Thiết kế, chế tạo mô hình điều khiển hệ thống mạ điện tự động

LỜI CẢM ƠN
Sau 3 năm học tập và nghiên cứu tại Khoa Kỹ thuật Công nghệ trường Cao
Đẳng Xây Dựng Công Trình Đô Thị, được sự giúp đỡ quý báu của các thầy giáo, cô
giáo và bạn bè trong trường, lớp đã giúp chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp với
đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình điều khiển hệ thống mạ điện tự động” sử dụng
PLC.
Để hoàn thành được đồ án này, cho phép chúng em được bày tỏ lời cảm ơn
chân thành tới các thầy, cô giáo trong Khoa Kỹ thuật Công nghệ, thầy giáo chủ
nhiệm Nguyễn Đức Việt đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới thầy Ths. Nguyễn Quốc Tâm và thầy
Ths. Đinh Khắc Huynh người đã tận tình giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình
hoàn thành đồ án này.
Xin cảm ơn các thành viên trong lớp CĐ CNKT Điện 1- K7, trường Cao Đẳng
Xây Dựng Công Trình Đô Thị.
Em xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn bên chúng em, giúp đỡ chúng em
hoàn thành đồ án.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong học tập, nghiên cứu trong suốt thời gian học
tập tại trường, song do thời gian có hạn nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót.
Em rất mong được sự góp ý của các thầy cô giáo, các bạn để đồ án tốt nghiệp được
hoàn thiện và nâng cao hơn nữa.
Em xin chân thành cảm ơn!

1


TRƯỜNG CĐXDCT ĐÔ THỊ
KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
I. Tên đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG
MẠ ĐIỆN TỰ ĐỘNG.

II. Sinh viên thực hiện:
1. Phan Hải Luận
2. Nguyễn Hồng Sơn
III. Giáo viên hướng dẫn:

Lớp Cao đẳng điện 1 khóa 7
Lớp Cao đẳng điện 1 khóa 7

1. Ths. Đinh Khắc Huynh
2. Ths. Nguyễn Quốc Tâm
IV. Nội dung của đề tài cần hoàn thành:
Chương 1: Tổng quan
1. Lý do chọn đề tài
1.1. Lý do khách quan
1.2. Lý do chủ quan
2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.1: Tìm hiểu về PLC
2.1.1. Sơ lược về lịch sử phát triển của PLC
2.1.2. Phân loại
2.1.3. Cấu trúc phần cứng
2.1.3.1. Cấu trúc cơ bản
2.1.3.2. Các họ CPU của PLC S7-200
2.1.3.3. Phân loại PLC S7-200
2.1.3.4. Mạch giao tiếp của S7-200
2.1.4. Cấu trúc chương trình
2.1.5. Cấu truc bộ nhớ
2.1.6. Ưu và nhược điểm của PLC S7-200
2.1.7. Phạm vi ứng dụng
2.2. Công tắc hành trình

2.3. Động cơ
Chương 3: Công nghệ mạ điện
3.1. Khái niệm
3.2. Sự hình thành lớp mạ điện
3.3. Quá trình mạ điện
3.3.1. Quá trình xử lí bề mặt

2


3.3.2. Mạ điện
Chương 4: Thiết kế và thi công mô hình
4.1. Sơ đồ công nghệ
4.2. Nguyên lí hoạt động
4.3. Các phần tử sử dụng trong mô hình
4.4. Thiết kế mô hình
4.5. Chương trình điều khiển
Kết luận và kiến nghị
* Hướng phát triển của đề tài.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
V. Số lượng, nội dung các bản vẽ (ghi rõ loại, kích thước và cách thực hiện các
bản vẽ) và các sản phẩm (nếu có): ..........
Ngày giao:...................
Ban giám hiệu

Trưởng bộ môn

Ngày hoàn thành:.../.../2013
Hà Nội, ngày ...../..../2013
Cán bộ hướng dẫn

Sinh viên thực hiện
Đã hoàn thành và nộp đồ án ngày ..... tháng ..... năm 2013
(Ký ghi rõ họ tên)

3


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC................................................................................................................. 5
DANH MỤC HÌNH VẼ............................................................................................7
DANH MỤC BẢNG.................................................................................................8
MỞ ĐẦU..................................................................................................................9
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.................................................................................11
1. Lí do chọn đề tài.................................................................................................11
1.1. Lý do khách quan.............................................................................................11
1.2. Lý do chủ quan................................................................................................11
2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu........................................................................12
2.1. Mục tiêu........................................................................................................... 12
2.2. Nhiệm vụ.........................................................................................................12
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.....................................................................13
2.1. Tìm hiểu về PLC...............................................................................................13
2.1.1. Sơ lược về lịch sử phát triển của PLC............................................................13
2.1.2. Phân loại........................................................................................................14
2.1.3. Cấu trúc phần cứng........................................................................................14
2.1.3.1. Cấu trúc cơ bản...........................................................................................15
2.1.3.2. Các họ CPU của PLC S7-200.....................................................................17
2.1.3.3. Phân loại PLC S7 – 200............................................................................17
2.1.3.4. Mạch giao tiếp của S7-200 CPU 224AC/DC/Relay với thiết bị ngoại vi....18

2.1.4. Cấu trúc chương trình....................................................................................19
2.1.5. Cấu trúc bộ nhớ.............................................................................................22
2.1.5.1. Vùng nhớ chương trình...............................................................................22
2.1.5.2. Vùng tham số..............................................................................................22
2.1.5.3. Vùng dữ liệu...............................................................................................22
2.1.5.4. Các module vào ra mở rộng........................................................................22
2.1.6. Ưu điểm và nhược điểm của PLC S7-200:....................................................23

4


2.1.6.1. Ưu điểm......................................................................................................23
2.1.6.2. Nhược điểm................................................................................................24
2.1.7. Phạm vi ứng dụng..........................................................................................24
2.2. Công tắc hành trình..........................................................................................24
2.3. Động Cơ...........................................................................................................25
2.3.1. Động cơ điện một chiều.................................................................................25
2.3.2. Động cơ điện xoay chiều...............................................................................26
CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN..............................................................28
3.1. Khái niệm........................................................................................................28
3.2. Sự hình thành lớp mạ điện................................................................................29
3.3. Quá trình mạ điện.............................................................................................31
3.3.1. Quá trình xử lý bề mặt...................................................................................31
3.3.2. Mạ điện..........................................................................................................33
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH.......................................36
4.1. Sơ đồ công nghệ...............................................................................................36
4.2. Nguyên lý hoạt động:.......................................................................................36
4.3. Các phần tử sử dụng trong mô hình..................................................................38
4.3.1. PLC................................................................................................................ 38
4.3.2. Công tắc hành trình........................................................................................38

4.3.3. Động cơ và rơle:............................................................................................38
4.4. Thiết kế mô hình...............................................................................................40
4.4.1. Khung mô hình..............................................................................................40
4.4.2. Hộp mạ sản phẩm..........................................................................................41
4.5. Chương trình điều khiển...................................................................................41
4.5.1. Chương trình điều khiển................................................................................41
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...............................................................................46
1. Kết luận...............................................................................................................46
2. Kiến nghị.............................................................................................................46
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................47
PHỤ LỤC............................................................................................................... 48

5


DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1: Mô hình cơ bản của PLC.........................................................................13
Hình 2.2: Quá trình xử lí thông tin trong PLC.........................................................14
Hình 2.3: Khối mặt trước của PLC S7-200..............................................................15
Hình 2.4: Cổng truyền thông...................................................................................16
Hình 2.5: Sơ đồ chân nối dây vào ra của PLC S7-200 DC/DC/D............................18
Hình 2.6: Sơ đồ chân nối dây vào ra của PLC S7-200 AC/DC/relay.......................19
Hình 2.7: Chu kỳ thực hiện vòng quét của CPU trong bộ PLC...............................20
Hình 2.8: Cấu trúc chương trình PLC S7-200.........................................................21
Hình 2.9: Một số loại công tắc hành trình...............................................................24
Hình 2.10: Động cơ điện một chiều 24V DC...........................................................26
Hình 2.11: Động cơ điện xoay chiều 3 pha và 1 pha...............................................26
Hình 3.1: Mô hình bể mạ dung dịch........................................................................28
Hình 4.1: Sơ đồ công nghệ hệ thống cầu trục..........................................................36

Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lí........................................................................................37
Hình 4.3: Rơle 24V DC sử dụng trong mô hình......................................................39
Hình 4.4 Hộp đế mô hình........................................................................................40
Hình 4.5: Khung mô hình........................................................................................40
Hình 4.6: Bể mạ sản phẩm.......................................................................................41

6


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật chính của PLC S7 – 200(CPU 22x)....................16
Bảng 2.2: Các vùng nhớ trong PLC S7-200............................................................21
Bảng 3.1: Dung dịch tẩy bóng điện hóa cho thép và đồng.......................................32
Bảng 3.2: Ảnh hưởng của nồng độ H2SO4 đến độ điện phân riêng của dung dịch........33
Bảng 3.3: Các dung dịch mạ đồng sunfat................................................................33
Bảng 4.1: Bảng gán địa chỉ trong chương trình......................................................40

7


MỞ ĐẦU
Đất nước đang càng ngày càng phát triển, quá trình công nghiệp hoá, hiện đại
hoá đang diễn ra mạnh mẽ. Song song với sự gia tăng các nhà máy, đó là trình độ kĩ
thuật của nước ta đã tăng lên đáng kể, đang dần bắt kịp với thế giới, đã ứng dụng
các kĩ thuật hiện đại vào trong sản xuất giúp tăng năng suất, giảm sức lao động của
con người … Từ đó giảm giá thành sản phẩm, tăng lợi nhuận cho nhà sản xuất. Có
được những lợi ích đó là do các nhà máy đã tự động hóa quá trình sản xuất nhờ việc
sử dụng các thiết bị điện, điện tử, cơ khí… Một thiết bị rất quan trọng góp phần tự
động hóa trong nhà máy đó là PLC và PLC của hãng Siemens đang được sử dụng
phổ biến nhất trong các khu công nghiệp lớn hiện nay. Vì vậy việc tìm hiểu về và

biết sử dụng PLC là rất quan trọng đối với các sinh viên ngành kĩ thuật.
Qua bài tập của đồ án tốt nghiệp chúng em sẽ giới thiệu về lập trình PLC và
ứng dụng của nó vào hệ thống điều khiển cầu trục cho công nghệ mạ điện tự động
của công ty, xí nghiệp sản xuất. Trong thực tế lập trình PLC có thể sử dụng nhiều
hãng phần mềm sản xuất như là hãng Siemens - Đức, Omron - Nhật Bản, Goldstar Hàn Quốc, tùy thuộc vào đối tác, tiềm lực của công ty, xí nghiệp để sử dụng công
nghệ của hãng.
Trong quá trình thực hiện chương trình còn gặp nhiều khó khăn đó là tài liệu
tham khảo cho vấn đề này còn ít, và hạn hẹp, nó liên quan đến vấn đề như phần cơ
khí trong dây chuyền. Mặc dù rất cố gắng nhưng khả năng, thời gian có hạn và kinh
nghiệm chưa nhiều nên không thể tránh khỏi những sai sót rất mong sự đóng góp, ý
kiến bổ sung của các thầy, cô giáo và các bạn để đồ án này được hoàn thiện hơn.
Với đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình điều khiển hệ thống mạ điện tự
động". Chúng em đã có cơ hội để tìm hiểu về PLC và đặc biệt là PLC của hãng
Siemens để có thể ứng dụng khi ra trường làm việc trong các nhà máy. Để có được
điều đó phần lớn là nhờ sự hướng dẫn tận tình của thầy Ths. Nguyễn Quốc Tâm,
thầy Ths. Đinh Khắc Huynh và các thầy, cô giáo trong Khoa Kỹ thuật Công nghệ.
Đề tài lần này của chúng em chỉ là một ứng dụng của PLC nhưng do lần đầu
làm quen với công nghệ PLC nên dù đã rất cố gắng hoàn thành đề tài nhưng chúng

8


em cũng không thể tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy em rất mong thầy cô và các
bạn đóng góp ý kiến để em hoàn thiện được đề tài.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà nội, ngày … tháng … năm 2013
Sinh viên thực hiện
1. Phan Hải Luận

2. Nguyễn Hồng Sơn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

9


1. Lí do chọn đề tài
1.1. Lý do khách quan
Đất nước đang càng ngày càng phát triển, quá trình công nghiệp hoá, hiện đại
hoá đang diễn ra mạnh mẽ. Song song với sự gia tăng các nhà máy, đó là trình độ kĩ
thuật của nước ta đã tăng lên đáng kể, đang dần bắt kịp với thế giới, đã ứng dụng
các kĩ thuật hiện đại vào trong sản xuất giúp tăng năng suất, giảm sức lao động của
con người… Từ đó giảm giá thành sản phẩm, tăng lợi nhuận cho nhà sản xuất. Có
được những lợi ích đó là do các nhà máy đã tự động hóa quá trình sản xuất nhờ việc
sử dụng các thiết bị điện, điện tử, cơ khí… Một thiết bị rất quan trọng góp phần tự
động hóa trong nhà máy đó là PLC và PLC của hãng Siemens đang được sử dụng
phổ biến nhất trong các khu công nghiệp lớn. Vì vậy, việc tìm hiểu về và biết sử
dụng PLC là rất quan trọng đối với các sinh viên ngành kĩ thuật.
Là một sinh viên theo học ngành “Công nghệ kĩ thuật điện, điện tử” tại Khoa
Kỹ thuật Công nghệ - trường Cao Đẳng Xây Dựng Công Trình Đô Thị, với những
kiến thức được các thầy, cô giáo trong trường truyền đạt, cùng với sự quan tâm của
ban lãnh đạo nhà trường, cộng với lòng say mê nghiên cứu khoa học. Chúng em đã
chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình điều khiển hệ thống mạ điện tự động” sử
dụng PLC. Với đề tài này em đã vận dụng được các kiến thức thầy cô truyền đạt
trong suốt thời gian theo học tại trường Cao Đẳng Cao Đẳng Xây Dựng Công Trình
Đô Thị.
1.2. Lý do chủ quan
Với niềm đam mê nghiên cứu khoa học, là một sinh viên theo ngành Công
nghệ kĩ thuật điện, điện tử. Cũng như bao sinh viên có niềm đam mê khoa học kĩ
thuật, công nghệ của các trường khác. Chúng em ước mơ một ngày nào đó có thể

vận dụng những kiến thức của thầy, cô giáo trong trường truyền đạt để có thể so tài
với các sinh viên trường bạn. Sau khi được sự quan tâm của ban giám hiệu nhà
trường, các thầy cô trong khoa. Với đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình điều khiển
hệ thống mạ điện tự động” sử dụng PLC chúng em hi vọng sẽ đem lại cho các bạn
sinh viên khác niềm đam mê nghiên cứu khoa học, giúp các bạn thỏa sức nghiên
cứu, sáng tạo trong học tập. Với đề tài này chúng em hi vọng các sinh viên sẽ không

10


còn cảm thấy xa lạ với các công nghệ tự động hóa, đặc biệt là công nghệ sử dụng
PLC trong các khu công nghiệp hiện nay.
2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu.
2.1. Mục tiêu
Thiết kế, chế tạo và lắp ráp mô hình cầu trục cho công nghệ mạ điện tự động.
Viết chương trình điều khiển trên PLC S7-200 theo yêu cầu của đồ án đưa ra.
2.2. Nhiệm vụ
Hoàn thiện đúng tiến độ đã đề ra.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

11


2.1. Tìm hiểu về PLC
2.1.1. Sơ lược về lịch sử phát triển của PLC
Hình thành từ nhóm các kỹ sư hãng General Motors năm 1968 với ý tưởng
ban đầu là thiêt kế một bộ điều khiển thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu.
- Dễ dàng chỉnh sửa thay thế

- Ổn định trong môi trường công nghiệp
- Giá cả cạnh tranh
Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Control) là
thiết bị cho phép điều khiển linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một
ngôn ngữ lập trình, thay cho việc thể hiện thuật toán đó bằng mạch số.
Như vậy với chương trình điều khiển, PLC trở thành một bộ điều khiển số nhỏ
gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc bệt dễ thay đổi thông tin với môi trường xung
quanh (với các PLC khác hoặc với máy tính). Toàn bộ chương trình điều khiển được
lưu trong bộ nhớ PLC dưới dạng các khối chương trình (khối OB, FC hoặc FB) và
thực hiện theo chu kỳ của vòng quét.

Hình 2.1: Mô hình cơ bản của PLC
Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển, PLC phải có tính năng
như một máy tính, tức là phải có bộ vi sử lý (CPU), một hệ điều hành, bộ nhớ để
lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và các cổng vào ra để giao tiếp với các đối

12


tượng điều khiển và trao đổi thông tin với môi trường xung quanh. Bên cạnh đó,
nhằm thực hiện bài toán điều khiển số, PLC còn cần phải có thêm các khối chức
năng đặc biệt khác như bộ đếm (Counter), bộ định thì (Timer)… và những khối
hàm chuyên dùng hệ thông điều khiển sử dụng PLC.
2.1.2. Phân loại
PLC được phân loại theo 2 cách:
- Hãng sản xuất: Gồm các nhãn hiệu như: Siemen, Omron, Misubishi,
Alenbratlay…
- Version:
VD: PLC Siemen có các họ: S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200, LOGO
PLC Misubishi có các họ: Fx, Fxo, Fxon…

2.1.3. Cấu trúc phần cứng
PLC Step 7 thuộc họ Simatic do hãng Siemens sản xuất. Đây là loại PLC hỗn
hợp vừa đơn khối vừa đa khối. Cấu tạo cơ bản của loại PLC này là một đơn vị cơ
bản sau đó có thể ghép thêm các module mở rộng về phía bên phải. Có các module
mở rộng tiêu chuẩn. Những module ngoài này bao gồm những đơn vị chức năng mà
có thể tổ hợp lại cho phù hợp với những nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể. Ở đây em chỉ
đưa ra thông số kĩ thuật của PLC S7-200.
CPU xử lý
Trung tâm

Bộ nhớ

I/O

Công suất

AD/DA

(Rơle, KĐCS)

Cảm biến, cơ cấu chấp hành
Hình 2.2: Quá trình xử lí thông tin trong PLC

13


2.1.3.1. Cấu trúc cơ bản
Cấu trúc cơ bản của PLC S7-200

Hình 2.3: Khối mặt trước của PLC S7-200

Trong đó:
1. Chân cắm cổng ra;
2. Chân cắm cổng vào;
3. Các đèn trạng thái;
SF (đèn đỏ): Báo hiệu hệ thống bị hỏng;
RUN (đèn xanh): Chỉ định rằng PLC đang ở chế độ làm việc;
STOP (đèn vàng): Chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng;
4. Đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của cổng vào;
5. Cổng truyền thông;
6. Đèn xanh ở cổng ra chỉ định trạng thái tức thời của cổng ra;
7. Công tắc.
Chế độ làm việc: Công tắc chọn chế độ làm việc có ba vị trí

14


+ RUN: cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ. PLC sẽ tự
chuyển về trạng thái STOP khi máy có sự cố, hoặc trong chương trình gặp lệnh
STOP, do đó khi chạy nên quan sát trạng thái thực của PLC theo đến báo.
+ STOP: cưỡng bức PLC dừng công việc đang thực hiện, chuyển về trạng
thái nghỉ. Ở chế độ này PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp một
chương trình mới.
+ TERM: cho phép PLC tự quyết định một chế độ làm việc (hoặc RUN hoặc
STOP)
Chỉnh định tương tự: Núm điều chỉnh tương tự đặt dưới nắp đậy cạnh cổng
ra, núm điều chỉnh tương tự cho phép điều chỉnh tín hiệu tương tự với góc quay
được 2700.
Pin và nguồn nuôi bộ nhớ: Nguồn pin được tự động chuyển sang trạng thái
tích cực khi dung lượng nhớ bị cạn kiệt và nó thay thế nguồn để dữ liệu không bị
mất.

Cổng truyền thông: S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS 485 với
phích cắm 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các
PLC khác.
Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 boud. Các chân của cổng
truyền thông là:

Hình 2.4: Cổng truyền thông

1. Đất
2. +24V DC
3. Truyền và nhận dữ liệu
4. Không dùng
5. Đất

6. +5V DC (điện trở trong 100Ω)
7. +24V DC (1÷20mA)
8. Truyền và nhận dữ liệu
9. Không dùng

2.1.3.2. Các họ CPU của PLC S7-200

15


Với dòng PLC S7 - 200, SIEMEN có các họ CPU cơ bản sau:
+ Họ 21x: 212, 214, 216, 218. với họ CPU này do có nhiều nhược điểm không
còn phù hợp với các hệ thống điều khiển hiện đại nên đã ít được sử dụng.
+ Họ 22x: 222, 224, 226, 228. Đây là dòng CPU được sử dụng rất nhiều hiện
nay vì tốc độ xử lý cao, kết cấu linh hoạt, hỗ trợ truyền thông mạnh, có cấp bảo vệ
chịu được môi trường công nghiệp như rung, bụi, các nhiễu từ trường…

Các thông số kỹ thuật chính của PLC S7 - 200 (loại 22x):
- Bộ nhớ:
+ Từ 32 đến 64 kB tùy theo loại CPU.
+ Dữ liệu: tù 16 kB đến 40 kB tùy theo loại CPU
CPU 221

CPU 222

CPU 224

CPU 226

Số I/O số có sẵn trên
CPU

6 IN
4 OUT

8 IN
6 OUT

14 IN
10 OUT

24 IN
16 OUT

Số modul tối đa có thể
ghép nối

Không có

2 modul

7 modul

7 modul

128 IN
128 OUT

128 IN
128 OUT

128 IN
128 OUT

128 IN
128 OUT

Không có

16 IN
16 OUT

32 IN
32 OUT

32 IN
32 OUT

256/256

256/256

256/256

256/256

Số lượng I/O số tối đa
Số lượng I/O Anglog
tối đa
Các Counter/timer

Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật chính của PLC S7 – 200(CPU 22x)
2.1.3.3. Phân loại PLC S7 – 200
Thông thường PLC S7-200 được chia làm 2 loại chính:
- Loại cấp điện áp 220V AC:
Ngõ vào: tích cực mức 1 ở cấp điện áp +24VDC (15VDC – 30VDC).
Ngõ ra: ngõ ra rơle.
Ưu điểm của loại này là ngõ ra rơle, do đó có thể sử dụng ngõ ra ở nhiều cấp
điện áp (có thể sử dụng ngõ ra 0V, 24V, 220V) …
Tuy nhiên nhược điểm của nó là do ngõ ra rơle nên thời gian đáp ứng của rơle
không được nhanh cho ứng dụng điều rộng xung, hoặc Output tốc độ cao…
- Loại cấp điện áp 24VDC:

16


+ Ngõ vào: tích cực 1 ở cấp điện áp +24VDC (15VDC  30VDC).

+ Ngõ ra: ngõ ra Transistor
+ Ưu điểm của loại này là ngõ ra Transistor, do đó có thể sử dụng ngõ ra này
để điều rộng xung, hoặc Output tốc độ cao…
Tuy nhiên nhược điểm của nó là do ngõ ra Transistor nên ngõ ra chỉ có một
cấp duy nhất là +24VDC, do vậy sẽ gặp rắc rối trong những ứng dụng có cấp điện
áp ra là 0VDC, trong trường hợp này buộc ta phải thông qua 1 rơle 24VDC đệm.
2.1.3.4. Mạch giao tiếp của S7-200 CPU 224AC/DC/Relay với thiết bị ngoại vi

Hình 2.5: Sơ đồ chân nối dây vào ra của PLC S7-200 DC/DC/D

17


Hình 2.6: Sơ đồ chân nối dây vào ra của PLC S7-200 AC/DC/relay
2.1.4. Cấu trúc chương trình
PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng
quét (Scan). Bắt đầu mỗi vòng quét là việc quét các tín hiệu vào. Trong quá trình
quét này trạng thái hiện thời của mỗi tín hiệu vào được chứa trong bảng ảnh. Việc
quét các đầu vào này rất nhanh, việc quét phụ thuộc vào các module vào, xung nhịp
cũng như các đặc tính riêng của mỗi loại CPU thực hiện chương trình sử dụng.
Công việc này thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng của chương trình (lệnh
MEND). Như vậy thời gian thực hiện chương trình sẽ phụ thuộc vào độ dài chương
trình, độ phức tạp của các lệnh, và đặc tính kỹ thuật của từng loại CPU

18


Chuyển dữ liệu từ đầu
ra Q tới cổng ra

Chuyển dữ liệu từ đầu
cổng vào tới đầu vào I

Truyền thông và kiểm tra
bộ nhớ

Thực hiện
chương trình

Hình 2.7: Chu kỳ thực hiện vòng quét của CPU trong bộ PLC
Trong quá trình thực hiện chương trình CPU luôn làm việc với bảng ảnh ra.
Tiếp theo của việc quét chương trình là truyền thông nội bộ và tự kiểm tra lỗi. Vòng
quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo ra ngoại vi. Những
trường hợp cần thiết phải cập nhật module ra ngay trong quá trình thực hiện chương
trình. Các PLC hiện đại sẽ có sẵn các lệnh để thực hiện điều này. Tập lệnh của PLC
chứa các lệnh ra trực tiếp đặc biệt, lệnh này sẽ tạm thời dừng hoạt động bình thường
của chương trình để cập nhật module ra, sau đó sẽ quay lại thực hiện chương trình.
Thời gian cần thiết để PLC thực hiện được một vòng quét gọi là thời gian vòng quét
(Scan time). Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào
cũng được thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau. Có vòng quét được thực
hiện lâu, có vòng quét được thực hiện nhanh tuỳ thuộc vào số lệnh trong chương
trình được thực hiện, vào khối lượng dữ liệu được truyền thông trong vòng quét đó.
Một vòng quét chiếm thời gian quét ngắn thì chương trình điều khiển được thực
hiện càng nhanh.
Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm việc trực
tiếp với cổng vào ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số.
Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 4 do CPU

19

quản lý. Khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng mọi công việc
khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh này một cách trực tiếp với
cổng vào/ra.
Nếu sử dụng các chế độ ngắt, chương trình con tương ứng với từng tín hiệu
ngắt được soạn thảo và cài đặt như một bộ phận của chương trình. Chương trình xử
lý ngắt chỉ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt và có thể
xảy ra ở bất cứ điểm nào trong vòng quét.
Các chương trình điều khiển PLC S7-200 được viết có cấu trúc bao gồm
chương trình chính (main program) sau đó đến các chương trình con và các chương
trình sử lý ngắt như hình.

Hình 2.8: Cấu trúc chương trình PLC S7-200
- Chương trình chính được kết thúc bằng lệnh kết thúc chương trình MEND
- Chương trình con là một bộ phận của chương trình, chương trình con được
kết thúc bằng lệnh RET. Các chương trình con phải được viết sau lệnh kết thúc
chương trình chính MEND.
- Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình, các chương
trình xử lý ngắt được kết thúc bằng lệnh RETI. Nếu cần sử dụng chương trình xử lý
ngắt phải viết sau lệnh kết thúc chương trình chính MEND.

20


- Các chương trình con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương trình
chính, sau đó đến ngay các chương trình xử lý ngắt. Có thể tự do trộn lẫn các
chương trình con và chương trình xử lý ngắt đằng sau chương trình chính.
2.1.5. Cấu trúc bộ nhớ
Bộ nhớ của PLC S7-200 được chia thành 4 vùng chính đó là:
2.1.5.1. Vùng nhớ chương trình

Vùng nhớ chương trình là miền bộ nhớ được sử dụng để lưu giữ các lệnh
chương trình. Vùng này thuộc kiểu không đổi (non-volatile) đọc/ghi được.
2.1.5.2. Vùng tham số
Vùng tham số lưu giữ các tham số như: từ khoá, địa chỉ trạm... vùng này thuộc
vùng không đổi đọc/ghi được.
2.1.5.3. Vùng dữ liệu
Vùng dữ liệu để cất các dữ liệu của chương trình gồm kết quả của các phép
tính, các hằng số trong chương trình.... vùng dữ liệu là miền nhớ động, có thể truy
nhập theo từng bít, byte, từ (word) hoặc từ kép.
Vùng dữ liệu được chia thành các vùng nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau
đó là:
STT
1
2
3
4
5
6

Tham số
CPU 212
CPU 214
V
Là miền đọc ghi
0.0-1023.7
0.0 – 4059.7
I
Đệm cổng vào
0.0 – 7.7
0.0 – 7.7

Q
Đệm cổng ra
0.0 – 7.7
0.0 – 7.7
M
Vùng nhớ nội
0.0 – 15.7
0.0 – 31.7
SM chỉ đọc
Vùng nhớ đặc biệt
0.0 – 29.7
0.0 – 29.7
SM đọc/ghi
Vùng nhớ đặc biệt
30.0 – 1023.7
30.0 – 85.7
Bảng 2.2: Các vùng nhớ trong PLC S7-200

Tên tham số

Diễn giải

2.1.5.4. Các module vào ra mở rộng
Khi quá trình tự động hoá đòi hỏi số lượng đầu vào và đầu ra nhiều hơn số
lượng sẵn có trên đơn vị cơ bản hoặc khi cần những chức năng đặc biệt thì có thể
mở rộng đơn vị cơ bản bằng cách gá thêm các module ngoài. Tối đa có thể gá thêm
7 module vào ra qua 7 vị trí có sẵn trên panen về phía phải. Địa chỉ của các vị trí
của module được xác định bằng kiểu vào ra và vị trí của module trong rãnh, bao

21

gồm có các module cùng kiểu. Ví dụ một module cổng ra không thể gán địa chỉ
module cổng vào, cũng như module tương tự không thể gán địa chỉ như module số
và ngược lại.
Các module số hay rời rạc đều chiếm chỗ trong bộ đệm, tương ứng với số đầu
vào ra của module.
2.1.6. Ưu điểm và nhược điểm của PLC S7-200:
2.1.6.1. Ưu điểm
- Lập trình dễ dàng vì ngôn ngữ lập trình dễ học;
- Gọn nhẹ, dễ dàng tu sửa, bảo quản;
- Dung lượng bộ nhớ lớn, có thể chứa được những chương trình phức tạp;
- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp;
- Giao tiếp với các thiết bị thông tin, máy tính, nối mạng các modul mở rộng;
- Giá cả phù hợp;
- Hệ thống điều khiển module nhỏ gọn cho các ứng dụng trong phạm vi hẹp;
- Có nhiều loại CPU;
- Có nhiều module mở rộng;
- Có thể mở rộng đến 7 module;
- Bus nối tích hợp trong module ở mặt sau;
- Có thể nối mạng với cổng giao tiếp RS485 hay Profibus;
- Thiết bị lập trình trung tâm có thể truy cập đến các module;
- Không quy định rãnh cắm;
- Phần mềm điều khiển riêng;
- Tích hợp CPU, I/0 nguồn cung cấp vào một module;
- Micro PLC với nhiều chức năng tích hợp;
- Không cần đấu dây cho sơ đồ điều khiển logic như kiểu dùng rơle;
- Có độ mềm dẻo sử dụng rất cao;
- Chiếm vị trí không gian nhỏ trong hệ thống;
- Nhiều chức năng điều khiển;

- Tốc độ cao;
- Công suất tiêu thụ nhỏ;

22


- Không cần quan tâm nhiều về vấn đề lắp đặt;
- Có khả năng mở rộng số lượng đầu vào ra khi nối thêm các khối chức năng;
- Tạo khả năng mở ra các lĩnh vực áp dụng mới;
Chính nhờ ưu thế đó, PLC hiện nay được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều
khiển tự động, cho phép nâng cao năng suất sản xuất, chất lượng và sự đồng nhất sản
phẩm, tăng hiệu quả, giảm năng lượng tiêu tốn, tăng mức an toàn, tiện nghi và thoải mái
trong lao động. Đồng thời cho phép nâng cao tính thị trường của sản phẩm.
2.1.6.2. Nhược điểm
- Giá thành cao và chi phí lắp đặt lớn nên chưa được sử dụng nhiều tại các
doanh nghiệp vừa và nhỏ.
2.1.7. Phạm vi ứng dụng
PLC được ứng dụng rộng rãi trong các nghành: Công nghiệp, máy công
nghiệp, thiết bị y tế …
2.2. Công tắc hành trình

Hình 2.9: Một số loại công tắc hành trình
Công tắc hành trình có chức năng đóng mở mạch điện, và nó được đặt trên
đường hoạt động của một cơ cấu nào đó sao cho khi cơ cấu đến 1 vị trí nào đó sẽ tác
động lên công tắc. Hành trình có thể là tịnh tiến hoặc quay. Khi công tắc hành trình
được tác động thì nó sẽ làm đóng hoặc ngắt một mạch điện do đó có thể ngắt hoặc
khởi động cho một thiết bị khác. Người ta có thể dùng công tắc hành trình vào các
mục đích như:
- Giới hạn hành trình (khi cơ cấu đến vị trí dới hạn tác động vào công tắc sẽ
làm ngắt nguồn cung cấp cho cơ cấu  nó không thể vượt qua vị trí giới hạn)

23


- Hành trình tự động: Kết hợp với các rơle, PLC hay VĐK để khi cơ cấu đến
vị trí định trước sẽ tác động cho các cơ cấu khác hoạt động (hoặc chính cơ cấu đó).
Công tắc hành trình được dùng nhiều trong các dây chuyền tự động. Các công
tắc hành trình có thể là các nhút nhấn (button) thường đóng, thường mở, công tắc 2
tiếp điểm và công tắc quang.
2.3. Động Cơ
2.3.1. Động cơ điện một chiều
Stator của động cơ điện một chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh
cửu, hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện
một chiều, 1 phần quan trọng khác của động cơ điện một chiều là bộ phận chỉnh
lưu, nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là
liên tục. Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp
xúc với cổ góp.
Nguyên tắc hoạt động của động cơ điện một chiều:

Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động
quay của rotor

24


Pha 2: Rotor tiếp tục quay

Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở
lại pha 1.

Hình 2.10: Động cơ điện một chiều 24V DC
2.3.2. Động cơ điện xoay chiều

Hình 2.11: Động cơ điện xoay chiều 3 pha và 1 pha
Động cơ gồm có hai phần chính là stator và rotor. Stato gồm các cuộn dây của
ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành tròn để tạo ra từ trường quay.
Rôto hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép.
Khi mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều, từ trường quay do stato gây ra
làm cho rôto quay trên trục. Chuyển động quay của rôto được trục máy truyền ra
ngoài và được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động
khác.

25