Ứng dụng plc để điều khiển và giám sát mô hình máy phun sơn gỗ

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG

ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG PLC ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ
GIÁM SÁT MÔ HÌNH MÁY PHUN SƠN GỖ

GVHD:

ThS. Trần Văn Sỹ

SVTH : Trƣơng Minh Đức
MSSV :

Tp. Hồ Chí Minh – 01/2019

14141073


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG PLC ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ
GIÁM SÁT MÔ HÌNH MÁY PHUN SƠN GỖ
GVHD: ThS. Trần Văn Sỹ
SVTH : Trương Minh Đức
MSSV : 14141073

Tp. Hồ Chí Minh – 01/2019


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o---Tp. HCM, ngày 05 tháng 1 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:
Chuyên ngành:
Hệ đào tạo:
Khóa:

Trương Minh Đức
Kỹ thuật Điện - Điện tử

Đại học chính quy
2014

MSSV: 14141073
Mã ngành: 01
Mã hệ:
1
Lớp:
14941DT

I. TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PLC ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MÔ HÌNH
MÁY PHUN SƠN GỖ
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu: (ghi những thông số, tập tài liệu tín hiệu, hình ảnh,…)
-

Sử dụng hai động cơ Servo để điều khiển di chuyển cho hai trục.

-

Thực hiện giám sát thông số áp suất khí, mực sơn và hiển thị lên màn hình HMI.

-

Sử dụng PLC dòng Q của Mitsubishi. Với các Module hỗ trợ phát xung, đọc tín
hiệu Analog và truyền thông qua mạng CC-Link.

-

Tài liệu sử dụng sẽ được lấy từ Manual của hãng Mitsibishi.

2. Nội dung thực hiện:
 NỘI DUNG 1: Tìm hiểu về quy trình và điều kiện sơn trên gỗ.
 NỘI DUNG 2: Thiết kế phần cơ cho mô hình.
 NỘI DUNG 3: Lắp ráp phần cơ cho mô hình.
 NỘI DUNG 4: Thiết kế phần điện cho mô hình.
 NỘI DUNG 5: Lắp ráp phần điện cho mô hình.
 NỘI DUNG 6: Thiết kế lưu đồ giải thuật điều khiển
 NỘI DUNG 7: Viết chương trình PLC theo lưu đồ.
 NỘI DUNG 8: Thiết kế giao diện điều khiển.
 NỘI DUNG 9: Chạy thử nghiệm máy.
 NỘI DUNG 10: Cân chỉnh hệ thống.
 NỘI DUNG 11: Viết sách luận văn.
 NỘI DUNG 12: Báo cáo đề tài tốt nghiệp.
ii


III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
10/10/2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/01/2019
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
ThS. Trần Văn Sỹ
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

iii


TRƢỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o---Tp. HCM, ngày 05 tháng 01 năm 2019

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: TRƢƠNG MINH ĐỨC
Lớp:14941DT
MSSV:14141073
Tên đề tài: ỨNG DỤNG PLC ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MÔ HÌNH MÁY
PHUN SƠN GỖ
Tuần/ngày
Tuần 1
01/10 – 06/10
Tuần 2
07/10 – 13/10
Tuần 3
14/10 – 20/10
Tuần 4
21/10 – 27/10
Tuần 5
29/10 – 04/11
Tuần 6
05/11 – 11/11
Tuần 7
12/11 – 18/11
Tuần 8
19/11 – 25/11

Tuần 9
26/11 – 02/12
Tuần 10
03/12 – 09/12
Tuần 11
10/12 – 16/12
Tuần 12
17/12 – 23/12
Tuần 13
24/12 – 30/12
Tuần 14
31/12 – 06/01
Tuần 15
07/01 – 13/01

Xác nhận
GVHD

Nội dung
Gặp giảng viên hƣớng dẫn và làm đề cƣơng
Tìm hiểu về quy trình phun sơn gỗ và lên ý
tƣởng thiết kế
Tìm hiểu Module phát xung QD75D2 và Module
đọc Analog AJ65VBTCU-68ADVN và Module
truyền thông CC-Link QJ61BT11
Lập trình phát xung điều khiển động cơ Servo
Lập trình đọc tín hiệu Analog sử dụng Module
đọc Analog AJ65VBTCU-68ADVN và Module
truyền thông CC-Link QJ61BT11
Thiết kế và lập trình giám sát cho màn hình HMI

Thiết kế trạm “CONTROL STATION”,
“CONTROL AND MONITORING”, Màn
“HMI”, trạm “AJ65VBTCU-68ADVN”
Thi công trạm “CONTROL STATION”,
“CONTROL AND MONITORING”, Màn
“HMI”, trạm “AJ65VBTCU-68ADVN”
Thiết kế mô hình Phun sơn

trạm
hình
trạm
hình

Thi công mô hình phun sơn
Thi công mô hình phun sơn
Thi công mô hình phun sơn
Viết báo cáo đồ án
Viết báo cáo đồ án
Chuẩn bị cho báo cáo đồ án tốt nghiệp
iv


Tuần 16
14/01 – 20/01

Báo cáo đồ án tốt nghiệp
GV HƢỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

v

LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ
tài liệu hay công trình đã có trước đó.

Sinh viên thực hiện đề tài

vi


7


LỜI CẢM ƠN
Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Trần Văn Sỹ Giảng viên thuộc Viện Sư
phạm Kỹ thuật đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để hoàn thành tốt
đề tài.
Em xin gởi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử đã tạo
những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài.
Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 14941DT đã chia sẻ trao đổi kiến
thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài.
Cảm ơn đến cha mẹ, đã tạo động lực và điều kiện để các con có thể hoàn thành
được đồ án một cách tốt nhất.
Xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện đề tài

vii

MỤC LỤC
Trang bìa ........................................................................................................................ i
Nhiệm vụ đồ án ............................................................................................................. ii
Lịch trình ..................................................................................................................... iv
Cam đoan .................................................................................................................... vi
Lời cảm ơn .................................................................................................................. vii
Mục lục ...................................................................................................................... viii
Liệt kê hình vẽ ............................................................................................................. xi
Liệt kê bảng vẽ …………………………………………………………………… xiv
Tóm tắt ....................................................................................................................... xv

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................ 1
1.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu ............................................................................................................. 1
1.3. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 1
1.4. Giới hạn .............................................................................................................. 2
1.5. Bố cục ................................................................................................................ 2

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................ 4
2.1. Quy trình phun sơn gỗ ....................................................................................... 4
2.2.1. Sơn PU ............................................................................................................ 4
2.2.2. Cách pha chế sơn ............................................................................................ 4
2.2.3. Quy trình sơn PU ............................................................................................ 4
2.2. Giới thiệu về PLC .............................................................................................. 6
2.2.1. Tổng quan về PLC .......................................................................................... 6
a. Định nghĩa ............................................................................................................ 6
b. Cấu tạo .................................................................................................................. 6
2.2.2. Đặc điểm và vai trò của PLC.......................................................................... 8
a. Đặc điểm ............................................................................................................... 8

b. Vai trò ................................................................................................................... 8
2.2.3. PLC dòng Q của hãng Mitsubishi .................................................................. 9
a. PLC dòng Q .......................................................................................................... 9
b. Những tính năng chính ......................................................................................... 9
viii


c. Dãy sản phẩm ..................................................................................................... 10
d. Các loại bộ nhớ ................................................................................................... 12
2.2.4. Động cơ Servo .............................................................................................. 13
a. Khái quát ............................................................................................................. 13
b. Sự khác biệt giữa động cơ Servo và động cơ thường ......................................... 13
c. Cấu tạo ................................................................................................................ 15
d. Nguyên lý hoạt động của Encoder ..................................................................... 16
e. Động cơ AC Servo .............................................................................................. 16
2.2.5. Mạng truyền thông trong công nghiệp ......................................................... 17
a. Khái quát ............................................................................................................. 17
b. Mạng CC-Link.................................................................................................... 17

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ. ................................................ 24
3.1. Giới thiệu ......................................................................................................... 24
3.2. Tính toán và thiết kế hệ thống .......................................................................... 24
3.2.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ......................................................................... 24
3.2.2. Tính toán và thiết kế mạch ............................................................................ 25
a. Trạm Control Station ........................................................................................... 25
b. Trạm AJ65VBTCU-68ADVN ............................................................................ 31
c. Màn hình HMI ..................................................................................................... 33
d. Trạm Control and Monitoring ............................................................................. 37
e. Cảm biến ............................................................................................................. 38
f. Cách nối dây giữa Module QD75D2 và Driver Servo ........................................ 41

g. Mô hình phun sơn .............................................................................................. 42

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ...................................................... 44
4.1. Giới thiệu. ......................................................................................................... 44
4.2. Thi công hệ thống .............................................................................................. 44
4.2.1. Thi công trạm Control Station ........................................................................ 44
4.2.2. Thi công trạm AJ65VBTCU-68ADVN.......................................................... 45
4.2.3. Thi công màn hình HMI ................................................................................. 46
4.2.4. Thi công trạm Control and Monitoring .......................................................... 49
4.3. Đóng gói và thi công mô hình ........................................................................... 50
4.3.1. Đóng gói bộ điều khiển .................................................................................. 50
4.3.2. Thi công mô hình phun sơn ............................................................................ 51
ix


a. Khối nguồn ........................................................................................................... 52
b. Cảm biến quang .................................................................................................... 53
c. Cảm biến áp suất ................................................................................................... 54
d. Van điện từ ........................................................................................................... 55
e. Bộ chỉnh áp suất .................................................................................................... 56
f. Bồn Chứa sơn ........................................................................................................ 56
g. Trục ngang ............................................................................................................ 57
h. Trục dọc ................................................................................................................ 58
i. Relay ...................................................................................................................... 58
j. Đầu phun ............................................................................................................... 59
4.4. Lập trình hệ thống.............................................................................................. 60
4.4.1. Lưu đồ giải thuật ............................................................................................. 60
4.4.2. Phần mềm lập trình ......................................................................................... 66
a. Giới thiệu phần mềm lập trình .............................................................................. 66
b. Viết chương trình hệ thống ................................................................................... 68

4.4.3. Phần mềm Designer3 ...................................................................................... 86
a. Phần mềm GT Designer3 ...................................................................................... 86
b. Các tính năng và công cụ chủ yếu được sử dụng trong GT Designer3 ................ 88
c. Chức năng Script trong GT Designer3 ................................................................. 88
4.4.4. Truyền thông với GT Desinger3 .................................................................... 92
4.5. Lập trình mô phỏng ........................................................................................... 94
4.6. Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng và thao tác ...................................................... 98
4.6.1. Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng ..................................................................... 98
4.6.2. Quy trình thao tác ........................................................................................... 98

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ............................... 100
5.1. Kết quả ............................................................................................................. 100
5.2 Nhận xét. .......................................................................................................... 104
5.3 Đánh giá ............................................................................................................ 105

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. ......................... 106
6.1 Kết luận ............................................................................................................ 106
6.2 Hướng phát triển ............................................................................................... 106

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

..............................................................................................................
x


LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình

Trang

Hình 2.1: Cấu trúc cơ bản của PLC .............................................................................. 7
Hình 2.2: Cấu tạo động cơ Servo ................................................................................. 15
Hình 2.3: Nguyên lý Encoder........................................................................................ 16
Hình 2.4: Tốc độ truyền CC-Link ................................................................................ 18
Hình 2.5: Hệ thống nối dây giản lược .......................................................................... 18
Hình 2.6: Loại trừ trạm phụ .......................................................................................... 19
Hình 2.7 Cấu trúc hệ thống CC-Link ............................................................................ 19
Hình 2.8: Giao tiếp trạm chủ và trạm I/O từ xa ............................................................ 21
Hình 2.9: Giao tiếp trạm chủ và trạm thiết bị từ xa ...................................................... 22
Hình 2.10: Giao tiếp trạm chủ và trạm cục bộ .............................................................. 23
Hình 3.1. Module Q61P ................................................................................................ 26
Hình 3.2. Module Q12H................................................................................................ 26
Hình 3.3. Module QX40................................................................................................ 27
Hình 3.4. Sơ đồ đấu dây của Module QX40 ................................................................. 27
Hình 3.5. Module QY41P ............................................................................................. 28
Hình 3.6. Sơ đồ đấu dây của Module QY41P ............................................................... 28
Hình 3.7. Module QJ61BT11N ..................................................................................... 29
Hình 3.8. Module QD75D2 .......................................................................................... 30
Hình 3.9. Thiết kế mô hình trạm CONTROL STATION ............................................. 30
Hình 3.10. Module AJ65VBTCU-68ADVN ................................................................ 31
Hình 3.11. Đặc tính chuyển đổi của module AJ65VBTCU-68ADVN ........................ 32
Hình 3.12. Sơ đồ đấu dây cho module AJ65VBTCU-68ADVN .................................. 32
Hình 3.13. Thiết kế mô hình trạm AJ65VBTCU-68ADVN ......................................... 33
Hình 3.14. Sơ đồ cấp nguồn cho GOT .......................................................................... 34
Hình 3.15. Kết nối giữa GOT và CPU .......................................................................... 34
Hình 3.16. Thiết kết bảng Mica cho màn hình HMI ..................................................... 35
Hình 3.17. Giao diện giới thiệu .................................................................................... 36
Hình 3.18. Giao diện giám sát ....................................................................................... 36
Hình 3.19. Thiết kết Mica cho trạm CONTROL AND MONITORING...................... 38

Hình 3.20. Cảm biến PM-L44 ....................................................................................... 39
Hình 3.21. Cảm biến E8CB........................................................................................... 39
xi


Hình 3.22. Cảm biến mức nước .................................................................................... 40
Hình 3.23. Van khí 4V110 ............................................................................................ 40
Hình 3.24. Nối dây giữa QD75D2 và CN1A ................................................................ 41
Hình 3.25. Nối dây giữa QD75D2 và Servo Panasonic ................................................ 42
Hình 3.26. Mô hình tổng quan máy phun sơn............................................................... 42
Hình 4.1. Trạm CONTROL STATION sau thi công .................................................... 45
Hình 4.2. trạm AJ65VBTCU-68ADVN sau thi công ................................................... 46
Hình 4.3. Màn hình HMI sau thi công .......................................................................... 47
Hình 4.4. Màn hình hiển thị HMI thực tế ..................................................................... 48
Hình 4.5. Trạm CONTROL AND MONITORING sau thi công ................................. 49
Hình 4.6. Mô hình điều khiển và giám sát sau thi công ................................................ 50
Hình 4.7. Nguồn cấp cho mô hình điều khiển .............................................................. 52
Hình 4.8. Nguồn tổ ong 24VDC ................................................................................... 52
Hình 4.9. Adapter 5VDC .............................................................................................. 53
Hình 4.10. Cảm biến quang lấy Home cho động cơ Servo một ................................... 53
Hình 4.11. Cảm biến quang lấy Home cho động cơ Servo hai ..................................... 54
Hình 4.12. Cảm biến áp suất ......................................................................................... 55
Hình 4.13. Van điện từ .................................................................................................. 55
Hình 4.14. Bộ chỉnh áp suất .......................................................................................... 56
Hình 4.15. Bồn chứa sơn ............................................................................................... 57
Hình 4.16. Trục ngang của mô hình phun sơn .............................................................. 57
Hình 4.17. Trục dọc của mô hình phun sơn ................................................................. 58
Hình 4.18. Relay điều khiển vị trí Home ...................................................................... 58
Hình 4.19. Relay điều khiển Van điện từ ...................................................................... 59
Hình 4.20. Đầu phun sơn .............................................................................................. 60

Hình 4.21. Màn hình chính của phần mềm GX Works2............................................... 66
Hình 4.22. Màn hình chọn dòng CPU ........................................................................... 66
Hình 4.23. Giao diện cài đặt Parameter ........................................................................ 67
Hình 4.24. Thông số cài đặt cho Parameter .................................................................. 67
Hình 4.25. Giao diện phần mềm GT Designer3 ........................................................... 86
Hình 4.26. Lựa chọn màn hình GOT ............................................................................ 86
Hình 4.27. Chọn thông số cho GOT ............................................................................. 87
Hình 4.28. Chọn chuẩn kết nối cho GOT ..................................................................... 87
Hình 4.29. Chọn Driver giao tiếp .................................................................................. 88
xii


Hình 4.30. Mã lệnh Script ............................................................................................. 89
Hình 4.31. Gán địa chỉ .................................................................................................. 90
Hình 4.32. Giao diện viết mã lệnh Script ...................................................................... 90
Hình 4.33. Viết lệnh Script .......................................................................................... 91
Hình 4.34. Kết quả sau khi gán địa chỉ ......................................................................... 91
Hình 4.35. Chọn chuẩn giao tiếp ................................................................................... 92
Hình 4.36. Nạp chương trình cho GOT ........................................................................ 93
Hình 4.37. Hướng dẫn vào chương trình mô phỏng ..................................................... 94
Hình 4.38. Giao diện mô phỏng .................................................................................... 94
Hình 4.39. Điều chỉnh giá trị biến bằng phần mềm ...................................................... 95
Hình 4.40: Giao diện khi phần mềm mô phỏng đang chạy........................................... 95
Hình 4.41. Giao diện giám sát ....................................................................................... 96
Hình 4.42. Đọc giá trị Analog ....................................................................................... 97
Hình 4.43. Cách thoát chế độ giám sát ......................................................................... 97
Hình 5.1. Trạm điều khiển trung tâm ............................................................................ 100
Hình 5.2. Trạm nút nhấn điều khiển và đèn giám sát ................................................... 101
Hình 5.3. Màn hình HMI............................................................................................... 101
Hình 5.4. Mô hình tổng thể hệ thống ............................................................................ 102

Hình 5.5. Thiết kế trạm điều khiển trên phần mềm AUTO CAD ................................. 102
Hình 5.6. Viết chương trình điều khiển trên phần mềm GX Works2 ........................... 103
Hình 5.7. Viết chương trình điều khiển HMI trên phần mềm GT Designer 3 .............. 103

xiii


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 2.1. Các Module CPU ............................................................................................ 10
Bảng 2.2. Các Module nguồn cung cấp………………………………………………. . 10
Bảng 2.3. Các Module ngõ vào…………………………………………………… ....... 11
Bảng 2.4. Các module ngõ ra…………………………………………………… .......... 11
Bảng 2.5. Các Module phát xung QD75……………………………………………… . 12
Bảng 3.1. Các Module sử dụng trong trạm…………………………………………… . 25
Bảng 3.2. Module QX40………………………………………………... ...................... 27
Bảng 3.3. Module QY41P………………………………………………... .................... 28
Bảng 3.4. Thông số kỹ thuật module QJ61BT11N…………………………………… . 29
Bảng 3.5. Thông số kỹ thuật của Module QD75D2 …………………………………. .30
Bảng 3.6. Các bộ phận trên Module AJ65VBTCU-68ADVN………………………… 31
Bảng 3.7. Thông số kỹ thuật của Module AJ65VBTCU-68ADVN………………… ... 31
Bảng 3.8. Thông số kỹ thuật của HMI…………………………………... ..................... 35
Bảng 3.9. Thông số kỹ thuật của cảm biến quang PM-L44……………………….. ...... 39
Bảng 3.10. Thông số kỹ thuật của cảm biến áp suất E8CB……………………... ......... 39
Bảng 3.11. Thông số kỹ thuật của cảm biến mực nước Funduno………………… ....... 40
Bảng 3.12. Thông số kỹ thuật của Van khí AIRTAC 4V110 – 06………………... ...... 40
Bảng 4.1. Danh sách các linh kiện trạm CONTROL STATION………………... ........ 44

Bảng 4.2. Danh sách linh kiện trạm AJ65VBTCU-68ADVN………………………. ... 45
Bảng 4.3. Danh sách linh kiện màn hình HMI………………….. ................................. 47
Bảng 4.4. Danh sách linh kiện trạm CONTROL AND MONITORING ……………... 49
Bảng 4.5. Danh sách linh kiện sử dụng thi công mô hình phun sơn …………….......... 51

xiv


TÓM TẮT
Việc phun sơn hiện nay đa số làm thủ công nên gây nhiều ảnh hưởng đến sức
khỏe con người. Đối với các công ty lớn chuyên về các dòng sản phẩm từ gỗ đã
nhập các dây chuyền sản xuất của nước ngoài nhưng với giá thành rất đắt đỏ. Từ
những vấn đề thực tế trên, với mong muốn đưa những kiến thức đã học vào lĩnh vực
phun sơn gỗ, em chọn thực hiện đề tài “ỨNG DỤNG PLC ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ
GIÁM SÁT MÔ HÌNH MÁY PHUN SƠN GỖ”.
Đối với đề tài này thì em sẽ sử dụng PLC dòng Q để điều khiển. Về động cơ
thì em sử dụng động cơ Servo vì nó được ứng dụng khá nhiều trong công nghiệp,
ngoài ra khi làm đề tài về cộng cơ Servo thì cũng học học được nhiều kiến thức và
ứng dụng cho công việc sau này. Ngoài ra em còn sử dụng mạng CC-Link để đọc
tín hiệu Analog từ các cảm biến phục vụ cho quá trình giám sát.
Để thực hiện được đề tài này thì em sẽ tìm hiểu về mô hình thực tế. Sau đó tìm
thiết kế lại ở dạng mô hình vừa có thể học tập vừa có thể phát triển sau này.
Sau khi hoàn thiện thì mô hình sẽ được thực hiện theo hướng sư phạm. các
module điều khiển sẽ được đặt trên mảng Mica có các Jack ra ngoài. Mô hình chỉ ở
dạng mô hình chứ không lớn như ở quy mô công nghiệp nhưng vẫn đảm bảo các
tính năng của một máy phun sơn.


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN

Chƣơng 1. TỔNG QUAN
1.1.

ĐẶT VẤN ĐỀ
Giá trị đồ gỗ từ xưa đến nay đều có sức hút đối với người dùng vì những tinh

tế trong thiết kế đã nâng tầm thẩm mỹ cho những không gian mà nó xuất hiện. Bên
cạnh đó, việc dùng đồ nội thất bằng gỗ còn mang cảm giác ấm cúng cho không gian
sống và làm việc. Vì vậy, các sản phẩm về gỗ ngày càng được ưa chuộng. Và đây
cũng là một tiêu chuẩn để đánh giá sự giàu có của một ngôi nhà.
Nhưng để đồ gỗ được sáng bóng, bảo quản được lâu bền thì phải có sơn phủ
bên ngoài. Sơn đó có tác dụng tạo sự láng mịn bề mặt, tạo độ bóng, bảo vệ gỗ khỏi
các tác nhân gây hư hỏng bên ngoài như nước, ma sát, mối mọt,…Và hiện nay thì
loại sơn được ưu chuộng nhất là sơn PU.
Đối với sơn PU thì ta phải dùng xăng Nhật (hay còn gọi là xăng thơm) để làm
dung môi hòa tan. Và việc thực hiện sơn hiện nay đa số làm thủ công nên gây nhiều
ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Đối với các công ty lớn chuyên về các dòng sản
phẩm từ gỗ đã nhập các dây chuyền sản xuất của nước ngoài nhưng với giá thành
rất đắt đỏ. Từ những vấn đề thực tế trên, với mong muốn đưa những kiến thức đã
học vào lĩnh vực phun sơn gỗ, em chọn thực hiện đề tài “ỨNG DỤNG PLC ĐỂ
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MÔ HÌNH MÁY PHUN SƠN GỖ”.

1.2.

MỤC TIÊU
Khảo sát quy trình pha chế sơn và các bước sơn trên gỗ để từ đó xây dựng mô

hình cho máy phun sơn có các yêu cầu giống với thực tế và ứng dụng PLC để điều
khiển và giám sát. Sau khi hoàn thành đề tài có thể ứng dụng vào máy phun sơn
thực tế nhằm giảm bớt sức lao động và giảm sự độc hại cho con người, nâng cao

năng xuất làm việc.

1.3.

NỘi DUNG NGHIÊN CỨU

 NỘI DUNG 1: Tìm hiểu về quy trình và điều kiện sơn trên gỗ.
 NỘI DUNG 2: Thiết kế phần cơ cho mô hình.
 NỘI DUNG 3: Lắp ráp phần cơ cho mô hình.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

1


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
 NỘI DUNG 4: Thiết kế phần điện cho mô hình.
 NỘI DUNG 5: Lắp ráp phần điện cho mô hình.
 NỘI DUNG 6: Thiết kế lưu đồ giải thuật điều khiển
 NỘI DUNG 7: Viết chương trình PLC theo lưu đồ.
 NỘI DUNG 8: Thiết kế giao diện điều khiển.
 NỘI DUNG 9: Chạy thử nghiệm máy.
 NỘI DUNG 10: Cân chỉnh hệ thống.
 NỘI DUNG 11: Viết sách luận văn.
 NỘI DUNG 12: Báo cáo đề tài tốt nghiệp.

1.4.

GIỚI HẠN

 Kích thước mô hình 70x40x50cm

 Sử dụng 2 động cơ servo: Servo MR-J2S-40A của Mitsubishi và Servo Minas
Serial A của Panasonic.
 Phun khí để giả lập thay cho quy trình phun sơn.
 Sử dụng một van điện từ để điều khiển khí nén.
 Sử dụng CPU Q12H của Mitsubishi.
 Mô hình có lồng kính để bảo vệ thiết bị khỏi Môi trường khi sơn.
 Giám sát áp lực khí và mức sơn trong bồn chứa.

1.5.

BỐ CỤC

 Chƣơng 1: Tổng Quan
Chương này trình bày đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội
dung nghiên cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.
 Chƣơng 2: Cơ Sở Lý Thuyết.
Chương này trình bày về các cơ sở lý thuyết để làm đồ án gồm các quy trình
pha sơn, phun sơn. Giới thiệu về các thiết bị được sử dụng để hoàn thành sản
phẩm.
 Chƣơng 3: Thiết Kế và Tính Toán
Từ lý thuyết và các máy thực tế thì em sẽ tính toán và thiết kế mô hình theo
yêu cầu đề ra.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

2


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
 Chƣơng 4: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá

Chương này trình bày về kết quả sau khi thực hiện mô hình, xem đã đúng với
yêu cầu đặt ra hay chưa để tiến hành cân chỉnh cho đúng yêu cầu.
 Chƣơng 5: Kết Luận và Hướng Phát Triển
Chương này trình bày về các kết luận về mặt thiết kế và sản phẩm mà máy làm
ra. Từ đó định hướng được hướng phát triển sau này để ứng dụng ra ngoài
cuộc sống.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

3


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1

QUY TRÌNH PHUN SƠN GỖ

2.1.1 Sơn PU
Sơn PU tiếng Anh có nghĩa là Polyurethane, một loại polymer có khá nhiều
ứng dụng trong cuộc sống. Sơn PU có hai dạng tồn tại chính là dạng cứng và dạng
foam, được dùng làm vecni để đánh bóng và bảo vệ đồ gỗ như bàn ghế, cửa gỗ…
Đối với dạng foam, được dùng để làm nệm mút trong các loại ghế (như ghế ngồi
trong xe hơi chẳng hạn). Ngoài ra, ứng dụng của foam được dùng để bảo vệ và vận
chuyển các thiết bị, dụng cụ dễ vỡ.
Theo ngôn ngữ đơn giản của các thợ sơn thì sơn PU là loại sơn để bảo vệ,
đánh bóng, tạo màu cho gỗ tự nhiên, gỗ công nghiệp một cách đẹp và mịn nhất.

2.1.2 Cách pha chế sơn

Cách pha chế 3 loại sơn:
Sơn lót: 2 lót + 01 cứng + 03 xăng.
Nhằm làm phẳng bề mặt, che khuất các khuyết điểm để sơn đẹp hơn. Bạn cứ
tưởng tượng như sơn tường nhà thì cũng dùng bột trét để làm phẳng bề mặt khi sơn
vậy.
Sơn màu: 01 Cứng + 05 xăng + tinh màu(gia giảm cho phù hợp)
Tùy thuộc khách hàng yêu cầu, nhưng đa số sơn PU cho gỗ hầu như đều có
thành phần sơn màu trong đó dù ít hay nhiều.
Sơn bóng: 2 bóng + 01 cứng + 01 xăng.
Nhiều thợ sơn dùng từ sơn PU nhưng đúng ra đây là cách pha sơn nhằm tạo độ
bóng bề mặt cho cả quá trình sơn PU cho gỗ.

2.2.3 Quy trình sơn PU
Bƣớc 1: Chà nhám và xử lý bề mặt
Sau khi chà nhám đạt yêu cầu bằng giấy nhám P240, tùy theo mẫu màu sơn
yêu cầu có để nguyên thớ gỗ hay sơn bóng mà quyết định bả bột hay không bả bột.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tuy nhiên phần lớn đối với hệ sơn PU đều sử dụng mẫu sơn bóng bề mặt. Khi thực
hiện bã bột, cũng cần chú ý trên mẫu sơn có yêu cầu thể hiện các đường vân gỗ hay
không ? Nếu có thì bột bã phải là bột màu ( thông thường bột đen hoặc nâu). Việc
thực hiện bước bã bột này là cần thiết nhằm lấp đầy các tim gỗ cũng như các khuyết
tật nhở trên bề mặt. Nếu không thực hiện bước này sẽ tốn rất nhiều công sức và
nguyên liệu để trám các khe hở này sau khi sơn.
Bƣớc 2: Sơn lót lần 1
Đây là lớp sơn không màu, thông thường được pha theo tỷ lệ 2 :1 : 3 (2 lót với

1 cứng, 3 xăng) đã nêu ở trên. Tỷ lệ này cũng có thể gia , giảm hoặc thêm các chất
phụ gia khác nhằm điều chỉnh tốc độ bay hơi của sơn. Trong điều kiện thời tiết
nóng, việc bốc hơi nhanh sẽ làm cho bề mặt sơn bị nỗi tim hoặc tệ hơn là nỗi bọt
khí, sẽ mất nhiều công sức để sữa chữa. Ở bước này đã lấp gần đầy các tim gỗ. Nếu
làm tốt, với các loại tim gỗ nhỏ và đã thực hiện tốt bước bã bột trước đây, thì có thể
chỉ cần một bước sơn lót để giảm chi phí, nguyên liệu và nhân công cho cả
khâu sơn PU của bạn. Sơn đều tay bằng súng phun chất lượng tốt.
Bƣớc 3: Chà nhám và phun lót lần 2
Chúng ta tiếp tục xả nhám P320, các thợ sơn cho rằng việc sơn lót lần 2 là
không cần thiết. Sơn lót lần 2 nhằm tăng độ mịn cho bề mặt gỗ giúp sơn màu đẹp
hơn, bề mặt căng mịn hơn. Để có 1 quá trình sơn PU đồ gỗ đẹp bạn nên thực hiện
tuần tự các bước này, về chất liệu bạn vẫn sử dụng theo đúng tỷ lệ đã pha ở bước 2.
Thời gian chờ khô là 25-30 phút.
Bƣớc 4: Phun màu
Sơn màu thực hiện làm 2 lần. Việc pha màu do thợ sơn có kinh nghiệm quyết
định, tuy nhiên bạn thực hành 1 đến 2 lần là có thể học được rồi. Lần đầu bạn chỉ
sơn khoảng 90% mẫu màu yêu cầu sau đó bạn đợi 1 lúc và tiến hành sơn màu lần 2
lên bề mặt gỗ, hoàn thiện 100% mẫu màu yêu cầu . Lần sơn này người thợ sơn sẽ
sơn đậm hơn các chỗ còn thiếu màu. Ở bước này cần bố trí thợ sơn có kinh nghiệm
để thực hiện. Việc sơn màu là bước quan trọng quyết định toàn bộ khâu sơn PU đồ
gỗ do đó bạn cần có phòng kín tránh bụi, luồng gió lưu thông đủ.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

5


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Bƣớc 5: Phun bóng bề mặt
Sau khi đợi lớp sơn màu khô ta tiến hành sơn bóng bề mặt. Nhiều thợ sơn kỹ

thì họ sơn thêm 1 lần lót nữa để bảo vệ bề mặt sơn, nhưng theo cách pha của chúng
tôi trong lúc pha sơn màu chúng ta đã cho lót vào rồi nên không cần. Và ta chuyển
ngay qua công đoạn sơn bóng. Có nhiều chất liệu bóng như mờ 10%, 20%, 50%,
70% và 100%. Tỷ lệ pha như đã nêu ở trên, lớp sơn này có tác dụng làm căng và
bóng bề mặt thành phẩm giúp tăng giá trị sản phẩm đồ gỗ. Việc phun bóng tiến
hành ở nơi không có bụi bẩn. Cơ bản đã hoàn tất công đoạn sơn PU đồ gỗ.
Bƣớc 6: Bảo quản và đóng gói
Việc bảo quản và đóng gói khá quan trọng, bạn sơn xong cần có một khu vực
để sản phẩm chờ khô nhằm tránh bụi bặm và bụi sơn bám vào ảnh hưởng rất lớn
đến độ thẩm mỹ của thành phẩm sau này. Thời gian chờ khô hoàn toàn thường là 12
đến 16 tiếng cho cả quá trình sơn PU. Khi màng sơn có xu hướng ổn định nhưng
chưa khô hoàn toàn , tổng lượng bay hơi của dung môi chiếm khoảng 75- 90%. nếu
làm giảm tốc độ bay hơi ở giai đoạn này, làm tăng khả năng chống biến trắng, và
tăng độ bóng bề mặt. Khi màng sơn đã khô hoàn toàn, sự bay hơi cuối cùng chiếm
khoảng 10%.

2.2

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ PLC

2.2.1 Tổng quan về PLC
a. Định nghĩa
PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển logic khả trình
thuộc loại điều khiển bán dẫn tự động theo chương trình người dùng. PLC sử dụng
bộ nhớ khả trình để lưu trữ chương trình và thực hiện yêu cầu điều khiển. PLC có
thể coi là một máy tính được thiết kế hoạt động tin cậy trong môi trường công
nghiệp.

b. Cấu tạo
Bộ xử lý (CPU):

Để đáp ứng được yêu cầu đã nêu thì PLC cần phải có CPU như một máy tính
thực thụ. CPU được xem là bộ não của PLC, nó quyết định tốc độ xử lý cũng như
khả năng điều khiển chuyên biệt của PLC.

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

6


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
CPU là nơi đọc tín hiệu ngõ vào từ khối vào, xử lý và xuất tín hiệu tới khối ra.
CPU còn chứa các khối chứa năng phổ biến như Counter, Timer, lệnh toán học,
chuyển đổi dữ liệu… và các hàm chuyên dụng.
Khối vào (Module Input):
Có hai loại ngõ vào là ngõ vào số DI (Digital Input) và ngõ vào tương tự AI
(Analog Input).
Ngõ vào DI kết nối với các thiết bị tạo ra tín hiệu dạng nhị phân như: công tắc,
nút nhấn, công tắc hành trình, cảm biến quang, cảm biến tiệm cận,…
Ngõ vào AI kết nối với các thiết bị tạo ra tín hiệu liên tục như: các loại cảm
biến nhiệt độ, áp suất, khoảng cách, độ ẩm,… Khi kết nối cần chú ý đến sự tương
thích giữa tín hiệu ngõ ra cảm biến với tín hiệu vào mà module AI có thể đọc được.
Mỗi module AI sẽ có khả năng đọc tín hiệu tương tự khác nhau: đọc dòng điện, điện
áp, tổng trở,… Một thông số quan trọng khác của các module AI là độ phân giải,
thông số này cho biết độ chính xác khi thực hiện chuyển đổi ADC.
Khối ra:
Có 2 loại ngõ ra là ngõ ra số DO (Digital Output) và ngõ ra tương tự AO
(Analog Output).
Ngõ ra DO kết nối với các cơ cấu chấp hành điều khiển theo quy tắc On/Off
như: đèn báo, chuông, van điện, động cơ không điều khiển tốc độ,…
Ngõ ra AO kết nối với các cơ cấu chấp hành cần tín hiệu điều khiển liên tục:

biến tần, van tuyến tính,…

Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản của PLC
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

7


CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.2.2 Đặc điểm và vai trò của PLC
a. Đặc điểm
Ƣu điểm:
- Khả năng điều khiển chương trình linh hoạt. Khi cần thay đổi yêu cầu, đối
tượng điều khiển chỉ cần thay đổi chương trình thông qua việc lập trình.
- Số lượng Timer, Counter, Relay trung gian,… rất lớn. PLC còn hỗ trợ nhiều
khối hàm có chức năng chuyên dụng: phát xung tốc độ cao, bộ đếm tốc độ cao, bộ
điều khiển PID,…
- Tiết kiệm thời gian nối dây, mạch điều khiển lúc này đã được thay thế hoàn
toàn bằng chương trình PLC.
- Cấu trúc dạng Module giúp PLC có tính năng mềm dẻo, không bị cứng hóa
về phần cứng. Người dùng dễ dàng lựa chọn những module nào cần thiết với yêu
cầu điều khiển hiện tại giúp tiết kiệm chi phí. Cấu trúc dạng module của PLC giúp
việc mở rộng quy mô điều khiển đơn giản, tiết kiệm, không cần phải trang bị CPU
mới. Tuy nhiên khi mở rộng cần chú ý tới khả năng kết nối tối đa của CPU.
- Khả năng truyền thông, nối mạng với máy tính hay với PLC khác. Khả năng
này đáp ứng yêu cầu điều khiển, giám sát từ xa, xây dựng hệ thống SCADA.
- Hoạt động với độ tin cậy cao, tuổi thọ cao, chống nhiễu tốt trong môi trường
công nghiệp.
Nhƣợc điểm:

- Phạm vi ứng dụng hạn chế do giá thành cao nên không đáp ứng các yêu cầu
điều khiển đơn giản. Với những yêu cầu này thì bộ điều khiển tiếp điểm sẽ hiệu quả
kinh tế hơn.
- Yêu cầu người lắp đặt ban đầu, lập trình phải có hiểu biết chuyên môn về
PLC.

b. Vai trò
Với những ưu nhược điểm như đã nêu trên, PLC thể hiện ưu điểm vượt trội và
hiện nay đã thay thế hệ thống điều khiển tiếp điểm truyền thống trong các nhà máy,
dây chuyền công nghệ. Việc thay thế này giúp hệ thống hoạt động tin cậy và hiệu
quả hơn, tiết kiệm nhân công và tránh những thao tác sai của người vận hành.
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

8