Điều khiển giám sát hệ thống cánh tay robot trên phòng thực hành

LỜI NÓI ĐẦU
Trong thời đại hiện nay, cùng với sự phát triển xã hội, quá trình công
nghiệp hóa cũng phát triển một cách mạnh mẽ và không ngừng. Những công
trình công nghiệp lớn và trọng điểm đều được áp dụng ở mức độ tự động hóa
tương đối cao. Mọi thành tựu về tự động hóa đều phải được thực hiện trên nền
tảng của lý thuyết điều khiển tự động. Chính vì vậy, lý thuyết điều khiển tự
động là yếu tố quyết định của mọi quá trình tự đó.
Tự động hoá có mặt từ khâu thiết kế đến khâu đóng gói sản phẩm trong
một dây chuyền sản xuất. Tự động thiết kế CAD không chỉ cần thiết kế sản
phẩm, mà còn dùng để mô phỏng, tính toán, phân tích.Ngày nay, người ta rất
quan tâm đến một dạng phát triển nữa của CAD. Đó là CAE (Computer Aide
Engineering). CAE dùng để phân tích kĩ thuật và tìm lời giải hợp lí nhất ngay
trong giai đoạn thiết kế. Một dạng phát triển nữa của CAD là công nghệ tạo mẫu
nhanh RPT (Rapid Prototyping Technology). Theo công nghệ này, các thông tin
về sản phẩm được thiết kế trên máy tính và sẽ chuyển trực tiếp sang thiết bị
RPT để tạo ngay ra mẫu vật 3 chiều.Như vậy, chỉ riêng một vấn đề nhỏ của kĩ
thuật tự động hoá, CAD đã có thể làm thay đổi nhiều quá trình sản xuất. Khi
mới ra đời, CAD đã được một cơ quan khoa học của Mỹ đánh giá như một công
nghệ mới “làm tăng năng suất lên gấp bội, mà chưa công nghệ nào đạt tới”,
đồng thời dẫn ra ví dụ minh hoạ về việc rút ngắn thời gian thiết kế một chiếc
máy bay từ 1,5 năm với hơn 1 ngàn kĩ sư, xuống còn vài tuần với một nhóm nhỏ
kỹ sư. Ngày nay, CAD vẫn trên đà phát triển mới.Một ứng dụng nữa của kĩ
thuật tự động hoá là có thể dùng máy tính trực tiếp điều khiển đến từng thiết bị,
từng dây chuyền sản xuất cũng như toàn bộ hệ thống sản xuất. Từ việc điều
khiển số NC (Numerical Control), điều khiển bằng máy tính CNC (Computer
Numerical Control) cho đến việc ứng dụng các “máy tính nhúng” trong các bộ
điều khiển các thiết bị, là một bước đường dài của sự phát triển làm tăng sự ổn
định và hiệu quả sử dụng lên rõ rệt.Một trong những đặc trưng của trình độ tự
động hoá hiện đại là mức độ xử lí thông minh trong các tình huống xẩy ra ở quá

trình công nghệ. Vì vậy, cần có những sensor tinh xảo để nhận biết về các tình
huống đó. Ngày nay, trên cơ sở những thành tựu của hệ thống tích hợp khoa học
Micro và Nano (Micro Nanoscience Integrated Systems) nhiều tổ hợp các
sensors tạo ra các cụm cảm biến đa năng, cho phép nhanh chóng nhận thức môi
trường và tình huống từ nhiều thông tin cùng một lúc.
Vài nét đặc trưng của ngành tự động hoá hiện đại vừa điểm qua, càng tô
đậm vai trò chủ đạo của nó trong nền kinh tế kĩ thuật hiện đại.
Ngày nay, nhiều người đã thừa nhận rằng, nói đến công nghiệp hoá, hiện
đại hoá không thể không nói đến tự động hoá, mà linh hoạt hoá là một trong
những tiêu chí quan trọng để đánh giá hệ thống tổ chức sản xuất đáp ứng yêu
cầu cạnh tranh khốc liệt trên thị trường. Những bước đi từ số hoá đến máy tính
hoá hệ thống sản xuất, dịch vụ ngày càng thực hiện theo con đường mềm hoá,
linh hoạt hoá để thích nghi với thị trường biến động. Hệ thống sản xuất linh hoạt
FMS (Flexible Manufacturing Systems) trở thành biểu tượng cho nền sản xuất
hiện đại. Hệ thống sản xuất tự động này cho phép đáp ứng nhanh với yêu cầu
thay đổi mẫu mã và đặc tính kĩ thuật của sản phẩm trong thị trường cạnh tranh.
Hệ thống sản xuất linh hoạt cũng rất thích hợp với quy mô sản xuất vừa và nhỏ.
Hệ thống sản xuất tích hợp với máy tính CIM (Computer Integrated
Manufacturing) trở thành cốt lõi cho hệ thống quản lý công nghệ và kinh tế của
các doanh nghiệp hiện đại. Như vậy, càng ngày tự động hoá càng nổi lên với vai
trò chủ đạo, dẫn dắt nhiều ngành kinh tế kĩ thuật phát triển.
Bản thân tự động hoá là một liên ngành. Nó không thuộc một ngành kinh
tế kĩ thuật riêng biệt nào, nhưng lại có mặt ở hầu hết các ngành kinh tế kĩ thuật.
Nếu hình ảnh “máy tính nhúng” (embeded) trong từng thiết bị và trong cả doanh
nghiệp hiện đại là một hình ảnh đẹp đã phổ biến khắp nơi, thì cũng có thể nói
rằng, ngày nay tự động hoá đã “nhúng” trong hầu hết các ngành kinh tế kĩ thuật.
Em xin được giới thiệu đề tài “Điều khiển giám sát hệ thống cánh tay
robot trên phòng thực hành ” sử dụng S7-300 và được mô phỏng trên WinCC .
Dây chuyền đóng gói này là dây chuyền tự động nên nó sẽ giảm bớt được sức

lao động so với việc làm thủ công và đồng thời làm tăng năng suất sản xuất
cũng như chất lượng gói mỳ sẽ tốt hơn và ổn định hơn.
Trong quá trình làm đồ án em đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn, chỉ
bảo nhiệt tình của các thầy cô giáo cũng như sự góp ý xây dựng của các bạn bè
đồng nghiệp. Đặc biệt là sự giúp đỡ của giảng viên ThS. Đỗ Thị Mai. Em xin
chân thành cảm ơn sự giúp đỡ này.
Thái Nguyên, ngày tháng 09 năm 2019
SINH VIÊN THỰC HIỆN BÁO CÁO


CHƯƠNG 1:HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT
1.1 Tổng quan về hệ thống điều khiển giám sát
SCADA ( S upervisory Control And Data Acquisition) là một hệ thống điều
khiển giám sát và thu thập dữ liệu. Nhằm hỗ trợ con người trong quá trình giám
sát và điều khiển từ xa. Hệ thống SCADA thu thập dữ liệu từ các trạm giám sát
và các điểm kiểm soát khác nhau. Một máy tính trung tâm xử lí dữ liệu và kiểm
soát các hệ thống con khác nhau. Hệ thống này đóng vai trò quan trọng trong
các nghành công nghiệp hiện đại như: tại nhà máy sản xuất, trạm dầu mỏ và khí
đốt v.v…
Xu hướng phát triển của SCADA:
Xu hướng phát triển của các PLC và phần mềm HMI/SCADA là ngày càng
trở nên “mix and match” (tạm dịch là lựa chọn và kết nối khác nhau nhưng đều
hỗ trợ cho nhau để tạo thành một chỉnh thể thống nhất).
Vào những năm giữa thập niên 90 của thế kỉ trước, do sử dụng các thiết bị
vào/ra (I/O) thu thập dữ liệu cũ, nên khi kết nối sẽ ưu tiên sử dụng các chuẩn kết
nối phù hợp với khoảng cách truyền dẫn như RS-485, tuy nhiên điều này lại hạn
chế việc lựa chọn thiết bị khi yêu cầu thay đổi.
Do nhược điểm nêu trên mà đến cuối những năm 90, xu hướng dịch
chuyển sang sử dụng các chuẩn truyền thông mở như IEC870-5-101/104 và

DNP 3.0 đã ngày càng phổ biến trong việc sản xuất các thiết bị cũng như các
nhà cung cấp giải pháp cho các hệ SCADA.
Đến năm 2000 thì hầu hết các nhà sản xuất thiết bị vào/ra dữ liệu đã đồng
loạt chuyển sang giao thức mở như Modicon MODBUS dựa trên chuẩn TCP/IP.
Hiện nay, các hệ SCADA đang trong xu hướng dịch chuyển sang công
nghệ chuẩn truyền thông. Ethernet và TCP/IP là các chuẩn cơ bản đang dần thay
thế các chuẩn cũ hơn.
Theo nhà cung cấp giải pháp tự động hóa và thông tin phần mềm
Wonderware và công ty tự động hóa Rockwell thế hệ tiếp theo có thể là chuẩn
OPC-UA, do có nhiều ưu điểm từ việc hỗ trợ của công nghệ thông tin do sử


dụng ngôn ngữ XML ( E xtensible Markup Language), các dịch vụ web và các
công nghệ web hiện đại khác.
1.2 Cấu trúc hệ điều khiển giám sát
Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển và giám sát quá trình được
minh họa trên Hình 1.1. Các cảm biến và cơ cấu chấp hành đóng vai trò là giao
diện giữa các thiết bị điều khiển với quá trình kỹ thuật. Trong khi đó, hệ thống
điều khiển giám sát đóng vai trò giao diện giữa người vận hành và máy. Các
thiết bị có thể được ghép nối trực tiếp điểm-điểm, hoặc thông qua mạng truyền
thông.

Hình 1.1. Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển và giám sát
Một hệ thống điều khiển và giám sát bao gồm các thành phần chức
năng chính sau đây:
- Giao diện quá trình: Các cảm biến và cơ cấu chấp hành, ghép nối vào/ra,
chuyển đổi tín hiệu.
- Thiết bị điều khiển tự động: Các thiết bị điều khiển như các bộ điều khiển
chuyên dụng, bộ điều khiển khả trình PLC (programmable logic controller),
thiết bị điều chỉnh số đơn lẻ (compact digital controller) và máy tính cá nhân

cùng với các phần mềm điều khiển tương ứng.


- Hệ thống điều khiển giám sát: Các thiết bị và phần mềm giao diện người máy,
các trạm kỹ thuật, các trạm vận hành, giám sát và điều khiển cao cấp.
- Hệ thống truyền thông: Ghép nối điểm-điểm, bus cảm biến/chấp hành, bus
trường, bus hệ thống.
1.3: Cấu trúc phần cứng hệ thống điều khiển,giám sát
Một mạng SCADA về bản chất là sự kết hợp của các máy chủ, máy tớ và các
thiết bị trường được kết nối với nhau bởi mạng truyền thông. Thông tin sử dụng
bởi các máy chủ được thu thập bửi các bộ điều khiển/cảm biến. Các máy tớ là
các giao tiếp được sử dụng bởi người vậ hành để tương tác với hệ thống. Các
máy chủ thường được đặt tại các nhà máy chính/trạm chính. Chúng truyền
thông với các bộ điều khiển cục bộ hoặc ở các vị trí xa.
Cơ cấu cơ bản của hệ thống SCADA như sau:
- Trạm thu thập dữ liệu trung gian: là khối thiết bị vào/a đầu cuối từ xa RTU
hoặc các khối (bộ) vi điều khiển logic lập trình PLC có chức năng giao tiếp với
các thiết bị chấp hành (cảm biến cấp trường, cơ cấu chấp hành...)
- Trạm điều khiển giám sát trung tâm: là một hay nhiều máy chủ trung tâm
(Center host computer server).
- Giao diện người – máy (Human – Machine Interface): là các bộ hiển thị quá
trình hoạt động của hệ thống.
- Hệ thống truyền thông: bao gồm các mạng truyền thông công nghiệp, các thiết
bị viễn thông và các thiết bị chuyển đổi dòng kênh có chức năng truyền dữ liệu
cấp trường đến các khối điều khiển và máy chủ.
Một hệ thống SCADA (điều khiển, giám sát và thu thập các dữ liệu) là một hệ
thống bao gồm các thiết bị đầu cuối (hay RTU) thu thập các dữ liệu của hệ
thống sau đó liên kết trở về trạm chủ thông qua hệ thống giao tiếp. Trạm chủ
hiển thị dữ liệu thu thập được và cho phép người vận hành thực hiện các tác vụ
điều khiển từ xa.

Đối với một hệ thống SCADA phức tạp cần thiết phải có 5 cấp:
- Các thiết bị cấp trường và cấp điều khiển
- Các thiết bị đầu cuối RTU


- Hệ thống giao tiếp
- Các trạm chủ (MTU)
- Bộ phận xử lý dữ liệu
1.4: Phần mềm hệ thống điều khiển giám sát
Cấu trúc phần mềm SCADA WinCC
WinCC là phần mềm SCADA thuộc hãng Siemens (Đức), là phần mềm
SCADA
khá thông dụng tại Việt Nam. Cấu trúc hệ thống của WinCC được thiết kế theo
hướng module.
Hệ thống WinCC bao gồm các hệ thống con:
• Hệ thống đồ họa (Graphics system)
• Ghi nhận cảnh báo (Alarm logging)
• Hệ thống lưu trữ (Archiving System)
• Hệ thống báo cáo (Report system)
• Truyền thông (Communication)
• Quản trị người dùng (user administration)
Hệ thống WinCC gồm có phần mềm cấu hình (Configuration Software) và phần
mềm thực thi (Runtime software).
• Phần mềm cấu hình dùng để tạo ra project
• Phần mềm thực thi dùng để thực thi project trong khi xử lý.


Hình 1 mô tả các thành phần và sự tương tác giữa các thành phần con trong hệ
thống WinCC.
Theo hình 1, đầu tiên, dựa vào các trình biên tập trong phần mềm cấu hình, ta

tạo ra project. Tất cả các trình biên tập đều lưu trữ thông tin của project trong cơ
sở dữ liệu cấu hình (CS database).
Khi thực thi, thông tin của project được đọc ra từ CS database bởi phần mềm
thực thi và project được thực thi. Dữ liệu hiện tại của project được lưu tạm tại
cơ sở dữ liệu thực thi (RT database).
• Hệ thống đồ họa hiển thị graphic trên màn hình, đồng thời cũng nhận các thiết
lập (input) từ người vận hành như khi người vận hành nhấp nút nhấn hay nhập
giá trị.
• Việc giao tiếp giữa WinCC và hệ thống tự động được thực hiện bởi driver giao
tiếp hay còn gọi là các kênh (channels). Các kênh này có nhiệm vụ thu thập các


giá trị quá trình cần thiết cho các thành phần trong WinCC, đọc giá trị các tag từ
hệ thống tự động và ghi các giá trị mới trở lại hệ thống tự động.
• Việc trao đổi dữ liệu giữa WinCC và các ứng dụng khác có thể được thực hiện
bằng OPC, OLE hay ODBC.
• Hệ thống lưu trữ lưu giá trị của quá trình vào nơi lưu trữ giá trị quá trình. Các
giá trị quá trình được lưu trữ được dùng để vẽ đồ thị (trend), đưa ra báo cáo
(report), ...
• Các gía trị của quá trình được theo dõi bởi tính năng ghi nhận cảnh báo
(Alarm logging). Nếu một giá trị giới hạn bị tràn, Alarm logging sẽ tạo ra một
message để cảnh báo. Và hệ thống message cũng nhận các xác nhận
(acknowledgements) từ người vận hành và quản lý các trạng thái của message.
Alarm logging lưu trữ tất cả các message vào nơi lưu trữ message.
• Quá trình sẽ được báo cáo bởi hệ thống báo cáo (Report system) theo yêu cầu
hoặc theo thời điểm định trước. Nơi lưu trữ giá trị quá trình và message được sử
dụng cho mục đích này.
1.5 giải pháp mạng truyền thông cho hệ thống điều khiển giám sát
Mạng máy tính cục bộ (LAN — Local Area Networks) là việc chia sẻ thông tin
và tài nguyên hệ thống. Để cho phép tất cả các Nút (tNođe) trên mạng SCADA

có thể chia sẻ thông tin thì chúng cần phải được kết nổi bới một số giao thức
truyền dẫn.
Phương pháp để kết nối này được gọi là giáo thức mạng, các nút cần chỉa giao
thức truyền điện này trong một cách nào đó để cho phép tất cả các nút có thể
truy cập mà không mất bất kỹ một nút nào đó đã được thiết lập, Mạng LAN là


một giao thức giao tiếp giữa các may tỉnh, may chủ server, thiết bị đầu cuối,
máy trạm (workstation) và nhiều thiết bị ngoại vị thông mình khác.
Các thiết bị này thương được gọi là Device hay Host, Mạng LAN cho phép truy
cập để các thiết bị cụ thể chia sẻ bởi nhiều người dùng, với khả năng kết nối
giữa tát cá các trạm trên cùng mạng với nhau. Mạng LAN thường được sở hữu
và quản lý bởi cá nhân hay trong hệ thông cục bộ.
Ethernet được sứ đụng rộng rãi nhất trong hệ thông mạng LAN ngày này vì giá
thành rẻ và dễ sữ dụng. Việc kết nối hệ thống mạng SCADA qua mạng LAN
cho phép bất kỳ ai trong công ty có phần mềm bản quyên và được cho phép truy
cập đếu có thể truy cập vào hệ thống. Kế từ khi đữ liệu được xáy dựng trở thành
cơ sở dữ liệu, người dùng có thế bị hạn chế để đọc các thông tin, Và vấn đề về
an toàn (security) rõ rằng là một mới quan tắm hàng đầu và hệ thống SCADA
hiện nay có thể giải quyết văn để này.


CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN
2.1; Khảo sát dây truyền thực tế

Hình 2.1 :Tay máy gắp sản phẩm
2.2 ;Xây dựng sơ đồ công nghệ hệ thống

Hình 2.2 : Sơ đồ công nghệ hệ thống

2.3 Lĩnh vực ứng dụng ,ưu nhược điểm
2.3.1 Lĩnh vực
Cánh tay robot được ứng dụng rộng dãi hầu hết trong các ngành công nghiệp
hiện nay nó giúp phần tăng năng suất lao động và đạt được hiệu quả cao hơn lấy
một ví dụ điển hình robot được ứng dụng trong ngành điện tử , các ngành cơ khí
lắp ráp các nhành công nghệ cao . Cánh tay robot cung cấp cho các công ty điện
tử và công nghệ sự nhanh nhẹn khi tự động hóa bất kỳ công việc thủ công nào,
đồng thời tăng giá trị cho doanh nghiệp bằng một cánh tay robot cộng tác có khả
năng hoàn vốn trong vòng một năm. Cuối cùng, giá thành của robot tự động đã
trở nên khả thi cho các doanh nghiệp vừa và nhỏ.
Điện tử và công nghệ là những ngành công nghiệp đang cần đến cánh tay robot
để tích hợp nhanh chóng và dễ dàng vào tất cả các hoạt động sản xuất điện tử và
công nghệ, bao gồm ánh sáng, điện thoại di động, máy tính, thiết bị đầu vào, âm
thanh/hình ảnh và nhiều hơn nữa.
2.3.2 Ưu điểm và nhược điểm của robot
Ưu điểm
 Nâng cao hiệu quả hoạt động
Lợi ích đầu tiên chắc chắn phải nhắc đến đó chính là khả năng giúp
nâng cao năng suất, hiệu quả công việc. Đây là lợi ích mà ai cũng phải gật gù
đồng ý, không hề có ý kiến phản bác gì.
Những cánh tay robot công nghiệp là thiết bị cơ khí, được lập trình sẵn với các
chức năng tương tự như cánh tay người. Với khả năng linh hoạt cao, thiết bị này
được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực khác nhau, từ: hàn, sơn, lắp ráp các bảng
mạch in, dán nhãn, hỗ trợ xử lý vật liệu, kiểm tra sản phẩm và thử nghiệm,…
 Tiết kiệm không gian
Không chỉ sở hữu sự linh hoạt, ứng dụng cao vào nhiều lĩnh vực, mà các cánh
tay robot công nghiệp còn ghi điểm nhờ khả năng tiết kiệm không gian đáng kể.
Giờ đây, cùng một công việc, bạn không cần phải sử dụng đến nhiều nguồn
nhân lực hay các máy móc nặng nề nữa. Chỉ cần một cánh tay robot đã “dư sức”

hoàn thành những công việc này một cách nhanh chóng và đúng chuẩn.
Bên cạnh đó, những thiết bị này không những tiết kiệm một không gian làm
việc đáng kể mà còn giúp “mở rộng” không gian lắp đặt các thiết bị máy móc
cồng kềnh, phức tạp.


 Tiết kiệm chi phí
Trong sản xuất kinh doanh, tài chính luôn là bài toán khiến các nhà đầu tư phải
đau đầu vì không biết làm thế nào để vừa nâng cao năng suất công việc, vừa
giảm thiểu tối đa chi phí nhân công. Thế nhưng, giờ đây bạn đừng quá lo lắng vì
đã có sự hỗ trợ tuyệt vời từ những cánh tay robot.
Cùng lúc có thể đảm nhiệm nhiều công việc, cánh tay robot giúp tiết kiệm hàng
loạt các khoản chi phí như: chi phí thuê nhân công, chi phí bảo trì, bảo dưỡng
máy móc, chi phí thuê mặt bằng,…

Hình 2.3 : Cánh tay robot giúp tiết kiệm không gian sản xuất và chi phí
 Hạn chế sai sót
Cho dù đội ngũ nhân công có được đào tạo bài bản đến đâu đi chăng nữa thì tất
nhiên trong quá làm việc, việc phát sinh các sai sót là điều khó tránh khỏi.
Tuy nhiên, đã có một cách giải quyết cực kỳ cực hiệu quả, đó chính là
những cánh tay robot công nghiệp. Với sự lập trình, tính toán cẩn thận trong
từng chi tiết, những cánh tay robot chắc chắn sẽ chẳng bao giờ khiến bạn phải
đau đầu xử lý các lỗi sai, các vấn đề trục trặc có thể xảy ra trong quá trình sản
xuất.
 Kinh tế an toàn
Không chỉ hạn chế phát sinh các sai sót, mà việc sử dụng những cánh tay robot
còn mang lại môi trường làm việc an toàn và hiệu quả hơn rất nhiều.


Các thiết bị này luôn được trang bị những tính năng an toàn, bao gồm các bộ

cảm biến phát hiện lực tác động hoặc chướng ngại trong khu vực hoạt động,
đảm bảo chắc chắn rằng các robot sẽ không gây hại cho con người.
Nhược điểm :
Robot chỉ làm việc thụ động theo sự chỉ đạo của con người khồn tinh nhậy tự
phát hiện các lỗi sai trong quá trình làm việc , robot hiện nay đều có giá thành
rất cao khiến việc mua chúng và sử dụng chúng gặp khó khăn .
Khi xẩy ra lỗi robot có thể gây nguy hiểm cho người đang trực tiếp điều khiển
chúng .
2.4 Tính cấp thiết xây dựng hệ thống điều khiểngiám sát cho đối tượng
Việc xây dựng các hệ thống điều khiển giám sát các đối tượng là rất cấp thiết
hệ thống điều khuyển cho phép chúng ta điều khiển đôi tượng dễ dàng và trực
quan hơn ,phát hiện kịp thời lỗi nếu xẩy ra và đưa ra phương pháp giải quyết kịp
thời sẽ giảm tổn thất kinh tế lớn nhất cho công ty .
Việc xây dựng hệ thống điều khiển giúp ta lắm rõ được chất lượng sản phẩm và
quy trình tạo ra nó


CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG
3.1: Sơ đồ khối hệ thống

3.2 Tính chọn thiết bị
3.2.1 Lựa chọn công suất động cơ
1,: Yêu cầu của hệ thống băng tải, phân tích tải trọng:
+Tổng tải trọng khối lượng hàng trên băng tải : W=3kg
+Tốc độ băng truyền :V=9,5(m/phút)
+Hệ số ma sát :µ=0.15
+Hệ số ma sát pully :π1=0.95
+Hệ số ma sát hộp giảm tốc :π2=0.9
+Thời gian làm việc :8h/ngày
+Bán kính con lăn kéo theo tiêu chuẩn r=100 mm

+ tốc độ quay n theo yêu cầu:n= 1400 (vòng/phút)
2,: Tính chọn công suất động cơ:
+Công suất chung của bộ phận công tác băng tải là :


+P1=F*v/1000=3000*9.5/(60*1000)=0.475 (KW)
+Hiệu suất chung của hệ truyền động n=0.83
+Công suất động cơ cần thiết động cơ là:
+P=P1/n=0.475/0.83=0.57 (KW)
3,: Lựa chọn
Vậy loại động cơ cần chọn phù hợp với yêu cầu là :
+Động cơ điện không đồng bộ 3 pha roto dây quấn
+Công suất định mức : P=0.57 (Kw)
+Tốc độ quay n=1400 (vòng/phút)
+Điện áp định mức : 380(VAC )
4 Lựa chọn loại băng tải sử dụng:
Băng tải chọn là băng tải ngang
+Tốc độ băng truyền : V=9,5(m/phút)
+Hệ số ma sát : µ=0.15
+Hệ số ma sát pully : π1=0.95
+Hệ số ma sát hộp giảm tốc :π2=0.9
+Thời gian làm việc :8h/ngày
+Bán kính con lăn kéo theo tiêu chuẩn r=100 mm
3.2.2 Lựa chọn thiết bị mạch động lực, mạch điều khiển và các loại cảm biến
1, Lựa chọn contactor , role đóng cắt và cầu chì
-Dựa vào giá trị dòng điện và điện áp sử dụng của động cơ , ta lựa chọn
ra loại contactor và role sử dụng :

Contactor
Role

Idm

Iccb

Ict

Hãng sản

I=P/

Iccb= Idm

Ict = (1,2-

xuất

(1,73xUdmx0,85)
1.02

= Itt x 2
2.04

1,4)Idm
1.53

Schneider

1.02

2.04

4.08

Mitsubishi


- Lựa chọn cầu chì bảo vệ:
Dựa vào các dòng định mức của động cơ, ta lựa chọn loại cầu chì :
Loại
RT18-32

Số cực
1-2-3

Idm (A)

Udm (V)

2-4-6-10-

500v

Pdm(w)

Khối

5

lượng(kg)

0.009

θ10x38
16
2,Lựa chọn cảm các loại cảm biến
A, Cảm biến phát hiện vật
Cảm biến có khả năng nhận biết vật cản ở môi trường với một cặp LED
thu phát hồng ngoại để truyền và nhận dữ liệu hồng ngoại. Tia hồng ngoại phát
ra với tần số nhất định, khi có vật cản trên đường truyền của LED phát nó sẽ
phản xạ vào LED thu hồng ngoại, khi đó LED báo vật cản trên module sẽ sáng,
khi không có vật cản, LED sẽ tắt.
Với khả năng phát hiện vật cản trong khoảng 2 ~ 30cm và khoảng cách
này có thể điều chỉnh thông qua chiết áp trên cảm biến cho thích hợp với từng
ứng dụng cụ thể như: xe dò line, xe tránh vật cản, …
Thông số kỹ thuật
 IC so sánh: LM393
 Điện áp: 3.3V - 6VDC
 Dòng tiêu thụ:
 Vcc = 3.3V: 23 mA
 Vcc = 5.0V: 43 mA
 Góc hoạt động: 35°
 Khoảng cách phát hiện: 2 ~ 30 cm
 LED báo nguồn và LED báo tín hiệu ngõ ra
 Mức logic ngõ ra:
Mức thấp - 0V: khi có vật cản
Mức cao - 5V: khi không có vật cản


 Kích thước: 3.2cm x 1.4cm
3, Lựa chọn PLC

-Trong bài, em sử dụng là PLC S7-300 Cpu 312 dc/dc/dc
-điện áp sử dụng : 24vdc
-dòng điện định mức :5A


CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
4.1: Giới thiệu về thiết bị điều khiển và cấu trúc chương trình
Một hệ thống điều khiển ưu việt mà chúng ta lựa chọn nhằm mục đích để
điều khiển một máy sản xuất cần phải hội đủ các yêu cầu sau: giá thành hạ, dễ
thi công, sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định linh hoạt … Từ đó hệ thống
điều khiển có thể lập trình được PLC (Programable Logic Control) ra đời đã
giải quyết được vấn đề trên.
Những đặc điểm của PLC:
 Thiết bị chống nhiễu.
 Có thể kết nối thêm các modul để mở rộng ngõ vào/ra.
 Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu.
 Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển bằng máy lập trình hoặc
máy tính cá nhân.
 Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ.
 Bảo trì dễ dàng.
Do các đặc điểm trên, PLC cho phép người điều hành không mất nhiều thời
gian nối dây phức tạp khi cần thay đổi chương trình điều khiển, chỉ cần lập
chương trình mới thay cho chương trình cũ.
Cấu hình phần cứng PLC S7-300:


1. Bộ nguồn (PS).
2. Hốc chứa pin (CPU 313 trở lên).
3. Cổng nối nguồn 24V DC
4. Nút chọn chế độ

5. Đèn trạng thái và báo lỗi
6.Thẻ nhớ (từ CPU 313 trở lên).
7. Cổng kết nối MPI
8. Các chân kết nối trước.
9. Nắp đậy trước
Thiết bị điều khiển khả trình SIMATIC S7-300 được thiết kế theo kiểu
module. Các module này sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Việc xây
dựng PLC theo cấu trúc module rất thuận tiện cho việc thiết kế các hệ thống gọn
nhẹ và dể dàng cho việc mở rộng hệ thống.

4.1.1: . Module nguồn PS307 của S7-300:
Module PS307 có nhiệm vụ chuyển nguồn xoay chiều 120/230V thành
nguồn một chiều 24V để cung cấp cho các module khác của khối PLC. Ngoài ra


module nguồn còn có nhiệm vụ cung cấp nguồn cho các sensor và các thiết bị
truyền động kết nối với PLC.

Hình 4.1: modun nguồn s7-300
4.1.2 : Khối xử lý trung tâm -Module CPU:
Module CPU là loại module có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các
bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485)…và có thể có một vài cổng
vào ra số. Các cổng vào ra số có trên CPU được gọi là cổng vào ra onboard.
Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module CPU khác nhau, được đặt tên
theo bộ vi xử lý có trong nó như module CPU 312, module CPU 314, module
CPU 315…
a. Module mở rộng: có 5 loại chính
-PS (Power Supply): Module nguồn nuôi. Có 3 loại: 2A, 5A, 10A.
-SM (Signal Module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:
 DI (Digital Input): Module mở rộng các cổng vào số.

 DO (Digital Output): Module mở rộng các cổng ra số.
 DI/DO: Module mở rộng các cổng vào/ra số.
 AI (Analog Input): Module mở rộng các cổng vào tương tự.


 AO (Analog Output): Module mở rộng các cổng ra tương tự.
 AI/AO: Module mở rộng các cổng vào/ra tương tự.
-IM (Interface module): Module ghép nối. Đây là loại module chuyên dụng
có nhiệm vụ nối từng nhóm các module mở rộng lại với nhau thành một
khối và được quản lý chung bởi một module CPU.
-CP (Communication Module): Module phục vụ truyền thông trong mạng
giữa các PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính.
b. Cấu tạo bên ngoài của CPU SIMATIC S7-300:

Các đèn LED hiển
thị các trạng thái
và lổi
Nút chọn Mode
hoạt động

Ngăn chứa pin
dự phòng

Điện cực
dùng cho
nguồn cấp và
điện trở nối
đất

SIEME

NS

SF
BAT
F
DC5
V
FRC
E
RUN

RUN
-P
RUN

CPU
313

STO
P

Khe cắm
memory card

STO
P
MRE
S

MPI

(Multipoint Interface)
M
L
+
M

Hình 4.2: Cấu tạo bên ngoài PLC s7 -300
Mode

Mô tả


RUN-P

RUN

STOP
MESS
(Memoy Reset)

CPU thực hiện quét chương
trình.Chương trình có thể được đọc từ
CPU ra thiết bị lập trình và cũng có
thể nạp vào CPU.
CPU thực hiện quét chương
trình.Chương trình có thể được đọc từ
CPU ra thiết bị lập trình nhưng không
thể thay đổi chương trình đã được nạp
vào bộ nhớ của CPU
CPU không thực hiện quét chương

trình.Chương trình có thể được đọc từ
CPU ra thiết bị lập trình và cũng có
thể nạp vào CPU
Mode thực hiện reset bộ nhớ của
CPU.Đối với CPU 312 IFM và CPU
314 IFM khi chúng ta thực hiện reset
bộ nhớ của CPU thì các vùng nhớ tích
hợp giữ nguyên không thay đổi

C,Module xử lý vào/ra tín hiệu số của S7-300
SIMENS cung cấp 3 loại module xử lý vào/ra của tín hiệu số chính đó là:
- Input Digital Modules
Module có nhiệm vụ nhận các tín hiệu số từ thiết bị ngoại vi vào vùng đệm để
xử lý.
- Digital Output Modules:
Module có nhiệm vụ xuất các tín hiệu số từ vùng đệm xử lý ra thiết bị ngoại
vi.
- Digital input/output modules:
Module tích hợp nhiệm vụ của cả hai loại module nói trên.


Ngoài những module xử lý vào tín hiệu số và những module xử lý ra tín hiệu
số chuyên biệt SIMENS còn đưa ra một số module tích hợp hai nhiệm vụ nói
trên tạo thành module xử lý vào/ra tín hiệu số (Digital input/output modules).
d. Các module tích hợp các ngắt chuẩn đoán và xử lý lỗi:
Các module này có khả năng cài đặt các thông số để chuẩn đoán các lỗi. Để
thiết lập các thông số này được thực hiện bằng cách sử dụng STEP7. Người lập
trình cũng có thể thay đổi các thông số này trong chương trình bằng cách sử
dụng các khối SFC (System Function). Nếu sử dụng các module loại này mà
không thiết lập các thông số thì các thông số mặc định sẽ được thực thi.

e. Các module input/output Analog S7-300:
SIMENS cung cấp 3 loại module input/output Analog chính đó là:
- Input Analog modules: Module có nhiệm vụ chuyển các tín hiệu tương
tự từ các thiết bị ngoại vi thành các tín hiệu số để tiến hành xử lý bên
trong

S7-300.

 Output Analog modules: Module có nhiệm vụ chuyển đổi các tín hiệu số
của S7-300 thành các tín hiệu tương tự để phục vu các quá trình hoạt
động của thiết bị ngoại vi.
 Input/Outputs Analog module: Module tích hợp nhiệm vụ của cả hai
loại module nói trên.
Các CPU của S7-300 chỉ xử lý được các tín hiệu số, vì vậy các tín hiệu
analog đều phải được chuyển đổi thành tín hiệu số. Một tín hiệu analog được số
hoá thành hai phần: phần dấu và phần giá trị của tín hiệu.


4.2 CẤU TRÚC CHƯƠNG TRÌNH PLC S7-300:

4.2.1: Vòng quét chương trình của S7-300:
PLC thực hiện chương trình theo một chu trình lặp được gọi là vòng quét
(scan). Một vòng lặp được gọi là một vòng quét. Có thể chia một chu trình thực
hiện của S7-300 ra làm 4 giai đoạn như hình dưới.
Một điểm cần chú ý là tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra thông thường các
lệnh không làm việc trực tiếp với các cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo
của cổng trong vùng nhớ tham số. Chỉ khi gặp lệnh yêu cầu truy xuất các đầu
vào/ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng các công việc khác, ngay cả
chương trình xử lý ngắt để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với các cổng
vào/ra .

Các vòng quét nhanh, chậm phụ thuộc vào số lệnh trong chương trình được
thực hiện, vào khối lượng dữ liệu được truyền thông …trong vòng quét đó. Thời
gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao.
4.2.2 Cấu trúc chương trình của S7-300:
Các chương trình điều khiển PLC S7-300 được viết theo một trong hai dạng
sau:
- Chương trình tuyến tính (chương trình đơn khối).
- Chương trình có cấu trúc (chương trình nhảy khối).