TIEU LUAN HỆ THỐNG LẮP ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

LỜI NĨI ĐẦU
Điều khiển tự động là mơn học cung cấp cho học viên những kiến thức cơ bản về
thiết kế và chế tạo những hệ thống tự động trong sản xuất và phục vụ đời sống.Ngày
nay ngành sản xuất tự động ngày càng phát triển dần dần thay thế lao động cơ khí
thơng thường.
Mặc dầu trong thời gian rất ngắn, với sự hướng dẫn tận tình của Thầy
…………………cùng với sự giúp đỡ của các bạn cùng lớp, đã giúp cho tôi một số
kiến thức cơ bản về môn học đó cũng là nền tảng cho việc nghiên cứu về tự động hố
sau này.
Chúng tơi xin chân thành cảm ơn Thầy ……………………………….đã tận tình
giúp đỡ chúng tơi trong thời gian vừa qua.
…V….V…

- i-


MỤC LỤC
HỆ THỐNG LẮP CHỐT TỰ ĐỘNG..................................1

- i-


HỆ THỐNG LẮP CHỐT TỰ ĐỘNG
Trong hệ thống lắp ráp chi tiết máy, khi cần lắp ráp các chi tiết trục, hoặc đóng
chốt vào bạc chúng ta cần lắp chặt để cố định chi tiết. khi lắp ráp bằng tay thì dễ
dẫn đến hiện tượng bị biến dạng và độ chính xác thấp dễ gây hư hỏng chi tiết do
lực ép không đều. Để khắc phục hiện tượng này ta dùng hệ thống lắp ráp tự động
bằng các xy lanh điều khiển bằng hệ thống khí nén, với cơng nghệ này thì các cụm
chi tiết được lắp ráp một cách chính xác, tránh được hư hỏng.
1. MƠ TẢ HỆ THỐNG
1.1 Cấu tạo

2
Xi lanh C
Xi lanh A
Xi lanh F

1

3

2

3

Xi lanh G

8
3
4

Caû
m biế
n
Xi lanh E
Xi lanh B
Xi lanh D

6

5

7

Hình 1: Hệ thống ép bạc tự động

1. Chi tiết bạc
2. Xy lanh
3. Băng tải
4. Chi tiết trục

5. Robot gắp chi tiết
6. Bệ đở
7. Động cơ điện
8. Bàn đặt sản phẩm

1.2 Yêu cầu công nghệ
- Chi tết trục (4) và bạc(1) được đưa tới vị trí tay kẹp của Robot bằng băng tải (2).
- Khi cảm biến nhận dạng chi tiết trục thì khi đó Robot bắt đầu đưa tay kẹp xuống
kẹp chi tiết và mang chi tiết đến vị trí cấn lắp ráp.
- Xy lanh A mang chi tiết bạc đến vị trí lắp ráp.
- Xy lanh B và C duỗi ra để định vị chi tiết bạc(1).
- Xy lanh D duỗi ta để ép chặt chi tiết trục(4) vào bạc(1).
-1-


- Xy lanh C và D cùng lùi về.
- Xy lanh A và B cùng mang sản phẩm đến băng tải để đư ra ngoài.
- Xy lanh A lùi về hết hành trình kết thúc một chu kỳ.
1.3 Nguyên lý hoạt động
Khi nhấn nút Start cảm biến CB1 nhận dạng chi tiết 4, cánh tay robot mang xy lanh

F sẽ đi xuống khi chạm vào cơng tắc hành trình S14 sẽ dừng lại khi đó xy lanh G duỗi
ra làm tay kẹp sẽ kẹp chặt chi tiết sau một khoảng thời gian T1 thì xi lanh F lùi về cánh
tay Robot mang chi tiết 4 đi lên chạm vào công tắc hành trình S13 thì dừng. Sau đó
cánh tay Robot sẽ mang chi tiết 4 đến vị trí cần lắp ráp nhờ xy lanh E duỗi ra khi chạm
vào công tắc hành trình S10 thì dừng, xi lanh F đi ra đặt chi tiết 4 đúng vị trí cần lắp
ráp, xi lanh G lùi về tay kẹp nhả ra, sau khỏang thời gian T2 xi lanh F lùi về mang tay
kẹp Robot đi lên chạm vào cơng tắc hành trình S12 thì dừng lại, xi lang E lùi về đưa
cánh tay Robot về vị trí ban đầu.
Xy lanh A sẽ đẩy chi tiết bạc(1) đi ra một nữa hành trình để đưa bạc 1 đặt tại vị trí
cần lắp ráp, xy lanh B và C cùng duỗi ra để kẹp chặt chi tiết 1, xy lanh D duỗi ra để ép
trục 4 vào bạc 1. Sau khi lắp xong thì cả hai xy lanh C và D cùng lùi về. Xy lanh A và
B sẽ mang sản phẩm đã lắp ráp xong ra băng tải đưa ra ngoài, cuối cùng xy lanh A sẽ
lùi về kết thúc một chi trình làm việc của hệ thống.

2. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN-KHÍ NÉN
-2-


2.1 Yêu cầu thiết kế.
Yêu cầu thiết kế mạch điều khiển điện khí nén như sau:
Mạch hoạt động theo 2 chế độ:
- Chế độ bằng tay
- Chế độ tự động hoạt động 1 chu kỳ và nhiều chu kỳ
- Có nút dừng khẩn cấp khi có sự cố.
2.2 Xây dựng biểu đồ trạng thái
Từ u cầu của qui trình cơng nghệ, ta thiết lập được biểu đồ trạng thái mô tả trình
tự hoạt động của các cơ cấu chấp hành như sau:
Nhịp thực hiệ
n

1

Xy lanh A

S2,Y2
S1,Y1

Xy lanh B

S4,Y4
S3,Y3

Xy lanh C

S6,Y6
S5,Y5

Xy lanh D

S8,Y8
S7,Y7

Xy lanh E

S10,Y10
S9, Y9

Xy lanh F

S12,Y12 Start

S11,Y11

Xy lanh G

S14,Y14 CB
S13,Y13

2

3

4

5

6

7

t1

I

8

9

10

11

12
SN

13

14

15

16

17

t3

18

t2
II

IV

III

Hình 2 : Biểu đồ trạng thái

Hình 3 : Sơ đồ mạch khí nén

2.3 Thiết kế mạch điều khiển theo tầng

Từ biểu đổ trạng thái ta chia ra thành 6 tầng với các tín hiệu đầu tầng như sau:

-3-

V

VI


Tầng I : E1 = Start ^ S1
Tầng II : E2 = S4
Tầng IIII : E3 = S10
Tầng IV : E4 = S13
Tầng V : E5 = S8
Tầng VI : E6 = S2 ^ S3
Với L1, L2, L3, L4, L5, L6 là các tín hiệu điều khiển của tầng I, II, III, IV, V, VI

Hoạt động của các Xy lanh trong mỗi tầng như sau:
Tầng I
− Xi lanh F+→Y11 = L1
− Xi lanh G+→Y13 = L1 ^ S12
Tầng II
− Xi lanh F-→Y12 = L2
− Xi lanh E+→Y9 = L2 ^ S11
Tầng III
− Xi lanh F+→Y11 = L3
− Xi lanh G-→Y9 = L3 ^ S12
Tầng IV
− Xi lanh F-→Y12 = L4
− Xi lanh E-→Y10 = L4 ^ S11

− Xi lanh A+→Y1 = L4 ^ S9
− Xi lanh B+→Y3 = L4 ^ Sn
− Xi lanh C+→Y5 = L4 ^ S4
− Xi lanh D+→Y7 = L4 ^ S6
Tầng V
− Xi lanh C-→Y6 = L5
− Xi lanh D-→Y8 = L5
− Xi lanh A+→Y1 = L5 ^ S5 ^ S7
− Xi lanh B-→Y4 = L5 ^ S5 ^ S7
Tầng VI
− Xi lanh A-→Y2 = L6

2.4 Thiết kế mạch điều khiển theo nhịp
Bảng thực hiện các bước của qui trình
Bước hành trình 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11

12 13 14 15

F-

E+

F+

G-

F-

E-

A+

B+

C+

D+

CD-

A+
B-

A-

S9

S11

S14

S12

S10

S1

S3

S5

S7

S6
S8

S1
S4

S2

Y14 Y12 Y10 Y1

Y3

Y5

Y7

Y6
Y8

Y1
Y4

Y2
Y1

Xi lanh

F+

G+

Công tắc tác
động

S11

S13 S12

Van điện từ

Y11

S13 Y12 Y9 Y11

2.5 Thiết kế mạch logic điều khiển

-4-


Set Start

S1

S2

S3

S4

S5

S6

S7

S8

S9

Y1

S10 S11 S12 S13 S14 SN

&

CB

&

Y2 Y3

Y4

S F+
R
S G+
R
S T1
R

&

S FR

&

S E+
R

&

S F+
R

&

S GR
S T2
R

&

S FR

&

S ER

&

S A+
R

&

S B+
R

&

S C+
R

&

S D+
R

&

S CR D-

&

S A+
R BS T3
R

& =1

S AR

Hình 4 : Sơ đồ mạch logic điều khiển theo nhịp
2.6 Xây dựng biểu đồ Grafcet
-5-

Y5

Y6

Y7

Y8

Y9 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14


Cảm biến

1
Tay Robot đi xuống

Công tắc
Set
Công tắc khởi động
SH Van Y11 đóng
NS Xy lanh F duỗi ra S12

2
Tay Robot kẹp chi tiết

SH Van Y13 đóng
NS Xy lanh G duỗi ra S14

3
Tay Robot lùi về

SH Van Y12 đóng
NS Xy lanh F lùi về

9
Đưa chi tiết đến
4 vị trí
lắp ghép
Robot mang chi tiết
đến vị trí lắp ráp
10
Định vị chi5tiết
Tay Robot đi xuống

SH Van Y9đóng
NS Xy lanh A duỗi ra
SH Van Y3 đóng

SH Van Y5 đóng

12
Ép chắt chi tiết
7
ra
Tay Robot lùi về

SH Van Y7 đóng

14
Đưa SP ra băng tải
ra
15
Kết thúc chu kỳ

ra

SN

NS Xy lanh E duỗi ra S10

SH Van Y11 đóng
NS Xy lanh B duỗi ra

11
Định vị chi6tiết
ra
Tay Robot nhã chi tiết

13
Nhã chi tiết
8
ra
Robot lùi về vị trí củ

S11

SH Van Y1 đóng

S4

NS Xy lanh F duỗi ra S12

SH Van Y14 đóng
NS Xy lanh C duỗi ra

S6

NS Xy lanh G lùi về
S13

SH Van Y12 đóng
NS Xy lanh D duỗi ra

S8

NS Xy lanh F lùi về
SH Van Y6 và Y8 đóng

S11

SH Van Y10 đóng
NS Xy lanh C và D lùi về S5 và S7
NS Xy lanh E lùi về
SH Van Y1 và Y4 đóng

S11

NS Xy lanh A duỗi ra và B lùi về S2 và S3
SH Van Y2 đóng

-6-

NS Xy lanh A lùi về

S1


2.7 Chọn chế độ làm việc:
- Đóng, ngắt hệ thống bằng cơng tắc chính (MAN) và STOP để đóng, mở hệ thống
phân phối.
-7-


- Khởi động: chế độ tự động

và bằng tay băng công tăc đảo chiều

AUTO_MANUAL
- Chạy chế độ tự động nhiều chu kỳ bằng nút nhấn N_CYCLE
- Chạy chế độ tự động một chu kỳ bằng nút nhấn 1_CYCLE
- Chuẩn bị cho hệ thống bằng nút nhấn SET
- Kiểm tra hệ thống trước khi chạy bằng nút nhất RESET
- Dừng hệ thống khẩn cấp khi có sự cố bằng nút nhấn E_STOP
- Chế độ điều khiển bằng tay, đóng - tắt cho từng xy lanh bằng 15 nút nhấn tương ứng
A+, A+(1/2), A-, B+, B-, C+, C-, D+, D-, E+, E-, F+, F-, G+, G-.
BẢNG ĐIỀU KHIỂN

AUTO
MAN

AUTO

STOP

A+

A-

E+

E-

E-STOP

B+

B-

F+

F-

C+

C-

G+

G-

D+

D-

MANUAL
N-CYCLE

1-CYCLE

MANUAL

SET

RESET

-8-


2.8 Thiết kế mạch điều khiển điện - khí nén theo phương pháp kết hợp

1

+24V

2

3

K7

MAN

4

8

E_STOP

K7

9

AUTO

10

11

MANUAL

AUTO

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27 28

30

31

5
N_CYCLE

STOP

RESET

K8

1CYCLE

K8

K1

K1

K9

K2

K2

S1
S14

K3

K3
S10

K4

K5

K5

K4
S13

CB

K6

K10

SET

S2

S8

K6
S3
K10
S1

S3

S5

S7

S9

S11

S13
K2

K7

K9

K8

K1

K3

K2

K4

K3

K5

K4

K6

K5

K1

K10

K6
CB

0V

2
3
32

6
43
51
56
61
66
74
78

13
15

25 16
17
68
76

14 18
19

63
70

17 20
21
69
77

-9 -

19 22
23
39
48
53
58
65
71

21 24
25
40
50
55
60

23 14
26
41

30

14
31


32

+24V

MANUAL

K7
33

34

A+

35

A+(1/2)

3637

38

44

K11

A-

K12
+24V

39

AUTO
SN

SN

40

K4
K12

45

K5

41

K13

47

48 49

B+

52

B-

50

K6

K4
K9

54

C+

42 43

K11
S9

46

K5

C-

55

K9

K4

59

D+

51

K13

S5

57

K5

62

D-

E+

56

60

K9

K4

64

K5

67

E-

F+

61

K9

73

65

K2

K4

F-

66

K9

68

K1

69

K3

70

K2

74 75

79

G+

G-

71 72

K4

76

K9

77

K1

K3

S5
SN

S4

S1

S2

S6

S11

S11

S7

S12

S7

S12

SN
T2

K12

K11

Y1

T2

1.5 Y2

T1

K13

Y3

Y4

Y5

Y6

Y7

Y8

Y9

Y10

Y11

T1

1.5 Y12

0V

34
37

36
38

42

44
46

72

Hình 5 : Sơ đồ mạch điều khiển điện- khí nén theo phương pháp kết hợp

2.9 Thiết kế mạch điều khiển điện - khí nén hoạt động theo nhịp
-10-

Y13

Y14

K9


1

+24V

2

K18

4

K18

MAN
E_STOP

8
9 10

AUTO

MANUAL
12 13

11

14

AUTO

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

5
1CYCLE

STOP

K19

K1

SN

S2

N_CYCLE
RESET

K16

K2

K19
S12

S1

K3
S14

K4
S11

K5
S10

K6
S12

K8

K7
S11

S13

K9
S9

K10
SN

K11
S4

K12

S6

S7

S8

K15
K1
S1

S3

S5

S7

S9

S11

K2

K3

K4

K5

K6

K7

K8

K9

K10

K11

K10

K11

K14

K13

K12

K15
S3

K13

K14

K17

S13

K17

K2

K16

K18

K19

K1

K3

K2

K4

K3

K5

K4

K6

K5

K7

K6

K8

K9

K8

K7

K9

K10

K12

K11

K13

K12

K14

K15

K14

K13

K1

K15

0V

2
4
47

6
62
68
71
85
88
91
94

14
16

44 17
18
55

15 19
20
57

18 21
22
59

20 23
24
65

22 25
26
56

-11-

24 27
28
67

26 29
30
60

28 31
32
70

30 33
34
74

32 35
36
78

34 37
38
80

36 39
40
82

38 41
42
84
87

40 43
44
76
90

42 15
45
92

SET


47

+24V

K18
48

A+
+24V

49

K20

50

A+(1/2)

51

K21

52

A-

53

K22

MANUAL

54

58

63

G+

F+
55

AUTO

K1

56

K5

F-

57

59

K2

K3

60

66

E+

69

G67

K4

72

73

77

E-

62

K16

K7

64

K6

B+

68

K16

79

70

K8

71

K16

81

C+

83

86

D-

D+

C-

74 75 76

K20

K21

K9

K14

84

K10

K11

K12

89

K13

B-

85

K16

95

87

K13

88

K16

90

K14

91

K16

92

93 94

K15

K16

96

98

K22

CB

SN

99

K17

S1
T2

SN

T1

S2
Y2
K21

K20

K22

Y11

Y13

T1

2

Y12

Y9

Y14

Y10

Y1

Y3

Y5

Y7

Y8

Y6

Y4

T2

2
CB

K17

0V

49
72

51
73

53
95

61

93

Hình 5 : Sơ đồ mạch điều khiển điện- khí nén hoạt động theo nhịp

-12-

98

12
15
99


3. VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC SIEMENS S7- 200
3.1. Thành lập bảng ngõ vào của PLC

-13-

STT

Ký hiệu

Input

Ghi chú

1

MAN

I0.0

Bật nguồn hệ thống (nút nhấn tường mở)

2

STOP

I0.1

Dừng hệ thống (nút nhấn tường đóng)

3

AUTO

I0.2

Chuyển chế độ bằng tay và tự động(công tắc đảo chiều)

4

N-CYCLE

I0.3

Chạy chế độ tự động nhiều chu kỳ(nút nhấn thường mở)

5

1-CYCLE

I0.4

Chạy chế độ tự động 1 chu kỳ(nút nhấnthường mở)

6

SET

I0.5

Chuẩn bị cho hệ thống (nút nhấn thường mở)

7

RESET

I0.6

Kiểm tra hệ thống (nút nhấn thường mở)

8

E-STOP

I0.7

Dừng khẩn cấp (cơng tắc đảo chiều)

9

S1

I1.0

Cơng tắc hành trình đầu xy lanh A

10

Sn

I1.1

Cơng tắc hành trình giữa xy lanh A

11

S2

I1.2

Cơng tắc hành trình cuối xy lanh A

12

S3

I1.3

Cơng tắc hành trình đầu xy lanh B

13

S4

I1.4

Cơng tắc hành trình cuối xy lanh B

14

S5

I1.5

Cơng tắc hành trình đầu xy lanh C

15

S6

I1.6

Cơng tắc hành trình cuối xy lanh C

16

S7

I1.7

Cơng tắc hành trình đầu xy lanh D

17

S8

I2.0

Cơng tắc hành trình cuối xy lanh D

18

S9

I2.1

Cơng tắc hành trình đầu xy lanh E

19

S10

I2.2

Cơng tắc hành trình cuối xy lanh E

20

S11

I2.3

Cơng tắc hành trình đầu xy lanh F

21

S12

I2.4

Cơng tắc hành trình cuối xy lanh F

22

S13

I2.5

Cơng tắc hành trình đầu xy lanh G

23

S14

I2.6

Cơng tắc hành trình cuối xy lanh G

24

A+(1/2)

I2.7

Chế độ bằng tay xy lanh A duỗi ra 1/2

25

A+

I3.0

Chế độ bằng tay xy lanh A duỗi ra

26

A-

I3.1

Chế độ bằng tay xy lanh A lùi về

27

B+

I3.2

Chế độ bằng tay xy lanh B duỗi ra

28

B-

I3.3

Chế độ bằng tay xy lanh B lùi về

29

C+

I3.4

Chế độ bằng tay xy lanh C duỗi ra

30

C-

I3.5

Chế độ bằng tay xy lanh C lùi về

31

D+

I3.6

Chế độ bằng tay xy lanh D duỗi ra

32

D-

I3.7

Chế độ bằng tay xy lanh D lùi về

33

E+

I4.0

Chế độ bằng tay xy lanh E duỗi ra

34

E-

I4.1

Chế độ bằng tay xy lanh E lùi về

35

F+

I4.2

Chế độ bằng tay xy lanh F duỗi ra

36

F-

I4.3

Chế độ bằng tay xy lanh F lùi về

37

G+

I4.4

Chế độ bằng tay xy lanh G duỗi ra

38

G-

I4.5

-14tay
- xy lanh G lùi về
Chế độ bằng

39

Cảm biến CB

I4.5

Cảm biến nhận dạng chi tiết


3.2 Thành lập bảng ngõ ra của PLC
ST
T

Ký hiệu

Output

1

Y1

Q0.0

Solenoid điều khiển xy lanh A duỗi ra

2

Y2

Q0.1

Solenoid điều khiển xy lanh A lùi về

3

Y3

Q0.2

Solenoid điều khiển xy lanh B duỗi ra

4

Y4

Q0.3

Solenoid điều khiển xy lanh B lùi về

5

Y5

Q0.4

Solenoid điều khiển xy lanh C duỗi ra

6

Y6

Q0.5

Solenoid điều khiển xy lanh C lùi về

7

Y7

Q0.6

Solenoid điều khiển xy lanh D duỗi ra

8

Y8

Q0.7

Solenoid điều khiển xy lanh D lùi về

9

Y9

Q1.0

Solenoid điều khiển xy lanh E duỗi ra

10

Y10

Q1.1

Solenoid điều khiển xy lanh E lùi về

11

Y11

Q1.2

Solenoid điều khiển xy lanh Fduỗi ra

12

Y12

Q1.3

Solenoid điều khiển xy lanh F lùi về

13

Y13

Q1.4

Solenoid điều khiển xy lanh G duỗi ra

14

Y14

Q1.5

Solenoid điều khiển xy lanh G lùi về

Ghi chú

3.3 Kết nối PLC với các thiết bị ra/vào

-15-

RESET E-Stop

A+(1/2)
n- 1Man Stop Auto cy le cy le Set S1 S1 Sn S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S1 S12 S13 S14 A+ A- B+ B- C+ C- D+ D- E+ E- F+ F- G+ G- CB

24V I0. I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1. I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 I1.7 I2.0 I2.1 I2. I2.3 I2.4 I2.5 I2.6 I2.7 I3.0 I3.1 I3.2 I3. I3.4 I3.5 I3.6 I3.7 I4.0 I4.1 I4.2 I4.3 I4. I4.5 I4.6

Simatic
S7-20

PLC

CPU216

0V Q0. Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1. Q1.2 Q1.3 Q1.4 Q1.5 Q1.6 Q1.7 Q2.0 Q2.1 Q2. Q2.3 Q2.4 Q2.5 Q2.6 Q2.7

Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 Y10 Y1 Y12 Y13 Y14

-16-


3.4 Chương trình điều khiển PLC Siemens S7-200

-17-


-18-

-19-


-20-


-21-


-22-


-23-