ĐIỀU KHIỂN SERVO BẰNG PLC S71200

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.

Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên đ ược giao đ ề tài
(1): Trần Xuân Di ệu, MSSV: 14012961
(2): Nguyễn Quốc Đạt, MSSV: 14041361

2.

Tên đề tài
HỆ THỐNG CHIẾT RÓT TỰ ĐỘNG SỬ D ỤNG PLC S7-1200 ĐI ỀU KHI ỂN

ĐỘNG CƠ SERVO THEO V Ị TRÍ.
3.

Nội dung
Xây dựng phần cứng, cơ cấu ch ấp hành áp d ụng vi ệc đi ều khi ển đ ộng

cơ vào cơ cấu một cách h ợp lí.
Tìm hiểu được cách đấu n ối ph ần c ứng c ủa PLC S7-1200 và b ộ
servopack.
Nắm rõ phương pháp lập trình PLC và cách đi ều khi ển. Thi ết k ế và k ết
nối WinCC nhằm đi ều khi ển và giám sát h ệ th ống.
4.

Kết quả
Đã xây dựng được hệ c ơ khí mong mu ốn. Th ực hi ện đ ấu n ối và
lập trình hệ thống ch ạy chính xác theo yêu c ầu đ ặt ra. Thi ết k ế SCADA
điều khiển và giám sát thông qua máy tính. N ắm rõ các ki ến th ức c ốt lõi
trong việc vận dụng vào đ ồ án.

Giảng viên hướng dẫn

Tp. HCM, ngày

tháng năm 20..

Sinh viên

_______________________________________________________________________________________________



NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG D ẪN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


MỤ C L Ụ C
PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN T ỐT NGHI ỆP ..................................................................i
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG D ẪN ..............................................................ii
MỤC LỤC...............................................................................................................................iii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH:..........................................................................................vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG:....................................................................................................ix
CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU....................................................................................................1

1.1.

Lí do chọn đề tài:...............................................................................................................1

1.2.

Mục tiêu nghiên cứu: .......................................................................................................1

1.3.

Phương pháp nghiên c ứu: .............................................................................................1

1.4.

Đối tượng nghiên cứu:....................................................................................................2

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.......................................................................3

2.1.

Thực trạng:........................................................................................................................... 3

2.2.

Cấu trúc:.................................................................................................................................3

2.3.

Hoạt động:............................................................................................................................ 4

2.4.

Lợi ích:.................................................................................................................................... 4

2.5.

Ứng dụng:............................................................................................................................. 5

CHƯƠNG 3
3.1.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT.................................................................................6

PLC S7-1200:........................................................................................................................6

3.1.1. Tổng quan về PLC S7-1200:..........................................................................................6
3.1.2. Sơ đồ kết nối của PLC S7-1200:.................................................................................7
3.1.3. Phương pháp l ập trình: ...................................................................................................8
3.2.

Servo Pack:............................................................................................................................ 9

3.2.1. Tổng quan về Servo Pack: ..............................................................................................9
3.2.1.1.

So sánh với đ ộng c ơ th ường: .............................................................................10


3.2.1.2.

Ưu điểm của động cơ servo:.............................................................................10

3.2.2. Driver SGDM 01ADA:.....................................................................................................11
3.2.2.1.

Ý nghĩa tên g ọi của Driver SGDM:....................................................................12

3.2.2.2.

Tổng quan bộ driver servo:................................................................................12

3.2.2.3.

Sơ đồ đấu nối điều khi ển v ị trí: ......................................................................13

3.2.2.4.

Bảng tham s ố:...........................................................................................................15

3.2.2.5.

Các cài đặt tham s ố quan tr ọng: ......................................................................17

3.2.2.6.

Hộp số điện tử:........................................................................................................20

3.2.2.7.

Thiết lập cho điều khi ển vị trí: ........................................................................21

3.2.2.8.

Chức năng điều ch ỉnh servo (Auto turning): ..............................................23

3.2.2.9.

Các lỗi cảnh báo:......................................................................................................25

3.2.3. Servo Motor:.......................................................................................................................28
3.2.3.1.

Tổng quát về động c ơ servo:.............................................................................28

3.2.3.2.

Động cơ SGMAH-01A1A21:................................................................................29

3.3.

Phần mềm lập trình PLC TIA Portal: ....................................................................31

3.3.1. Phần mềm TIA - STEP 7 Basis: .................................................................................31
3.3.1.1.

Tổng quan và giao di ện chính c ủa Step 7: ...................................................31

3.3.1.2.

Tạo một dự án với PLC:........................................................................................34

3.3.1.3.

Các Tags trong STEP 7:..........................................................................................35

3.3.1.4.

Các khối lập trình:..................................................................................................38

3.3.1.5.

Các lệnh lập trình căn b ản: ................................................................................39

3.3.2. Motion Control và HSC trong STEP 7:....................................................................42
3.3.2.1.

Bộ phát xung PTO:...................................................................................................42

3.3.2.2.

Technology Object, Các b ước t ạo và thi ết l ập: ..........................................45

3.3.2.3.

Các khối lập trình Motion control: ..................................................................53

3.3.2.4.

Chú ý lập trình MC:.................................................................................................70


3.3.2.5.

HSC:................................................................................................................................ 71

3.3.3. Phần mềm SCADA WinCC RunTime:......................................................................75
3.3.3.1.

Thêm thiết bị SCADA:............................................................................................76

3.3.3.2.

Kết nối giữa PC (SCADA) và PLC: .....................................................................76

3.3.3.3.

HMI tags:...................................................................................................................... 77

3.3.3.4.

SCADA screen và các thành ph ần thi ết k ế: .................................................78

3.3.3.5.

Các lệnh trong WinCC:..........................................................................................81

3.4.

Cơ cấu cơ khí:...................................................................................................................83

3.4.1. Vít me bi (ballscrew ) là gì?........................................................................................83
3.4.2. Các chú khi sử dụng vít me:........................................................................................84

CHƯƠNG 4
4.1.

THIẾT KẾ MÔ HÌNH VÀ LẬP TRÌNH .............................................85

Thiết kế, đấu nối:...........................................................................................................85

4.1.1. Thiết kế:.............................................................................................................................. 85
4.1.2. Đấu nối:............................................................................................................................... 86
4.2.

Mô hình:............................................................................................................................... 88

4.2.1. Phần cơ khí:....................................................................................................................... 88
4.2.1.1.

Các thành phần chính:...........................................................................................88

4.2.1.2.

Không gian hoạt động: ..........................................................................................89

4.2.2. Mạch điều khi ển:............................................................................................................90
4.2.2.1.

Các thiết bị sử dụng:..............................................................................................90

4.2.2.2.

Thao tác đi ều khi ển:..............................................................................................91

4.2.3. Cơ cấu chiết rót:..............................................................................................................91
4.2.3.1.

Bộ điều khiển và c ơ cấu chiết rót: .................................................................91

4.2.3.2.

Thông số các thi ết bị:............................................................................................92

4.3.

Lập trình:............................................................................................................................ 93

4.3.1. Lập trình PLC:................................................................................................................... 93


4.3.2. Thiết kế giao diện WinCC:..........................................................................................93
CHƯƠNG 5

KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRI ỂN ...............................96

5.1.

Kết luận:............................................................................................................................. 96

5.2.

Thuận lợi và khó khăn:................................................................................................96

5.2.1. Thuận lợi:............................................................................................................................96
5.2.2. Khó khăn:.............................................................................................................................96
5.3.

Hướng phát tri ển:...........................................................................................................97

TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................98
PHỤ LỤC..............................................................................................................................99
LỜI CẢM ƠN....................................................................................................................123

DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH:
Hình 2.1: Cấu trúc c ủa h ệ th ống đi ều khi ển đ ộng c ơ servo. .......................................3
Hình 3.1: Hình dáng bên ngoài c ủa PLC 1212C DC/DC/DC. ..........................................6
Hình 3.2: Sơ đồ chân c ủa PLC. .....................................................................................................7
Hình 3.3: Ph ương pháp l ập trình PLC. .....................................................................................8
Hình 3.4: Các k ết n ối tổng quan c ủa servo pack. ...............................................................9
Hình 3.5: Nhãn c ủa driver SGDM Yaskawa. .........................................................................11
Hình 3.6: Ý nghĩa tên g ọi của SGDM-01ADA. .....................................................................12
Hình 3.7: Mặt trên c ủa driver v ới các phím đi ều khi ển. ..............................................13
Hình 3.8: Mặt trên c ủa driver v ới các c ổng k ết n ối. ......................................................13
Hình 3.9: Sơ đồ kết n ối c ủa driver. .........................................................................................14
Hình 3.10:Hình dáng t ổng quát c ủa đ ộng c ơ servo. .......................................................28
Hình 3.11:Hình dáng và nhãn c ủa đ ộng c ơ servo SGMAH. ..........................................29
Hình 3.12:Ý nghĩa tên g ọi c ủa đ ộng c ơ servo Yaskawa. ................................................30
Hình 3.13: Hình dáng và nhãn c ủa m ột s ố lo ại đ ộng c ơ servo khác. .....................31
Hình 3.14:Giao di ện bên ngoài c ủa TIA. ...............................................................................32
Hình 3.15: Giao di ện bên trong c ủa TIA. ..............................................................................33
Hình 3.16: Tạo project m ới trong TIA. ..................................................................................34

Hình 3.17: Tạo hay thêm thi ết b ị trong TIA. ......................................................................34
Hình 3.18: Lựa ch ọn thi ết b ị trong danh sách s ản ph ẩm c ủa SIEMENS. .............35
Hình 3.19:Hi ển th ị của thi ết b ị sau khi đ ược thêm vào trong TIA. .........................35
Hình 3.20:Bảng PLC tag trong TIA. .........................................................................................36
Hình 3.21: Default tag table trong TIA..................................................................................36
Hình 3.22: Hi ển th ị c ủa thi ết b ị sau khi đ ược thêm tag. ..............................................38
Hình 3.23:Các kh ối l ập trình trong TIA. ...............................................................................38
Hình 3.24: Các l ệnh l ập trình căn b ản trong STEP 7. ....................................................39
Hình 3.25: Cho phép phát xung.................................................................................................43
Hình 3.26: Lựa ch ọn ch ế đ ộ phát xung PTO. .....................................................................43
Hình 3.27: Ngõ ra phát xung theo t ừng b ộ phát xung. ...................................................44
Hình 3.28: Định danh ph ần c ứng. ............................................................................................44
Hình 3.29: Xung đi ều khi ển di chuy ển và h ướng. ...........................................................44
Hình 3.30: Cấu trúc đi ều khi ển s ử d ụng technology object. .....................................46
Hình 3.31: Đi ều khi ển c ơ c ấu s ử d ụng Technology Object. .......................................46
Hình 3.32: Technology object....................................................................................................47
Hình 3.33: Lựa ch ọn b ộ phát xung cho Technology object. ........................................47
Hình 3.34: Cấu hình c ơ khí trong ph ần m ềm l ập trình. ...............................................48
Hình 3.35: Gi ới h ạn vị trí ph ần m ềm. ...................................................................................48
Hình 3.36: Quy t ắc gi ới h ạn v ị trí. ...........................................................................................48
Hình 3.37: Thi ết lập đ ộng l ực b ằng ph ần m ềm. .............................................................49
Hình 3.38: Chức năng jerk limit v ới kh ả năng làm m ịn. ...............................................50
Hình 3.39: Chức năng d ừng kh ẩn c ấp cài đ ặt trên ph ần m ềm. ...............................51
Hình 3.40: Cài đ ặt ngõ vào báo home. ...................................................................................51
Hình 3.41: Lựa ch ọn ki ểu di chuy ển v ề home. .................................................................52
Hình 3.42: V ị trí các kh ối l ập trình MC. ................................................................................53
Hình 3.43: Kh ối MC_Power. ........................................................................................................53
Hình 3.44: Kh ối MC_Reset. ..........................................................................................................55
Hình 3.45: Khối MC_Home. .........................................................................................................56
Hình 3.46: Kh ối MC_Halt. .............................................................................................................59

Hình 3.47: Khối MC_MoveAbsolute. .......................................................................................60
Hình 3.48: Khối MC_MoveRelative. .........................................................................................62


Hình 3.49: Kh ối MC_MoveVelocity. ..........................................................................................64
Hình 3.50: Kh ối MC_MoveJog. ....................................................................................................66
Hình 3.51: Kh ối MC_CommandTable. .....................................................................................67
Hình 3.52: Kh ối MC_ChangeDynamic. ...................................................................................69
Hình 3.53: Cho phép đ ếm xung HSC. ......................................................................................71
Hình 3.54: Cấu hình ch ức năng HSC. ......................................................................................71
Hình 3.55: Ngõ vào đ ếm xung và đ ịa ch ỉ đ ịnh danh c ủa HSC. ....................................72
Hình 3.56: Vùng nh ớ đ ếm xung đ ầu vào. .............................................................................72
Hình 3.57: Kh ối CTRL_HSC. ........................................................................................................73
Hình 3.58: Thêm thi ết b ị đi ều khi ển giám sát s ử d ụng WinCC. ...............................76
Hình 3.59: Ki ểm tra k ết n ối gi ữa máy tính và PLC. ........................................................77
Hình 3.60: Sử dụng HMI tag khi thi ết k ế. ............................................................................78
Hình 3.61: Bảng HMI tag khi đã k ết n ối. ..............................................................................78
Hình 3.62: Màn hình thi ết k ế c ủa WinCC. ...........................................................................79
Hình 3.63: Ví dụ v ới 1 thi ết k ế đ ơn gi ản. ...........................................................................79
Hình 3.64: Các kh ối c ơ bản cho thi ết k ế trong WinCC. ................................................80
Hình 3.65: Các thành ph ần Elements trong WinCC. .......................................................80
Hình 3.66: Events trong WinCC................................................................................................81
Hình 3.67: Kích ho ạn màn hình trong WinCC. ...................................................................81
Hình 3.68: Tác đ ộng Setbit trong WinCC. .............................................................................82
Hình 3.69: Các hi ệu ứng trong WinCC. ..................................................................................82
Hình 3.70: Ví dụ s ử dụng hi ệu ứng đ ổi màu trong WinCC. ........................................83
Hình 3.71: Một s ố lo ại vít me bi. .............................................................................................83
Hình 3.72: Cơ cấu ch ạy b ị c ủa vít me. ...................................................................................83
Hình 3.73: Hướng xo ắn c ủa vít me. ........................................................................................84
Hình 3.74: Các thông s ố quan tr ọng c ủa vít me. ..............................................................84

Hình 4.1: Thi ết k ế c ơ khí ph ần th ực thi. .............................................................................85
Hình 4.2: Sơ đồ đấu n ối thực ti ễn v ới PLC. ........................................................................86
Hình 4.3: Kết n ối dây PLC, servopack và các thi ết b ị ch ấp hành trên terminal.
.................................................................................................................................................................. 87
Hình 4.4: Đấu n ối ngu ồn và b ộ đi ều khi ển. .......................................................................87
Hình 4.5: Sơ đồ chân đ ấu n ối v ới Driver. ............................................................................87


Hình 4.6: Hệ cơ khí c ủa đ ề tài. .................................................................................................88
Hình 4.7: Các thi ết b ị trên h ệ ch ạy tr ục. .............................................................................88
Hình 4.8: Hành trình ho ạt đ ộng c ủa h ệ tr ục .....................................................................89
Hình 4.9: Các thi ết b ị trên b ảng m ạch đi ều khi ển. ........................................................90
Hình 4.10: Thi ết b ị đi ều khi ển c ơ c ấu chi ết rót. .............................................................91
Hình 4.11: C ơ cấu chi ết rót. .......................................................................................................92
Hình 4.12: Màn hình đăng nh ập SCADA. ..............................................................................93
Hình 4.13: Trang chủ SCADA. ....................................................................................................94
Hình 4.14: Màn hình đi ều khi ển b ằng tay SCADA. ..........................................................94
Hình 4.15: Màn hình đi ều khi ển t ự đ ộng SCADA. ...........................................................95
Hình 4.16: Màn hình thông tin và thông s ố SCADA. ........................................................95

DANH SÁCH CÁC BẢNG:
Bảng 3.1: B ảng sơ đồ chân c ủa PLC S7-1200. .....................................................................7
Bảng 3.2: Ý nghĩa các chân c ủa s ơ đ ồ k ết n ối Driver. ...................................................14
Bảng 3.3: Ch ức năng đi ều khi ển Fn c ủa driver. ...............................................................15
Bảng 3.4: Ch ức năng thi ết l ập Pn c ủa driver. ....................................................................16
Bảng 3.5: Ch ức năng hi ển th ị Un c ủa driver. .....................................................................17
Bảng 3.6: Xác đ ịnh s ố xung của Encoder d ựa vào mã tên. ..........................................20
Bảng 3.7: Tính toán s ố xung đ ể đi ều khi ển servo. .........................................................21
Bảng 3.8: Thông s ố h ộp s ố đi ện t ử Pn202 và Pn203. ...................................................21
Bảng 3.9: Cài đ ặt xung tham chi ếu v ới Pn200. ................................................................21

Bảng 3.10: Ng ắt ti ến và lùi c ủa driver. .................................................................................22
Bảng 3.11: B ật tắt ch ức năng ngừng ti ến ho ặc lùi. .......................................................22
Bảng 3.12: L ựa ch ọn ch ế độ encoder. ...................................................................................23
Bảng 3.13: Ch ức năng gi ảm th ời gian đ ịnh v ị trong Autoturning. ..........................23
Bảng 3.14: Ch ức năng gi ảm rung trong Autoturning. ...................................................24
Bảng 3.15: Các l ỗi cảnh báo c ủa Driver. ..............................................................................25
Bảng 3.16: Thông s ố kỹ thu ật các lo ại đ ộng c ơ servo Yaskawa. .............................30
Bảng 3.17: Các ngõ phát xung c ủa PLC 1212C DC/DC/DC. .........................................42
Bảng 3.18: Các chân c ủa kh ối MC_Power. ...........................................................................54


Bảng 3.19: Các chân c ủa kh ối MC_Reset. .............................................................................56
Bảng 3.20: Các chân c ủa kh ối MC_Home. ............................................................................58
Bảng 3.21: Các chân c ủa kh ối MC_Halt. ...............................................................................60
Bảng 3.22: Các chân c ủa kh ối MC_MoveAbsolute. ..........................................................61
Bảng 3.23: Các chân c ủa kh ối MC_MoveRelative. ............................................................63
Bảng 3.24: Các chân c ủa kh ối MC_MoveVelocity. ............................................................65
Bảng 3.25: Các chân c ủa kh ối MC_MoveJog. ......................................................................67
Bảng 3.26: Các chân c ủa kh ối MC_CommandTable. .......................................................68
Bảng 3.27: Các chân c ủa kh ối CTRL_HSC. ...........................................................................73
Bảng 4.1: Các c ổng đ ấu n ối PLC. .............................................................................................86
Bảng 4.2: Thông s ố các thi ết b ị chi ết rót. ...........................................................................92


Khóa luận tốt nghi ệp
Trần Xuân Diệu
Nguy ễn Qu ốc Đ ạt
____________________________________________________________________________________________________________________

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU

1.1.

Lí do chọn đề tài:
Ngành công nghi ệp 4.0 đang th ịnh hành trên th ế gi ới, công ngh ệ t ự

động hóa ngày càng phát tri ển, đ ể ti ết ki ệm th ời gian và công s ức chúng ta
cần phải áp dụng tự động hóa cho s ản xu ất và cu ộc s ống.
Ứng dụng của động cơ servo ngày càng đ ược s ử d ụng r ộng rãi mang l ại
những giá trị thi ết th ực cho cu ộc s ống. V ới đ ộ chính xác cao và kh ả năng tùy
biến đa dạng. Cùng v ới đó nh ận th ấy ngành công nghi ệp th ực ph ẩm đang phát
triển nói chung và ngành công nghi ệp n ước gi ải khát nói riêng. H ệ th ống chi ết
rót ngày càng tiên ti ến và giúp chúng ta d ễ dàng ki ểm soát và giám sát. Ngoài
việc rút ngắn th ời gian h ệ th ống đ ể mang l ại đ ộ chính xác và tin c ậy cao.
Giảm chi phí và tăng ch ất l ượng s ản ph ẩm. Vì v ậy, m ột h ệ th ống chi ết rót t ự
động và sử dụng động cơ servo là thi ết th ực và có kh ả năng phát tri ển cao.
1.2.

Mục tiêu nghiên cứu:
Làm một phần cứng, cơ cấu ch ấp hành áp d ụng vi ệc đi ều khi ển đ ộng

cơ vào cơ cấu một cách h ợp lí.
Tìm hiểu được cách đấu n ối ph ần c ứng c ủa PLC S7-1200 và b ộ
servopack.
Nắm rõ phương pháp lập trình PLC và cách đi ều khi ển. Có th ể thi ết k ế
và kết nối WinCC nhằm đi ều khi ển và giám sát h ệ th ống.
Nắm rõ cài đặt thông s ố và cách đi ều ch ỉnh setting.
1.3.

Phương pháp nghiên c ứu:
Tìm hiểu, đọc kỹ tài li ệu manual c ủa hãng. Hi ểu rõ các thi ết b ị và các

lệnh lập trình.
Tìm hiểu trên các trang m ạng v ề các ki ến th ức n ền, hi ểu rõ căn b ản đ ể
tiến hành nghiên cứu sâu.


Khóa luận tốt nghi ệp
Trần Xuân Diệu
Nguy ễn Qu ốc Đ ạt
____________________________________________________________________________________________________________________

Vừa làm vừa giải quy ết các l ỗi xu ất hi ện t ừ đó hi ểu rõ nh ững v ấn đ ề
hay gặp phải trong th ực ti ễn.
1.4.

Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu chính là b ộ đi ều khi ển PLC S7-1200 và B ộ

Servopack Yaskawa SGDM.
Phương pháp điều khi ển vị trí v ới các kh ối l ệnh trong TIA Portal.
SCADA điều khi ển và giám sát s ử d ụng WinCC.


Khóa luận tốt nghi ệp
Trần Xuân Diệu
Nguy ễn Qu ốc Đ ạt
____________________________________________________________________________________________________________________

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
2.1.

Thực trạng:
Hiện trên thế gi ới mô hình ch ạy tr ục s ử d ụng servo đã r ất ph ổ bi ến.

Nhưng lại vô cùng h ữu ích và có kh ả năng áp d ụng vào nhi ều ứng d ụng th ực
tiễn. Ngoài ra kh ả năng phát tri ển c ủa đ ề tài là r ất l ớn.
Việc nghiên cứu v ề đề tài s ử d ụng S7-1200 đi ều khi ển đ ộng c ơ servo
không những giúp nắm rõ đ ược ki ến th ức quan tr ọng v ề t ự đ ộng hóa v ới
những thiết bị phổ bi ến mà còn nâng cao kh ả năng đ ưa ra gi ải pháp, t ư duy
logic và tăng ki ến th ức ngày m ột r ộng rãi.
2.2.

Cấu trúc:
Hệ thống chiết rót có ba tr ục:
-

Trục X và trục Y sử dụng AC servo 100W
Trục Z với điều khi ển khí nén, ở phía trên cùng c ủa c ấu trúc là h ệ
thống rót.

Sử dụng plc và driver đ ể đi ều khi ển đ ộng c ơ servo đ ể đi ều khi ển v ị trí
chính xác. Một giao di ện đ ể theo dõi và ki ểm soát h ệ th ống.

Hình 2.1: Cấu trúc của hệ th ống đi ều khi ển đ ộng c ơ servo.


Khóa luận tốt nghi ệp
Trần Xuân Diệu
Nguy ễn Qu ốc Đ ạt
____________________________________________________________________________________________________________________

2.3.

Hoạt động:
Chế độ tự động: Ban đầu 2 tr ục ở v ị trí b ất kì. Khi đ ược tác đ ộng reset

thì 2 trục sẽ chạy về v ị trí ban đ ầu. Khi đ ược tác đ ộng start 2 tr ục sẽ ch ạy đ ến
các vị trí đã được định s ẵn. Và th ực hi ện chi ết rót v ới dung tích quy đ ịnh. Quá
trình lặp đi lặp lại cho đ ến khi có tín hi ệu stop thì h ệ th ống d ừng. N ếu có tín
hiệu start thì h ệ th ống sẽ ho ạt đ ộng l ại.
Chế độ bằng tay: Hệ thống sẽ đ ược đi ều khi ển thông qua giao di ện máy
tính. Đến các v ị trí mong mu ốn nh ằm m ục đích ki ểm tra h ệ th ống
2.4.

Lợi ích:
Chúng tôi nghĩ v ề ý tưởng này b ởi vì chúng tôi đã th ấy ứng d ụng c ủa

động cơ servo. Về độ chính xác và đ ộ tin c ậy. Có nhu c ầu gi ảm lao đ ộng và
tăng năng suất lao đ ộng.
Thực hành sản xuất:
- Áp dụng cho dây chuy ền s ản xu ất v ừa và nh ỏ: M ột h ệ th ống đ ơn gi ản
và thuận ti ện sẽ phù h ợp v ới các nhà máy nh ỏ.
- Có th ể giám sát và đi ều khi ển h ệ th ống t ừ xa: Ch ủ s ở h ữu hoàn toàn có
thể giám sát và đi ều khi ển h ệ th ống c ủa mình thông qua màn hình đi ện tho ại
hoặc máy tính. Ví dụ: D ễ nh ấn các nút liên quan đ ến qu ản lý khi l ỗi h ệ th ống.
- Năng suất làm vi ệc, đ ộ chính xác và đ ộ tin c ậy: V ới đ ộng c ơ và đ ộng c ơ
servo, mọi thứ đều nhanh và chính xác.
- Hệ thống có th ể tùy ch ỉnh: Ví d ụ, S ố l ượng chai trong b ể r ơi xu ống h ệ
thống sẽ vẫn hoạt động chính xác.
- Hệ thống cực kỳ dễ đi ều khi ển: B ạn có th ể đi ều khi ển nó thông qua

HMI, PC hoặc đi ện tho ại di đ ộng v ới giao di ện đ ơn gi ản.
- Hệ thống có cảnh báo m ỗi l ần phát hi ện l ỗi.


Khóa luận tốt nghi ệp
Trần Xuân Diệu
Nguy ễn Qu ốc Đ ạt
____________________________________________________________________________________________________________________

2.5.

Ứng dụng:
Hệ thống không chỉ áp dụng cho h ệ th ống rót, h ệ th ống có th ể đ ược áp

dụng cho một số vấn đề th ực ti ễn khác: Ch ọn - Th ực ph ẩm & Đ ồ u ống, phân
loại sản phẩm, Đào tạo Thi ết b ị giáo d ục ho ặc ho ạt đ ộng nh ư máy CNC…


Khóa luận tốt nghi ệp
Trần Xuân Diệu
Nguy ễn Qu ốc Đ ạt
____________________________________________________________________________________________________________________

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
3.1.

PLC S7-1200:

3.1.1. Tổng quan về PLC S7-1200:
Bộ điều khiển S7-1200 cung c ấp s ự linh ho ạt và s ức m ạnh đ ể đi ều

khiển nhiều loại thi ết b ị khác nhau nh ằm h ỗ tr ợ nhu c ầu t ự đ ộng hóa c ủa
bạn. Thiết kế nhỏ gọn, cấu hình linh ho ạt và b ộ l ệnh m ạnh mẽ k ết h ợp đ ể
làm cho S7-1200 tr ở thành m ột gi ải pháp hoàn h ảo đ ể ki ểm soát nhi ều ứng
dụng khác nhau.
CPU kết hợp một bộ vi x ử lý, m ột ngu ồn cung c ấp đi ện tích h ợp, m ạch
đầu vào và đầu ra, PROFINET tích h ợp, I / O đi ều khi ển chuy ển đ ộng t ốc đ ộ
cao và đầu vào tương tự trên bo m ạch trong m ột v ỏ nh ỏ g ọn đ ể t ạo b ộ đi ều
khiển mạnh mẽ. Sau khi b ạn t ải xu ống ch ương trình c ủa mình, CPU ch ứa logic
cần thiết để theo dõi và ki ểm soát các thi ết b ị trong ứng d ụng c ủa b ạn. CPU
giám sát đầu vào và thay đ ổi k ết qu ả đ ầu ra theo logic c ủa ch ương trình ng ười
dùng, có th ể bao gồm logic Boolean, đ ếm, th ời gian, các phép toán ph ức t ạp và
liên lạc với các thi ết b ị thông minh khác.
CPU cung cấp một cổng PROFINET đ ể truy ền thông qua m ạng
PROFINET. Các mô-đun bổ sung có s ẵn đ ể giao ti ếp qua m ạng PROFIBUS,
GPRS, RS485 hoặc RS232.

Hình 3.2: Hình dáng bên ngoài c ủa PLC 1212C DC/DC/DC.


Khóa luận tốt nghi ệp
Trần Xuân Diệu
Nguy ễn Qu ốc Đ ạt
____________________________________________________________________________________________________________________

1. kết nối nguồn
2. Khe cắm thẻ nhớ dưới nắp đ ậy
3. Kết nối dây dẫn người dùng có th ể tháo r ời
4. Đèn LED trạng thái cho các ngõ I / O
5. Đầu nối PROFINE
3.1.2. Sơ đồ kết nối của PLC S7-1200:

Hình 3.3: Sơ đồ chân của PLC.
Bang 3.1: Bang sơ đồ chân của PLC S7-1200.

Chân
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

X10
L+ / 24VDC
M / 24VDC
Nối đất
L+ / 24VDC ngõ ra cảm
biến
M / 24VDC ngõ ra cảm
biến
1M
DI a.0

DI a.1
DI a.2
DI a.3
DI a.4
DI a.5
DI a.6
DI a.7

X11
2M
AI 0
AI 1

X12
3L+
3M
DQ a.0

--

DQ a.1

--

DQ a.2

----------

DQ a.3
DQ a.4

DQ a.5
-------


Khóa luận tốt nghi ệp
Trần Xuân Diệu
Nguy ễn Qu ốc Đ ạt
____________________________________________________________________________________________________________________

3.1.3. Phương pháp lập trình:
Khác với phương pháp đi ều khi ển c ứng, trong h ệ th ống đi ều khi ển có
lập trình, cấu trúc b ộ đi ều khi ển và cách đ ấu dây đ ộc l ập v ới ch ương trình.
Chương trình định nghĩa ho ạt đ ộng đi ều khi ển đ ược vi ết nh ờ s ự tr ợ
giúp của một máy tính.
Để thay đổi ti ến trình đi ều khi ển, ch ỉ c ần m ột thay đ ổi n ội dung b ộ nh ớ
điều khiển, chứ không c ần thay đ ổi cách n ối dây bên ngoài. Qua đó, ta th ấy
được ưu điểm của phương pháp đi ều khi ển l ập trình so v ới ph ương pháp
điều khiển cứng. Do đó, ph ương pháp này đ ược s ử d ụng r ất r ộng rãi trong
lĩnh vực đi ều khi ển vì nó m ềm d ẻo. Ngôn ng ữ l ập trình s ử d ụng là ngôn ng ữ
LAD.

Hình 3.4: Phương pháp lập trình PLC.


Khóa luận tốt nghi ệp
Trần Xuân Diệu
Nguy ễn Qu ốc Đ ạt
____________________________________________________________________________________________________________________

3.2.

Servo Pack:

3.2.1. Tổng quan về Servo Pack:

Hình 3.5: Các kết nối tổng quan c ủa servo pack.

Động cơ Servo là một trong nh ững dòng đ ộng c ơ ph ổ bi ến và th ường
được dùng trong các máy c ắt cnc th ời đi ểm hi ện nay r ất nhi ều nh ờ vào hi ệu
suất làm vi ệc và kh ả năng làm vi ệc chính xác cũng nh ư t ự đ ộng hoàn toàn
được lập trình bằng máy tính, do đó đ ộng c ơ SERVO đang d ần thay th ế đ ộng
cơ thường trong các ngành công nghi ệp. Đ ộng c ơ SERVO là m ột trong nh ững
bộ phận quan trọng của máy CNC.
Động cơ Servo là những h ệ h ồi ti ếp vòng kín. Tín hi ệu ra c ủa đ ộng c ơ
được nối với một mạch điều khi ển. Khi đ ộng c ơ quay, v ận t ốc và v ị trí sẽ đ ược
hồi tiếp về mạch đi ều khi ển này. N ếu có b ất kì lý do nào ngăn c ản chuy ển
động của động cơ, c ơ cấu hồi ti ếp sẽ nh ận đ ược tín hi ệu là ch ưa đ ạt đ ược v ị


Khóa luận tốt nghi ệp
Trần Xuân Diệu
Nguy ễn Qu ốc Đ ạt
____________________________________________________________________________________________________________________

trí mong muốn. Mạch đi ều khi ển ti ếp t ục ch ỉnh sai l ệch cho đ ộng c ơ đ ạt đ ược
điểm chính xác.
3.2.1.1.

So sánh với động c ơ thường:

Về cơ bản thì động cơ servo và đ ộng c ơ th ường là t ương t ự nhau v ề k ết
cấu và hoạt động. Tuy nhiên, đ ộng c ơ Servo đ ược thi ết k ế đ ể đáp ứng yêu c ầu
cao về độ chính xác, tốc đ ộ và tần s ố cao ki ểm soát t ốc đ ộ cũng nh ư v ị trí các
phương tiện cơ khí.
Không phải bất kì đ ộng c ơ nào cũng có th ể dùng làm đ ộng c ơ Servo.
Động cơ Servo là động c ơ hoạt đ ộng dựa theo các l ệnh đi ều khi ển v ị trí và t ốc
độ. Chính vì th ế nó ph ải đ ược thi ết k ế sao cho các đáp ứng là phù h ợp v ới nhu
cầu điều khiển. Về c ơ bản thì m ột đ ộng c ơ Servo và m ột đ ộng c ơ bình th ường
giống nhau về mặt cấu tạo và nguyên lý ho ạt đ ộng (cũng có ph ần c ảm ứng,
khe hở từ thông, cách đ ấu dây ….). M ặc dù v ậy tùy vào nhu c ầu đi ều khi ển mà
nó có một số đi ểm thay đ ổi sao cho phù h ợp (dành cho nh ững m ục đích đ ặc
biệt) so với động cơ th ường.
3.2.1.2.
-

Ưu điểm của động cơ servo:
Tự động tăng tốc độ: Với những loại động c ơ th ường đ ể chuy ển t ừ
tốc độ này sang tốc độ khác thì nh ất đ ịnh ph ải có m ột kho ảng th ời
gian quá độ. Tuy nhiên trong th ực t ế, đôi khi đòi h ỏi ph ải có m ột
động cơ tăng/ gi ảm tốc độ m ột cách nhanh chóng đ ể đ ạt đ ược t ốc
độ mong muốn trong th ời gian ng ắn nh ất ho ặc t ới m ột v ị trí trong

-

thời gian ngắn nhất.
Tăng khả năng đáp ứng: Đáp ứng ở đây cần phải hi ểu đó là s ự
giảm / tăng tốc cần phải “mềm” nghĩa là gia t ốc có th ể coi là m ột
hằng số. Một số động c ơ nh ư thang máy hay trong m ột s ố băng
chuyền đòi hỏi đáp ứng t ốc đ ộ của c ơ c ấu ph ải “m ềm” , nghĩa là quá
trình thay đổi v ận t ốc phải diễn ra một cách tuyến tính. Đ ể có th ể

làm được việc này thì yêu cầu cu ộn dây trong đ ộng c ơ ph ải có đi ện
cảm nhỏ để bỏ đi khả năng ch ống l ại s ự thay đổi dòng đi ện do mạch
điều khiển yêu cầu. Các đ ộng c ơ Servo thu ộc dòng này thường hay


Khóa luận tốt nghi ệp
Trần Xuân Diệu
Nguy ễn Qu ốc Đ ạt
____________________________________________________________________________________________________________________

được thiết kế hạn chế số cuộn dây có ở bên trong m ạch và có khả
-

năng thu hẹp các vòng từ trong m ạch t ừ khe h ở không khí.
Mở rộng vùng đi ều khi ển: M ột s ố yêu c ầu trong đi ều khi ển c ần đi ều
khiển động cơ ở một dải tốc độ l ớn h ơn đ ịnh m ức r ất nhi ều. Đ ộng
cơ bình thường chỉ cho phép đi ện áp đ ặt lên nó ph ải b ằng đi ện áp
chịu đựng của động cơ và thông th ường không quá l ớn so v ới đi ện áp
định mức. Động cơ Servo thu ộc lo ại này có thi ết k ế đ ặc bi ệt nh ằm
gia tăng đi ện áp ch ịu đựng hoặc tăng kh ả năng bão hòa m ạch t ừ
trong động cơ. Nh ư v ậy đ ộng c ơ Servo thu ộc lo ại này ph ải đ ược tăng
cường cách điện và sử dụng s ắt Ferrit ho ặc nam châm đ ất hi ếm

-

(Rate Earth).
Khả năng ổn định tốc độ: V ận tốc quay c ủa đ ộng c ơ Servo đ ược nhà
sản xuất thiết kế sao cho ổn đ ịnh nh ất so v ới các đ ộng c ơ th ường.
Như chúng ta bi ết là không có m ạch đi ện hoàn h ảo, không có t ừ
trường hoàn hảo trong th ực tế. Chính vì v ậy m ột đ ộng c ơ quay 1750

rpm không có nghĩa là nó luôn luôn quay ở 1750 rpm mà nó ch ỉ dao
động quanh giá tr ị này. Đ ộng c ơ Servo khác bi ệt v ới đ ộng c ơ th ường
ở chỗ độ ổn định tốc độ khá cao. Các đ ộng c ơ Servo lo ại này th ường
được sử dụng trong các ứng d ụng đòi h ỏi t ốc đ ộ chính xác (nh ư
Robot). Nó được thi ết k ế sao cho có th ể gia tăng đ ược dòng t ừ trong
mạch từ lên khác cao và gia tăng t ừ tính c ủa c ực t ừ. Các rãnh rotor
được thiết kế với hình dáng đ ặc bi ệt và các cu ộn dây rotor cũng
được bố trí khác bi ệt đ ể có th ể đáp ứng đ ược yêu c ầu này.


Khóa luận tốt nghi ệp
Trần Xuân Diệu
Nguy ễn Qu ốc Đ ạt
____________________________________________________________________________________________________________________

3.2.2. Driver SGDM 01ADA:

Hình 3.6: Nhãn của driver SGDM Yaskawa.

Servo SGDM sigma II: AC servo h ỗ tr ợ đi ều khi ển c ả 3 ch ế đ ộ: v ị trí, v ận
tốc và momen.
Ưu điểm:
-

Có kích thước nh ỏ gọn, tích h ợp màn hình giúp cài đ ặt hi ệu ch ỉnh d ễ

-

dàng.
Encoder có độ phân gi ải lên đ ến 13 bit và h ơn th ế n ữa.

Cho phép cài đặt thông s ố PID và h ỗ tr ợ t ự đ ộng dò thông s ố phù

-

hợp.
Các tín hi ệu xung vào linh ho ạt: Pulse1/Pulse2, Pulse/Dir, pha A/B.
Cho phép cài đặt gia t ốc, gi ảm t ốc.
Bo mạch điều khi ển 4 l ớp, kh ả năng ch ống nhi ễu cao. Ph ần công

-

suất và điều khi ển được tách riêng, nên d ễ dàng b ảo trì s ửa ch ữa.
Nguồn cấp cho driver AC servo ho ạt đ ộng trên nguyên t ắc UPS
online nên tri ệt nhi ễu t ối đa.


Khóa luận tốt nghi ệp
Trần Xuân Diệu
Nguy ễn Qu ốc Đ ạt
____________________________________________________________________________________________________________________

3.2.2.1.

Ý nghĩa tên g ọi của Driver SGDM:

Hình 3.7: Ý nghĩa tên g ọi c ủa SGDM-01ADA.

Như vậy qua ý nghĩa tên g ọi trên. Driver SGDM-01ADA là đ ộng c ơ 100W,
Nguồn cấp 200V/3 pha, có th ể đi ều khi ển v ị trí, t ốc đ ộ và moment.
3.2.2.2.

Tổng quan bộ driver servo:

Các khối chức năng và đi ều khi ển:


Khóa luận tốt nghi ệp
Trần Xuân Diệu
Nguy ễn Qu ốc Đ ạt
____________________________________________________________________________________________________________________

Hình 3.8: Mặt trên của driver v ới các phím đi ều khi ển.

Các khối kết nối:

Hình 3.9: Mặt trên của driver v ới các c ổng k ết n ối.

3.2.2.3.

Sơ đồ đấu nối điều khiển vị trí:

Sơ đồ kết nối điều khi ển theo v ị trí: