Ứng dụng plc điều khiển và giám sát trạm lắp đặt phôi

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 07 tháng 01 năm 2019

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

Kiều Minh Thiện
Phạm Thanh Tuấn
Điện tử Công nghiệp
Đại học chính quy
2014

MSSV: 14141299
MSSV: 14141354
Mã ngành: 141
Mã hệ:
1
Lớp:
14141DT3A

I. TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TRẠM LẮP ĐẶT

PHÔI
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
Các tài liệu về PLC, các module, thiết bị.
Mô hình mẫu trạm lắp đặt phôi lấy từ nguồn Internet.
2. Nội dung thực hiện:
Tìm hiểu về PLC Mitsubishi dòng A, tìm hiểu về mô hình thủy lực khí nén.
Tìm hiểu về các loại mô hình trạm lắp đặt phôi và lựa chọn mô hình.
Lắp đặt phần cứng mô hình sau khi đã lựa chọn.
Viết chương trình chạy mô hình điều khiển và giám sát trạm lắp đặt phôi.
Hoàn thành mô hình.
Đánh giá kết quả thực hiện.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

01/10/2018
07/01/2019
ThS. Trần Văn Sỹ

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH


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 07 tháng 01 năm 2019

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Kiều Minh Thiện
Lớp: 14141DT3A .......................................................... MSSV: 14141299
Họ tên sinh viên 2: Phạm Thanh Tuấn
Lớp: 14141DT3A .......................................................... MSSV: 14141354
Tên đề tài: Ứng dụng PLC điều khiển và giám sát mô hình trạm lắp đặt phôi.
Tuần/ngày
1-6/10

Chọn đề tài

07-13/10

Viết đề cương chi tiết

14-20/10

Tìm hiểu mô hình lắp đặt phôi thực tế

21-25/10

Tìm hiểu sơ lược về khí nén

26-31/10

Tìm hiểu về PLC và các module

1/11-20/11
21-27/11

Xác nhận
GVHD

Nội dung

Tiến hành lắp đặt phần cứng
Viết code thực hiện chương trình

28/11-15/12

Chạy thử nghiệm mô hình và chỉnh sửa

16/12-20/12

Thiết kế giao diện trên GT Designer 3

21/12-7/1

Viết báo cáo
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

Ths. Trần Văn Sỹ


LỜI CAM ĐOAN

Chúng tôi – Kiều Minh Thiên và Phạm Thanh Tuấn cam đoan đây là công trình
nghiên cứu của chúng tôi dưới sự hướng dẫn của Th.S Nguyễn Văn Sỹ. Các số liệu, kết
quả nêu trong ĐATN là trung thực và không được sao chép từ bất cứ công trình nào
khác.
SV thực hiện đề tài
Kiều Minh Thiện

Phạm Thanh Tuấn

i


LỜI CẢM ƠN
Tập thể nhóm xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong bộ môn Điện Tử Công
Nghiệp đã trang bị cho chúng em kiến thức và giúp đỡ chúng em giải quyết những khó
khăn trong quá trình làm đồ án.
Đặc biệt chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Trần Văn Sỹ đã tận tình giúp đỡ
trong quá trình lựa chọn đề tài và hỗ trợ chúng em trong quá trình thực hiện. Nhóm xin
được phép gửi đến thầy lòng biết ơn và lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất. Kiến thức
và cái tâm nghề nghiệp của thầy đã không những giúp đỡ nhóm em hoàn thành đồ án tốt
nghiệp mà còn là tấm gương sáng để nhóm em noi theo.
Cuối cùng, mặc dù đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt ra và đảm bảo thời
hạn nhưng do kiến thức còn hạn hẹp chắc chắn sẽ không tránh khỏi những sai sót, mong
Thầy/cô và các bạn sinh viên thông cảm. Nhóm mong nhận được những lời ý kiến của
Thầy/cô và các bạn sinh viên.
Nhóm chân thành cảm ơn!!!
SV thực hiện đồ án
Kiều Minh Thiện

Phạm Thanh Tuấn

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................ii
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii
MỤC LỤC HÌNH ........................................................................................................ viii
MỤC LỤC BẢNG .......................................................................................................... xi
TÓM TẮT........................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ....................................................................... 1
1.1

Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu .................................................................. 1

1.2

Mục đích đề tài ................................................................................................ 1

1.3

Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài ...................................................................... 1

1.3.1

Nhiệm vụ ..................................................................................................... 1

1.3.2

Giới hạn ....................................................................................................... 2

1.4

Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 2

1.5

Tóm tắt đề tài ................................................................................................... 2

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................ 3
2.2.1

Giới thiệu chung về PLC ................................................................................. 3

2.1.1 Tổng quan về PLC .......................................................................................... 3
2.1.1.1 Định nghĩa ............................................................................................... 3
2.1.1.2 Cấu tạo ..................................................................................................... 3
2.1.2 Đặc điểm và vai trò của PLC .......................................................................... 4
2.1.2.1 Đặc điểm .................................................................................................. 4
2.1.2.2 Vai trò ...................................................................................................... 5
2.1.3 PLC dòng A của hãng Mitsubishi .................................................................. 5
2.1.3.2 Những tính năng chính ............................................................................ 7
2.1.2.3 Dãy sản phẩm .......................................................................................... 7

iii


2.1.2.4 Các loại bộ nhớ ........................................................................................ 9
2.2

Hệ thống khí nén ............................................................................................. 9

2.2.1

Nguồn khí nén ............................................................................................. 9

2.2.1.1

Máy nén khí .......................................................................................... 9

2.2.1.2

Bình trích chứa nén khí ...................................................................... 10

Các phần tử mạch điều khiển .................................................................... 11

2.2.2

2.2.2.1 Van đảo chiều ........................................................................................ 11
2.2.2.2 Van tiết lưu ............................................................................................ 12
2.3

Biến tần .......................................................................................................... 15

2.3.1

Tìm hiểu về biến tần .................................................................................. 15

2.3.2

Nguyên lý hoạt động của biến tần ............................................................. 15

2.3.3

Các tham số cài đặt ................................................................................... 16
Relay trung gian (Rơ le) ................................................................................ 17

2.4
2.4.1

Khát quát về Relay .................................................................................... 17

2.4.2

Nguyên lý hoạt động ................................................................................. 18

2.5

Cảm biến quang ............................................................................................. 19

2.5.1

Giới thiệu về cảm biến quang ................................................................... 19

2.5.2

Nguyên lý hoạt động ................................................................................. 19

2.5.3

Điều chỉnh độ nhạy của cảm biến quang .................................................. 21

2.6

Băng tải .......................................................................................................... 22

2.7

Động cơ xoay chiều 3 pha quay băng tải ...................................................... 23

2.7.1

Giới thiệu về động cơ ................................................................................ 23

2.7.2

Nguyên lý hoạt động ................................................................................. 24

2.8

Domino .......................................................................................................... 24

2.9

Nguồn cung cấp ............................................................................................. 25

2.9.1

Nguồn xoay chiều ..................................................................................... 25

2.9.2

Nguồn một chiều ....................................................................................... 26
iv


CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH ............................................... 27
3.1 Giới thiệu ............................................................................................................. 27
3.2 Thiết kế sơ đồ khối .............................................................................................. 28
3.3 Thiết kế và thi công các trạm trong hệ thống ...................................................... 29
3.3.1 Trạm Master ................................................................................................. 29
3.3.1.1 Các module có trong trạm master.......................................................... 29
3.3.1.2 Thông số kỹ thuật của các module ........................................................ 30
3.2.1.3 Thiết kế trạm master .............................................................................. 32
3.3.2 Trạm điều khiển ............................................................................................ 33
3.3.2.1 Các module có trong trạm điều khiển ................................................... 33
3.3.2.2 Thông số kỹ thuật của các module ........................................................ 33
3.3.2.3 Thiết kế trạm điều khiển ........................................................................ 35
3.3.3 Trạm giám sát ............................................................................................... 36
3.3.4 Băng tải ......................................................................................................... 39
3.3.4.1 Cơ cấu truyền động băng tải. ................................................................. 39
3.3.4.2 Cơ cấu động cơ kéo băng tải ................................................................. 40
3.3.5 Trạm gắp phôi............................................................................................... 40
3.3.5.1 Các cơ cấu có trong trạm gắp phôi ........................................................ 40
3.3.5.1.1 Cơ cấu cánh tay quay gắp phôi: ................................................... 40
3.3.5.1.2 Cơ cấu nâng cánh tay xoay gắp phôi ........................................... 42
3.3.5.2 Phác thảo phần cơ khí ............................................................................ 43
3.2.6 Trạm cung cấp phôi ...................................................................................... 44
3.3.6.1 Các cơ cấu có trong trạm cung cấp phôi ............................................... 44

3.3.6.1.1 Mặt bệ đẩy phôi ............................................................................ 44
3.3.6.1.2 Ống cung cấp phôi ....................................................................... 46
3.3.6.1.3 Cơ cấu đẩy phôi ........................................................................... 46
3.3.7 Thiết kế phần khuôn và phôi ........................................................................ 49
v


3.3.8 Trạm biến tần FR- E500 ............................................................................... 51
3.3.9 Các thiết bị ngoại vi ...................................................................................... 52
3.3.9.1 Động cơ Oriental 4IK25GN-SWM ....................................................... 52
3.3.9.2 Relay trung gian Omron ........................................................................ 53
3.3.9.3 Cảm biến lazer KEYENCE LV-11SA..................................................... 53
3.3.11 Nguồn ......................................................................................................... 56
3.3.12 Sơ đồ bố trí các trạm trên mô hình ............................................................. 57
CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG ........................................................................ 58
4.1

Giới thiệu ....................................................................................................... 58

4.2

Thi công hệ thống .......................................................................................... 58
Thi công phần mô hình. ............................................................................ 60

4.2.2

4.2.2.1

Thi công phần băng tải ....................................................................... 60

4.2.2.2

Thi công khối cung cấp phôi .............................................................. 61

4.2.2.3

Thi công khối gắp phôi. ...................................................................... 61

4.2.2.4

Thi công khối van điện từ................................................................... 62

4.2.2.5

Thi công phần khuôn. ......................................................................... 62

4.2.2.6

Tổng quan mô hình............................................................................. 63

Lập trình hệ thống. .................................................................................... 64

4.2.3

4.2.3.1

Yêu cầu hệ thống. ............................................................................... 64

4.2.3.2

Danh sách thiết bị. .............................................................................. 65

4.2.3.3

Lưu đồ thuật toán................................................................................ 65

4.2.3.4

Phần mềm lập trình PLC Mitsubishi. ................................................. 70

Tài liệu hướng dẫn sử dụng ........................................................................... 79

4.3

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ – NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ ............................................... 80
5.1

Giới thiệu ....................................................................................................... 80

5.2

Kết quả đạt được ............................................................................................ 80

5.2.1

Giao diện giám sát ..................................................................................... 80
vi


5.2.2

Bảng điều khiển ......................................................................................... 81

5.2.3

Kết quả mô hình ........................................................................................ 82

5.3

Nhận xét – đánh giá ....................................................................................... 83

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................. 84
6.1

Kết luận.......................................................................................................... 84

6.2

Hướng phát triển ............................................................................................ 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 85

vii


MỤC LỤC HÌNH
Hình 2. 1 Cấu trúc cơ bản của PLC ................................................................................. 4
Hình 2. 2 Lịch sử phát triển của các dòng PLC Mitsubishi ............................................ 6
Hình 2. 3 Máy nén khí ................................................................................................... 10
Hình 2. 4 Bình lọc khí ................................................................................................... 11

Hình 2. 5 Van 5/2 .......................................................................................................... 11
Hình 2. 6 Hình ảnh van điện từ thực tế ......................................................................... 12
Hình 2. 7 Hình ảnh van tiết lưu ..................................................................................... 12
Hình 2. 8 Xi lanh kẹp Artac........................................................................................... 13
Hình 2. 9 Xi lanh xoay .................................................................................................. 14
Hình 2. 10 Xi lanh 1 tia ................................................................................................. 14
Hình 2. 11 Xi lanh 2 tia ................................................................................................. 14
Hình 2. 12 Sơ đồ nguyên lý biến tần cơ bản ................................................................. 15
Hình 2. 13 Biến tần Mitsubishi E500 ............................................................................ 17
Hình 2. 14 Relay trung gian thực tế .............................................................................. 18
Hình 2. 15 Mô tả hoạt động cảm biến quang ................................................................ 19
Hình 2. 16 Lượng ánh sáng nhận về sẽ được chuyển tỉ lệ thành tín hiệu điện áp (hoặc
dòng điện) và sau đó được khuếch đại. ......................................................................... 20
Hình 2. 17 Sensor xuất tín hiệu ra báo có vật nếu mức điện áp lớn hơn mức ngưỡng . 20
Hình 2. 18 Băng tải ngoài thực tế .................................................................................. 23
Hình 2. 19 Động cơ 3 pha cỡ nhỏ .................................................................................. 23
Hình 2. 20 Domino công nghiệp ................................................................................... 24
Hình 2. 21 Mô tả điện áp ............................................................................................... 25
Hình 2. 22 Nguồn 24V DC 10 ....................................................................................... 26
Hình 3. 1 Sơ đồ khối của hệ thống ................................................................................ 28
Hình 3. 2 Sơ đồ nguyên lý module A1SH42 ................................................................. 32
Hình 3. 3 Sơ đồ chân nút nhấn ...................................................................................... 33
Hình 3. 4 Sơ đồ chân đèn .............................................................................................. 34
Hình 3. 5 Sơ đồ chân công tắc xoay 2 vị trí .................................................................. 35
Hình 3. 6 Bản vẽ thiết kế trạm điều khiển (35x24cm) .................................................. 35
Hình 3. 7 Mô hình trạm điều khiển ............................................................................... 36
Hình 3. 8 Một bên của bộ khớp nối giữa băng tải và động cơ ...................................... 39
viii

Hình 3. 9 Mặt chiếu đứng của khung băng tải .............................................................. 39
Hình 3. 10 Dây đai đã được kết nối vô khớp nối .......................................................... 40
Hình 3. 11 Mô phỏng 3D cơ cấu kéo của động cơ ........................................................ 40
Hình 3. 12 Bản vẽ cánh tay quay ................................................................................... 42
Hình 3. 13 Khớp nối giữa xi lanh đẩy và xoay.............................................................. 42
Hình 3. 14 Cánh tay quay gắp phôi ............................................................................... 43
Hình 3. 15 Tay gắp ........................................................................................................ 43
Hình 3. 16 Cơ cấu nâng tay gắp phôi ............................................................................ 44
Hình 3. 17 Bản vẽ mặt bệ đẩy phôi. .............................................................................. 45
Hình 3. 18 Bản vẽ ống cung cấp phôi ........................................................................... 46
Hình 3. 19 Bản vẽ cơ cấu đẩy phôi................................................................................ 47
Hình 3. 20 Mặt bệ đẩy phôi ........................................................................................... 47
Hình 3. 21 Ống cung cấp phôi ....................................................................................... 48
Hình 3. 22 Cơ cấu đẩy phôi ........................................................................................... 49
Hình 3. 23 Cơ cầu chặn khuôn bằng 2 xi lanh .............................................................. 49
Hình 3. 24 Biến tần Mitsubishi FR-E500 ...................................................................... 51
Hình 3. 25 Động cơ OM 4IK25GN-SWM .................................................................... 52
Hình 3. 26 Cụm relay trung gian ................................................................................... 53
Hình 3. 27 Cụm cảm biến .............................................................................................. 53
Hình 3. 28 Sơ đồ đấu nối đường khi van điện từ .......................................................... 55
Hình 3. 29 Nguồn 24VDC-10A..................................................................................... 56
Hình 3. 30 Sơ đồ bố trí trên mô hình ............................................................................. 57
Hình 4. 1 Sơ đồ điện toàn hệ thống ............................................................................... 59
Hình 4. 2 Mô hình băng tải sau khi hoàn tất ................................................................. 60
Hình 4. 3 Mô hình cung cấp phôi .................................................................................. 61
Hình 4. 4 Mô hình khối gắp phôi .................................................................................. 61
Hình 4. 5 Khối van điện từ ............................................................................................ 62
Hình 4. 8 Khuôn sau khi gia công ................................................................................. 62
Hình 4. 9 Mô hình phôi thực tế ..................................................................................... 63
Hình 4. 10 Toàn bộ mô hình sau khi được lắp ráp ........................................................ 63

Hình 4. 11 Lưu đồ chương trình chính .......................................................................... 66
Hình 4. 12 Lưu đồ chế độ tự động ................................................................................. 67

ix


Hình 4. 13 Lưu đồ chương trình con chạy tay............................................................... 68
Hình 4. 14 Lưu đồ chương trình con gắp phôi đợt 2 ..................................................... 69
Hình 4. 15 Lưu đồ chương trình con gắp phôi .............................................................. 70
Hình 4. 16 Giao diện chính phần mềm .......................................................................... 71
Hình 4. 17 Giao diện tạo dự án mới .............................................................................. 71
Hình 4. 18 Giao diện chon các loại PLC ....................................................................... 72
Hình 4. 19 Giao diện lập trình ....................................................................................... 72
Hình 4. 20 Cài đặt setup cách liên kết với PLC ............................................................ 73
Hình 5. 1 Giao diện màn hình giám sát ......................................................................... 80
Hình 5. 2 Màn hình chính giao diện giám sát ............................................................... 81
Hình 5. 3 Bảng điều khiển sau khi đã thi công xong..................................................... 81
Hình 5. 4 Phôi đã được xi lanh đẩy ra chờ .................................................................... 82
Hình 5. 5 Phôi được xi lanh kẹp gắp đi ......................................................................... 82
Hình 5. 6 Phôi được đưa đến vị trí khuôn ..................................................................... 83

x


MỤC LỤC BẢNG
Bảng 2. 1 Các Module CPU ............................................................................................ 7
Bảng 2. 2 Các Module nguồn cung cấp ........................................................................... 7
Bảng 2. 3 Các module ngõ vào ........................................................................................ 8
Bảng 2. 4 Các module ngõ ra .......................................................................................... 8
Bảng 2. 5 Bảng tham số cài đặt biến tần Mitsubishi FR-E500 ..................................... 17

Bảng 2. 6 Set up cảm biến ............................................................................................. 22
Bảng 3. 1 Module A1SJHCPU ...................................................................................... 30
Bảng 3. 2 Module A1SH42 ........................................................................................... 30
Bảng 3. 3 Sơ đồ chân module A1SH42 ......................................................................... 31
Bảng 3. 4 Thiết bị nút nhấn ........................................................................................... 33
Bảng 3. 5 Thiết bị đèn ................................................................................................... 34
Bảng 3. 6 Thiết bị công tắc xoay 2 vị trí ....................................................................... 34
Bảng 3. 7 Thông số kỹ thuật biến tần FR-E500 ............................................................ 52
Bảng 3. 8 Chức năng chân của biến tần ........................................................................ 52
Bảng 3. 9 Thông số kỹ thuật động cơ ............................................................................ 53
Bảng 3. 10 Thông số relay ............................................................................................. 53
Bảng 3. 11 Thông số cảm biến lazer ............................................................................. 54
Bảng 3. 12 Thông số cảm biến lazer ............................................................................. 55
Bảng 4. 1 Danh sách thiết bị .......................................................................................... 65

xi


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

TÓM TẮT
Ngày nay, trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất nước thì vai trò
của tự động hóa được xem là một trong những lĩnh vực chủ đạo nhận được sự quan tâm
lớn. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, tự động hóa ngày nay không chỉ gói gọn ở
một ngành như cơ khí, điện, điện tử, tin học… Mà là sự kết hợp hài hòa của tất cả các
ngành trên. Chính sự kết hợp hài hòa đó tự động hóa đã đạt được nhiều thành tích cao.
Hãng Festo (Đức) đã chế tạo ra mô hình trạm MPS (Modular Production System).
Trạm MPS là một hệ thống gồm có 9 trạm, nó là một quá trình sản xuất gia công có tính
chất liên tục, từ việc cấp phôi, gia công, lắp rắp đến phân loại sản phẩm, gắn liền với
quá trình sản xuất trên thực tế. Trạm MPS là sự kết hợp hài hòa giữa điện, điện tử, cơ

khí, tin học, thủy lực, khí nén và kỹ thuật lập trình PLC mô phỏng và giám sát…
Với những ưu điểm trên nhóm thực hiện chọn đề tài “Ứng dụng PLC điều khiển
và giám sát mô hình trạm lắp đặt phôi” để nghiên cứu, mở rộng và trau dồi kiến thức
chuyên ngành. Trong đề tài trên nhóm sẽ nghiên cứu về một phần của hệ thống trạm
MPS để thiết kế hệ thống lắp đặt phôi điều bằng PLC kết hợp phần mềm GT Designer
3 để giám sát trạng thái của hệ thống.

BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

1


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1

Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
Trong bối cảnh khoa học công nghệ ngày càng phát triển, tự động hóa cũng là lĩnh

vực được chú trọng phát triển và luôn giữ một vai trò quan trọng trong sản xuất công
nghiệp. Đòi hỏi tay nghề kỹ sư ngày càng cao, hiểu biết sâu rộng về nhiều lĩnh vực điện,
điện tử, cơ khí, tin học, thủy lực, khí nén. Để tiếp cận với những với những lĩnh vực đó
nhóm đã chọn thiết kế một phần của hệ thống MPS.

1.2

Mục đích đề tài
Khảo sát hệ thống MPS và xây dựng hệ thống trạm lắp đặt phôi. Thiết kế và thi

công được mô hình dùng PLC Mitsubishi, trạm điều khiển kết hợp PC để làm giao diện
giám sát hệ thống.

1.3

Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài

1.3.1 Nhiệm vụ
 Khảo sát dòng sản phẩm tự động hóa của Mitsubishi:
 Phần cứng :
+ Tìm hiểu PLC Mitsubishi dòng A.
+ Tìm hiểu hệ thống thủy lực khí nén.
+ Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của động cơ 3 phase, biến tần
Mitsubishi dòng E, cảm biến quang và hệ thống đóng cắt điện qua
relay trung gian.
 Phần mềm :
+ Phần mềm lập trình cho PLC Mitsubishi: GX Developer.
+ Phầm mềm GT Designer 3 lập trình giao diện cho trên PC.
+ Thiết kế và thi công phần cơ mô hình trạm lắp đặt phôi.
+ Thiết kế giao diện điều khiển trên PC và lập trình điều khiển.

BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

1


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.3.2 Giới hạn
Mô hình được thiết kế với những thông số cơ bản: kích thước mô hình, lựa chọn

thiết bị đáp ứng nhu cầu vận hành về quy trình phục vụ cho chương trình điều khiển và
giám sát mà không đi sâu vào tính toán dòng điện, điện áp để lựa chọn thiết bị cũng như
tính toán về cơ khí.

Phương pháp nghiên cứu

1.4

Để thực hiện đề tài này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp:
 Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết.
 Phương pháp thực nghiệm khoa học.
 Phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm.

1.5

Tóm tắt đề tài
Với mục tiêu đã đề ra như trên, đề tài tốt nghiệp được xây dựng với bố cục như

sau:
 Chương 1: Tổng quan về đề tài.
 Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
 Chương 3: Tính toán và thiết kế và thi công mô hình thực tập.
 Chương 4: Thi công hệ thống.
 Chương 5: Kết quả-nhận xét-đánh giá.
 Chương 6: Kết luận và hướng phát triển.

BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

2

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.2.1 Giới thiệu chung về PLC
2.1.1 Tổng quan về PLC
2.1.1.1 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.
2.1.1.2 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.
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.

BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

3


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
 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

2.1.2 Đặc điểm và vai trò của PLC
2.1.2.1 Đặc điểm
 Ưu 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

BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

4


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
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.
 Nhược 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.
2.1.2.2 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.

2.1.3 PLC dòng A của hãng Mitsubishi
 Dạng module
PLC dòng A được coi là sản phẩm đầu tiên khoảng năm 1980 của hãng Mitsubishi chỉ
sau K-series. Dù là đã ra đời từ lâu nhưng không phải vì thế mà không được lựa chọn sử
dụng cho các thiết bị công nghiệp hiện nay. PLC dòng A vẫn được kết hợp đầy đủ mọi
tính năng, module đi kèm, sự hoạt động nhạy bén của nó vẫn được người dùng ưa

BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

5


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2. 2 Lịch sử phát triển của các dòng PLC Mitsubishi

chuộng. Có lẻ thuộc dạng module đầu tiên nên độ cồng kềnh hơn so với cái dòng sau
như Q, Fx. [2]
 Khả năng đa dạng
Có thể phối hợp PLC CPU (cơ bản & nâng cao), Motion, Process Controllers và ngay
cả PC vào trong một hệ thống duy nhất lên đến 4 CPU khác nhau. Điều này tạo cho
người sử dụng sự chọn lựa hướng điều khiển, ngôn ngữ lập trình – tất cả cùng chung
trên một nền tảng duy nhất.[2]
Linh động và phân cấp là đặc tính thiết kế chủ chốt làm cho dòng Q thực sự là một nền
tảng tự động hóa duy nhất. Người dùng có thể sử dụng trong điều khiển đơn giản các
loại máy móc riêng lẻ hoặc quản lý toàn bộ thiết bị tất cả cùng trên một nền tảng phần
cứng.[2]

BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

6


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.3.2 Những tính năng chính
 Tốc độ xử lý lên đến 0,33us/LD.

 Điều khiển tiến trình, lập trình online.
 Hỗ trợ hoàn toàn trong các ứng dụng phần mềm MELSOFT
 Đầy đủ các ứng dụng mạng như: CC-link, MELSECNET-H
 Khả năng mở rộng đến 4096 I/O.
 Điều khiển tiến trình, lập trình online.
 Hỗ trợ hoàn toàn trong các ứng dụng phần mềm MELSOFT


Đầy đủ các ứng dụng mạng như: CC-link, MELSECNET-H



Khả năng mở rộng đến 4096 I/O.



Bước lập trình max 30K steps.

 Timer (T): 256 điểm
 Counter (C): 256 điểm
2.1.2.3 Dãy sản phẩm
Kiểu CPU
A1SJHCPU
A1SHCPU
A2SHCPU
A2SHCPU-S1

Bộ nhớ CT
CPU DÒNG AnSHCPU
8k Steps

8k steps
14k steps
30k steps

Số điểm vào/ra
4096 points
4096 points
4096 points
4096 points

Bảng 2. 1 Các Module CPU

 Các module nguồn cung cấp:
Tên module
A1S61P

Đầu vào
100V - 240VAC

A1S62P

100V - 240VAC

A1S63P
A1S61PEU

24VDC
200-240VAC

A1S62PEU

200-240VAC

A1S61PN

100-240VAC

A1S62PN

100-240VAC

Đầu ra
5VDC 5A
5VDC 3A/24VDC
0.6A
5VDC 5A
5VDC 5A
5VDC 3A/24VDC
0.6A
5VDC 5A
5VDC 3A/24VDC
0.6A

Bảng 2. 2 Các Module nguồn cung cấp

BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

7

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

 Các module ngõ vào:
Số
ngõ
vào
8

16

100 đến
120V AC

100 đến
220V AC

12/24V
DC/AC

24V DC

5VDC

A1SX48Y18*
A1SX48Y58*
A1SX40-S1
A1SX10
A1SX20
A1SX40-S2 A1SX30
A1SX10EU A1SX20EU A1SX80-S1

A1SX80-S2

12/24V
DC

A1SX40
A1SX80

32

A1SX41-S2
A1SX81-S2

A1SX41
A1SX71
A1SX71 A1SX81
A1SH42*

64

A1SX42-S2

A1SX42

Bảng 2. 3 Các module ngõ vào

*1: thông số kỹ thuật ngõ vào cho các module tích hợp I/O.

Số
ngõ

ra

Transit
or 5 đến
24VDC

Triac 100
đến
240VAC

Transistor
12 đến
24VDC
(Sink)

Transistor
Transistor
5 đến
24VDC
48VDC
(Sink)
(Sink/source)

A1SX48
Y58*

8

16

32

64

Transisto
r
12 đến
24VDC
(Source)

A1SY22
A1SY60 A1SY28A
E
A1SY28A
UE

A1SY40
A1SY50

A1SY68A

A1SY41

A1SY60

QY71

A1SY80
A1SY81
A1SH42*

A1SY42
Bảng 2. 4 Các module ngõ ra

BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

8


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

*2: Thông số kỹ thuật ngõ ra cho các module tích hợp I/O.
2.1.2.4 Các loại bộ nhớ
Bộ nhớ chương trình: Bộ nhớ lưu chương trình và tham số cho một module CPU
hoạt động, một chương trình hoạt động được thực thi bằng việc đưa chương trình được
lưu trong bộ nhớ chương trình đến bộ nhớ cache chương trình.
Bộ nhớ cache: Một bộ nhớ cho chương trình hoạt động. Một chương trình hoạt
động được thực thi bằng việc đưa chương trình được lưu trong bộ nhớ chương trình đến
bộ nhớ cache chương trình.
RAM tiêu chuẩn: Một bộ nhớ dùng để sử dụng thanh ghi tệp, biến cục bộ, lấy mẫu
truy dấu mà không cần thẻ nhớ. Sử dụng RAM tiêu chuẩn như là một thanh ghi tệp tạo
khả năng truy nhập tốc độ cao như ghi dữ liệu. RAM tiêu chuẩn còn được sử dụng để
lưu trữ cho module thu thập lịch sử lỗi.
Standard ROM: Một bộ nhớ dùng để lưu trữ dữ liệu như các tham số và chương
trình.
Thẻ nhớ (RAM): Dùng để lưu trữ trên biến cục bộ, gỡ lỗi dữ liệu, dữ liệu truy dấu
SFC, và dữ liệu lịch sử lỗi với các tham số và chương trình.
Thẻ nhớ (ROM): Card flash dùng để lưu trữ tham số, chương trình và thanh ghi
tệp. Một card ATA lưu trữ các tham số, chương trình, và dữ liệu người dùng của bộ điều
khiển khả trình (tệp bình thường).

2.2

Hệ thống khí nén

2.2.1 Nguồn khí nén
2.2.1.1 Máy nén khí
 Khái niệm: Máy nén khí là thiết bị tạo ra áp suất khí, ở đó năng lượng cơ học của
động cơ điện hoặc động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén
và nhiệt năng.
 Phân loại:
 Theo áp suất:
o Máy nén khí áp suất thấp:
BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

p<=15 bar

9


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
o Máy nén khí áp suất cao:

p>=15 bar

o Máy nén khí áp suất rất cao:

p>=30 bar

 Theo nguyên lý hoạt động:

o Máy nén khí theo nguyên lý thay đổi thể tích: máy nén khí kiểu
pittong, máy nén khí kiểu cách gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén
khí kiểu trục vít.
o Máy nén khí kiểu tuabin: máy nén khí ly tâm và máy nén khi theo
chiều trục.

Hình 2. 3 Máy nén khí

2.2.1.2 Bình trích chứa nén khí
Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí và được xử lý thì cần phải có một bộ phận lưu
trữ để sử dụng. Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất khí nén từ máy
nén khí chuyển đến trích chứa, ngưng tụ và tách nước.

BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

10


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2. 4 Bình lọc khí

2.2.2 Các phần tử mạch điều khiển
2.2.2.1 Van đảo chiều
Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng, mới hay
chuyển đổi vị trí, để thay đổi vị trí, để thay đổi hướng của dòng năng lượng.

Hình 2. 5 Van 5/2
Khi chưa cấp điện vào cổng điều khiển 14, dưới tác dụng của lực lò xo van hoạt
động ở vị trí bên phải, lúc đó cửa số 1 thông với cửa số 2 và cửa 4 thông với cửa 5, cửa

số 3 bị chặn. Khi ta cấp điện vào cửa điều khiển 14 van 5/2 đảo trạng thái làm cửa 1
thông với cửa 4, cửa 2 thông với cửa 3 và cửa 5 bị chặn. [9]

BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH

11