Nghiên cứu xây dựng hệ thống điều khiển phân loại sản phẩm sử dụng cánh tay robot

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
Xác nhận của giáo viên hướng dẫn

NHÓM SVTH

1

LỚP ĐH TĐH1 – K5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
Xác nhận của giáo viên phản biện

NHÓM SVTH

2

LỚP ĐH TĐH1 – K5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

LỜI CẢM ƠN
Qua thời gian tìm hiểu và thực hiện tích cực, đến nay đồ án đã được hoàn
thành. Có được thành quả này, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn
Xuân Quỳnh đã tận tình hướng dẫn, và giúp đỡ chúng em trong suốt thời gian
thực hiện đồ án
Xin cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa điện trường Đại học Công
Nghiệp Hà Nội đã tạo điều kiện để chúng em thực hiện đồ án này.
Xin cảm ơn các bạn sinh viên đã đóng góp ý kiến, động viên khích lệ tinh
thần trong quá trình thực hiện đồ án.
Ngày 5 tháng 5 năm 2014
Nhóm sinh viên thực hiện

NHÓM SVTH

3

LỚP ĐH TĐH1 – K5

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

MỤC LỤC
MỤC LỤC...................................................................................................................................4
LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................................6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM................8
1.1. Đặt vấn đề........................................................................................................................8
1.2. Chức năng và nhiệm vụ của hệ thống phân loại sản phẩm..............................................9
1.3. Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao ................................................................10
1.3.1. Ưu nhược điểm của hệ thống .............................................................................10
1.3.2. Mục đích của hệ thống .......................................................................................10
1.3.3. Các thiết bị dùng trong hệ thống phân loại sản phẩm:........................................11
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CHUNG VỀ ROBOT VÀ NGHIÊN CỨU BỘ ĐIỀU KHIỂN
PLC S7 - 200.............................................................................................................................24
2.1. Tổng quan chung về robot.............................................................................................24
2.1.1. Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp...............................................................24
2.1.2. Kết cấu của tay máy..............................................................................................25
2.1.3. Xây dựng hệ thống toạ độ cho robot công nghiệp..............................................29
2.2. Tổng quan về PLC ........................................................................................................30
2.2.1. Giới thiệu về PLC .................................................................................................30
2.2.2. Phân loại ................................................................................................................34
2.2.3. Các bộ điều khiển và phạm vi ứng dụng ...........................................................35
2.2.4. Các lĩnh vực ứng dụng của PLC ..........................................................................35
2.2.5. Các ưu điểm khi sử dụng hệ thống điều khiển với PLC....................................35
2.2.6. Giới thiệu các ngôn ngữ lập trình .......................................................................36
2.2.7. Cơ chế hoạt động .................................................................................................37

2.2.8. Phương pháp xử lý tín hiệu .................................................................................37
2.3. Giới thiệu chung về họ PLC S7-200 .............................................................................38
2.3.1. Các tính năng của PLC S7-200 ............................................................................38
2.3.2. Các module mở rộng của PLC S7-200 ..................................................................38
2.3.3. Cấu trúc bộ nhớ của S7-200 ................................................................................41
2.3.4. Ngôn ngữ lập trình của PLC S7-200.....................................................................45
2.3.5. Khái quát bộ lệnh của S7-200 ..............................................................................48
2.3.6. Các lệnh cơ bản của S7-200 .................................................................................49
2.4. Soạn thảo chương trình cho PLC S7-200 ......................................................................69
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN
LOẠI SẢN PHẨM SỬ DỤNG CÁNH TAY ROBOT.............................................................70
3.1. Yêu cầu công nghệ ........................................................................................................70
3.2. Các thiết bị sử dụng để xây dựng hệ thống....................................................................71
3.2.1. PLC S7-200 ............................................................................................................71
3.2.2. Cột cảm biến .........................................................................................................73
3.2.3. Cánh tay robot.........................................................................................................74
3.2.4. Băng tải .................................................................................................................74
3.2.5. Rơle trung gian.......................................................................................................75
3.2.6. Bộ nguồn................................................................................................................75
3.2.7. Khay đựng sản phẩm............................................................................................76
3.2.8 Van khí....................................................................................................................77
3.3. Mô hình hoàn thiện của hệ thống ..................................................................................78
3.4. Lập trình điều khiển hệ thống .......................................................................................78
3.4.1. Tên thiết bị và bảng địa chỉ :................................................................................78
3.4.2. Lưu đồ thuật toán..................................................................................................80
NHÓM SVTH

4

LỚP ĐH TĐH1 – K5

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

3.4.3. Sơ đồ đấu dây và cấu trúc mạch lực :.................................................................81
3.4.4. Chương trình điều khiển .....................................................................................84
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ
TÀI............................................................................................................................................89
4.1. Kết quả của đề tài ..........................................................................................................89
4.1.1. Kết quả nghiên cứu lý thuyết...............................................................................89
4.1.2. Kết quả thực nghiệm.............................................................................................89
4.2. Hướng phát triển của đề tài............................................................................................90
Tài Liệu Tham Khảo.................................................................................................................91

NHÓM SVTH

5

LỚP ĐH TĐH1 – K5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

LỜI NÓI ĐẦU

Trong quá trình Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa đất nước đối với nền
công nghiệp nói chung và ngành điện nói riêng thì lĩnh vực Tự Động Hóa đã và
đang đóng một vai trò vô cùng quan trọng.Vì nó nâng cao chất lượng sản phẩm,
thân thiện với môi trường, hạ được giá thành sản phẩm, tính cạnh tranh cao và
đặc biệt là nâng cao tính an toàn cho con người.
Việc áp dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật trong nhiều lĩnh vực như
tin học, điện tử công suất, điện tử … đã trở thành một công cụ vô cùng hiệu quả
đưa Tự Động Hóa có những bước tiến bộ và ngày càng phát triển mạnh mẽ.
Điển hình là việc ra đời những thiết bị như biến tần để điểu khiển tốc độ của
động cơ không đồng bộ hay bộ PLC được ứng dụng nhiều trong việc xây dựng
các hệ thống, dây chuyền trong công nghiệp …
Được sự giúp đỡ và hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo Th.s Nguyễn Xuân
Quỳnh - Bộ môn Tự động hóa - Khoa Điện - Trường Đại Học Công Nghiệp Hà
Nội, nhóm sinh viên lớp ĐH TĐH1- K5 chúng em đã tiến hành nghiên cứu và
xây dựng đồ án tốt nghiệp với đề tài “Nghiên Cứu Xây Dựng Hệ Thống Điều
Khiển Phân Loại Sản Phẩm Sử Dụng Cánh Tay Robot ”. Nội dung đồ án tốt
nghiệp gồm các chương như sau:
Chương 1: Tổng quan chung về hệ thống phân loại sản phẩm.
Chương 2: Tổng quan chung về Robot và Nghiên cứu bộ điểu khiển PLC
S7-200.
Chương 3: Xây dựng mô hình thực nghiệm hệ thống điều khiển phân loại
sản phẩm sử dụng cánh tay Robot.
Chương 4: Kết quả đạt được và hướng phát triển đề tài.
Dưới đây là báo cáo chi tiết về nội dung, kết quả thu được và những hạn
chế của nhóm sau quá trình thực hiện đề tài.
Trong quá trình thực hiện đồ án do thời gian nghiên cứu không nhiều nên
đồ án và báo cáo không thể trách khỏi những thiếu sót. Vì vậy nhóm sinh viên

NHÓM SVTH

6

LỚP ĐH TĐH1 – K5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

rất mong và trân trọng những ý kiến phê bình, đóng góp của các thầy giáo và các
bạn sinh viên để đồ án được hoàn chỉnh hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội , Tháng 5 / 2014
Nhóm sinh viên thực hiện

NHÓM SVTH

7

LỚP ĐH TĐH1 – K5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHÂN
LOẠI SẢN PHẨM

1.1. Đặt vấn đề
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật
điện tử mà trong đó điều khiển tự động hóa đóng vai trò hết sức quan trọng
trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghệ tự động hóa, cung cấp
thông tin… do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách hiệu quả
nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và
trong sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động hóa nói riêng. Xuất phát từ
những đợt đi thực tập tốt nghiệp tại nhà máy, các khu công nghiệp và tham quan
các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa
trong quá trình sản xuất. Một trong những khâu trong dây chuyền sản xuất tự
động hóa đó là số lượng sản phẩm sản xuất ra được các băng truyền vận chuyển
và sử dụng hệ thống phân loại sản phẩm. Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp
vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong các khâu
phân loại, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công, chính vì vậy nhiều khi
cho ra năng suất thấp, chưa đạt hiệu quả. Từ những điều đã được nhìn thấy trong
thực tế cuộc sống và những kiến thức mà em đã học được ở trường, muốn tạo ra
hiệu quả cao trong năng suất lao động lên gắp nhiều lần, đồng thời vẫn đảm bảo
được độ chính xác cao về kích thước. Nên nhóm em đã quyết định thiết kế và thi
công một mô hình sử dụng băng tải để phân loại được sản phẩm vì nó rất gần
gũi với thực tế, vì trong thực tế có nhiều sản phẩm được sản xuất ra đòi hỏi phải
có kích thước tương đối chính xác và nó thật sự rất có ý nghĩa với chúng em,
góp phần làm cho xã hội ngày càng phát triển mạnh hơn, để xứng tầm với sự
phát triển của thế giới.

NHÓM SVTH

8

LỚP ĐH TĐH1 – K5

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

1.2. Chức năng và nhiệm vụ của hệ thống phân loại sản phẩm
Trong công nghiệp ngày này việc áp dụng những hệ thống Tự Động Hóa
vào quá trình sản xuất đã trở nên phổ biến như :
 Giám sát & Điều khiển các nhà máy công nghiệp
 Điều khiển các dây chuyền sản xuất
 Giám sát, điều khiển giao thông
 Giám sát & Điều khiển tòa nhà cao ốc thông minh
 Ứng dụng trong truyền tải điện năng
Trong các nhà máy xí nghiệp sản xuất lớn ngày nay cần nhiều dây chuyền
sản xuất lớn để vận chuyển sản phẩm. Từ các vật liệu ban đầu được vận chuyển
tới băng tải, trải qua nhiều khâu cuối cùng là tạo ra sản phẩm. Điều này giúp ích
rất nhiều cho công nhân đồng thời nâng cao sản xuất.
Điển hình trong lĩnh vực điều khiển dây chuyền sản xuất có áp dụng công
nghệ cao cấp hơn việc vận chuyển thông thường nhưng khá phổ biến là hệ
thống phân loại sản phẩm .
Tuy nhiên trong công nghiệp việc phân loại sản phẩm thủ công làm giảm
năng suất và độ chính xác không cao vì công việc này lại do con người đảm
nhiệm bằng mắt thường, bằng kinh nghiệm, bằng sự ghi nhớ trực tiếp phân loại
các sản phẩm đạt yêu cầu hoặc loại bỏ phế phẩm bằng tay. Bên cạnh đó công
việc này lại đòi hỏi phải đi lặp lại nhiều nên công nhân khó có thể đảm bảo sự
chính xác trong công việc, và điều này làm ảnh hưởng to lớn tới chất lượng sản
xuất cùng với uy tín của nhà sản xuất do đó việc áp dụng những khoa học kỹ
thuật vào dây chuyền phân loại sản phẩm trở nên cần thiết và phổ biến để giải
quyết nhu cầu cấp bách này. Đối với hệ thống phân loại sản phẩm nói riêng thì

có nhiều công nghệ để áp dụng như :
 Phân loại theo kích thước của sản phẩm
 Phân loại theo màu sắc của sản phẩm
 Phân loại theo trọng lượng của sản phẩm
 Phân loại theo chiều cao của sản phẩm
NHÓM SVTH

9

LỚP ĐH TĐH1 – K5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

 Phân loại theo hình ảnh
Với nhiều phương pháp khác nhau như trên nên có thể áp dụng các phương
pháp với nhau để có các hướng giải quyết khác nhau cho từng sản phẩm vì
chúng có thể đan xen và hỗ trợ cho nhau.
Dựa vào những kiến thức đã học và thực tế của hệ thống nên nhóm sinh
viên đã nghiên cứu xây dựng “ Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao sử
dụng cánh tay robot”.
1.3. Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao
1.3.1. Ưu nhược điểm của hệ thống
 Ưu điểm :
Hệ thống này có những ưu điểm như sau :
 Đơn giản
 Không tốn nhiều không gian

 Ít thiết bị
 Giá thành vừa
 Sử dụng được nhiều thiết bị đã học vào mô hình
 Nhược điểm :
Bên cạnh những ưu điểm thì phương pháp này còn có nhược điểm phụ
thuộc vào tốc độ băng tải ( tốc độ động cơ ). Tốc độ động cơ là không đổi ( hằng
số ) thì việc nhận biết vật đi qua mới được chính xác. Vì vậy để điều khiển tốc
độ của động cơ để băng tải vận hành theo 1 cách cố định kể cả lúc có sản phẩm
hay không là điều cần thiết.
1.3.2. Mục đích của hệ thống
 Tự động hóa quá trình sản xuất trên dây chuyền
 Giảm số nhân công lao động trên dây chuyền
 Tăng khả năng kiểm soát lỗi trên dây chuyền
 Kiểm soát tốt năng lực sản xuất
 Giảm chi phí nhân công

NHÓM SVTH

10

LỚP ĐH TĐH1 – K5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

1.3.3. Các thiết bị dùng trong hệ thống phân loại sản phẩm:
1.3.3.1. Động cơ điện 1 Chiều

Động cơ điện 1 chiều là loại động cơ có tính ưu việt cao. Động cơ có thể
điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. So với động cơ không đồng bộ với các chi
phí đi kèm rất đắt tiền thì động cơ 1 chiều không những có thể điều chỉnh rộng
và chính xác thì mà cấu trúc mạch lực , mạch điều khiển lại đơn giản hơn lại có
chất lượng cao.
Do đó, nhóm chúng em đã chọn động cơ 1 chiều là động cơ chính truyền
tải cho băng chuyền sản phẩm cần phân loại.
Hình ảnh minh họa :

Hình 1.1 : Động cơ 1 chiều

NHÓM SVTH

11

LỚP ĐH TĐH1 – K5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

1.3.3.2. Cảm biến quang
 Khái niệm
Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận, biến đổi các đại lượng vật lý và các
đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo và
xử lý.
Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính chất điện (như nhiệt độ, áp
suất…) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện (như

là điện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép
xác định giá trị của đại lượng cần đo. Đặc trưng (s) là hàm của đại lượng cần đo
(m):
S = F(m)
Người ta gọi (s) là đại lượng đầu ra hoặc là phản ứng của cảm biến, (m) là
đại lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc là đại lượng cần đo). Thông qua
đo đạc (s) cho phép nhận biết giá trị của (m).
Phương trình của cảm biến được viết như sau: Y = f(X)
Trong đó X: Đại lượng cần đo
Y: Đại lượng sau chuyển đổi
 Phân loại cảm biến
-

-

Theo nguyên lý của cảm biến
 Cảm biến điện trở
 Cảm biến từ
 Cảm biến tĩnh điện
 Cảm biến hóa điện
 Cảm biến nhiệt điện
 Cảm biến điện tử và ion
Theo tính chất nguồn điện
 Cảm biến phát điện
 Cảm biến thông số
Theo phương pháp đo
 Cảm biến biến đổi trực tiếp
 Cảm biến bù

 Cảm biến dùng trong hệ thống

NHÓM SVTH

12

LỚP ĐH TĐH1 – K5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

Tại mỗi khâu chúng ta dùng cảm biến để xác định chiều cao của sản phẩm.
Khi sản phẩm được các cảm biến nhận diện sẽ có tín hiệu báo về bộ phận điều
khiển để ra lệnh điều khiển.
-

Nguyên lý đo chiều cao
Việc xác định chiều cao trong đề tài, chúng em đã sử dụng 2 cảm biến

quang lắp song song trên và dưới gắn trên cột cảm biến nhằm xác định chiều cao
của sản phẩm. Nguyên lý là nếu cả 2 cảm biến đều có thì sản phẩm là cao còn
nếu chỉ 1 cả biến có thì sản phẩm là thấp.
Để xác định chiều cao của sản phẩm, đồng thời kiểm tra sản phẩm nên
trong mô hình đã sử dụng loại cảm biến quang điện.
-

Cảm biến quang điện
Cảm biến quang điện bao gồm 1 nguồn phát quang và 1 bộ thu quang.

Nguồn quang sử dụng LED hoặc LAZER phát ra ánh sáng thấy hoặc không thấy
tùy thuộc vào bước sóng. Một bộ thu quang sử dụng diode hoặc transitor quang.
Ta đặt bộ thu và phát sao cho vật cần nhận biết có thể che chắn hoặc phản xạ
ánh sáng khi vật xuất hiện.
Ánh sáng do LED phát ra được hội tụ qua thấu kính. Ở phần thu ánh sáng
từ thấu kính tác động đến transitor thu quang. Nếu có vật che chắn thì chum tia
sẽ không tác động đến bộ thu được. Sóng dao động dùng để bộ thu loại bỏ ảnh
hưởng của ánh sáng trong phòng. Ánh sáng của mạch phát sẽ tắt và sáng theo
tần số mạch dao động. Phương pháp sử dụng mạch dao động làm cho cảm biến
thu phát xa hơn và tiêu thụ ít công suất hơn.
Lựa chọn điện áp cấp cao cho cảm biến phải phù hợp với điện áp mạch
điều khiển. Do mạch điều khiển kết nối với bộ điều khiển PLC nên điện áp của
cảm biến là 24 VDC.

NHÓM SVTH

13

LỚP ĐH TĐH1 – K5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

Hình 1.2 : Sensor E3F-DS10C4 của Omron
Đặc tính lỹ thuật của sensor E3F-DS10C4
Cảm biến quang điện hình trụ chống nhiễu tốt với công nghệ Photo-IC.

Khoảng cách phát hiện khoảng 10cm với bộ điều khiển độ nhạy cho bộ khuếch
tán.



















Khoảng cách phát hiện là 100mm
Đặc tính trễ: Tối đa 20% khoảng cách phát hiện
Đầu ra: DC
Vật cảm biến nhỏ nhất: 10×10mm
Chỉ số LED: Red LED
Nguồn sáng (bước sóng) : LED hồng ngoại (880nm)
Kích thước: 22×70mm / 0,86×2,8 (D * L)
Chiều dài cáp: ~ 115cm
Cung cấp điện áp: 10 – 30 VDC

Điện áp làm việc: 10 – 30 VDC
Dòng hiện tại: 300mA
Tần số: 500Hz
Màu: Màu đen, vàng, xám
Thời gian đáp ứng: Tối đa 2,5ms
Nhiệt độ môi trường từ - 25ºC tới 55ºC
Độ ẩm môi trường từ 35% tới 85%
Trọng lượng (cả vỏ): 60g
Chế độ ngõ ra: Chọn lựa Light – ON / Dark – ON

1.3.3.3. Xi lanh khí nén
Xi lanh là cơ cấu chấp hành biến năng lượng được tích lũy từ khí nén thành
động năng. Xi lanh là cơ cấu chuyển động thẳng. Cụ thể là :
 Xi lanh tác dụng đơn - Single acting cylinder

NHÓM SVTH

14

LỚP ĐH TĐH1 – K5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

Hoạt động trên nguyên lý khí nén chỉ được sử dụng sinh công 1 phía của
Piston. Khi đó Piston lùi lại từ lực bật của lò xo hay lực bên ngoài .
Xi lanh có 1 cổng cấp nguồn và 1 lỗ thoát khí.

Điều khiển bằng van 3/2
Ký hiệu minh họa :
 Xi lanh có chiều tác dụng ngược lại do ngoại lực :

 Xi lanh có chiều tác dụng ngược lại do lò xo :

 Xi lanh tác dụng kép - Double acting cylinder

NHÓM SVTH

15

LỚP ĐH TĐH1 – K5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

Hoạt động trên nguyên lý khí nén được sử dụng sinh công ở 2 phía của Piston.
Xi lanh có 2 của cấp nguồn.
Điều khiển bằng van 4/2, 5/2, 5/3.
Ngoài ra xi lanh kép còn có loại xi lanh có đệm giảm chấn và không giảm
chấn.
Ký hiệu minh họa :

Hình 1.3 : Xi lanh khí nén
Dựa vào những cơ sở trên nhóm quyết định sử dụng xi lanh kép sử dụng cho hệ
thống.

Ngoài những loại cơ bản như xi lanh đơn hay kép thì còn có 1 số loại phục vụ
cho công nghiệp như :
NHÓM SVTH

16

LỚP ĐH TĐH1 – K5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

-

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

Xy lanh quay

- Động cơ khí nén
- Giác hút
1.3.3.4. Rơ le trung gian
 Khái niệm chung về rơ le
Rơ le là loại khí cụ điện hạ áp tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp
khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơ le được sử dụng rất rộng rãi
trong mọi hoạt động trong lĩnh vực khoa học công nghệ và đời sống hằng ngày.
Rơ le có nhiều chủng loại với nguyên lý làm việc, chức năng khác nhau,
như: Rơ lê điện từ, rơ le phân cực, rơ le cảm ứng, rơ le nhiệt, rơ le điện từ tương
tự, rơ le điện tử số, điện tử tương tự…
Đặc tính cơ bản của rơ le là đặc tính vào ra. Khi đại lượng đầu vào X tăng
đến 1 giá trị tác động

, đại lượng đầu ra Y thay đổi nhảy cấp từ 0(

). Theo chiều giảm của X, đến giá trị số nhả

) đến 1(

thì đại lượng đầu ra sẽ nhảy

cấp từ 1 xuống 0. Đây là quá trình nhả của rơ le.
 Phân loại rơle
Có nhiều loại rơle với nguyên lí và chức năng làm việc rất khác nhau. Do
vậy có nhiều các để phân loại rơle.
 Phân loại nguyên lí làm việc theo nhóm.
- Rơ le điện cơ (rơle điện từ, rơle từ điện, rơle điện từ phân cực, rơle
cảm ứng…)
- Rơ le nhiệt
- Rơ le từ
- Rơ le điện từ - bán dẫn, vi mạch
- Rơ le số
 Phân loại theo nguyên lí tác động của cơ cấu chấp hành
- Rơ le có tiếp điểm: Loại này tác động lên vi mạch bằng cách đóng
mở các tiếp điểm.
- Rơ le không có tiếp điểm (rơle tĩnh): Loại này tác động bằng cách
thay đổi đột ngột các tham số của cơ cấu chấp hành mắc trong mạch
điều khiển như: Điện cảm, điện dung, điện trở…
 Phân loại theo đặc tính tham số vào
NHÓM SVTH

17

LỚP ĐH TĐH1 – K5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

- Rơle dòng điện
- Rơle công suất
- Rơle tổng trở …
 Phân loại theo cách mắc vào cơ cấu
- Rơle sơ cấp: Loại này được mắc trực tiếp vào mạch điền cần bảo
vệ.
- Rơle thứ cấp: Loại này mắc vào mạch thông qua biến áp đo lương
hay biến dòng điện.
 Phân loại theo giá trị và chiều các đại lượng đi vào rơ le
- Rơle cực đại
- Rơle cực tiểu
- Rơle cực đại – cực tiểu
- Rơle so lệch
- Rơle định hướng
 Rơle trung gian
Rơle trung gian được sử dụng rộng rãi trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống
điện và các sơ đồ điều khiển tự động. Đặc điểm của rơle trung gian là số lượng
tiếp điểm lớn (thường đóng và thường mở) với khả năng chuyển mạch lớn và
công suất nuôi cuộn dây bé nên nó được dùng để truyền và khếch đại tín hiệu,
hoặc chia tín hiệu của rơle chính đến nhiều bộ phận khác nhau của mạch điều
khiển và bảo vệ

 Nguyên lý làm việc của rơle trung gian như sau:

Hình 1.4: Cấu trúc chung của rơle

NHÓM SVTH

18

LỚP ĐH TĐH1 – K5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

Nếu cuộn dây của rơle được cấp điện áp định mức (qua tiếp điểm của rơle
chính) sức từ động do dòng điện trong cuộn dây sinh ra (iw) sẽ tạo ra trong
mạch từ từ thông, hút nắp làm các tiếp điểm thường mở đóng lại và các tiếp
điểm thường đóng mở ra. Khi cắt điện của cuộn dây, lò xo nhả sẽ đưa nắp và các
tiếp điểm đến vị trí ban đầu. Do dòng điện qua tiếp điểm có giá trị nhỏ (5A) nên
hồ quang khi chuyển mạch không đáng kể nên không cần buồng dập hồ quang.
Rơle trung gian có kích thước nhỏ gọn, số lượng tiếp điểm đến 4 cặp
thường đóng và thường mở liên động, công suất tiếp điểm cỡ 5A, 250V AC,
28V DC, hệ số nhả của rơle nhỏ hơn 0,4; thời gian tác động dưới 0,05s; tuổi thọ
tiếp điểm đạt 106±107 lần đóng cắt, cho phép tần số thao tác dưới 1200 lần/h.


Các thông số kỹ thuật và lực chọn rơle trung gian
 Dòng điện định mức trên rơle trung gian là dòng điện lớn nhất cho phép

rơ le làm việc trong tời gian dài mà không bị hư hỏng. Khi lựa chọn rơle trung
gian thì dòng điện định mức của nó không được nhỏ hơn dòng điện tính toán của
phụ tải. Dòng điện này chủ yếu do tiếp điểm của rơle trung gian quyết định.
= 23,4A
Điện áp làm việc của rơle trung gian là mực điện áp mà rơle có khả năng
đóng cắt.

= 380V

 Dòng làm việc của rơle trung guan phải lớn hơn dòng điện định mức của
động cơ
> 15,6A
 Điện áp định mức cấp cho cuộn hút của rơle là mức điện áp mà khi đó rơle
sẽ hoạt động. Điện áp này phải phù hợp với bộ điều khiển PLC nên điện áp cuộn
hút

là 24V DC.
Trong mô hình hệ thống phân loại sản phẩm đã được sử dụng rơle trung

gian MY2N của OMRON.

NHÓM SVTH

19

LỚP ĐH TĐH1 – K5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

Hình 1.5: Rơ le MY2N của OMRON
Các thông số của MY2N
 Điện áp cuộn dây: 24V DC có LED báo hiển thị
 Thông số của tiếp điểm: 5A – 24V DC
1.3.3.5. Nút ấn
 Khái niệm
Nút ấn còn gọi là nút điều khiển là 1 loại khí cụ điều khiển bằng tay, dùng
để điều khiển từ xa các khí cụ điện đóng tắt bằng điện từ, điện xoay chiều, điện
1 chiều hạ áp, các dụng cụ báo hiệu và cũng để chuyển đồi các mạch điện điều
khiển, tín hiệu liên động bảo vệ…
Nút ấn thường dùng để khởi động, dừng và đảo chiều quay các động cơ
điện bằng cách đóng cắt các cuộn dây nam châm điện của công tắc tơ, khởi động
từ.
 Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Nút ấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường mở và thường
đóng và vỏ bảo vệ. Khi tác động vào nút ấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái và
khi không còn tác động, các tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu.
Nút ấn thường đặt trên bảng điều khiển, ở tụ điện, trên hộp nút ấn. Các loại
nút ấn thông dụng có dòng điện định mức là 5A, điện áp ổn định mức là 400V,
tuổi thọ điện thế đến 200.000 lần đóng cắt, tuổi thọ cơ đến 1.000.000 đóng cắt.
Nút ấn màu đỏ thường dùng để đóng máy, màu xanh để khởi động máy.

NHÓM SVTH

20

LỚP ĐH TĐH1 – K5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

Hình 1.6: Nút ấn stop

Hình 1.7: Nút ấn start
Trên hình là một số loại nút ấn có trên thị trường và có thể dùng trong mô
hình phân loại sản phẩm.
1.3.3.6. Băng tải
 Giới thiệu chung
Băng tải thường được dùng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu
rời theo phương ngang và phương nghiêng. Trong các dây chuyền sản suất, các
thiết bị này được sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các cơ
cấu nhẹ, trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại
xỉ lò trên các trạm thủy điện thì dùng vận chuyển nhiên liệu. Trên các kho bãi thì
dùng để vận chuyển các loại hàng bưu kiện, vật liệu hạt hoặc một số sản phẩm
khác. Trong một số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, hóa chất thì
dùng để vận chuyển các sản phẩm đã hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các

NHÓM SVTH

21

LỚP ĐH TĐH1 – K5

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

công đoạn, các phân xưởng, đồng thời cũng dùng để loại bỏ các sản phẩm không
dùng được.
 Ưu điểm của băng tải
- Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo hướng
nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa năm ngang với nằm nghiêng.
- Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo
dưỡng dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với
máy vận chuyển khác không lớn lắm.
 Cấu tạo chung của băng tải

Hình 1.8: Cấu tạo chung của băng truyền
1.
2.
3.
4.

Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp măng vật
Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo.
Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo.
Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ…) làm phần trượt cho bộ phận kéo và các
yếu tố làm việc.

 Các loại băng tải trên thị trường hiện nay
Khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí phân loại có

thể lựa chọn một số băng tải sau:
Bảng 1.1: Danh sách các loại băng tải
Loại băng tải
NHÓM SVTH

Trọng tải

Phạm vi ứng dụng
22

LỚP ĐH TĐH1 – K5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

Băng tải dây đai

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

< 50 kg

Vận chuyển từng chi tiết giữa các
nguyên công hoặc vận chuyển thùng

Băng tải lá

chứa trong gia công cơ và lắp ráp
Vận chuyển chi tiết trên vệ tinh trong

25 kg ÷ 125 kg

gia công chuẩn bị phôi và trong lắp
Băng tải thanh đẩy
Băng tải con lăn

50 kg ÷ 250 kg

ráp
Vận chuyển các chi tiết lớn giữa các

30 kg ÷ 500 kg

bộ phận trên khoảng cách 50m
Vận chuyển chi tiết trên các vệ tinh
giữa các nguyên công với khoảng

cách < 50m
Các loại băng tải xích, băng tải con lăn có ưu điển là ổn định cao khi vận
chuyển. Tuy nhiên chúng đòi hỏi kết cấu cơ khí phức tạp, đòi hỏi dộ chính xác
cao, giá thành khá đắt.
 Băng tải dạng cào: Sử dụng để thu dọn phôi vụn. Năng suất của băng tải
loại này là có thể đạt 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0,2m/s. Chiều dài
của băng tải là không hạn chế trong phạm vi kéo là 10kN.
 Băng tải xoắn vít: Có hai kiểu cấu tạo:
- Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọn phôi
vụn. Năng suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài là 80cm.
- Băng tải 2 buồng xoắn: Có 2 dạng buồng xoắn song song với nhau, 1 có
chiều xoắn phải, 1 có chiều xoắn trái. Chuyển động xoay vào nhau của các
buồng xoắn được thực hiện nhờ 1 tốc độ phân phối chuyển động.

Cả 2 loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng bằng thép hoặc
bằng xi măng.
 Giới thiệu băng tải dùng trong mô hình
Do băng tải dùng trong hệ thống làm nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm nên
trong mô hình đồ án đã lựa chọn băng tải dây đai để mô phỏng cho hệ thống dây
chuyển trong nhà máy với những lý do sau đây:
- Tải trọng băng tải không quá lớn.
- Kết cấu cơ khí không quá phức tạp.
- Dễ dàng thiết kế chế tạo.
NHÓM SVTH

23

LỚP ĐH TĐH1 – K5


N TT NGHIP I HC
QUNH

GVHD : Th.S NGUYN XUN

- Cú th d dng hiu chnh bng ti.
Tuy nhiờn loi bng ti ny cng cú 1 vi nhc im nh c chớnh xỏc
khi vn chuyn khụng cao, ụi lỳc bng ti hot ng khụng n nh do nhiu
yu t: Nhit mụi trng nh hng n con ln, ma sỏt ca dõy ai gim
theo thi gian

CHNG 2: TNG QUAN CHUNG V ROBOT V NGHIấN
CU B IU KHIN PLC S7 - 200
2.1. Tng quan chung v robot

cảm
2.1.1. Cu trỳc c bn ca robot Các
cụng
nghip
biến

Robot cụng nghip thng bao gm cỏc thnh phn chớnh nh: cỏnh
tay robot, ngun ng lc, dng c gn lờn khõu chp hnh cui, cỏc cm bin,
b iu khin, thit b dy hc, mỏy tớnh, cỏc phn mm lp trỡnh. Mi quan h
Thiết bị

Bộ điều

Nguồn

khiển
và nh hỡnh 2.1. động lực
giadạy
cỏchọc
thnh phn trong
robot
máy tính

NHểM SVTH

Các chương
trình

24

Cánh tay
robot

LP HDụng
TH1
cụ K5
thao tác


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

Hình 2.1. Mối quan hệ giữa các thành phần trong robot
Cánh tay robot (tay máy) là kết cấu cơ khí gồm các khâu liên kết với nhau
bằng các khớp động để có thể tạo nên những chuyển động cơ bản của robot.
Nguồn động lực là các động cơ điện (một chiều hoặc xoay chiều), các hệ
thống xy lanh khí nén, thủy lực để tạo động lực cho tay máy hoạt động.
Dụng cụ thao tác được gắn trên khâu cuối của robot, dụng cụ của robot có
thể có nhiều kiểu khác nhau như: dạng bàn tay để nắm bắt đối tượng hoặc các
công cụ làm việc như mỏ hàn.
Thiết bị dạy học (Teach – Pendant) dùng để dạy cho robot các thao tác cần
thiết theo yêu cầu của quá trình làm việc, sau đó robot tự lặp lại các động tác đã
được dạy để làm việc (phương pháp lập trình kiểu dạy học)
Các phần mềm để lập trình và các chương trình điều khiển robot được cài
đặt trên máy tính, dùng điều khiển robot thông qua hệ điều khiển (Controller).
Bộ điều khiển còn được gọi là Mođun điều khiển (hay Unit, Driver), nó thường
được kết nối với máy tính. Một mođun điều khiển có thể còn có các cổng Vào Ra (I/O port) để làm việc với nhiều thiết bị khác nhau như các cảm biến giúp
robot nhận biết trạng thái của bản thân, xác định vị trí của đối tượng làm việc

hoặc các dò tìm khác.
2.1.2. Kết cấu của tay máy
Tay máy là thành phần quan trọng, nó quyết định khả năng làm việc của
robot. Các kết cấu của nhiều tay máy được phỏng theo cấu tạo và chức năng của
tay người, tuy nhiên ngày nay, tay máy được thiết kế rất đa dạng, nhiều cánh
tay robot có hình dáng rất khác xa cánh tay người. Trong thiết kế và sử dụng tay
máy cần quan tâm đến các thông số hình - động học, là những thông số liên
quan đến khả năng làm việc của robot như: tầm với (hay trường công tác), số
NHÓM SVTH

25

LỚP ĐH TĐH1 – K5