Thiết kế và thi công mô hình dạy cho sinh viên dùng PLC MISUBISHI

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

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

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH
DẠY HỌC DÙNG PLC MITSUBISHI

GVHD: ThS. Nguyễn Thới
SVTH: Nguyễn Ngọc Long

16341013

Nguyễn Thanh Tùng 10901077

Tp. Hồ Chí Minh - 12/2019


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

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ
HÌNH DẠY HỌC DÙNG PLC
MITSUBISHI

GVHD: ThS. Nguyễn Thới
SVTH: Nguyễn Ngọc Long

16341013

Nguyễn Thanh Tùng 10901077

Tp. Hồ Chí Minh - 12/2019


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

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o---Tp. HCM, ngày 10 tháng 12 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:

Nguyễn Ngọc Long

MSSV: 16341013

Chuyên ngành:
Hệ đào tạo:
Khóa:

Kỹ thuật Điện - Điện tử
Mã ngành: 01
Đại học chính quy
Mã hệ:
1
2016
Lớp:
1634101A
Nguyễn Thanh Tùng
MSSV: 10901077
Chuyên ngành:
Kỹ thuật Điện - Điện tử
Mã ngành: 01
Hệ đào tạo:
Đại học chính quy
Mã hệ:
1
Khóa:
2010
Lớp:
109010A
I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH DẠY HỌC DÙNG PLC
MISHUBISHI
II. NHIỆM VỤ

1. Các số liệu ban đầu:
Tìm hiểu khảo sát mơ hình trên thực tế chọn hướng thiết kế phù hợp
Đọc và nguyên cứu tài liệu về plc mitsubishi, màn hình HMI , các
module Chọn module sử dụng phù hợp với thực tế mơ hình Ttiến hành
viết luận văn
2. Nội dung thực hiện:
Thi công hệ thống panel để cắm dây thực hành Thiết
kế và thi công khung bàn sao cho dể sử dụng
Tìm hiểu hệ thống controle motion thiết kế và thi công hệ thống
Viết chương trình cho hệ thống
Chạy chương trình quay video và báo cáo
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
10/09/2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 10/12/2019
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

ThS. Nguyễn Thới

BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
BƠ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
----o0o---Tp. HCM, ngày 03 tháng 09 năm 2019

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
( cho GVHD theo dõi tiến độ)
Họ tên sinh viên 1: NGUYỄN NGỌC LONG

MSSV: 16341013

Họ tên sinh viên 2: NGUYỄN THANH TÙNG

MSSV: 10901077

Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH DẠY HỌC DÙNG PLC MITSUBISHI

Tuần/ngày

Nội dung

Tuần 1 (26/08 – 31/08)

Nhận đề tài tốt nghiệp

Tuần 2 (02/09 – 07/09)

Viết đề cương

Tuần 3 (09/09 – 14/09)

Thiết kế cơ khí

Tuần 4 (16/09 – 21/09)

Thiết kế cơ khí

Tuần 5 (23/09 – 28/09)

Gia cơng cơ khí

Tuần 6 (30/09 – 05/10)

Thiết kế, thi cơng hệ
thống điện
Lập trình PLC

Tuần 7 (07/10 – 12/10)

Kết quả dự kiến
Đề tài

Đề cương DATN
Bản vẽ 3D
Bản vẽ 3D
Kết nối các chi
tiết cơ khí
Bản vẽ kết nối
các thiết bị điện
Code PLC

Tuần 8 (14/10 – 19/10)

Giao diện HMI

Thiết kế giao diện
HMI,I/O,mạng vào ra giám sát
phân tán ..

Tuần 9 (21/10 – 26/10)

Lắp đặt hệ thống và
chạy thử nghiệm
Lắp đặt hệ thống và
chạy thử nghiệm
Viết báo cáo + cân
chỉnh hệ thống
Viết báo cáo + cân
chỉnh hệ thống

Tuần 10 (28/10 – 02/11)
Tuần 11 (04/11 – 09/11)
Tuần 12 (11/11 – 16/11)

Lắp đặt
Chạy thử
nghiệm
Báo cáo phần
cơ sở lý thuyết
Báo cáo phần
tính tốn

Xác nhận
GVHD

Tuần 13 (18/11 – 23/11)

Viết báo cáo + cân
chỉnh hệ thống

Báo cáo phần
thiết kế

Tuần 14 (25/11 – 30/11)

Viết báo cáo + cân
chỉnh hệ thống

Báo cáo phần
thực hiện

Tuần 15 (02/12 – 07/12)

Viết báo cáo + cân
chỉnh hệ thống

Báo cáo phần
thực hiện

Tuần 16 (09/12 – 14/12)

Viết báo cáo + cân
chỉnh hệ thống

Báo cáo phần
thực hiện

Tuần 17 (16/12 – 21/12)

Hoàn thành


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỚI

LỜI CAM ĐOAN
Đề tài này là do nhóm tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và khơng sao
chép từ tài liệu hay cơng trình đã có trước đó.
Người thực hiện đề tài
Nguyễn Thanh Tùng
Nguyễn Ngọc Long

-6-


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỚI

LỜI CẢM ƠN
Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM trong thời gian
3 tháng. Trong quá trình làm khóa luận tốt nghiệp, nhóm sinh viên đã nhận được rất nhiều sự
giúp đỡ để hoàn thành luận văn này.

Trước tiên nhóm sinh viên thực hiện xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy hướng dẫn –
ThS. Nguyễn Thới đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cho nhóm trong
suốt q trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này.
Em chân thành cảm ơn và Thầy Trần Văn Sỹ đã góp ý và chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý
báu cho em thực hiện tốt đề tài.
Xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô Khoa Điện- Điện tử , Trường Đại học Sư phạm kỹ
thuật TP. HCM, những người đã truyền đạt kiến thức nền tảng quý báu cho nhóm trong suốt
thời gian học tập vừa qua.
Sau cùng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã ln động viên, giúp đỡ nhóm
trong q trình làm luận văn. Đồng thời xin gửi lời cám ơn đến các anh (chị) đáp viên đã
nhiệt tình trả lời câu hỏi thắc mắc giúp nhóm hồn thành luận văn tốt nghiệp này.
Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài
Nguyễn Ngọc Long
Nguyễn Thanh Tùng

-7-


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỚI

MỤC LỤC
Trang bìa ........................................................................................................................

i

Nhiệm vụ đồ án............................................................................................................. ii

Lịch trình .................................................................................................................... iii
Cam đoan .................................................................................................................... iv
Lời cảm ơn ..................................................................................................................... v
Mục lục ........................................................................................................................ vi
Liệt kê hình vẽ ............................................................................................................. ix
Liệt kê bảng vẽ ……………………………………………………………………

xi

Tóm tắt ....................................................................................................................... xii

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN............................................................................. 1
1.1. Đặt vấn đề ........................................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu .............................................................................................................. 2
1.3. Nội dung nghiên cứu........................................................................................... 2
1.4. Giới hạn .............................................................................................................. 2
1.5. Bố cục ................................................................................................................. 3

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................ 5
2.1 Thực trạng ........................................................................................................... 5
2.2 Cơ sở lý thuyết đề tài .......................................................................................... 8
2.2.1 Master station CPU .......................................................................................... 8
2.2.1.2 Module QD75M4 ........................................................................................ 11
2.2.1.3Module IO QH42P ....................................................................................... 13
2.2.1.4 Module CCLink QJ61BT11N ..................................................................... 15
2.2.2 Màn hình HMI ................................................................................................ 16
-8-


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỚI
2.2.3 Module chuyển đổi ADC ...............................................................................
23
2.3 Cơ sở lý thuyết giảng dạy .................................................................................
25
2.3.1 Quá trình thực hành ........................................................................................

25

2.3.2 Một số bài thực hành trên mơ hình ................................................................

26

2.4 Cơ sở lý thuyết thực hành ................................................................................

26

2.4.1 Kỹ năng thực hành PLC .................................................................................

26

2.4.2 Kỹ năng thực hành biến tần ...........................................................................

27

2.4.3 Kỹ năng thực hành cảm biến ..........................................................................

27

2.4.2 Kỹ năng thực hành giao diện HMI .................................................................

27

CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ. ................................................ 28
3.1 Yêu cầu chung của hệ thống .............................................................................. 28
3.2 Tính tốn thiết kế phần khung ........................................................................... 28
3.2.1 Bàn và khung giá ............................................................................................ 28
3.2.2 phần bảng mica và thiết bị .............................................................................. 29
3.3 Tính tốn và thiết kế phần giao diện điều khiển ................................................ 33
3.3.1 Sơ đồ khối hệ thống ....................................................................................... 33
3.3.2 Sơ đồ khối module CCLink ............................................................................ 34
3.3.3 Sơ đồ biến tần ................................................................................................ 34
3.3.4 Sơ đồ định vị ................................................................................................... 35
3.4 Tính tốn và chọn thiết bị .................................................................................. 35
3.4.1 Trạm CPU ....................................................................................................... 35
3.4.2 Màn hình HMI ................................................................................................ 41
3.4.3 Bộ nguồn OMRON ......................................................................................... 43
3.4.4 Module ngõ vào AJ65SBTB1-16DI ............................................................... 44
-9-


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: Th.S NGUYỄN THỚI
3.4.5 Module ngõ ra AJ65SBTB1-16DO ............................................................... 45
3.4.6 Module biến tần RF-E700 .............................................................................
45

CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ...................................................... 47
4.1 Giới thiệu. ........................................................................................................... 47

4.1.1 Thi công phần khung ...................................................................................... 47
4.1.2 Thi công phần điện .......................................................................................... 47
4.2 Thi công hệ thống ................................................................................................ 53
4.2.1 Thi công phần khung ........................................................................................ 53
4.2.2 Thi công phần điện ........................................................................................... 53
4.3 Thi cơng mơ hình ................................................................................................ 53
4.3.1 Thi cơng mơ hình điều khiển bàn xoay kết hợp dùng module QD75M4 ........ 53
4.3.2 Thi cơng mơ hình động cơ 3 pha dùng biến tần ............................................... 54
4.4 Lập trình hệ thống .............................................................................................. 54
4.4.1 Mơ tả hệ thống ................................................................................................. 54
4.4.2 Phần mềm lập trình........................................................................................... 54
4.4.2.1 Phần mềm GX work2 .................................................................................. 55
4.4.2.2 Thiết kế giao diện HMI ................................................................................. 58
4.5 Tài liệu hướng dẫn thực hành ............................................................................ 63

CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ................................. 79
5.1 Kết quả 1. ........................................................................................................... 79
5.2 Nhận xét .............................................................................................................. 79
5.3 Đánh giá .............................................................................................................. 80

CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. ........................... 81
6.1 Kết luận . ............................................................................................................. 81
6.2 Hướng phát triển .................................................................................................. 81
-10-


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỚI

TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHU LỤC

..................................................................................................................................

-11-


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỚI

LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình
Trang
Hình 2.1: Bộ thực PLC S7-200 ............................................................................................... 5
Hình 2.2: Bàn thực hành lập trình PLC và ZEN ......................................................

6

Hình 2.3: Bộ thực PLC S7-300 .................................................................................

7

Hình 2.4: CPU Q02H ................................................................................................

8

Hình 2.5: Modun định vị QD75M4 ........................................................................ 11
Hình 2.6: Modun I/O QH42 .................................................................................... 13

Hình 2.7 Modun CC-Link QJ61BT11N ................................................................. 15
Hình 2.8: Mơ tả phần cứng Màn hình HMI GOT1000 model GT1662-VNBA.....

17

Hình 2.1.1 Sơ đồ cổng com 9 chân ........................................................................ 21
Hình 3.1: Kích thước chân và mặt bàn ................................................................... 28
Hình 3.2: Kích thước khung giá.............................................................................. 29
Hình 3.3: Thiết kế bảng mica HMI ......................................................................... 30
Hình 3.4: Thiết kế bảng mica Sensor và Limit switch ...........................................

30

Hình 3.5: Thiết kế bảng mica Button và Switch ..................................................... 31
Hình 3.6: Thiết kế bảng mica Bộ nguồn ................................................................. 31
Hình 3.7: Thiết kế bảng mica Bộ chuyển đổi Digital-Analog ................................ 32
Hình 3.8: Thiết kế bảng mica Bộ đèn ..................................................................... 32
Hình 3.9: Sơ đồ chung của hệ thống ....................................................................... 33
Hình 3.10: Sơ đồ mơ-đun CC-Clink ....................................................................... 34
Hình 3.11: Sơ đồ mơ-đun Biến tần ......................................................................... 34
Hình 3.12: Sơ đồ mơ-đun định vị ........................................................................... 35
Hình 3.13: Màn hình HMI GOT 1000 .................................................................... 41
-12-


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: Th.S NGUYỄN THỚI
Hình 4.1 Thi cơng mơ-đun Master Station ............................................................. 48
Hình 4.2 Thi cơng mơ-đun HMI ............................................................................. 48
Hình 4.3 Thi cơng mơ-đun Nguồn .......................................................................... 49

Hình 4.4 Thi cơng mơ-đun Cảm biến và cơng tắc hành trình ................................. 49
Hình 4.5 Thi cơng mơ-đun Trạm CC-clink ............................................................

50

Hình 4.6: Thi cơng mơ-đun Chuyển đổi Digital sang Analog ...............................

50

Hình 4.7: Thi cơng mơ-đun Chuyển đổi Analog sang Digital ..............................

51

Hình 4.8 Thi cơng mơ-đun Nút nhấn và Cơng tắc .................................................. 51
Hình 4.9: Thi cơng mơ-đun Đèn hiển thị ...............................................................

52

Hình 4.10: Mặt trước mơ hình ............................................................................... 52
Hình 4.11: Mặt sau mơ hình .................................................................................. 53
Hình 4.12: Thi cơng mơ hình điều khiển trục dùng QD75M4 .............................. 54
Hình 4.13: Mơ hình điều khiển động cơ 3 pha sử dụng biến tần ............................ 54
Hình 4.14:Thiết lập PLC ......................................................................................... 55
Hình 4.15:Giao diện thiết lập mơ-đun .................................................................... 56
Hình 4.16:Thiết lập mơ-đun ...................................................................................

57

Hình 4.17:Giao diện thiết lập thơng số ................................................................... 57
Hình 4.18: Cấu hình Parameter ............................................................................... 58

Hình 4.19: Cấu hình cho Servo_Parameter ............................................................ 58
Hình 4.20: Giao diện màn hình chính ..................................................................... 59
Hình 4.21: Giao diện điều khiển ............................................................................. 60
Hình 4.22: Giao diện MANUAL ............................................................................ 60
Hình 4.23: Chế độ bắt điểm .................................................................................... 61
Hình 4. 24: Giao diện JOG ..................................................................................... 61
Hình 4.25: Giao diện JOG POSITION ................................................................... 62
-13-


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: Th.S NGUYỄN THỚI
Hình 4.26: Giao diện chế độ Auto............................................................................................. 63
Hình 4.27: Sơ đồ khối hệ thống................................................................................................. 64
Hình 4.28: Sơ đồ kết nối biến tần với module chủ............................................................. 64
Hình 4.29: sơ đồ kết nối nguồn của biến tần......................................................................... 65
Hình 4.30 : sơ đồ đấu dây giữa biến tần với động cơ........................................................ 65
Hình 4.31 Giao diện cho GXWork 2........................................................................................ 66
Hình 4.32: cấu hình tham số cho moudle chủ...................................................................... 66
Hình 4.33: Chương trình cài đặt biến tần............................................................................... 67
Hình 4.34: Sơ đồ nối dây.............................................................................................................. 69
Hình 4.35: Sơ đồ kết nối nhà cung cấp................................................................................... 70
Hình 4.36: Sơ đồ khối kết nối thực tế trên mơ hình........................................................... 70
Hình 4.37: Chọn giao tiếp dùng mạng cclink....................................................................... 70
Hình 4.38: Cài đặt giá trị tham số ban đầu cho mạng cclink.......................................... 71
Hình 4.39: Chương trình giao tiếp IO...................................................................................... 71
Hình 4.40: Sơ đồ khối hệ thống................................................................................................. 74
Hình 4.41: Sơ đồ kết nối và các tín hiệu trong QD75M4................................................ 74
Hình 4.42 Sơ đồ kết nối với driver trong motion................................................................ 75
Hình 4.43 Chọn vào module QD75M4................................................................................... 75

Hình 4.44 Các thơng số cơ bản QD75M4.............................................................................. 75
Hình 4.45 Các thơng số cơ bản của các trục......................................................................... 77
Hình 4.46 Các thơng số cơ bản của các trục......................................................................... 78

-14-


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỚI

LIỆT KÊ BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 3.1 Thông số Base unit Q38B.............................................................................................. 36
Bảng 3.2: Thông số Power supply Q61P..................................................................................... 36
Bảng 3.3: Thông số CPU Q02HCPU............................................................................................ 38
Bảng 3.4: Thông số module QD75M4......................................................................................... 39
Bảng 3.5: Thông số module I/O QH42P...................................................................................... 39
Bảng 3.6: Thông số module CC-Link QJ61BT11N................................................................ 40
Bảng 3.7: Thơng số màn hình HMI GOT 1000........................................................................ 42
Bảng 3.8 Mơ tả phần cứng Bộ nguồn Omron S8VS-09024A............................................. 43
Bảng 3.9 Thông số Module CC-Link ngõ vào AJ65SBTB1-16D1................................... 44
Bảng 3.10 Thông số Module CC-Link ngõ ra AJ65SBTB1-16T1.................................... 45
Bảng 3.11 Thông số Module Biến tần FR-E700....................................................................... 46

-15-

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỚI

TĨM TẮT
Hiện nay, mơ hình thực hành PLC đa chức năng có thể áp dụng giảng dạy lý thuyết và thực
hành trong chương trình đào tạo nhằm đáp ứng tốt nguồn nhân lực tự động hóa cho doanh
nghiệp, mang lại lợi thế cạnh tranh trong thời đại mà công nghệ chiếm ưu thế như hiện nay thì
việc đào tạo cho các nhân viên, kỹ sư tại các trung tâm đào tạo, trường học là rất cần thiết.
Qua tìm hiểu, tham khảo các tài liệu, giáo trình, nghiên cứu các chủ đề, nội dung và các
thiết bị, phần mềm liên quan đến đề tài nhóm tiến hành thiết kế phần cứng các panel cũng như
tiện ích của mơ hình, thiết kế giải thuật điều khiển các chương trình DEMO phục vụ học tập,
lập trình PLC, thiết kế giao diện HMI, module I/O, mạng truyền thông, DAC, mơ hình robot …
Thử nghiệm, điều chỉnh phần mềm, phần cứng cho hệ thống tối ưu, thu thập kết quả qua những
lần thử nghiệm, đánh giá tính ổn định của hệ thống.
Việc thiết kế và thi công được mô hình dạy học PLC MITSHUBISHI hồn thiện với nhiều
mơ-đun giúp khai thác nhiều chứa năng của PLC như điều khiển biến tần, mạng cc-link, định
vị,...Khơng những thế cịn sử dụng được các phần mềm lập trình PLC MITSHUBISHI và phần
mềm thiết kế giao diện HMI cũng như thành thạo các tính năng và cài đặt được một số thiết bị
như biến tần, cảm biến, cc-clink...
Qua nghiên cứu và tìm hiểu nhóm đã thiết kế và thi cơng hồn thiện mơ hình dạy học để
đưa ra ứng dụng phục vụ học tập và trong thực tế, điều khiển và giám sát hoạt động của mơ
hình thơng qua màn hình HMI, kết nối và điều khiển được các thiết bị khác bên ngoài như điều
khiển động cơ 3 pha qua biến tần, điều khiển được động cơ sevor thông qua mô-đun định vị vị
trí. Nhìn chung mơ hình đã đáp ứng được các yêu cầu đã đặt ra với đầy đủ chức năng của một
PLC và có thể nâng cấp thêm mơ-đun điều khiển thiết bị thông qua mạng không dây như:
internet, bluetooth, ...để điều khiển, giám thiết bị từ xa không cần qua kết nối bằng dây dẫn.

-16-

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỚI

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay, cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật mà trong đó điều
khiển tự động đóng vai trị hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản
lý, công nghiệp tự động hóa. Các thiết bị như HMI, PLC, biến tần, động cơ không đồng bộ
3 pha, các bộ cảm biến, khí cụ điện... khơng thể thiếu trong các máy móc phục vụ sản xuất
cơng nghiệp cũng như dân dụng. Chính vì vậy, Mơ hình thực hành PLC đa chức năng có
thể áp dụng trong giảng dạy lý thuyết và thực hành trong chương trình đào tạo nhằm đáp
ứng tốt nguồn nhân lực tự động hóa cho doanh nghiệp, mang lại lợi thế cạnh tranh trong
thời đại mà công nghệ chiếm ưu thế như hiện nay thì việc đào tạo cho các nhân viên , kỹ sư
tại các trung tâm đào tạo, trường học…là điều cực kỳ thiết yếu. Tính riêng các trường Đại
học trong cả nước thì có khoảng hơn 30 trường đào tạo ngành tự động hóa này.
Bên cạnh đó, đã có nhiều cơng ty trong nước và nước ngồi chun sản xuất mơ hình
thực hành chào bán có thể phục vụ cho việc dạy và học môn PLC. Tuy nhiên, những mơ
hình này thường có giá thành tương đối cao và khơng sát với chương trình đào tạo của nhà
trường đồng thời việc bảo trì, nâng cấp gặp nhiều khó khăn.
Hiện tại, phịng thực tập PLC do bộ mơn Tự động Điều khiển cịn thiếu nhiều mơ hình
thực tập, đặc biệt là những mơ hình hồn chỉnh phục vụ cho mơn “Thực tập PLC”. Do đó,
gây nhiều khó khăn cho việc giảng dạy của giảng viên cũng như học tập của sinh viên. PLC
được nhiều hãng sản xuất như : Siemens , Mitsubishi , Omron, Alenbratlay... và có nhiều
chủng loại. Tuỳ theo chương trình đào tạo của từng trường mà sinh viên được giảng dạy về
các loại khác nhau. Do muốn tìm hiểu thêm về PLC Mitsubishi đồng thời nhằm mục đích
giúp các khố học sau có điều kiện tìm hiểu thêm về PLC Mitsubishi. Chính vì vậy, mục

tiêu chính của nhóm chúng em nghiên cứu lần này là thiết kế và chế tạo hồn chỉnh mơ
hình thực tập cho môn học “Thực tập PLC” phục vụ cho việc giảng dạy và học tập của
giảng viên và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật của nhà trường đó là lí do nhóm chúng em
-17-


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: Th.S NGUYỄN THỚI
chọn đề tài “THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH DẠY HỌC DÙNG PLC MITSUBISHI”.
Với mơ hình này người học sẽ thực hành đầy đủ các chức năng cơ bản của một PLC như
điều khiển I/O, cảm biến, động cơ,... Hơn thế, với các tính năng vượt trội hơn so với các
mơ hình khác là được tích hợp trên mơ hình như cc-link, biến tần, điều khiển vị trí,... giúp
khai thác tối đa chức năng của một PLC.

1.2 MỤC TIÊU
Thiết kế và thi công hồn thiện mơ hình dạy học để đưa ra ứng dụng phục vụ học tập và
trong thực tế.
Điều khiển và giám sát hoạt động của mơ hình.
Kết nối và điều khiển được các thiết bị khác bên ngồi.
Tìm hiểu và nghiên cứu phát triển sâu hơn về mơ hình PLC MITSUBISHI trong thực tế.

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU


NỘI DUNG 1: Tìm hiểu, tham khảo các tài liệu, giáo trình, nghiên cứu các chủ

đề, nội dung và các thiết bị, phần mềm liên quan đến đề tài.


NỘI DUNG 2: Nghiên cứu và đưa ra phương pháp thực hiện đề tài.



NỘI DUNG 3: Thiết kế phần cứng các panel cũng như tiện ích của mơ hình.



NỘI DUNG 4: Thiết kế hệ thống điều khiển.



NỘI DUNG 5: Thiết kế giải thuật điều khiển các chương trình DEMO phục vụ

học tập, lập trình PLC, thiết kế giao diện HMI, module I/O, mạng truyền thông, DAC, mơ
hình robot …


NỘI DUNG 6: Thử nghiệm, điều chỉnh phần mềm, phần cứng cho hệ thống tối

ưu, thu thập kết quả qua những lần thử nghiệm đánh giá tính ổn định của hệ thống.

NỘI DUNG 7: Viết quyển báo cáo tốt nghiệp và tài liệu hướng dẫn sử dụng mơ
hình.


NỘI DUNG 8: Báo cáo đồ án tốt nghiệp.

1.4 GIỚI HẠN


Mơ hình thử nghiệm có quy mơ nhỏ chỉ được dùng để dạy học không dùng được

trong các ứng dụng cơng nghiệp.


Mơ hình thi cơng có kích thước:140x70 cm.



Sử dụng PLC Q02HCPU của hãng MITSUBISHI.
-18-


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Màn hình HMI Got 1000.

GVHD: Th.S NGUYỄN THỚI



Module định vị QD75M4.



Module CC-link QJ61BT11N .



Module I/O QH42P.



Biến tần FR-E700.



Module chuyển đổi Analog-Digital AJ65VBTCU-68ADVN.



Bộ nguồn với RCCB 40A và Omron S8VS-09024A ngõ ra 24 VDC/ 90W.



Bộ điều khiển CC-Link ngõ vào AJ65SBTB1-16D1 và ngõ ra AJ65SBTB1-16T1

với 16 ngõ vào/ra.


Sử dụng 03 cơng tắc hành trình, 01 cảm biến sợi quang FS-V31, 01 cảm biến sợi

cáp FS-N13N, 02 cảm biến tiệm cận.


Các nút nhấn, công tắc và đèn hiển thị.

1.5 BỐ CỤC


Chương 1: Tổng Quan



Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết



Chương 3: Thiết Kế và Tính Tốn



Chương 4: Thi cơng hệ thống



Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá



Chương 6: Kết Luận và Hướng

Phát Triển Cụ thể như sau:


Chương 1: Tổng quan.

Chương này trình bày vấn đề dẫn nhập, lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu,
các giới hạn và bố cục đồ án.


Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết.

Giới thiệu chi tiết về mơ hình dạy học, đưa ra các cơ sở để chọn thiết bị, trình bày cơ sở lý
thuyết về PLC, kiến thức cơ bản PLC Mitsubishi, màn hình HMI Got 1000, Module định vị
QD75M4, CC-link QJ61BT11N, Module I/O QH42P, Biến tần FR-E700, Module chuyển
đổi Analog-Digital AJ65VBTCU-68ADVN, Bộ điều khiển CC-Link ngõ vào AJ65SBTB116D1 và ngõ ra AJ65SBTB1-16T1 .
-19-


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Chương 3: Thiết Kế và Tính Tốn.

GVHD: Th.S NGUYỄN THỚI

Khảo sát mơ hình dạy học dùng PLC, tính tốn thiết kế từng khối, đưa ra sơ đồ ngun lí
của hệ thống.


Chương 4: Thi Cơng Hệ Thống.

Thi cơng hệ thống, lưu đồ, đưa ra giải thuật, thiết kế giao diện màn hình HMI và viết
chương trình PLC. Sau đó viết tài liệu hướng dẫn sử dụng và thao tác trên mơ hình.


Chương 5: Kết Quả, Nhận Xét và Đánh Giá

Đưa ra kết quả đạt được sau một thời gian nghiên cứu, thực hiện.


Chương 6: Kết Luận và Hướng Phát Triển.

Đưa ra những nhận xét, đánh giá toàn bộ hệ thống.
Trình bày những kết luận về hệ thống những phần làm rồi và chưa làm, đồng thời nếu ra
hướng phát triển cho hệ thống.

-20-


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỚI

CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 THỰC TRẠNG
Hiện nay có nhiều cơng ty chun sản xuất mơ hình thực hành có thể phục vụ cho việc
dạy và học môn PLC với nhiều chủng loại đa dạng, phong phú. Tuy nhiên, đa số các mơ hình
dạy học PLC được sáng chế bởi các nước tiên tiến nên quá trình giao tiếp và điều khiển
tương đối phức tạp những mơ hình này thường có giá thành tương đối cao và khơng bám sát
với chương trình đào tạo của nhà trường, đồng thời các mơ hình này được thiết kế thành một
khối nên việc bảo trì, nâng cấp, mở rộng gặp nhiều khó khăn. Việc nghiên cứu ra một mơ
hình thực tập PLC đa chức năng là rất cần thiết, không những nhỏ gọn, khai thác tối đa tính
năng của một PLC mà cịn có thể mở rộng với các mơ hình ứng dụng khác.
Một số mơ hình dạy học PLC:

Hình 2.1. Bộ thực PLC S7-200

-21-

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: Th.S NGUYỄN THỚI

Hệ thống bao gồm các module chức năng sau:
 PLC SIMATIC S7-200: CPU-224.
 8 Out Digital Module: EM-222.
 4-In/1-Out Analog Module: EM-235.
 Cáp PC-PPI/RS485: PPI-PC.
 Bộ nguồn cho thiết bị.
 Bộ nút nhấn, công tắc, đồng hồ, dây TN,…

Hình 2.2 :Bàn thực hành lập trình PLC và ZEN
Bao gồm các panel chính sau:
 Panel PLC S7-200 CPU 224.
 Panel PLC Zen gồm: 6 đầu vào số và 4 đầu ra số.
 Hệ thống nguồn và thiết bị đo gồm:Nguồn AC-DC, bảo vệ dòng rò, đồng hồ
dòng- áp.
-22-


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: Th.S NGUYỄN THỚI
 01 Panel nút ấn, đèn báo, LED 7 thanh dùng để đếm sản phẩm.
 01 Panel rơ le trung gian.
 01 Panel cảm cảm biến.
 02 Panel gắn 02 công tắc tơ, mỗi panel gồm 02 bộ khởi động từ kép.

Hình 2.3 : Bộ thực PLC S7-300
Bảng thí nghiệm cho PLC, bao gồm:
 Bục nguồn:CB+ổ 220V,Bảng hộp gắn PLC+I/O Module có chốt ra.
 PLC S7-300:CPU-312+MMC 64KB.
 Module S7-300, 8 DI, 8 DO, 24V DC, 0.5A, 20 PIN.
 Module S7-300, 4 Analog Input / 2 Analog Output.
 Bộ nguồn cho PLC S7-300 120/230V, 24VDC, 2A.
 Contact Module.
 Lamp Module.
 Relay Module.
 Analog Simulator.
-23-


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: Th.S NGUYỄN THỚI
 Bộ chỉ thị số 41/2 Digits cho tín hiệu Analog.
Nhìn chung, các mơ hình chỉ có CPU PLC và các modun I/O nên chỉ thực hiện được một số
chức năng cơ bản như: Điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha, động cơ bước, đèn giao
thông, đọc nhiệt độ, đếm và hiển thị sản phẩm và một số chức năng cơ bản khác của một mơ
hình PLC. Các mơ hình này phần lớn dừng lại ở mức độ nghiên cứu và khai thác mơ phỏng,
chưa tích hợp các thiết bị nâng cao như HMI, CC-link,... các mô đun được thiết kế thành một
khôi nên việc sửa chửa, nâng cấp cũng như thay thế một số thiết bị khác gặp nhiều khó khăn và
bất cập.
2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI
2.2.1 Master Station
2.2.1.1 CPU Q02H

Hình 2.4:CPU Q02H
a. Tổng quan về PLC

 Định nghĩa
PLC là tên viết tắt của dòng chữ Programmable Logic Controller (Có thể hiểu một cách đơn
giản trong tiếng việt là: Thiết bị điều khiển cho phép người dùng lập trình (Khả trình)). Trong
quá khứ các bộ điều khiển chỉ được sản xuất ra để phục vụ riêng cho một mục đích điều khiển
-24-


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: Th.S NGUYỄN THỚI
và không thể thay đổi (Hay còn gọi là điều khiển kết nối cứng), điều này đã tạo ra những hạn
chế và nhược điểm vơ cùng lớn trong việc lập trình điều khiển nên bộ điều khiển Login khả
trình đã được ra đời (PLC). Thơng qua bộ điều khiển PLC, người dùng hồn tồn có thể thay
đổi thuật tốn điều khiển thơng qua việc lập trình PLC (Viết bằng ngơn ngữ lập trình)
 Cấu tạo
Thành phần chính của PLC là một bộ nhớ chượng trình( bộ nhớ RAM và có thể mở rộng qua
bộ nhớ ngồi EFROM) một bộ xử lí có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối các PLC và các
module vào ra. PLC có nhiều loại khác nhau và được phân biệt dựa trên thành phần chính của
nó: như các ngõ vào ra, dung lượng bộ nhớ, bộ đếm (counter), bộ định thời (Timer), bit nhớ,
các chức năng đặc biệt, tốc độ xử lí, loại xử lý và chức năng truyền thông.
 Bộ xử lý (CPU: Central Processing Unit )
 Để đáp ứng u cầu thì PLC phải có CPU như một máy tính. CPU được xem là bộ não
của PLC, quyết định tốc độ xử lý cũng như khả năng điều khiển chuyên biệt của PLC.
 CPU là đọc tín hiệu ngõ vào từ khối vào, xử lý và xuất tín hiệu tới khối ra. CPU cịn
chứa các khối chứa năng phổ biến như Timer, Counter, lệnh toán học,… 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 dịng điện, điện áp, tổng trở,… Một
thông số quan trọng khác của các module AI là độ phân giải, thông số này cho biết độ
chính xác khi thực hiện chuyển đổi ADC.
 Khối ra (Module Output): Có 2 loại ngõ ra là ngõ ra số DO (Digital Output) và ngõ ra tương
tự AO (Analog Output)

-25-