đồ án mô phỏng và điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm dùng PLC s7 200

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

LỜI CAM ĐOAN
Chúng em xin cam đoan Đồ Án tốt nghiệp với đề tài: Nghiên cứu khai thác
sử dụng mô hình Y-0044 - Điều khiển và giám sát dây chuyền phân loại
sản phẩm sử dụng PLC S7-200 do chúng em tự thiết kế dưới ý tưởng về hệ
thống phân loại sản phẩm theo màu sắc trong công nghiệp và dưới sự hướng
dẫn của giảng viên Th.s Mai Thế Thắng. Các số liệu và kết quả là hoàn toàn
đúng với thực tế.
Để hoàn thành bản đồ án này chúng em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi
trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài
liệu nào khác. Nếu phát hiện có sự sao chép chúng em xin chịu hoàn toàn
trách nhiệm.
Hà Nội, ngày 21 tháng 04 năm 2017
Nhóm sinh viên thực hiện
Phạm Văn Quốc
Vũ Văn Tiến
Lê Văn Tú
Nguyễn Thanh Tùng
Nguyễn Viết Tuyển
Nguyễn Văn Vinh

LỚP ĐIỆN 5 –K8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

LỚP ĐIỆN 5 –K8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Hình 1.1: Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển và giám sát
3
Hình 1.2: Cấu trúc cơ bản của hệ điều khiển phân tán
........................4
Hình 1.3: Cấu hình tiêu biểu của một hệ điều khiển phân tán hiện đại
........................7
Hình 1.4: Các thành phần chức năng chính của một PLC
........................9
Hình 2.1: Cáp USB/PPI Multi-Master
.........................................................................................................................
13
Hình 2.2: Xilanh đơn
14
Hình 2.3: Xilanh kép
........................14
Hình 2.4: Van điện từ
........................15
Hình 2.5: Máy hút trên không
........................16

Hình 2.6: Mô tả bộ van và giác hút với mạch khí nén ứng dụng
........................17
Hình 2.7: Động cơ bước
........................17
Hình 2.8: Động cơ một chiều DC
........................18
Hình 2.9: Cách đấu nối động cơ DC
........................19
Hình 2.10: Công tắc giới hạn
........................19
Hình 2.11: Áp kế và modul sấy khí
........................20

LỚP ĐIỆN 5 –K8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Hình 2.12: Bộ điều hòa không khí
........................20
Hình 2.13: Cảm biến tiệm cận
........................22
Hình 2.14: Cách đấu nối cảm biến tiệm cận
........................22
Hình 2.15: Cảm biến phản xạ gương
........................24
Hình 2.16: Cảm biến quang thu phát chung
........................26

Hình 2.17: Khoảng cách xác nhận của cảm biến quang phản hồi
........................27
Hình 2.18: Cách đấu nối cảm biến quang phát hiện màu trắng
........................27
Hình 2.19: Cảm biến áp suất
........................28
Hình 2.20: Sơ đồ đầu ra của cảm biến áp suất
........................28
Hình 2.21: Cài đặt cảm biến áp suất
........................29
Hình 2.22: Đặc tính đầu ra chế độ F1( chế độ trễ)
........................29
Hình 2.23: Cấu tạo phần cứng của TD200
31
Hình 2.24: Giao tiếp giữa 1 TD200 và 1 CPU
.........................................................................................................................
32
Hình 3.1: Module Y-0044A
.........................................................................................................................
34
Hình 3.2: Sơ đồ khối điều khiển giám sát quá trình modul Y- 0044A
.........................................................................................................................
35

LỚP ĐIỆN 5 –K8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Hình 3.3: Module Y-0044B
.........................................................................................................................
35
Hình 3.4: Sơ đồ khối điều khiển giám sát quá trình modul Y- 0044B
.........................................................................................................................
36
Hình 3.5: Module Y-0044C
.........................................................................................................................
36
Hình 3.6: Sơ đồ khối điều khiển giám sát quá trình modul Y- 0044C
.........................................................................................................................
37
Hình 3.7: Sơ đồ đấu dây PLC S7 – 200 modul Y - 0044A
40
Hình 3.8: Sơ đồ đấu dây PLC S7 – 200 modul Y – 0044B
40
Hình 3.9: Sơ đồ đấu dây PLC S7 – 200 modul Y – 0044C
43

LỚP ĐIỆN 5 –K8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Thông số kĩ thuật cơ bản của PLC S7-200 CPU 224XP
.........................................................................................................................

11
Bảng 2.2: Đặc điểm của cảm biến tiệm cận dùng trong hệ thống
.........................................................................................................................
23
Bảng 2.3: Đặc điểm cảm biến dùng trong hệ thống
.........................................................................................................................
25
Bảng 2.4: Các lỗi xảy ra trong quá trình hoạt động và cách khắc phục
.........................................................................................................................
30
Bảng 3.1: Bàng định địa chỉ modul Y -0044A
.........................................................................................................................
39
Bảng 3.2: Bàng định địa chỉ modul Y -0044B
.........................................................................................................................
41
Bảng 3.3: Bàng định địa chỉ modul Y -0044C
.........................................................................................................................
42

LỚP ĐIỆN 5 –K8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

LỚP ĐIỆN 5 –K8

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, đất nước ta bước vào thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hóa,
để quá trình này phát triển nhanh chúng ta cần tập trung đầu tư vào các dây
chuyền sản xuất tự động hóa, nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất, nâng cao
năng suất lao động và cho ra sản phẩm có chất lượng cao.
Để bắt kịp với tiến bộ khoa học kĩ thuật trên thế giới cũng như đáp ứng
yêu cầu công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước thì ngành công nghiệp Việt
Nam đang thay đổi nhanh chóng, công nghệ và thiết bị hiện đại đang dần dần
được thay thế các công nghệ lạc hậu và thiết bị cũ. Các thiết bị công nghệ tiên
tiến với hệ thống điều khiển lập trình PLC, Vi xử lý, điện khí nén, điện tử.
Đang được úng dụng rộng rãi trong công nghiệp như các dây truyền xản xuất
nước ngọt, chế biến thức ăn gia xúc, máy điều khiển theo chương trình CNC,
các hệ thống đèn giao thông, các hệ thống báo động. Trong các trường đại
học, cao đẳng và các trường trung học đã và đang đưa các thiết bị hiện đại có
khả năng lập trình được vào giảng dạy. Một trong những loại thiết bị có ứng
dụng mạnh mẽ và đảm bảo có độ tin cậy cao là hệ thống điều khiển tự động
PLC.
Với đề tài “Điều khiển giám sát và phân loại sản phẩm cho mô hình Y0044 – Điều khiển và giám sát dây chuyền phân loại sản phẩm sử dụng PLC
S7-200”. Chúng em đã vận dụng được những ưu điểm của hệ thông điều
khiển này .
Sau quá trình học tập rèn luyện và nghiên cứu tại trường chúng em đã tích luỹ
được vốn kiến thức để thực hiện đề tài của mình.
Do thời gian nghiên cứu có hạn nên không thể tránh khỏi nhưng sai sót,
chúng em rất mong nhận được sự góp ý, chỉ dẫn thêm của các thầy cô cũng
như ý kiến đóng góp của các bạn sinh viên để đề tài của chúng em hoàn thiện
hơn, đáp ứng đầy đủ những mục tiêu đã đặt ra

Chúng em chân thành cảm ơn!

LỚP ĐIỆN 5 –K8


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ DCS TRÊN NỀN PLC
1.1.

Cấu tạo của một hệ điều khiển giám sát
• Giao diện quá trình: Các cảm biến và cơ cấu chấp hành, ghép nối vào ra,
chuyển đổi tín hiệu (giao diện giữa thiết bị điều khiển và quá trình kĩ
thuật).
• Thiết bị điều khiển tự động: Các bộ điều khiển chuyên dụng như bộ điều
khiển khả trình PLC, thiết bị điều chỉnh số đơn lẻ, máy tính cá nhân và các
phần mềm điều khiển tương ứng (giao diện giữa người vận hành và máy).
• Hệ thống điều khiển giám sát: Các thiết bị và phần mềm giao diện máy, các
trạm kĩ thuật , các trạm vận hành, giám sát và điều khiển cao cấp.
• Hệ thống truyền thông: Ghép nối điểm - điểm, bus cảm biến chấp hành, bus
trường , bus hệ thống.
• Hệ thống bảo vệ, cơ cấu thực hiện chức năng an toàn.

Hình 1.1 Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển và giám sát
1.2.

Hệ DCS là gì ?

Hệ DCS là một hệ thống điều khiển phân tán (Distributed Control System)
thường được sử dụng trong các quá trình, các hệ thống sản xuất, hệ thống

LỚP ĐIỆN 5 –K8

9


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

động (dynamic system). Trong đó các phần tử điều khiển không được đặt tại
các vị trí
trung tâm nhưng mỗi hệ thống con được điều khiển bằng một hoặc
nhiều bộ điều khiển trong hệ thống. Toàn bộ hệ thống được điều khiển, giám
sát nhờ giao tiếp thông qua việc nối mạng.
1.3.

Cấu tạo của một hệ điều khiển phân tán
• Các trạm điều khiển cục bộ (LCS) hay trạm quá trình.
• Trạm vận hành (OS)
• Trạm kĩ thuật và các công cụ phát triển (ES)
• Hệ thống truyền thông (files bus, system bus)

Hình 1.2 Cấu trúc cơ bản của hệ điều khiển phân tán
Ngoài ra cấu hình cụ thể còn có trạn vào ra từ xa Remote I/O Station, bộ điều
khiển chuyên dụng
1.4.

Trạm điều khiển cục bộ (LCS)
Bao gồm:
•
•
•

Bộ cấp nguồn
Khối xử lí trung tâm CPU
Trạm điều khiển cục bộ (LCS)

LỚP ĐIỆN 5 –K8

10


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
•
•
•

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Giao diện bus hệ thống
Giao diện bus trường (nếu sử dụng cấu trúc vào ra phân tán)
Các modul vào ra số, modul an toàn cháy nổ

Chức năng của trạn điều khiển cục bộ:
•
•
•

•
•
•
•

1.5.

Điều khiển quá trình: điều khiển các mạch vòng kín (nhiệt độ, áp suất,
lưu lượng, độ PH, độ đậm đặc … ) dựa trên luật PID.
Điều khiển trình tự .
Điều khiển logic.
Thực hiện các công thức.
Đặt các tín hiệu đầu ra về trạng thái an toàn khi xảy ra sự cố hệ thống.
Lưu trữ tạm thời các tín hiệu quá trình trong trường hợp mất liên lạc với
trạm vận hành.
Nhận biết các trường hợp vượt ngưỡng giá trị và đưa ra các thông báo
báo động.

Trạm vận hành
Trạm vận hành và trạm kĩ thuật được đặt trong phòng điều khiển trung
tâm.Các trạm này có thể hoạt động song song hoặc độc lập với nhau và để
tiện cho việc vận hành hệ thống đối với mỗi một phân đoạn-một xưởng sản
xuất người ta lại bố trí một trạm vận hành .Các phần mềm chạy trên các trạm
là hoàn toàn giống nhau do đó khi một trạm bị sự cố các trạm khác có thể thay
thế chức năng của trạm đó.
Chức năng :
•
•
•
•

•
•
•
•

Hiển thị các hình ảnh chuẩn (hình ảnh tổng quan, hình ảnh nhóm, hình
ảnh mạch vòng, các đồ thị thời gian, đồ thị quá khứ..).
Hiển thị lưu đồ công nghệ, bàn phím điều khiển.
Hỗ trợ vận hành hệ thống thông qua các công cụ thao tác tiêu biểu, các
hệ thống hướng dẫn chỉ đạo và trợ giúp.
Tạo và quản lí các công thức điều khiển
Xử lí sự kiện, sự cố.
Xử lí lưu trữ và quản lí số liệu .
Hỗ trợ lập báo cáo tự động.
Chẩn đoán hệ thống, hỗ trợ người vận hành và bảo trì hệ thống.

LỚP ĐIỆN 5 –K8

11


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.6.

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Trạm kĩ thuật
Trạm kĩ thuật là nơi đặt các công cụ phát triển, cho phép đặt cấu hình
cho hệ thống, tạo và theo dõi chương trình ứng dụng điều khiển và giao diện

người máy, đặt giao diện và cấu hình cho các thiết bị trường việc tạo ứng
dụng điều khiển chủ yếu được thực hiện theo phương pháp khai báo, đặt
tham số và ghép nối các khối chức năng trong thư viện. Giống như các trạm
vận hành thiết bị sử dụng thông dụng là máy tính cá nhân.
Đặc tính tiêu biểu của các công cụ phát triển trên trạm kĩ thuật :
•
•
•

•
•

Các công cụ phát triển được tích hợp sẵn trong hệ thống
Công việc phát triển không yêu cầu tích hợp phần cứng DCS tại chỗ.
Các ngôn ngữ lập trình tiêu biểu đó là sơ đồ khối hàm (FBD-Function
Block Diagram), biểu đồ tiến trình (CFC – Continuous Function Chart),
tương tự IEC 61131-3 FBD0 và SFC.
Một dự án có thể do nhiều người phát triển song song.
Giao diện với các hệ thống cấp trên (CAD/CAM,MES,PPS,ERP…).

Bên cạnh đó nhà sản xuất còn cung cấp các thư viện khối hàm chuyên dụng,
phần mềm mô phỏng để tạo các đầu vào ra mô phỏng giúp cho việc phát triển
được an toàn, chắc chắn hơn.Trong một số hệ thống người ta không phân biệt
rõ ràng giữa trạm vận hành và trạm kĩ thuật mà sử dụng một bàn phím có
khóa chuyển qua lại giữa hai chế độ vận hành và kĩ thuật.
1.7.

Bus hệ thống
Bus hệ thống có chức năng nối các trạm điều khiển cục bộ lại với nhau
và với các trạm vận hành và trạm kĩ thuật. Trong các hệ thống ứng dụng

người ta thường sử dụng cấu hình dự phòng cho các bus hệ thống. Giải pháp
mạng có thể là đặc chủng của riêng công ty, một số hệ thống mạng thông
dụng: Enthernet, Profibus-Fms và ControlNet.
Đặc điểm của việc trao đổi thông tin qua bus: Lưu lượng thông tin lớn do đó
tốc độ đường truyền tương đối cao. Tính năng thời gian thực cũng là một yếu
tố được đặt ra (đặc biệt với bus điều khiển ) thời gian phản ứng nằm trong
phạm vi 0.1 s trở lên. Số lượng trạm tham gia thường không lớn và nhu cầu
trao đổi dữ liệu không có đột biến lớn.

LỚP ĐIỆN 5 –K8

12


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Cấu hình tiêu biểu của một hệ điều khiển phân tán hiện đại, ngoài các phần
mô tả trên còn có thêm các trạm sever, máy tính phân tích, máy in, một số bộ
điều khiển chuyên dụng…

Hình 1.3 Cấu hình tiêu biểu của một hệ điều khiển phân tán hiện đại
1.8.

Bus trường và các hệ thống vào /ra từ xa
Khi sử dụng cấu trúc vào/ra phân tán các trạm cục bộ sẽ được bổ sung
các modul giao diện bus để nối với các trạm vào/ra từ xa (remote I/O station)
và một số thiết bị trường thông minh. Đối với bus trường thì đặc điểm quan
tâm tới đó là tính năng thời gian thực, chuẩn truyền dẫn, tính năng điện học

của các linh kiện mạng, cáp truyền… Một số bus trường được hỗ trợ mạnh:
Profibus-DP, Foundation Fieldbus. Một trạm vào ra từ xa có cấu trúc không
khác biệt nhiều so với một trạm điều khiển cục bộ duy chỉ thiếu khối xử lí
trung tâm cho chức năng điều khiển. Trạm vào ra từ xa thường được đặt gần
quá trình kĩ thuật.

LỚP ĐIỆN 5 –K8

13


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Bên cạnh phương pháp ghép nối thiết bị điều khiển với quá trình kĩ thuật
thông qua các modul vào/ ra ta có thể sử dụng các cảm biến, cơ cấu chấp hành
có giao diện bus trường
1.9.

Hệ DCS trên nền PLC
Thiết bị điều khiển khả trìnhPLC (Programmable Logic Cotroller) là
một loại máy tính điều khiển chuyên dụng do nhà phát minh người Mỹ
Richard Morley đưa ra lần đầu tiên vào năm 1968. Với cấu trúc ghép nối vào
ra linh hoạt và nguyên tắc làm việc đơn giản theo chu kì, khả năng lập trình
và lưu trữ chương trình trong bộ nhớ không cần can thiệp trực tiếp đến phần
cứng do đó PLC dần trở nên thông dụng và có thể thay thế cho các mạch logic
tổ hợp và tuần tự cồng kềnh. Ngày nay PLC hiện đại không chỉ dừng lại ở các
phép toán logic đơn giản mà nó còn làm việc với các tín hiệu tương tự, các
phép toán số học, thậm trí là thuật toán điều khiển phản hồi, PID và điều

khiển mở. Các bộ định thời, bộ đếm và các phép toán thông dụng thuộc phạm
vi chức năng chuẩn của một PLC.
Việc sử dụng PLC trong việc điều khiển quá trình liên tục trong công nghiệp
chế biến, khai thác, môi trường… đã trở nên phổ biến. Một số hệ DCS trên
nền PLC tiêu biểu: SattLine (ABB), ProcessLogic (RockWell), ModiconTSX
(Schneider Electric), PCS7 (Siemens)…Thực tế ngày nay PLC được dùng cho
các bài toán điều khiển logic cũng như điều khiển quá trình. Đối với PLC sử
dụng trong các hệ phân tán thường có cấu hình mạnh, hỗ trợ điều khiển trình
tự cùng với các phương pháp lập trình hiện đại (SFC).
Cấu trúc phần cứng :
PLC có cấu tạo tương tự như một máy tính gồm có vi xử lí, các bộ nhớ làm
việc và bộ nhớ chương trình, giao diện vào/ra và cung cấp nguồn. Tuy nhiên
một điểm khác cơ bản là PLC không có các thành phần giao diện người - máy
như màn hình, chuột, bàn phím do đó việc lập trình phải thực hiện một cách
gián tiếp thông qua máy tính riêng biệt được ghép nối với CPU qua giao diện
thiết bị lập trình (cổng nối tiếp RS-232 hoặc RS 485 ).

LỚP ĐIỆN 5 –K8

14


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Hình 1.4. Các thành phần chức năng chính của một PLC
•

•

•

Bộ xử lí trung tâm (CPU) bao gồm một hoặc nhiều vi xử lí, bộ nhớ
chương trình, bộ nhớ làm việc, đồng hồ nhịp và giao diện với thiết bị
lập trình được liên kết với nhau thông qua một hệ thống bus nội. Nhiệm
vụ chính của CPU là quản lí các cổng vào/ ra, xử lí các thông tin và
thực hiện các thuật toán điều khiển. Bộ nhớ chương trình thường có
dạng FPROM dùng để lưu trữ các hệ điều hành và mã chương trình ứng
dụng. Dữ liệu vào ra và các phép tính toán khác được lưu trong bộ nhớ
làm việc Ram. Đồng hồ nhịp có vai trò tạo ngắt cứng để điều khiển
chương trình theo chu kì (thông thường trong khoảng 0,01s tới 1000
phút).
Các thành phần vào ra (I/O) đóng vai trò giao diện giữa CPU và quá
trình kĩ thuật. Nhiệm vụ của chúng là chuyển đổi, thích ứng tín hiệu,
cách li gavanic giữa các thiết bị ngoại vi (cảm biến, nút ấn, công tắc
hành trình, cơ cấu chấp hành: contactor, động cơ, van khí, máy bơm)
với CPU. Các thành phần vào ra được kết nối với CPU qua hệ thống
bus nội bộ hoặc bus trường.
Bộ cấp nguồn (PS) có chức năng biến đổi và ổn định nguồn nuôi
(5VDC, 12VDC, 24VDC…) và xoay chiều (110VAC, 220VAC…).

LỚP ĐIỆN 5 –K8

15


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
•

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Ngoài các thành phần trên một PLC còn có các thành phần chức năng
như ghép nối mở rộng, điều khiển chuyên dụng và xử lí truyền thông.

Đối với các ứng dụng lớn ta cần sử dụng PLC có thiết kế modul bởi tính linh
hoạt cao:
•

•
•

Các module chức năng (function module, FM) được sử dụng để thực
hiện một số nhiệm vụ điều khiển riêng, ví dụ module điều khiển PID,
module điều khiển động cơ bước, module cân,… Các module này hoạt
động tương đối độc lập với CPU, tuy nhiên có thể trao đổi dữ liệu quá
trình và dữ liệu tham số thông qua bus nội bộ và các hàm hoặc khối
hàm giao tiếp hệ thống.
Các module ghép nối (interface module, IM) được sử dụng để mở rộng
hệ thống khi số lượng các module lớn, không đủ chỗ trên một giá đỡ.
Các module truyền thông (communication module, CM) có vai trò là
giao diện mạng, dùng để ghép nối nhiều PLC với nhau, với các thiết bị
trường và các máy tính giám sát.

LỚP ĐIỆN 5 –K8

16


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT MÔ HÌNH PHÂN LOẠI Y-0044
2.1. Tìm hiểu về PLC S7-200
S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình của hang Siemens (CHLB
Đức) có cấu trúc kiểu modul và có các modul mở rộng. Các modul này được
sử dụng với nhiều mục đích khác nhau. Toàn bộ nội dung chương trình sẽ lưu
trong bộ nhớ của PLC, trong trường hợp bộ nhớ của không đủ ta có thể sử
dụng bộ nhớ ngoài để lưu trữ chương trình và dữ liệu. Dòng PLC có 2 họ là
21X (loại cũ) và 22X (loại mới).
Họ 21X có các đời 210, 212, 214, 215-2DP, 216
Họ 22X có các đời 221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM
Bảng 2.1 Thông số kĩ thuật cơ bản của PLC S7-200 CPU 224XP
Đặc trưng
Kích thước
Bộ nhớ chương trình
Bộ nhớ dữ liệu
Cổng logic vào
Cổng logic ra
Module mở rộng
Dgital I/0 cực đại
Analog I/0 cực đại
Bộ đếm
Tốc độ thi hành lệnh
Khả năng lưu trữ khi mất điện
Xung xuất tốc độ cao
Truyền thông

CPU 224 XP

140×80×62
12288 bytes
10240 bytes
14
10
7
128/128
32/32
256
0.22µs
100h
2×100KHz
2×RS485

2.1.1. Đầu vào
+ Điện áp mức 1 logic 1: 15-30VDC, dòng điện nhỏ nhất 4mA, 35V ở thời
gian tức 500ms.
+ Trạng thái mức 1 chuẩn 24VDC, 7mA. Đáp ứng thời gian lớn nhất ở các
chân I0.0 đến I1.5 có thể chỉnh từ 0.2-0.8 ms mặc định là 0.2 ms. Các chân
từ I0.0-I1.5 được sử dụng bởi bộ đếm tốc độ.
+ Trạng thái mức logic 0 tối đa VDC 1mA.
+ Sự cách li về quang 500VCA 1 min.

LỚP ĐIỆN 5 –K8

17


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

2.1.2. Đầu ra
+ Kiểu đầu ra Relay hoặc transistor.
+ Điện áp khoảng 24,4 đến 28,8 VDC.
+ Dòng tối đa 2A điểm 8 A I common.
+ Quá dòng 7 A với contact đúng.
+ Điện trở cách li nhỏ nhất 10 MW.
+ Thời gian sử dụng 10 triệu giờ và công tắc 100.000 giờ với tốc độ tải.
+ Điện trở công tắc tối đa 200MW.
+ Chế độ bảo vệ ngắn mạch không có.
2.1.3 Nguồn cấp
+ Nguồn có thể tích hợp sẵn trong PLC hoặc làm riêng bên ngoài, có nhiều
cấp điện áp khác nhau trên loại PLC gồm 110 VAC và 220VAC hoặc 24
VDC. Hiện nay có 2 cấp điện áp hay sử dụng là 24 VDC và 220 VAC.
+ Điện áp nguồn 20.4-24.8 VDC.
+ Điện áp nguồn 20,4-20,8 VDC.
+ Dòng vào Max 900 mA tại 24 VDC.
+ Cách li điện ngõ vào không có.
+ Thời gian duy trì khi mất nguồn 10 ms tại 24 VDC.
+ Cầu chì bên trong 2A - 250V.
2.1.4. Cổng truyền thông của PLC
S7-S200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS 485 với phích cắm 9 chân để
phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình .
Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG 720 nối thẳng cáp MPI, máy lập
trình đi kèm với cáp.
Ghép nối với máy tính PC qua cổng RS 232 cần có cáp nối PC/PCI với bộ
chuyển đổi RS 232 / RS 485 hoặc cáp USB/PPI Multi-Master.

LỚP ĐIỆN 5 –K8

18


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Hình 2.1 : Cáp USB/PPI Multi-Master
2.2. Xilanh dùng trong hệ thống.
2.2.1. Xilanh đơn
+ Nguyên tắc hoạt động:
Khí nén được sử dụng để sinh công ở một phía của piston.
Piston lùi về bằng lực bật lại của lò xo hay của lực từ bên ngoài
Xilanh có một cổng cấp nguồn và một lỗ thoát khí
Điều khiển hoạt động của xilanh đơn bằng van 3/2.
+

Cấu tạo:

Xilanh kiểu piston và kí hiệu trên sơ đồ :
Xilanh kiểu piston và kí hiệu trên sơ đồ :

LỚP ĐIỆN 5 –K8

19


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Hình 2.2: Xilanh đơn
2.2.2. Xilanh kép
Nguyên tắc hoạt động:
Khí nén được sử dụng để sinh công ở hai phái của piston.
Xilanh có hai cửa cấp nguồn.
Điều khiển hoạt động của xilanh kép bằng van 4/2, 5/2, 5/3.
Cấu tạo:
Xilanh kép có cần piston một phía: Do diện tích của hai bề mặt piston khác
nhau nên lực tác động trên cần piston khác nhau( lực kéo lơn hơn lực đẩy).
Hai dạng xilanh kép có cần piston ở một phía thường gặp:
+ Xilanh kép không có đệm giảm chấn:

Hình 2.3: Xilanh kép

LỚP ĐIỆN 5 –K8

20


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

2.3. Van điện từ
+

Nguyên lý hoạt động của van điện từ :

Là có 1 cuộn điện, trong đó có 1 lõi săt và 1 lò so nén vào lõi sắt đó, lõi sắt đó
lại tỳ vào đầu 1 gioăng cao su. Như vậy, bình thường không có điện thì lò so
ép vào lõi sắt, để đóng van. khi đưa điện vào, cuộn dây sinh từ trường hút lõi
sắt ra, từ trường này đủ mạnh thắng được lò so, khi đó van mở ra (Loại Van
điện từ thường đóng - NC).

`
Hình 2.4: Van điện từ
Van điện từ được ứng dụng trong rất nhiều các lĩnh vực công nghiệp, dân
dụng... được sử dụng rộng rãi nhất là trong các lĩnh vực liên quan đến khí nén
và chất lỏng... Nhiệm vụ của chúng là đóng, mở, phân chia, trộn lẫn khí nén
từ máy nén khí hoặc từ dầu thủy lực từ bơm thủy...
Trong bài này chúng ta dùng van Loại
thường đóng (NC): không có điện thì van
đóng, khi có điện thì mở.
+
•

Các loại van dùng trong hệ thống:

Van 3 cửa, 2 vị trí: Van 3 cửa, 2 vị trí
thường đóng (van 3/2): Các van này có cửa vào, cửa ra và cửa xả khí. Khi mất
LỚP ĐIỆN 5 –K8

21


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

nguồn thì cửa ra được nối với cửa xả khí. Khi có nguồn thì cửa vào được nối
với cửa ra. Các van này được sử dụng cho các cylinder tác động đơn.
•

•

Van 4 cửa, 3 vị trí: Van 4 cửa, 3 vị trí (van 4/3):
Các van này có 4 cửa, 1 vào, 2 ra và 1 xả. Ở trạng
thái bình thường (không có nguồn năng lượng) thì
các
cửa vào/ra đều bị chặn. Van này được sử dụng để
điều khiển vị trí các cylinder.
Máy hút trên không
Máy hút chân không cung cấp sự hấp thụ không khí với ảnh hưởng của áp
suất hình thành trong đường ống. Với không khí hấp thụ này, việc giữ để lại
các vật liệu trong giác hút của máy hút chân không làm việc được. Do lực
khí sẽ tạo nên nhiều tiếng ồn ở cửa xả của van, bộ phận giảm thanh được sử
dụng để giảm tiếng ồn đó.

Hình 2.5: Máy hút trên không
Nguyên lí hoạt động của máy hút chân không
+

Giác hút

Một vòng lõm bằng cao su có thể treo một vật bằng sức hút của khí nén.
Khi có khí nén thổi từ 2 sang 3, miệng hút 1 sẽ tạo chân không cho giác hút.

LỚP ĐIỆN 5 –K8

22


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Hình 2.6: Mô tả bộ van và giác hút với mạch khí nén ứng dụng
2.4. Động cơ bước

Hình 2.7 : Động cơ bước
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ bước: động cơ đồng bộ
dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế
tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của rotor có
khả năng cố định rotor vào các vị trí cần thiết. Về cấu tạo, động cơ bước có
thể được coi là tổng hợp của hai loại động cơ: động cơ một chiều không tiếp
xúc và động cơ đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ.
LỚP ĐIỆN 5 –K8

23


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo
từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học. Chúng làm việc
nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ

tự và một tần số nhất định. Tổng số góc quay của rotor tương ứng với số lần
chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của rotor phụ thuộc vào
thứ tự chuyển đổi và tần số chuyển đổi.
2.5. Động cơ DC

Hình 2.8: Động cơ một chiều DC
Nguyên lý hoạt động: Stator của động cơ 1 chiều thường là 1 hay nhiều
cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và
được nối với nguồn điện một chiều, 1 phần quan trọng khác của động cơ điện
1 chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi
chuyển động quay của rotor là liên tục. Thông thường bộ phận này gồm có
một bộ cổ góp và một bộ chổỉ than tiếp xúc với cổ góp.
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.
+

Cách đấu nối:

LỚP ĐIỆN 5 –K8

24


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Hình 2.9: Cách đấu nối động cơ DC
2.6. Công tắc giới hạn
Sử dụng công tắc gới hạn để chuyển đổi từ trạng thái cơ học sang tín hiệu
điện.
Công tắc này có 3 chân:
COM: chân chung
NC: tiếp điểm thường đóng
NO: tiếp điểm thường mở

Hình 2.10: Công tắc giới hạn

LỚP ĐIỆN 5 –K8

25