato có thể là một
nam châm vĩnh cửu. Tuy nhiên trong động cơ lớn thường là nam châm điện.

7.1.2 Phần ứng (roto):
Roto gồm có lõi thép và dây quấn phần ứng. Lõi thép hình trụ làm bằng các lá
thép kỷ thuật phủ sơn cách điện ghép lại. Dây quấn phần ứng có dạng cuộn và
được đặt trong cách rãnh của lõi thép. Roto được lồng vào giữa các cuộn dây kích
từ, được đỡ bằng ổ bi và nắp vỏ.


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6

7.1.3. Cổ góp:
Cổ góp bao gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình
trụ, gắn ở đầu trục roto
7.1.4. Chổi điện:
Chổi điện hay còn gọi là chổi than. Các chổi điện được tỳ chặt lên mặt cổ góp
nhờ lò xo và giá chổi điện gắn trên nắp máy để cung cấp điện áp 1 chiều cho động
cơ.
Chức năng của chổi than – vành góp là để đưa điện áp một chiều và đổi chiều
dòng điện trong cuộn dây phần ứng. Số lượng chổi than bằng số lượng cực từ (một
nửa có cực từ âm, một nửa có cực từ dương).
7.2 Nguyên lý làm việc

Sơ đồ nguyên lý của động cơ DC
Như ta thấy ở trên động cơ điện 1 chiều có hai phần tử điện là dây quấn kích từ
và dây quấn phần ứng. Dây quấn phần ứng làm từ dây dẫn điện có các đầu được
nối với cổ góp. Điện áp 1 chiều được đặt vào cuộn dây phần ứng thong qua chổi
than tỳ lên cổ góp.
- Khi đặt điện áp 1 chiều Vf vào cuộn dây kích từ, một nam châm điện với
các cực bắc nam hình thành và sinh ra từ trường gọi là từ trường cực từ. Từ
trường này tĩnh ( không quay).

ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6

- Khi cho điện áp 1 chiều Va vào 2 chổi điện , trong dây quấn phần ứng sẻ có
dòng điện 1 chiều Ia đi qua và sinh ra 1 từ trường gọi là từ trường phần ứng.
Từ trường cực từ và từ trường phần ứng sẻ tương tác với nhau và làm cho
trục động cơ quay.

Từ trường cực từ và từ trường phần ứng
Khi roto quay sinh ra một điện áp phần ứng ( sức điện động cảm ứng) Ea trên
dây quấn . Ea có chiều ngược với Va nên gọi là sức phản điện, sẻ làm giảm điện áp
đặt vào phần ứng.
Độ lớn của sức phản điện phụ thuộc vào số vòng dây quấn trong cuộn dây, mật
độ từ thong và tốc độ quay của roto.

Ảnh hưởng của sức điện động cảm ứng lên điện áp đặt vào roto


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6

Khi có dòng điện chạy trong cuộn dây đặt trong từ trường, lực điện từ sẻ tạo ra
momen làm quay khung dây. Cổ góp có tác dụng đổi chiều sau mỗi nữa chu kỳ
quay.
Ưu điểm:
-

Động cơ DC có mô-men quay cao,thời gian đáp ứng nhanh.

- Giá thành không cao

- Cho phép điều khiển điện áp chính xác, mà cần thiết với tốc độ và các
ứng dụng điều khiển mô-men.
- Động cơ DC hoạt động tốt hơn so với động cơ AC trên thiết bị kéo.
- . Động cơ DC được thuận tiện cầm tay và rất thích hợp cho các ứng dụng
đặc biệt, chẳng hạn như các công cụ công nghiệp cầm tay máy móc thiết
bị
8. Khí nén
Các phần tử khí nén:
8.1. Máy nén khí:
Máy nén khí là thiết bị tạo ra áp suất khí, ở đó năng lượng cơ học của động cơ
điện hoặc động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt
năng.
Phân làm 2 loại :
- Phân loại theo áp suất.
 Máy nén khí áp suất thấp p <= 15 bar
 Máy nén khí áp suất cao p>= 15 bar
 Máy nén khí áp suất rất cao p>= 300 bar


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6

- Phân loại theo nguyên lý hoạt động.
+ Máy nén khí theo nguyên lý trao đổi thể tích: Máy nén khí kiểu
pittong, máy nén khí kiểu cách gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén
khí kiểu trục vít.
+ Máy nén khí tuabin: Máy nén khi ly tâm và máy nén khí theo chiều
trục.
8.2. Bình trích chứa khí nén:
Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí và được xử lý thì cần phải có một bộ phận
lưu trữ để sử dụng. Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất khí nén

từ máy nén khí chuyển đến trích chứa, ngưng tụ và tách nước.
Kích thước bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của máy nén khí và công suất
tiêu thụ của các thiết bị sử dụng, ngoài ra kích thước này còn phụ thuộc vào
phương pháp sử dụng: ví dụ sử dụng liên tục hay gián đoạn.
8.3. Mạng đường ống dẫn khí nén:
Mạng đường ống dẫn khí nén là thiết bị truyền dẫn khí nén từ máy nén khí đến
bình trích chứa rồi đến các phần tử trong hệ thống điều khiển và cơ cấu chấp hành.
8.4. Van đảo chiều:
Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng mở
hay thay đổi vị trí các cửa van để thay đổi hướng của dòng khí nén.

Trạng thái khi OFF và ON của van đảo chiều.


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6

* Ký hiệu của van đảo chiều
Vị trí của nòng van được ký hiệu bằng các ô vuông liền nhau với các chữ cái
o,a ,b ,c ,… hay các chữ số 0, 1, 2, …
a o b
a b
Vị trí ‘không’ là vị trí mà khi van chưa có tác động của tín hiệu bên ngoài vào.
Đối với van có 3 vị trí, thì vị trí ở giữa, ký hiệu ‘o’ là vị trí ‘không’. Đối với van có
2 vị trí thì vị trí ‘không’ có thể là ‘a’ hoặc ‘b’, thông thường vị trí bên phải ‘b’ là vị
trí ‘không’.

a

b

Hình 1.27: Kí hiệu cửa xả
khícó mối nối cho ống dẫn, còn cửa xả khí có
Trường hợp a là cửa xả khí không
mối nối cho ống dẫn khí là trường hợp b.
Bên trong ô vuông của mỗi vị trí là các đường mũi tên biểu diễn hướng chuyển
động của dòng khí nén qua van. Khi dòng bị chặn thì được biểu diễn bằng dấu
gạch ngang.
4(B)
Cửa nối điều khiển

14(Z
) 4
Cửa 1nối với cửa
Cửa xả khí có mối 5(S)
nối cho ống dẫn

0

2(A
) 1

12(Y

Cửa nối điều khiển

Cửa 1nối với cửa 2

3(R Cửa xả khí không có mối nối cho ống dẫn
)
1(P) Nối với nguồn khí nén

Hình 1.28: Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6

Hình trên là ký hiệu của van đảo chiều 5/2
Trong đó:

5 : chỉ số cửa và 2 : chỉ số vị trí.

Cách gọi tên và ký hiệu của một số van đảo chiều:

TÊN THIẾT BỊ

KÍ HIỆU

Van đảo chiều 2/2

Van đảo chiều 4/2

Van đảo chiều 5/2

* Tín hiệu tác động:
Tín hiệu tác động vào van đảo chiều có 4 loại là: tác động bằng tay, tác động
bằng cơ học, tác động bằng khí nén và tác động bằng nam châm điện.
Tín hiệu tác động từ 2 phía ( đối với van đảo chiều không có vị trí ‘không’) hay
chỉ từ 1 phía (đối với van đảo chiều có vị trí ‘không’).
8.5. Cơ cấu chấp hành.
8.5.1. Nhiệm vụ

Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng
cơ học. Cơ cấu chấp hành có thể chuyển động thẳng (xilanh) hoặc chuyển động
quay (động cơ khí nén).


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6

8.5.2. Xi lanh.
Xilanh tác dụng đơn
- Áp lực khí nén chỉ tác động vào một phía của xilanh, phía còn lại do
ngoại lực hay lò xo tác động.
- Một số loại xilanh tác động 1 chiều:

a

b

Chiều tác động ngược lại do ngoại lực (a) và do lo xo (b)
Xilanh tác động 2 chiều (xilanh tác động kép).
Khí nén được đưa vào 2 phía của xilanh, do yêu cầu điều khiển mà xilanh đi
vào hay đi ra sẽ tuỳ thuộc vào việc đưa khí nén vào phía nào của xilanh.

Xilanh quay

Hình biểu diễn tượng trưng của xilanh quay. Hai ngõ vào điều khiển để điều khiển
pittong có răng di chuyển qua lại. Khi cần pittong di chuyển sẽ ăn khớp với 1 bánh
răng làm bánh răng quay. Trục bánh răng sẽ được gắn với cơ cấu chuyển động.


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6

Ưu nhược điểm của khí nén:
Ưu điểm:
 Không gây ô nhiễm môi trường.
 Có khả năng truyền tải năng lượng đi xa do độ nhớt động học của
khí nén nhỏ, tổn thất trên dọc đường thấp.
 Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo.
Nhược điểm:
 Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền cũng thay đổi.
 Dòng khí nén thoát ra gây tiếng ồn lớn.
 Bình khí nén có kích thước lớn, cồng kềnh.
9. Băng tải

Băng tải là một cơ chế hoặc máy có thể vận chuyển một tải đơn (thùng carton,
hộp, túi..) từ một điểm A đến một điểm B
Hệ thống băng tải là thiết bị truyền tải có tính kinh tế cao nhất trong ứng dụng
vận chuyển hàng hóa nguyên vật liệu trong quá trình sản xuất
Thành phần và cấu tạo băng tải :
- Một động cơ giảm tốc, trục vít và bộ điều khiển tốc dộ
- Bộ con lăn, truyền lực chủ động
- Hệ thống khung đỡ con lăn
- Hệ thống dây băng hoặc con lăn


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6

CHƯƠNG II. TÌM HIỂU KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN PLC
2.1 Quá trình phát triển của kỹ thuật điều khiển:
Hệ thống điều khiển là gì?
Hệ thống điều khiển là tập hợp các thiết bị và dụng cụ điện tử. Nó dùng để vận

hành một quá trình một cách ổn định, chính xác và thông suốt.
Hệ thống điều khiển dùng rơle điện:
Sự bắt đầu về cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật đặc biệt vào những năm 60 và
70, những máy móc tự động được điều khiển bằng những rơle điện từ như các bộ
định thời, tiếp điểm, bộ đếm, relay điện từ. Những thiết bị này được liên kết với
nhau để trở thành một hệ thống hoàn chỉnh bằng vô số các dây điện bố trí chằng
chịt bên trong panel điện ( tủ điều khiển).
Như vậy, với 1 hệ thống có nhiều trạm làm việc và nhiều tín hiệu vào/ra thì tủ
điều khiển rất lớn. Điều đó dẩn đến hệ thống cồng kềnh, sửa chữa khi bị hỏng rất
phức tạp và khó khăn. Hơn nữa, các rơle tiếp điểm nếu có sự thay đổi yêu cầu điều
khiển thì bắt buộc thiết kế lại từ đầu.
Hệ thống điều khiển dùng PLC:
Với những khó khăn và phức tạp khi thiết kế hệ thống dùng rơle điện. những
năm 80, người ta chế tạo ra các bộ điều khiển có lập trình nhằm nâng cao độ tinh
cậy, ổn định, đáp ứng hệ thống làm việc trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt
đem lại hiệu quả kinh tế cao đó là bộ điều khiển PLC.
2.2. Giới thiệu về PLC:
Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) được sáng tạo
từ những ý tưởng ban đầu của một nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motor vào năm
1968. Trong những năm gần đây, bộ điều khiển lập trình được sử dụng ngày càng
rộng rãi trong công nghiệp của nước ta như là 1 giải pháp lý tưởng cho việc tự
động hóa các quá trình sản xuất. Cùng với sự phát triển công nghệ máy tính đến
hiện nay, bộ điều khiển lập trình đạt được những ưu thế cơ bản trong ứng dụng
điều khiển công nghiệp.


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6

Như vậy, PLC là một máy tính thu nhỏ nhưng với các tiêu chuẩn công nghiệp
cao và khả năng lập trình logic mạnh. PLC là đầu não quan trọng và linh hoạt trong

điều khiển tự động hóa.

2.3 Cấu trúc, nguyên lý hoạt động của PLC
 Cấu trúc
 Đơn vị xử lý trung tâm:
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra
chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong
chương trình, đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các
thiết bị liên kết để thực thi. Toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào
chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ.


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6

 Hệ thống bus
Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu
song song
Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Module khác nhau.
Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu.
Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điểu khiển
đồng bộ các hoạt động trong PLC.
 Bộ nhớ
Bao gồm các loại bộ nhớ RAM, ROM, EEFROM, là nơi lưu trữ các thông tin
cần xử lý trong chương trình của PLC.
Bộ nhớ được thiết kế thành dạng module để cho phép dễ dàng thích nghi với các
chức năng điều khiển với các kích cỡ khác nhau. Muốn mở rộng bộ nhớ chỉ cần
cắm thẻ nhớ vào rãnh cắm chờ sẵn trên module CPU.Bộ nhớ có một tụ dùng để
duy trì dữ liệu chương trình khi mất điện
Kích thước bộ nhớ:
 Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 - 1000 dòng lệnh tùy vào công nghệ chế

tạo.
 Các PLC loại lớn có kích thước từ 1-16K, có khả năng chứa từ 2000 - 16000
dòng lệnh.
Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM, EPROM.
 Các ngõ vào ra I/O
Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các module (các đầu vào của
PLC), các cơ cấu chấp hành được nối với các module ra (các đầu ra của PLC).
Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiêu xử lý là 12/24
VDC hoặc 100/240 VAC.


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6

Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh
I/O được cung cấp bỡi các đèn LED trên PLC, điều này làm cho việc kiểm tra hoạt
động nhập xuất trở nên dể dàng và đơn giản.
Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON, OFF) để thực hiện việc
đóng hay ngắt mạch ở đầu ra.
 Bộ nguồn:
Biến đổi từ nguồn cấp bên ngoài vào để cung cấp cho sự hoạt động của PLC.
 Khối quản lý ghép nối
Dùng để phối ghép giữa PLC với các thiết bị bên ngoài như máy tính, thiết bị lập
trình, bảng vận hành, mạng truyền thông công nghiệp.
2.4 Các hoạt động xử lý bên trong PLC
- Xử lý chương trình
Khi một chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của PLC, các lệnh sẽ được trong
một vùng địa chỉ riêng lẻ trong bộ nhớ.
PLC có bộ đếm địa chỉ ở bên trong vi xử lý, vì vậy chương trình ở bên trong bộ
nhớ sẽ được bộ vi xử lý thực hiện một cách tuần tự từng lệnh một, từ đầu cho đến
cuối chương trình. Mỗi lần thực hiện chương trình từ đầu đến cuối được gọi là

một chu kỳ thực hiện. Thời gian thực hiện một chu kỳ tùy thuộc vào tốc độ xử lý
của PLC và độ lớn của chương trình. Một chu lỳ thực hiện bao gồm ba giai đoạn
nối tiếp nhau:
 Đầu tiên, bộ xử lý đọc trạng thái của tất cả đầu vào. Phần chương trình
phục vụ công việc này có sẵn trong PLC và được gọi là hệ điều hành.
 Tiếp theo, bộ xử lý sẽ đọc và xử lý tuần tự lệnh một trong chương trình.
Trong ghi đọc và xử lý các lệnh, bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiệu các đầu vào,
thực hiện các phép toán logic và kết quả sau đó sẽ xác định trạng thái của
các đầu ra.


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6

 Cuối cùng, bộ vi xử lý sẽ gán các trạng thái mới cho các đầu ra tại các
module đầu ra.
-Xử lý xuất nhập
Gồm hai phương pháp khác nhau dùng cho việc xử lý I/O trong PLC:
 Cập nhật liên tục
Điều nay đòi hỏi CPU quét các lệnh ngõ vào (mà chúng xuất hiện trong chương
trình), khoảng thời gian delay được xây dựng bên trong để chắc chắn rằng chỉ có
những tín hiệu hợp lý mới được đọc vào trong bộ nhớ vi xử lý. Các lệnh ngõ ra
được lấy trực tiếp tới các thiết bị. Theo hoạt động logic của chương trình , khi lệnh
OUT được thực hiện thì các ngõ ra cài lại vào đơn vị I/O, vì thế nên chúng vẫn giữ
được trạng thái cho tới khi lần cập nhật kế tiếp.
2.5 PLC Simatic S7-200 CPU 224

2.5.1 Cấu trúc phần cứng của CPU 224 AC/DC/RLY
S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của Hãng SIEMENS
(CHLB Đức) có cấu trúc theo kiểu Modul và có các modul mở rộng. Các modul
này được sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của

S7-200 là khối vi xử lý CPU-224


ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6

PLC Siemens S7-200, CPU 224, 14 vào, 10 ra relay, nguồn 220 VAC
PLC S7-200, CPU 224.
6ES7214-1BD23-0XB8
Nguồn cung cấp: 220 VAC.
Ngõ vào: 14 DI DC.
Ngõ ra: 10 DO Relay.
Bộ nhớ chương trình: 12KB.
Bộ nhớ dữ liệu: 8KB.
Profibus DP extendable.
Điều khiển PID: Có.
Phần mềm: Step 7 Micro/WIN.
Thời gian xử lý 1024 lệnh nhị phân : 0.37ms.
Bit memory/Counter/Timer : 256/256/256.
Bộ đếm tốc độ cao: 6 x 60 Khz.
Bộ đếm lên/xuống: Có.
Ngắt phần cứng: 4.
Số đầu vào/ra có sẵn: 14 DI / 10DO.
Số đầu vào / ra số cực đại ( nhờ lắp ghép thêm Modul số mở rộng:
DI/DO/MAX: 94 / 74 / 168
Số đầu vào / ra tương tự ( nhờ lắp ghép thêm Modul Analog mở rộng:
AI/AO/MAX: 28 / 7/ 35 hoặc 0 / 14 / 14.
IP 20
Kích thước: Rộng x Cao x Sâu : 120 x 80 x 62.
Các đèn báo trên S7-200 CPU224
 SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng.

 RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và
thực hiện chương trình được nạp vào trong máy.
 STOP (đèn vàng): Đèn vàng STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng
chương trình và đang thực hiện lại.