Bài Tập Lớn công nghệ Tự động hóa sử dụng S7-200 Phân Phôi Tự Động CÓ CHƯƠNG TRÌNH

Trường ĐHCN Hà Nội
Khoa Cơ khí
Môn học Tự động hóa quá trình sản xuất

GVHD Thầy:

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời gian làm bài tập lớn môn Tự động hóa quá trình sản xuất đã giúp em rất
nhiều để có thể tổng hợp tất cả những kiến thức đã học ở trên lớp để giải quyết các vấn
đề đặt ra.
Trong khoảng thời gian chưa đầy 3 tháng học trên lớp được sự dạy dỗ nhiệt tình của
thầy giáo mà em đã hoàn thành bài tập lớn này. Với em đây có thể là một lần thử sức
mình trên chặng đường gian lao mà mình phải tiếp bước về sau. Em xin cảm ơn thầy đã
truyền đạt nhiệt tình cho em kiến thức cơ bản về khoa học kỹ thuật để em có thể hoàn
thành tốt bài tập của mình.
Trong quá trình làm bài tập lớn này do thời gian còn ngắn mà kiến thức của công
nghệ Tự động hóa còn nhiều hạn chế nên em chỉ làm những phần cơ bản nên không thể
tránh khỏi thiếu sót nên em mong được sự đóng góp giúp đỡ của thầy cô trong bộ môn
để bài làm của em hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô. Em xin chúc các thầy cô luôn mạnh khỏe.

1


Trường ĐHCN Hà Nội
Khoa Cơ khí
Môn học Tự động hóa quá trình sản xuất

GVHD Thầy:

CHƯƠNG I: CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG
1. Ý nghĩa và phân loại.
1.1 Ý nghóa và phân loại của cấp phôi tự động.
Cấp phôi là quá trình chuyển phôi từ phễu chứa phôi qua máng dẫn và một số bộ phận
khác tới vò trí gia công sao cho đúng phương và chiều khi gá đặt.
Đây là một công việc chiếm khá nhiều thời gian (cấp phôi thuộc thời gian phụ) và
nặng nhọc đối với các loại phôi có trọng lượng lớn, cồng kềnh. Những phôi nhỏ,
nhẹ nhưng thời gian gia công cơ bản ít, việc cấp phôi cứ xảy ra thường xuyên tạo sự mệt
mỏi, nhàm chán cho công nhân.
Nhằm mục đích giảm tổn thất về thời gian và cải thiện điều kiện làm việc cho công
nhân. Người ta khi thiết kế máy buộc phải nghó đến cấp phôi tự động. Hệ thống cấp phôi
tự động sẽ cung cấp đầy đủ phôi cho quá trình gia công theo đúng nhòp sản xuất mà không
cần sự tác động trực tiếp của con người chính vì thế nó có ý nghóa to lớn sau:
- Nhờ có hệ thống cấp phôi tự động mà máy bán tự động trở thành tự động.
Dây chuyền sản xuất trở thành đường dây tự động.
- Cấp phôi tự động mang lại hiệu quả kinh tế to lớn nhờ giảm tổn thất về thời gian.
- Cấp phôi tự động cải thiện điều kiện làm việc của công nhân, đặc biệt trong
môi trường nhiệt độ cao, độc hại, phôi có trọng lượng lớn
Với ý nghóa đó, các kỹ sư cơ khí chế tạo phải có khả năng thiết kế chế tạo các
hệ thống cấp phôi tự động cho máy công cụ, đồng thời mở rộng các kiến thức này để thiết
chế tạo hệ thống cấp liệu cho các máy đóng gói, thiết bò lắp ráp
Dựa vào dạng phôi người ta có thể chia ra 3 hệ thống cấp phôi chính:
- Hệ thống cấp phôi cuộn;
- Hệ thống cấp phôi dạng thanh;
- Hệ thống cấp phôi rời từng chiếc.
2. Hệ thống cấp phôi cuộn.
Phôi cuộn là những dây thép tròn có đường kính nhỏ hoặc những lá thép mỏng được
cuộn tròn vào lõi. Mỗi lần gia công phải kéo ra và nắn thẳng để đưa tới vị trí gia công. Hệ
thống này bao gồm các bộ phận: nắn thẳng phôi; bộ phận kéo phôi; bộ phận kẹp phôi.
Nắn thẳng phôi có thể bằng cách kéo dây thép qua một dãy chốt hoặc con lăn đặt so le

nhau.
Kéo phôi có thể dùng chốt tì và lò xo lá hoặc dùng chấu kẹp với bánh răng -

2


Trường ĐHCN Hà Nội
Khoa Cơ khí
Môn học Tự động hóa quá trình sản xuất

GVHD Thầy:

thanh răng.
Kẹp phôi thường dùng bản kẹp có khối V tạo lực kẹp bằng cam và lò xo nén.
Điển hình của hệ thống cấp phôi cuộn có thể tham khảo ở máy dập đinh đóng gỗ.
*PHÂN LOẠI PHÔI CUỘN -phôi cuộn dạng dây (hình ảnh)

-phôi cuộn dạng tấm(hình ảnh)

-Nguyên lí cấp phôi cuộn: Gồm 2 bộ phận
+bộ phận nắn thẳng
+bộ phận kéo phôi
Bộ phận kéo phôi kéo phôi từ các tang chứa phôi đi qua bộ phận nắn thẳng để làm phẳng
phôi rồi kéo phôi qua phần máy gia công.
3. Tự động hóa cấp phôi đống vụn và dạng lỏng.
*ĐẶC ĐIỂM : phôi dạng đống vụn thường là những phôi dạng bột với kích thước hạt
khac nhau và trọng lượng khác nhau.Phôi dạng đống thường sử dụng xi lô, phễu để định
hướng, hệ thống cấp phôi đống thường sử dụng cho quá trình định lượng và bao gói.
3

Trường ĐHCN Hà Nội
Khoa Cơ khí
Môn học Tự động hóa quá trình sản xuất

GVHD Thầy:

-Phôi liệu dạng lỏng có đặc điểm ướt, sóng sánh trong quá trình vận chuyển. Hệ thống cấp
phôi dạng lỏng thường là định lượng thể tích và bao gói, ứng dụng trong ngành công
nghiệp giải khát và hóa chất…..
*PHÂN LOẠI:
-Dạng đống như xi măng, thức ăn gia súc công nghiệp
-Dạng lỏng như Bia,Rượu, nước giải khát….
4. Hệ thống cấp phôi rời.
4.1 Hệ thống cấp phôi rời
1. Phân loại
Trong sản xuất cơ khí, phôi rời chiếm số lượng lớn nhất và cũng đa
dạng nhất. Để tiện cho việc cấp phôi, có thể chia phôi rời thành 3 loại chủ yếu :
- Chi tiết có trọng lượng lớn và không quay lúc gia công như các loại hộp, thân, càng .
Loại này có khối lượng gia công nhiều, có nhiều bề mặt phải gia công vì thế thời gian
cung cấp rất ngắn so với tổng thời gian gia công. Hơn nữa một chi tiết thường trải
qua nhiều vò trí gia công, có thể trên một máy nếu là máy tổ hợp, có thể trên nhiều máy
khác nhau nếu là máy chuyên dùng.
- Chi tiết có trọng lượng lớn và quay khi gia công, đó là các loại trục, như trục chính
máy tiện, phay, trục của các hộp số lớn, trục khuỷu.v.v. Các trục này cũng có thời gian gia
công dài và phải trải qua nhiều bước trên nhiều vò trí gia công khác nhau.
Vì thế cấp phôi hai dạng này không dùng phễu hay ổ chứa mà phải dùng một vò
trí chờ hay hệ thống dự trữ phôi, sau đó nhờ băng tải và ROBOT.
- Các chi tiết nhỏ, vừa: loại chi tiết này rất đa dạng và phong phú, tuy nhiên có
thể phân thành hai nhóm:

Thứ nhất là loại có hình dáng đơn giản, ở nhóm này phần
lớn là các chi tiết tiêu chuẩn như : bulông, đai ốc, chốt trụ, côn, bánh răng loại nhỏ, bi đũa,
bi cầu, bạc trụ, các loại trục nhỏ có bậc hoặc trơn, vit xẻ rãnh . Nhóm thứ hai là những chi
tiết có hình dáng phức tạp như một số loại bạc phức tạp, chi tiết dạng càng nhỏ, các thanh
đẩy cong trong không gian ba chiều, van nước, van hơi
* Nhóm thứ nhất ta có thể dễ dàng cấp phôi tự động bằng phễu và máng dẫn. Ở nhóm
thứ hai thường phải cấp phôi bằng các loại ổ cấp phôi bán tự động. Một số chi tiết có thể
cải tạo hình dáng bằng đồ gá phụ để dễ cấp phôi tự động hơn.
Ở chương này chủ yếu ta nghiên cứu hệ thống cấp phôi các chi tiết nhỏ có hình dáng
đơn giản như vừa nêu trên. Các chi tiết loại này thường có số lượng rất nhiều. Trong một
chiếc máy công cụ hay máy công tác số lượng hộp hay trục chỉ vài ba cái, trong đó các chi
tiết ốc, vít, vòng bi, chốt có thể lên tới hàng trăm chiếc. Mặt khác các chi tiết tiêu chuẩn đó
4


Trường ĐHCN Hà Nội
Khoa Cơ khí
Môn học Tự động hóa quá trình sản xuất

GVHD Thầy:

có khối lượng gia công không nhiều. Tỷ lệ giữa thời gian cấp phôi và thời gian cơ bản t0
cao. Vì vậy thiết kế chế tạo hệ thống cấp phôi loại này một cách hoàn chỉnh sẽ tăng năng
suất đáng kể. Đồng thời cũng trình bày về mặt nguyên tắc các phương pháp cấp phôi các
chi tiết lớn kể trên.
2. Cấu tạo chung của hệ thống tự động cấp phôi rời
Một hệ thống cấp phôi tự động hoàn chỉnh phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Dự trữ đủ số lượng phôi theo yêu cầu gia công của máy, nghóa là năng suất của hệ
thống cấp phôi phải phù hợp với năng suất của máy.
- Đảm bảo cho các phôi có vò trí hoàn toàn xác đònh trong không gian trước khi

đưa vào vùng gia công.
- Vận chuyển phôi vào vò trí gia công theo đúng nhòp do máy yêu cầu.
- Đảm bảo phôi không bò hư hỏng trong quá trình vận chuyển.
Để thỏa mãn các yêu cầu đề ra, hệ thống cấp phôi tự động thường có các cơ cấu chính sau
đây:
- Cơ cấu chứa phôi ( phễu hoặc ổ chứa phôi ).
- Cơ cấu đònh hướng phôi.
- Cơ cấu vận chuyển phôi ( máng dẫn phôi ).
- Cơ cấu chia phôi.
- Cơ cấu giảm tốc độ phôi.
- Cơ cấu ngăn và đưa phôi.
- Cơ cấu đẩy phôi ra khỏi vò trí đònh vò.
Trong cấp phôi người ta còn dùng hai thuật ngữ để chỉ hai mức độ tự động khác nhau,
đó là: ổ cấp phôi và phễu cấp phôi:
+ Ổ cấp phôi dùng để chỉ hệ thống cấp phôi bán tự động, nghóa là khi xếp phôi vào ổ
ta phải đònh hướng chúng bằng tay.
+ Phễu cấp phôi dùng để chỉ hệ thống cấp phôi hoàn toàn tự động. Phôi được đổ vào
phễu ở vò trí bất kỳ, cơ cấu đònh hướng trong phễu sẽ cho phép những phôi đúng hướng
đi vào vùng gia công.
Sau đây ta tìm hiểu một cách tổng quát hệ thống cấp phôi tự động, nhiệm vụ của từng
cơ cấu trong hệ thống.
Tuy nhiên tùy thuộc vào đặc điểm của từng loại phôi mà ta lựa chọn hệ thống cấp
phôi sao cho đơn giản và ít bộ phận nhất, không nhất thiết phải có đầy đủ các cơ cấu trên.

5


Trường ĐHCN Hà Nội
Khoa Cơ khí
Môn học Tự động hóa quá trình sản xuất

GVHD Thầy:

Hình 3.3:Cấu tạo của một hệ thống cấp phôi rời
Hình 3.3 là ví dụ về hệ thống cấp phôi tự động chi tiết trụ có 2 trục đối xứng với tỉ lệ : L /
D > 1.
Phôi được đổ lộn xộn vào phễu 1, cơ cấu chiếm giữ 2 sẽ đưa phôi lên vò trí máng dẫn.
Những phôi có trục tâm nằm ngang sẽ lăn vào máng 4, những phôi nghiêng hoặc thẳng
đứng sẽ bò cơ cấu 3 gạt trở lại vào phễu. Trong quá trình lăn trong máng nghiêng phôi sẽ
được giảm tốc độ nhờ cơ cấu 5, tới cuối máng cơ cấu đưa và ngăn phôi 6 sẽ giữ phôi lại
chờ nhòp gia công. Khi hết một chu kỳ, bắt đầu một chu kỳ mới cơ cấu đẩy phôi 8 sẽ đẩy
phôi 7 vào cơ cấu kẹp 10, lúc đó máy bắt đầu gia công. Khi gia công xong cơ cấu 9
sẽ đẩy phôi ra khỏi cơ cấu kẹp và rơi xuống. Như vậy một chu kỳ gia công tự động đã
kết thúc.
Để truyền động cho hệ thống cấp phôi, có thể sử dụng động cơ riêng hoặc một
xích truyền động từ máy công cụ.
4.2 Vấn đề định hướng phôi rời
Trong quá trình tự động cấp phôi rời, đònh hướng phôi là một vấn đề quan trọng nhất
và cũng khó khăn nhất. Hình dáng, kích thước, trọng lượng của phôi quyết đònh khả năng
tự đònh hướng của nó và quyết đònh phương pháp đònh hướng của hệ thống cấp phôi.
Những chi tiết đơn giản thường được chia thành 2
loại :
- Loại phôi có hai trục đối xứng trở lên (hình
3.4a,b).
- Loại phôi có một trục đối xứng (hình 3.4c,d).
Loại phôi có hai trục đối xứng trở lên chỉ cần đònh
6


Trường ĐHCN Hà Nội

Khoa Cơ khí
Môn học Tự động hóa quá trình sản xuất

GVHD Thầy:

hướng một lần, còn những loại phôi có một trục đối xứng thường phải đònh hướng hai lần
hoặc đònh hướng kép.
Ví dụ : Hình 3.4 a) và b) có trục tâm và có một trục đối xứng nữa, việc đònh hướng
đơn giản là
cho trục tâm nằm ngang hay thẳng đứng. Trong quá trình phôi vận chuyển, chi tiết a) sẽ có
vị trí ổn định khó bị thay đổi khi trục tâm nằm ngang, chi tiết b) sẽ ổn định khi trục tâm
thẳng đứng .
Ở hình 3.4c) và d) là những chi tiết chỉ có một trục đối xứng,
việc
đònh
hướng
có thể
Hình 3.4.
Một
số dạng
chi tiết
phân chia thành 2 bước sau:
- Bước 1 : quyết định cho trục tâm ở vò trí nằm ngang hay thẳng đứng.
- Bước 2 : quyết định cho đầu lớn hay đầu nhỏ vào vùng gia công trước.
Hai bước định hướng trên có thể tuần tự nối tiếp nhau, bước 1 tiến hành trước rồi kế
đến bước 2. Tuy nhiên có lúc 2 bước được đònh hướng đồng thời bởi một cơ cấu nào
đó. Tùy thuộc vào từng loại phôi để chọn một trong các phương pháp đònh hướng sau:
♦ Định hướng bằng tay: đối với các chi tiết trụ dài (L/D từ 5 đến 10), các chi tiết trụ
hoặc côn có L/D xấp xỉ bằng 1 , các chi tiết khó đònh hướng tự động.
♦ Định hướng tự động cả hai bước trong phễu hoặc kết hợp phễu và máng dẫn.

♦ Định hướng tự lựa: Để cho việc thiết kế hệ thống cấp phôi tự lựa được dễ
dàng, việc định hướng phôi thường tuân thủ một số nguyên tắc sau:
- Cơ cấu định hướng phải tạo điều kiện cho phôi tự nhận lấy vò trí ổn đònh tự
nhiên của nó trong quá trình chuyển động.
- Tìm cách thu nhận lấy những phôi có vị trí đúng và gạt bỏ hoặc sửa chữa lại vị trí của
những phôi sai yêu cầu.
- Những phôi bò gạt bỏ phải được vận chuyển ngược về phễu cấp phôi.
- Nếu cơ cấu định hướng có độ tin cậy không cao thì phải bố trí vài ba cơ cấu
trên đường vận chuyển phôi.
5. Hệ thống cấp phôi thanh.
Các loại phôi thanh dài từ 1÷5m đã được nắn thẳng, có thể tròn hoặc vuông; có
độ chính xác khá cao và độ bóng tốt. Những phôi này thường qua kéo nguội hoặc mài
vô tâm. Ta gọi những loại phôi này là thép tự động vì được dùng cho các máy tự động có
hệ thống kẹp phôi chính xác.
Cấp phôi loại này có hai phương pháp:
- Dùng tải trọng để đẩy phôi tới cữ chắn, lúc đó chấu kẹp được điều khiển bằng cam
hoặc bằng các phương pháp khác có nhiệm vụ kẹp phôi lại để gia công. Có khi không cần
dùng đối trọng mà người ta đặt máng dốc nhờ trọng lượng mà phôi tự trượt trên máng.

7


Trường ĐHCN Hà Nội
Khoa Cơ khí
Môn học Tự động hóa quá trình sản xuất

GVHD Thầy:

- Dùng chấu phóng để phóng phôi, cơ cấu gồm hai bộ phận chính là chấu kẹp và chấu
phóng. Hai chấu này được điều khiển bằng cam thùng (hình 3.2).

Để cấp và kẹp phôi thanh trên các máy tự động, người ta sử dụng các chấu kẹp đàn
hồi chuyên dùng. Tồn tại một số phương pháp cấp phôi thanh sau:
a) Cấp phôi qua lỗ trục chính bằng các chấu kẹp đàn hồi, chấu kẹp đàn hồi chêm và
chấu chêm, cơ cấu đẩy nhờ trọng lực (quả nâng, xilanh thủy khí ); con lăn ma sát phía sau
trục chính; nhờ trọng lượng bản thân con lăn phôi gia công khi đặt nằm nghiêng
hoặc thẳng đứng.
b) Cấp phôi bên ngoài trục chính nhờ tay máy, mâm cặp kéo dài, bàn dao có
dịch chuyển dọc.
Một số nguyên lý và kết cấu điển hình của chấu kẹp đàn hồi được trình bày trên
hình 3.1

Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý cấp phôi thanh

8


Trường ĐHCN Hà Nội
Khoa Cơ khí
Môn học Tự động hóa quá trình sản xuất

GVHD Thầy:

a) Cấp phôi thanh cho máy tiện định hình

b) Cấp phôi thanh cho máy tiện dọc

Hình 3.2 Trình bày một số dạng cấp phôi thanh trong các máy tiện tự động ngang và dọc trục, hình 3.2c
là hệ thống cấpHình
phôi nhờ
khí nén hoặc thủy lực.

3.2a
Hình 3.2b

1-Gối tựa cam đẩy
2-Gối tựa cam kẹp
3-Trục chính
4-Chấu kẹp đàn hồi
5- Bàn dao trên
6- Cam điều khiển bàn dao
7- Dao cắt
8- Bàn dao dưới
9- Phôi thanh
9

1- Bàn trượt
2- Chấu kẹp đàn hồi
3- Bàn dao trên
4- Bàn dao đòn cân
5- Cam điều khiển bàn
dao
6- Cam điều khiển chấu
đẩy phôi


Trường ĐHCN Hà Nội
Khoa Cơ khí
Môn học Tự động hóa quá trình sản xuất

GVHD Thầy:

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CẤP PHÔI
1. Chọn kiêu cấp phôi và nguyên lý làm việc.

Phân tích: Phôi trụ đặc vật liệu kim loại có các đặc điểm: là phôi trụ nên có tính đối
xứng, vật liệu kim loại nên nặng. Với chi tiết kiểu này thích hợp với cấp phôi dạng phễu
hiệu suất 90%.
Ưu điểm của phương pháp cấp phôi dạng phễu: Phễu đảm bảo lượng dự trữ phôi cần
thiết để máy làm việc lâu dài và đưa phôi vào cơ cấu định hướng.

10


Trường ĐHCN Hà Nội
Khoa Cơ khí
Môn học Tự động hóa quá trình sản xuất

GVHD Thầy:

Nguyên lý làm việc: Thiết bị cấp phôi dạng phễu gồm các bộ phận sau: động cơ 1,
định hướng-phễu, cảm biến 1, pittong1 và pittong 2. Bắt đầu khởi động động cơ 1 sẽ quay
khi đó các phôi rơi xuống và trượt trên mang trượt trước khi rơi xuống khoang chờ theo
chiều đã được định sẵn. Khi phôi rơi đầy khoang chờ cản biến 1 truyền thông tin đến động
cơ 1 ngừng quay, và khi khoang chờ không đầy cảm biến 1 truyền thông tin đến động cơ 1
quay. Song song đó pittong 1 cơ cấu đẩy máng tách phôi từ máng dẫn đến vị trí chính giữa
trục chính máy. Khi pittong đẩy vào đến nơi pittong 2 cơ cấy đẩy phôi đến trục chính máy
sau đó trở về vị trí ban đầu. Pittong 2 kết trở về và đồng thời pittong 1 cũng đưa máng tách
phôi về vị trí ban đầy để lấy phôi. Chờ chi tiết gia công song lặp lại chu kỳ.
quá trình đó pisttong 1 Giữa hai bộ phận này là mãng dẫn. Bộ phận định hướng-phễu
gồm phễu, cơ cấu tuyển phôi, cơ cấu định hướng phôi, cơ cấu chống vón cục (tụ phôi) và
cơ cấu nạp phôi. Chức năng của pittong là cấp phôi đã được đinh hướng vào vùng gia

công (trục chính). Từ phễu cơ cấu tuyển phôi sẽ quay khi đó phôi sẽ lọt vào cơ cấu định
hướng được tạo ra theo chiều đứng của phôi. Khi quay đế vị chí được tạo ra trên phễu cố
định phôi sẽ rơi xuống và trượt trên máng, phôi sẽ được xếp theo đúng hước được định sẵn
trên máng. Sau đó pittong 1 cơ cấu đẩy máng tách phôi từ máng dẫn đến vị trí chính giữa
trục chính máy. Khi pittong đẩy vào đến nơi pittong 2 cơ cấy đẩy phôi đến trục chính máy
sau đó trở về vị trí ban đầu. Pittong 2 kết trở về và đồng thời pittong 1 cũng đưa máng tách
phôi về vị trí ban đầy để lấy phôi. Chờ chi tiết gia công song lặp lại chu kỳ.
Lưu đồ trạng thái của cảm biến 1:

11


Trường ĐHCN Hà Nội
Khoa Cơ khí
Môn học Tự động hóa quá trình sản xuất

GVHD Thầy:

2. Tính toán thời gian gia công.
Tổng thời gian gia công từ lúc phôi được cấp vào trục chính đến lúc phôi rơi ra là
23,2s vậy ta có chu kỳ cho pittong 1 và pittong 2 là.
Bắt từ pittong 1 sẽ đẩy máng tách phôi vào đến vị chính giữa trục chính với chiều dài
l1 mất 1,5s sau đó chờ pittong 2 đẩy phôi vào trục chính máy với chiều dài l 2 sau đó trờ về
mất 1,5s, pittong 2 kết thúc pittong 1 sẽ trở về mất 1,5s và chờ 23,2s sau đó lặp lại chu kỳ.
(Pittong 2 được gắng trên phần thân của máng tách phôi).
3. Tính toán kích thước phễu, máng trượt và khoang chờ.
* Kích thước phễu.
Tổng thời gian hoàn thành 1 chi tiết là: t = 23,2 + 1,5 + 1,5 + 1,5 = 27,7s
=> Một ca làm việc sẽ gia công được 1038 chi tiết chọn cấp phôi 2 lần/ca mỗi lần cấp
654 phôi:

V1ct = 40.3,14.202 = 50240 mm2
=> Vphễu = 50240.654 = 32856960 mm2
Chọn chiều cao của phễu là 200 mm
=> Rphễu2 = Vphễu/(3,14.200) = 47088
=> Dphễu = 434 mm
Chọn Dphễu = 450 mm
* Kích thước máng trượt và khoang chờ.
Chọn kiểu máng trượt như hình vẽ có:
Chọn kích thước máng trượt dài L = 800 mm
B = 25 mm
h = 25 mm
Khoang chứa phôi có hình dạng như hình vẽ:
Chọn chiều dài = 200 mm, chiều rộng = 25 mm, chiều cao = 200 mm.
Gắn cảm biến 1 tại chiều cào 200 mm của khoang trượt để cảm biến khi phôi đầy
khoang chờ.
12


Trường ĐHCN Hà Nội
Khoa Cơ khí
Môn học Tự động hóa quá trình sản xuất

GVHD Thầy:

4. Chế độ cắt khi gia công.

8
16

20

40

15

20
Chọn máy 1A62, P=7kw, , dao thép hợp kim cứng T15k6
–
-

Cắt rãnh B=5
Lượng chạy dao (tra bảng 5-72/stcnctm.t2) S=0,15mm/vg.
Vận tốc cắt (tra bảng 5-73/stcnctm.t2) v= 32m/p.
Tốc độ trục chính:
n===509vg/ph
Chọn theo máy n= 480vg/ph.
V thực tế:
===30vg/p

T===0,1ph
–
-

Tiện hạ bậc
Chiều sâu cắt t=2mm.
Lượng chạy dao (tra bảng 5-72/stcnctm.t2) S=0,2mm/vg.
Vận tốc cắt (tra bảng 5-73/stcnctm.t2) v= 182m/p.
==182.0,43.0,3.0,1=132,5m/p.
Tốc độ trục chính:
n==2101vg/ph

Chọn theo máy n= 1900vg/ph.
V thực tế:
==132vg/p

T===6,7s
–
13

Khoan
Chiều sâu cắt t=4mm.
Lượng chạy dao (tra bảng 5-72/stcnctm.t2) S=0,15mm/vg.


Trường ĐHCN Hà Nội
Khoa Cơ khí
Môn học Tự động hóa quá trình sản xuất
-

-

GVHD Thầy:

Vận tốc cắt: v=
Theo bảng 3-3 (T84 chế độ cắt)
Cv
Zv
xv
yv
=9,8;
0,4;

=0;
=0,5 m=0,2
Bảng (4-3):T=45 (phút)
K mv
Bảng (5-3):
=0,8
K tv
Bảng (6-3):
=1
K v = K mv .K tv .Kuv .K nv
Do đó:
=0,8.1.1.1=0,8
V==25,5m/p
Tốc độ trục chính:
n==1015vg/ph
Chọn theo máy n=980vg/p
=24,6m/p

T===7,5s

14


Trường ĐHCN Hà Nội
Khoa Cơ khí
Môn học Tự động hóa quá trình sản xuất

GVHD Thầy:

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN

Sơ đồ trạng thái điều khiển:
Xy lanh 1

Xy lanh 2

Xy lanh 3
Xy lanh 4

Xy lanh 5

Xy lanh 6

- Phân tích sơ đồ:
• Xy lanh 1 điều khiển tay gạt phôi từ máng dẫn vào đầu .mâm cặp
• Xy lanh 2 điểu khiển cần gạt phôi vào mâm cặp.
• Xy lanh 3 điều khiển cơ cấu kẹp chặt.
• Xy lanh 4 điều khiển dao tiện rãnh và dao khỏa mặt đầu.
• Xy lanh 5 điều khiển dao tiện hạ bậc.
• Xy lanh 6 điều khiển dao khoan ø8.

Xy lanh 1 đẩy tay gạt mang phôi từ máng dẫn vào đầu mâm cặp

15


Trường ĐHCN Hà Nội
Khoa Cơ khí
Môn học Tự động hóa quá trình sản xuất

GVHD Thầy:

xy lanh 2 sẽ đẩy phôi vào mâm cặp để xy lanh 3 kẹp chặt và gữ trạng thái
đến khi xy lanh 4, xy lanh 5 và xy lanh 6 đẩy dao vào gia công xong thì
sẽ nhả phôi ra.

16


Trường ĐHCN Hà Nội
Khoa Cơ khí
Môn học Tự động hóa quá trình sản xuất

GVHD Thầy:

CHƯƠNG IV: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC

Trong những năm gần đây bộ điều khiển lập trình PLC được sử dụng ngày càng
rộng rãi trong công nghiệp ở nước ta như là một giải pháp điều khiển lý tưởng cho việc
tự động hóa các quá trình sản xuất. Hiện nay trong nước chưa có một giáo trình tiếng
Việt nào giới thiệu đầy đủ về bộ điều khiển lập trình nhằm đáp ứng nhu cầu học tập và
nghiên cứu. Trên cơ sở khảo sát những tài liệu kỹ thuật về bộ điều khiển lập trình của
hãng Siemens, chúng em giới thiệu bộ điều khiển lập trình Simatic S7-200.
1. Tổng quan về PLC.

1.1. Các ưu điểm của PLC so với mạch điện đấu dây thuần túy.
a.
Kích cỡ nhỏ.
b. Thay đổi thiết kế dễ dàng và nhanh chóng khi có yêu cầu về kỹ thuật, quy trình công
nghệ.
c.Có chức năng chuẩn đoán lỗi và ghi đè.

d.
Các ứng dụng của S7-200 có thể dẫn chứng bằng tài liệu.
e.
Các ứng dụng được phân bố nhân bản nhanh chóng và thuận tiện.
S7-200 có thể điều khiển hàng loạt các ứng dụng khác nhau trong tự động hóa.
Với cấu trúc nhỏ gọn, có khả năng mở rộng, giá rẻ và một tập lệnh Simatic mạnh của
S7-200 là một lời giải hoàn hảo cho các bài toán tự động hóa vừa và nhỏ. Ngoài ra S7200 còn có các ưu điểm sau đây:
a. Cài đặt, vận hành đơn giản.
b. Các CPU có thể sử dụng trong mạng, trong hệ thống phân tán hoặc sử dụng đơn
lẻ.
c. Có khả năng tích hợp trên qui mô lớn.
d. Ứng dụng cho các điều khiển đơn giản và phức tạp.
e. Truyền thông mạnh.
1.2. Cấu trúc phần cứng của CPU - (CENTRAL PROCCESSING UNIT)
PLC, chữ viết tắt của programmable logic controller, là thiết bị điều khiển
logic cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic qua một ngôn ngữ
lập trình, bộ điều khiển thỏa mãn các yêu cầu:
a, Lập trình dễ dàng vì ngôn ngữ lập trình dễ học.
b, Gọn nhẹ, dễ bảo quản, tu sửa.
c, Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp.
d, Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.

17


Trường ĐHCN Hà Nội
Khoa Cơ khí
Môn học Tự động hóa quá trình sản xuất

GVHD Thầy:

e, Giao tiếp với các thiết bị thông tin; máy tính, nối mạng các modile mở
rộng.
f, Giá cả phù hợp.
Bộ điều khiển lập trình PLC được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều
khiển truyền thống dùng rơle có thiết bị cồng kềnh, nó tạo ra một khả năng điều khiển
thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trinh các lệnh logic cơ bản. PLC còn
thực hiện các tác vụ định thời và đếm làm tăng khả năng điều khiển, thực hiện logic
được lập trong chương trình và kích ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương
ứng.
2. Cấu trúc phần cứng PLC.
PLC gồm ba khối chức năng cơ bản: Bộ vi xử lý, bộ nhớ, bộ vào ra. Trạng thái
ngõ vào của PLC được phát hiện và lưu vào bộ nhớ đệm, PLC thực hiện các lệnh logic
trên các trạng thái của chúng và thông qua chương trình trạng thái ngõ ra được cập
nhật và lưu trữ vào bộ nhớ đệm, sau đó trạng thái ngõ ra trong bộ nhớ đệm được dùng
để đóng mở các tiếp điểm kích hoạt các thiết bị tương ứng, như vậy sự hoạt động của
các thiết bị được điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình trong bộ nhớ, chương
trình được nạp vào PLC thông qua thiết bị lập trình truyền thống.

Hình 4.1. Hình ảnh PLC thực tế.

18


Bộ xử lý trung tâm (CPU- CENTRAL PROCCESSING UNIT)
Bộ xử lý trung tâm diều khiến và quản lý tất cả hoạt động bên trong của PLC. Viêc
trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và khối vào ra được thực hiện thông qua hệ thống
bus dưới điều khiển của CPU. Một mạch dao động thạch anh cung cấp xung clock
tần số chuẩn cho CPU thường là 1 hay 8 MHz, tùy thuộc vào bộ xử lý được sử dụng.
Tần số xung clock xác định tốc độ hoạt động của PLC và được dùng để thực

hiện sự đồng bộ cho tất cả các phần tử trong hệ thống.
Bộ nhớ và bộ phận khác
Tất cả các PLC đều dùng các loại bộ nhớ và các bộ phận sau:
ROM (Read Only Memory)
Đây là bộ nhớ đơn giản nhất (loại chỉ đọc) nó gồm các thanh ghi, mỗi thanh ghi lưu
trữ một từ với một tín hiệu điều khiển, ta có thể đọc một từ ở bất kỳ vị trí nào,
ROM là bộ nhớ không thay đổi được mà chỉ được nạp chương trình một lần duy nhất.
RAM (Random Access Memory)
Là bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên, đây là bộ nhớ thông dụng, để cất giữ chương
trình khi mất điện. Do đó điều này được giải quyết bằng cách luôn nuôi RAM bằng
một nguồn pin riêng.
EEPROM
Đây là loại bộ nhớ mà nó kết hợp sự truy xuất linh hoạt của RAM và bộ nhớ chỉ
đọc không thay đổi ROM trên cùng một khối, nội dung của nó có thể xóa hoặc ghi lại
bằng điện tuy nhiên cũng chỉ đọc được vài lần.
Bộ nguồn cung cấp
Bộ nguồn cung cấp của PLC sử dụng hai loại điện áp AC và DC, thông thường
nguồn dùng điện áp 100 đến 240v: 50/60 Hz, nhưng nguồn DC thì có các giá trị:
5v,24v DC.
Nguồn nuôi bộ nhớ
Thông thường là pin để mở rộng thời gian lưu giư cho các dữ liệu có trong bộ
nhớ, nó tự chuyển sang trạng thái tích cực nếu dung lượng tụ cạn kiệt và nó phải
thaThông thường là pin để mở rộng thời gian lưu giư cho các dữ liệu có trong bộ nhớ,
nó tự chuyển sang trạng thái tích cực nếu dung lượng tụ cạn kiệt và nó phải thay vào vị
trí đó để dữ liệu trong bộ nhớ không bị mất đi.


Cổng truyền thông
PLC luôn dùng cổng truyền thông để trao đổi dữ liệu chương trình, các loại
cổng truyền thống thường dùng là RS232, RS432, RS485. Tốc độ truyền thông tiêu

chuẩn là 9600 baud.
Dung lượng bộ nhớ
Đối với PLC loại nhỏ thì bộ nhớ có dung lượng cố định(thường là 2k) dung
lượng chỉ đủ đáp ứng cho khoảng 80% hoạt động điều khiển công nghiệp. Do giá
thành bộ nhớ giảm liên tục nên các nhà sản xuất PLC trang bị bộ nhớ càng lớn cho các
sản phẩm của họ.
Khối vào ra
Mọi hoạt động xử lý tín hiệu bên trong PLC có mức điện áp 5V DC; 15V DC
(điện áp cho TTL, CMOS) .Trong khi tín hiệu điều khiển bên ngoài có thể lớn hơn
nhiều, thường là 24V đến 240V DC với dòng lớn.
Như vậy khối vào ra có vai tròn là mạch giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC
với các mạch công suất bên ngoài, kích hoạt các cơ cấu tác động. Nó thực hiện sự
chuyển đổi các mức điện áp tín hiệu và cách ly. Tuy nhiên khối vào ra cho phép PLC
kết nối trực tiếp với các cơ cấu tác động có dòng nhỏ (<=2A).
Có thể lựa chọn các thông số cho các ngõ vào ra với các yêu cầu điều khiển cụ
1. Ngõ vào: 24V DC; 110V AC hoặc 220V AC.
2. Ngõ ra: Dạng rơ le, transitor hay triac.

Tất cả các ngõ vào ra đều được cách ly quang trên các khối vào ra. Mạch cách
ly quang dùng một điốt phát quang và một transistor quang. Mạch này cho phép tín
hiệu nhỏ đi qua và ghim các tín hiệu điện áp cao xuống mức thấp tín hiệu chuẩn hơn
nữa, mạch này có tác động chống nhiễu khi chuyển công tắc và bảo vệ quá áp từ
nguồn điện cung cấp (có thể tới 1500V).
Thiết bị lập trình
Trên các PLC loại lớn có kết hợp với máy tính thường lập trình với sự hỗ trợ
của phần mềm VDU(Visua Display Unit) ở đây bàn phím, màn hình được nối với PLC
thông qua cổng nối tiếp, thường là RS 485, các VDU hỗ trợ rất tốt cho việc lập trình
dạng ngôn ngữ LADDER kể cả các chú thích trong chương trình để dẽ đọc hơn. Hiện
nay máy vi tính được sử dụng phổ biến để lập trình cho PLC, với CPU xử lý nhanh,
màn hình chất lượng cao, bộ nhớ với giá thành hạ, vì vậy vi tính là một công cụ lý

tưởng cho việc lập trình bằng ngôn ngữ LADDER. Ngoài ra bộ lập trình cầm tay
thường được sử dụng thuận tiện trong công tác sửa chữa và bảo trì.
Khái niệm về lập trình PLC


Yêu cầu chính của ngôn ngữ lập trình là phải dễ hiểu, dễ sử dụng trong việc lập
trình điều khiển. Sơ đò mạch điều khiển là phương pháp phổ biến nhất để mô tả mạch
rơ le logic.
Ngôn ngữ lập trình LADDER có dạng giống như sơ đồ mach điện bậc thang gọi
là ngôn ngữ LADDER, rất phù hợp để tạo ra các chương trình điều khiển logic; đối với
những người thiết kế máy quen thuộc với các hệ thống điều khiển hệ thống rơ le
truyền thống.
Giải thích chương trình LADDER
Ở đây ta giải thích mối quan hệ giữa mạch điện vật lý và chương trình
LADDER, ta xé mạch điều khiển động cơ theo hình vẽ sau:

X0.1

X0.2

X0.3

(Y0.2)

Hình 4.2. Mạch điện LADDER điều khiển động cơ


Như vậy ta thấy chương trình LADDER gồm 2 cột dọc biểu diễn cho nguồn điện
logic cùng với các kí hiệu công tắc logic và rơ le logic tạo thành một nhánh mạch điên
logic nằm ngang. Ở đây logic đều được biểu diễn bằng 3 công tắc thường mở, một

công tắc logic thường đóng và 1 rơ le logic (ngõ vào logic của động cơ).
Điều cần thiết cho công việc thiết kế cho chương trình LADDER là phải lập tài
liệu về hệ thống và mô tả hoạt động của chúng một cách nhanh chóng và đúng đắn.
a, Ngõ vào và ngõ ra
Ngõ vào và ngõ ra là các bộ nhớ một bit, các bit có ảnh hưởng trực tiếp đến
trạng thái ngõ ra vào vật lý, ngõ vào nhận trực tiếp tín hiệu cảm biến và ngõ ra là các
rơ le, transistor, triac.
b, Thanh ghi (register)
Thực chất là bộ nhớ 16 bit và được dùng để lưu trữ số liệu, thanh ghi được kí
hiệu là D và được đánh số thập phân: D0,D200,D800,D8002.
Thanh ghi dữ liệu (Data Register) được dùng để lưu trữ dữ liệu thông thường
trong khi tính toàn dữ liệu trên PLC.
Thanh ghi chốt (Latched Register) có khả năng duy trì nội dung
(chốt) cho đến khi nó được ghi chồng bằng 1 nội dung mới, khi PLC chuyển từ trạng
tháỉ RUN sang STOP thì dữ liệu trong các thanh ghi vẫn được duy trì.
Thanh ghi chuyên dùn (Special Register) dùng để lưu trữ kết quả dữ liệu điều khiển và
giám sát trạng thái hoạt động bên trong PLC thường dùng kết hợp với các cờ chuyên
dùng các thanh ghi này có thể sử dụng trong chương trình LADDER, ngoài ra các
trạng thái hoạt động của hệ thống PLC hoàn toàn có thể xác định được.
Thanh ghi tập tin (Thanh ghi bộ nhớ chương trình Program Memory Register)
chiêm từng khối 500 bước bộ nhớ chương trình được sử dụng đối với các ứng dụng
mà chương trình điều khiển cần xử lý nhiều só liệu (các thanh ghi RAM có sẵn không
đủ đáp ứng).
Thanh ghi điều chỉnh được biến trở bên ngoài (External Adjusting Register) trên các
PLC có sẵn các biến trở dùng để điều chỉnh nội dung của một số thanh ghi dành
riêng nội dung các thanh ghi này có giá trị từ 0 ---> 255 tương ứng với vị trí biến trở
tối thiểu và tối đa.
H, Thanh ghi chỉ mục (Index Register) dùng để hiệu chỉnh chỉ số các toán
hạng logic (Thanh ghi, cờ , bộ đếm, bộ đinh thời..) một cách tùy động.
c Bộ đếm (counter)

Bộ đếm (Counter): Được dùng để đếm các sự kiện, bộ đếm PLC được gọi là bộ
đếm logic vì nó là bộ nhớ, có tác dụng như là bộ đếm vật lý, số lượng bộ đếm có thể
sự dụng tùy thuộc vào loại PLC.
Kí hiệu là C và cũng được đánh số thập phân C0; C128; C225...
Phân loại:
j, Bộ đếm lên: nội dung của bộ đếm tăng lên 1 khi có cạnh lên của
xung
kích bộ đếm.
a. Bộ đếm lên - xuống: nội dung bộ đếm tăng 1 hay giảm 1, tuy thuộc cờ

chuyên dùng cho phép chiều đếm, khi có cạnh lên của xung kích bộ đếm.
b. Bộ đếm pha: bộ đếm loại này thực hiện đếm lên hay xuống tùy thuộc vào

sự lệch pha của 2 tín hiệu xung kích bộ đếm, thường dùng encoder.
c. Bộ đếm tốc độ cao: bộ đếm này đếm được xung kích có tần số cao,
20KHz trở xuống tùy thuộc vào số lượng, bộ đếm loại này được sử dụng
đồng thời. Bộ đếm loại này còn được chế tạo riêng 1 modul chuyên
dùng, khi đó tần số đếm có thể đạt đến 50KHZ.
o Các loại bộ đếm trên có thể là
d. Bộ đếm 16 bit: bộ đếm 16 bit thường là bộ đếm chuẩn, bộ đếm này có

thể đếm được khoảng giá trị từ -32.768 đến + 32.767.
e. Bộ đếm 32 bit có thể là bộ đếm chuẩn, nhưng nó thường là bộ đếm tốc
độ cao và bộ đếm tốc độ cao trên modul chuyên dùng.
f. Bộ đếm chốt: có khả năng duy tri nội dung đếm ngay cả khi PLC không
được cấp điện.
d,Bộ định thời gian (timer)
Được dùng để định thời các sự kiện, bộ định thời trên PLC được gọi là bộ định

thời logic vì nó là bộ nhớ trong của PLC, có tác dụng như là bộ định thời vật ly, số
lượng bộ định thời tùy vào loại PLC. Thực chất nó là bộ đếm xung với chu ki thay dổi
xung kich bằng đơn vị ms (mili giây) hoặc
và được gọi là độ phân giải.
Kí hiệu là T và cũng được đánh số thập phân T0; T200,
T246.
Phân loại: Người ta phân loại theo độ phân giải
Độ phân giải 100ms khoảng thời gian bộ định thời từ 0,1
Độ phân giải 10ms
327.67s.

khoảng thời gian bộ định thời từ 0.01


Độ phân giải 1ms

khoảng thời gian bộ định thời từ 0.001

32,767s
3. Giới thiệu bộ điều khiển lập trình S7-200.

3.1. Cấu trúc phần cứng
a, Đặc điểm chung.
S7-200 là loại PLC cỡ nhỏ của công ty Siemens (Đức).
S7-200 gồm nhiều loại: CPU 212, 214, 215, 216, 221, 222, 224, 224XP, 226,
226XM.
Có nhiều nhất 7 Module mở rộng khi có nhu cầu tăng số ngõ vào/ra Digital, ngõ
vào/ra Analog, kết nối mạng (AS-I, Profibus).
Mỗi CPU có từ 1 đến 2 vít chỉnh định tương tự, có thể xoay được một góc 270°,
dùng để thay đổi giá trị của biến sử dụng trong chương trình.

Pin và nguồn nuôi bộ nhớ: Sử dụng tụ vạn năng và Pin. Khi năng lượng của tụ
bị cạn kiệt, PLC sẽ tự động chuyển sang sử dụng năng lượng từ Pin
Đặc trưng

CPU 221

CPU 222

CPU224

CPU 226

Kích thước (mm)

90x80x62

90x80x62

120.5x80x62

190x80x62

Bộ nhớ chương trình

2048 words

2048 words

4096 words

4096 words

Bộ nhớ dữ liệu

1024 words

1024 words

2560 words

2560 words

Cổng logic vào

6

8

14

24

Công logic ra

4

6

10

16

Modul mở rộng

None

2

7

7

Digital I/O cực đại

128/128

128/128

128/128

128/128

Analog I/O cực đại

None

16 In/ 16 Out

32 In/ 32 Out

32In/ 32 Out

Bộ đếm(Counter)

256

256

256

256

Bộ định thời(Timer)

256

256

256

256


Tốc độ thực thi lệnh

0.37µs

0.37µs

0.37µs

0.37µs

Lưu trữ khi mất điện

50 giờ

50 giờ

190 giờ

190 giờ

Bảng 1: Thông số của các PLC s7 200 - 22x
b, Các đèn trạng thái
Đèn RUN - màu xanh: Chỉ định PLC ở chế độ làm việc và thực hiện chương
trình đã được nạp vào bộ nhớ chương trình.
Đèn STOP - màu vàng: Chỉ định PLC ở chế độ STOP, dừng chương trình đang
thực hiện lại (các đầu ra đều ở chế độ OFF).
Đèn SF - màu đỏ (TERM), đèn báo hiệu hệ thống bị hỏng có nghĩa là lỗi
phần cứng hoặc hệ điều hành. Ở đây cần phân biệt rõ lỗi hệ thống với lỗi
chương trình người dùng, khi lỗi chương trình người dùng thì CPU không thể
nhận biết được vì trước khi download xuống CPU, phần mềm lập trình đã làm
nhiệm vụ kiểm tra trước khi dịch sang mã máy.
Đèn Ix.x - màu xanh: Chỉ định trạng thái ON/OFF của đầu vào số.
Đèn Qx.x - màu xanh: Chỉ định trạng thái ON/OFF của đầu vào số
C, Ngõ vào
Kiểu đầu vào IEC 1131-2 hoặc SIMATIC.
Trạng thái mức logic 1 chuẩn: 24 VDC, 7mA.
Trạng thái mức logic 0: tối đa 5 VDC, 1mA.

Đáp ứng thời gian lớn nhất ở các chân I0.0 đến I1.5: có thể chỉnh từ 0.2ms đến
8.7ms. Thời gian mặc định 0.2ms.
Sự cách ly về quang: 500 VAC.
Địa chỉ ngỏ vào Ix.x.
d, Ngõ ra
Kiểu đầu ra Rơle hoặc Transistor cấp dòng điện.
Điện áp mức 1: 24.4 đến 28.8 VDC.
Dòng tải tối đa 2A/điểm, 8A/common.
Điện trở cách ly nhỏ nhất 100MΩ.
Thời gian chuyển mạch tối đa 10ms.