XÂY DỰNG MÔ HÌNH BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC MITSUBISHI

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN
THƠNG
----------- o0o -----------

HỒNG ANH TUẤN

XÂY DỰNG MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG
SỬ DỤNG PLC MITSUBISHI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH CƠNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HĨA


THÁI NGUYÊN, NĂM 2021
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN
THÔNG
----------- o0o -----------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH CƠNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HĨA
Đề tài:

XÂY DỰNG MƠ HÌNH BÃI ĐỖ XE TỰ ĐỘNG
SỬ DỤNG PLC MITSUBISHI

Sinh viên thực hiện:

HỒNG ANH TUẤN

Lớp: TĐH - K15

HỆ CHÍNH QUY

Giáo viên hướng dẫn:

ThS. LÊ HỒNG THU


Thái Nguyên, năm 2021


MỤC LỤC
MỤC LỤC..................................................................................................................... 1
DANH MỤC HÌNH ẢNH.............................................................................................3
LỜI MỞ ĐẦU...............................................................................................................4
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG......................................................................5
1.1 Lịch sử phát triển, giới thiệu chung về công nghệ bãi đỗ xe thông minh..............5
1.2 Ưu, nhược điểm của bãi đỗ xe ôtô tự động...........................................................6
1.3 Lựa chọn phương án thiết kế mơ hình..................................................................6
1.3.1 Đỗ xe tự động dùng thang máy (Car Lift).......................................................6
1.3.2 Đỗ xe tự động dạng xếp hình..........................................................................7
1.3.3 Đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng đứng........................................................7
1.3.4 Đỗ xe tự động hệ thống Cycle Parking...........................................................7
1.3.5 Đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng ngang.......................................................8
1.3.6 Đỗ xe tự động hệ thống tháp xe (Sky parking System)...................................8
1.3.7 Đỗ xe tự động hệ thống thang nâng di chuyển................................................8
1.4 Lựa chọn phương án thiết kế mơ hình..................................................................9
1.4.1 Sơ đồ khối hệ thống........................................................................................9
1.4.2 Phân tích bài tốn u cầu cơng nghệ của đề tài.............................................9

CHƯƠNG II THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG.......................................................11
2.1 Phân tích và lựa chọn PLC..................................................................................11
2.1.1 Khái quát về PLC..........................................................................................11
2.1.2 Hệ thống điều khiển PLC..............................................................................11
2.1.3 Cấu tạo của PLC...........................................................................................12
2.1.4 Ưu điểm của hệ điều khiển PLC...................................................................13
2.1.5 Ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC.......................................................14
2.1.6 Hệ thống điều khiển PLC..............................................................................15
2.1.7 Giới thiệu một số loại PLC trong công nghiệp..............................................16
2.1.8 Phân tích về PLC MITSUBISHI dịng FX....................................................17
2.1.9 Cấu trúc phần cứng của PLC họ FX của hãng Mitsubishi............................18
2.1.10 Quy trình thiết kế chương trình điều khiển dùng PLC................................19
2.2 Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển hệ thống..................................................20
2.2.1 Giới thiệu về phần mềm WinCC (TIA Portal)...............................................20
1


2.2.2 Giới thiệu chung về Wincc............................................................................21
2.3 Phân tích và lựa chọn hệ thống truyền động di chuyển cho các trục...................23
2.4 Phân tích và lựa chọn động cơ............................................................................26
2.4.1 Động cơ một chiều ( DC ).............................................................................26
2.5 Phân tích và lựa chọn thiết bị..............................................................................36
2.5.1 Giới thiệu chung về cảm biến.......................................................................36
2.5.2 Rơ le.............................................................................................................43
2.5.3 Driver điều khiển động cơ bước....................................................................45
2.5.4 Nguồn Tổ Ong 24V 5A.................................................................................47
2.5.5 Nguồn Tổ Ong 12V......................................................................................47
2.5.6 Nút nhấn.......................................................................................................48
2.5.7 Đèn báo.........................................................................................................48
2.6 Thiết kế hệ thống................................................................................................49

2.6.1 Thiết kế mạch động lực.................................................................................49
2.6.2 Thiết kế và gá thiết bị trên panel:..................................................................53
2.6.3 Sơ đồ nguyên lý............................................................................................55
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ...............................................................................................57
3.1 Mơ hình thực tế...................................................................................................57
3.1.1 Lưu đồ thuật tốn..........................................................................................58
3.2 Thuyết minh nguyên lí làm việc cuả hệ thống....................................................60
3.2.1 Thuyết minh nguyên lí làm việc của hệ thống..............................................60
3.2.2 Ưu điểm, nhược điểm của hệ thống..............................................................61
KẾT LUẬN.................................................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................63
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN..........................................................64

2


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống........................................................................................9
Hình 1.2 Mơ hình bãi đỗ xe thực tế.............................................................................10
Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản của PLC..............................................................................15
Hình 2.2. Sơ đồ quy trình thiết kế hệ thống điều khiển bằng PLC...............................16
Hình 2.3. PLC MISUBISHI FX1n-60MT....................................................................17
Hình 2.4. Giới thiệu chung về Wincc...........................................................................22
Hình 2.5. Vít me trục xoắn...........................................................................................23
Hình 2.6. Bàn trượt dây đai.........................................................................................24
Hình 2.7. Thanh trượt vng.......................................................................................24
Hình 2.8. Ray trượt bi 2 tầng.......................................................................................25
Hình 2.9. Thanh trượt trịn...........................................................................................25
Hình 2.10. Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập.................................................29
Hình 2.11. Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ hỗn hợp MCB 2 pha............................31

Hình 2.12. Cảm biến quang.........................................................................................38
Hình 2.13. Cảm biến tiệm cận.....................................................................................41
Hình 2.14. Cảm biến chữ U.........................................................................................43
Hình 2.15. Rơ le trung gian..........................................................................................44
Hình 2.16. Driver điều khiển động cơ bước.................................................................46
Hình 2.17. Nguồn tổ ong 24V 5A................................................................................47
Hình 2.18. Nguồn tổ ong 12V.....................................................................................47
Hình 2.19. Nút nhấn.....................................................................................................48
Hình 2.20. Đèn tháp 2 tầng..........................................................................................49
Hình 2.21. Chức năng các chân đấu Driver.................................................................50
Hình 2.22. Sơ đồ đấu nối với PLC...............................................................................51
Hình 2.23. Mạch động lực...........................................................................................52
Hình 2.24. Giá thiết bị trên panel.................................................................................53
Hình 2.25. Sơ đồ ngun lý.........................................................................................55
Hình 3.1: Mơ hình thực tế............................................................................................57
Hình 3.2: Lưu đồ thuật tốn.........................................................................................58
Hình 3.3: Màn hình WinCC để điều khiển hệ thống...................................................59

3


LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, cơng nghiệp hóa
hiện đại hóa ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong đời sống xã hội. Tự động hóa cao
song song với việc sử dụng một cách triệt để nguồn năng lượng, tăng năng suất lao
động, nâng cao chất lượng sản phẩm, cải thiện môi trường làm việc, cải thiện nhu cầu
sống của con người. Cùng với tiến trình đo thị hóa là sự tăng lên mạnh mẽ dân cư tại
các thành phố lớn. Theo đó áp lực về giao thơng đè nặng lên cơ sở hạ tầng hiện có.
Một yêu cầu bức thiết đặt ra chính là việc đi tìm câu trả lời cho bài toán ùn tắc và bài
toán về đỗ xe. Hệ thống đỗ xe thơng minh có thể nói là một lời đáp khá chính xác để

giải quyết các vẫn đề giao thông. Hiện tại ở Việt Nam ta đã thấy sự xuất hiện của các bãi
đỗ xe tự động tuy vậy khác hạn chế và mới mẻ. Là một sinh viên nghành Tự Động Hóa
mỗi sinh viên chúng ta đã được các thầy cô trang bị cho những tư duy, kiến thức cơ bản
về tự động hóa điện năng và truyền động điện tự động.
Trong kỳ thực tập tốt nghiệp vừa qua em đã có dịp tiếp xúc và tìm hiểu một số thiết bị
hiện đại đang được ứng dụng trong nghành tự động hóa. Do đó trong giai đoạn làm đồ
án tốt nghiệp, được sự đồng ý và giúp đỡ của thầy giáo hướng dẫn. Em đã được thiết kế
đề tài: “Xây dựng mơ hình bãi đỗ xe tự động sử dụng PLC Mitsubishi”.
Sau gần 3 tháng liên tục được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn, và các
thầy cô trong bộ môn và cùng với sự giúp đỡ của các bạn trong lớp, đến nay bản thiết
kế của em đã hoàn thành.
Qua đây em muốn gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong bộ mơn đã tận tình giúp đỡ em
để hồn thành bản thiết kế này. Đồng thời em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giảng
viên ThS. Lê Hồng Thu, người đã hướng dẫn tận tình em trong suốt thời gian qua.
Em xin chân thành cảm ơn!

4


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN HỆ THỐNG
1.1 Lịch sử phát triển, giới thiệu chung về công nghệ bãi đỗ xe thông minh
Kinh tế ngày một lớn mạnh, xã hội ngày một phát triển kèm theo đó là nhu cầu
nâng cao chất lượng đời sống được tăng cao. Phương tiện đi lại ngày càng nhiều, nhất
là xe ô tô ở các nước phát triển, nhưng diện tích xây dựng các bãi đỗ xe lại ít. Trước
tình hình đó, hệ thống bãi đỗ xe dùng thang máy đưa xe lên cao và người lái tự lái xe
ra bãi đỗ là phương án kết hợp đỗ xe nhiều tầng với hệ thống cơ khí đơn giản nhất xuất
hiện từ Mỹ năm 1918 sau đó lan truyền nhanh chóng sang châu Âu. Mãi đến năm
1982, hệ thống bãi đỗ xe ơ tơ tự động hồn tồn không người lái xe được phát minh
đầu tiên ở Đức, sau đó được Nhật Bản phát triển cơng nghệ này và ứng dụng rộng rãi

từ năm 1985. Hiện nay nhiều nước trên thế giới đã bắt đầu ứng dụng công nghệ này,
trong đó có Việt Nam, tuy nhiên Nhật Bản và Hàn Quốc là hai quốc gia có số lượng
bãi đỗ xe ô tô tự động nhiều nhất trên thế giới.
Với những lợi ích mà bãi đỗ xe ơ tơ tự động mang lại như giải quyết được vấn
đề tiếng ồn và ô nhiễm trong bãi đỗ xe, tiết kiệm khơng gian, khắc phục được tình
trạng mất cắp phụ tùng hay đồ đạc trong xe, tiết kiệm thời gian gửi xe… nhờ hệ thống
hoàn toàn tự động từ khâu gửi xe đến lấy xe, bãi đỗ xe ô tô tự động là một phương án
giải quyết tối ưu nhất cho tình trạng thiếu bãi đỗ xe trên thế giới hiện nay.
Ở Việt Nam, cũng như nhiều nước trên thế giới, cùng với sự phát triển mạnh về
kinh tế, sự đô thị hóa, đời sống nhân dân được nâng cao nên các cơng trình, tịa nhà
văn phịng, trung tâm mua sắm, khu vui chơi giải trí, siêu thị… ngày càng nhiều. Nhu
cầu gửi xe ô tô là không nhỏ. Tuy nhiên, hiện tại quỹ đất của các thành phố ở Việt
Nam dành cho việc xây dựng các bãi đỗ xe là có hạn. Nhiều chủ phương tiện khơng có
nơi đỗ xe đành đỗ xe trên các con đường gây tình trạng tắc nghẽn giao thơng. Vì vậy,
cần có những cơng trình vừa đáp ứng nhu cầu sinh hoạt của con người vừa giải quyết
được nơi đỗ xe cho họ. Trước tình hình đó các nhà lãnh đạo đang cố gắng tìm ra nhiều
phương án giải quyết. Và bãi đỗ xe ô tô tự động là phương án khả thi nhất giải quyết
vấn đề đó.

5


1.2 Ưu, nhược điểm của bãi đỗ xe ôtô tự động


Ưu điểm:
- Giải quyết được bài toán nan giải hiện nay là có nơi đỗ xe cho ơ tơ nên phần

nào tránh được hiện tượng ùn tắc giao thông tại các thành phố lớn ở nước ta cũng như
các nước trên thế giới.

- Tiết kiệm diện tích: cùng một diện tích đất, thay vì chỉ để được 1 chiếc xe nay
có thể để được nhiều chiếc bằng cách ta xây những tầng hầm hay xây cao tầng. Tạo ra
kết cấu thành những ơ tiêu chuẩn do đó để được nhiều xe hơn. Q trình để xe vào hệ
thống hồn tồn tự động.


Nhược điểm:
- Việc sử hệ thống đỗ xe nói chung đơi khi có thể gây ra tiếng ồn và rung vậy

nên đối với các hệ thống tự động đặt trong các cơng trình nhà ở, bệnh viện, việc tính
tốn các thiết bị cách âm và chống rung là rất cần thiết.
- Đối với các cơng trình văn phịng, rạp hát, hội nghị ... thì việc mọi người ồ ạt
đến gửi xe trong khoảng thời gian ngắn trước giờ làm việc, giờ khai mạc, ồ ạt lái xe
trong khoảng thời gian vài phút sau giờ tan sở sẽ gây ra ùn tắc cục bộ, người lái xe
phải chờ thời gian khá dài để lấy được xe. Do đó với các cơng trình có đặc điểm này,
nếu muốn lắp đặt hệ thống bán tự động thì phải có nhiều cửa ra, vào khác nhau với
nhiều thang nâng để giảm thiểu thời gian lấy xe.
1.3 Lựa chọn phương án thiết kế mô hình
1.3.1 Đỗ xe tự động dùng thang máy (Car Lift).
Với hệ thống đỗ xe tự động dùng thang máy, lái xe sẽ đưa xe vào buồng thang
máy, thang nâng xe đến tầng đỗ xe, lái xe đưa xe ra khỏi thang máy và lái xe vào vị trí
đỗ xe.


Đặc điểm đỗ xe tự động dùng thang máy:

– Tiết kiệm diện tích đường di chuyển nội bộ của xe khi lên xuống giữa các tầng bên
trong bãi đỗ xe, tuy nhiên vẫn tốn diện tích di chuyển cho xe trong từng tầng.
– Tốc độ nâng hạ chậm do có xe và người với hệ thống 1 thang máy thì thời gian lấy
xe ra vào rất lâu.

– Hiện nay đỗ xe tự động này ít phổ biến.

6


1.3.2 Đỗ xe tự động dạng xếp hình.
Hệ thống đỗ xe tự động dạng xếp hình là loại giải pháp kỹ thuật trong đó xe
được đặt trên các bàn nâng chuyển (pallet), các pallet này di chuyển nâng hạ theo trục
thẳng đứng và di chuyển ngang để đưa các xe vào hoặc ra. Hệ thống được lập trình để
chọn cách thức di chuyển xe sao cho có thể lấy xe ra nhanh nhất. Đây là loại thiết bị
rất hiệu quả cho các diện tích nhỏ và trung trên mặt đất hoặc ngầm dưới đất, có thể lắp
được tối đa 5 tầng.
 Những đặc điểm nổi bật của hệ thống này gồm:
- Tận dụng chỗ trống trên mặt đất để đỗ xe, tuy nhiên phải chừa trống một cột
để xếp hình (ngoại trừ vị trí cao nhất)
- Điểm xe vào từ dưới tầng thấp nhất
• - Tùy thuộc vào mặt bằng cho phép lắp đặt tối đa tầng để tăng tối đa diện tích
đỗ xe, có thể lắp theo chiều ngang hoặc xếp theo chiều dài tùy thuộc diện tích thực tế
cho phép.
• - Có thể sử dụng ngun lý xếp hình để lắp hệ thống nhỏ cho các nhà biệt thự,
gia đình từ 5 - 8 xe, bằng cách sử dụng thêm 1 tầng ngầm.
1.3.3 Đỗ xe tự động hệ thống xoay vịng đứng.
• Đỗ xe tự động hệ thống xoay vòng đứng là hệ thống bãi đỗ xe tự động được
lựa chọn để sử dụng khá nhiều trong các khu trung tâm của các đô thị lớn tại Việt Nam
nơi có quỹ đất hạn chế, với lợi thế tiết kiệm diện tích từ một vị trí chỉ đỗ được 2 xe sau
khi xây dựng có thể đỗ được từ 10-14 xe tùy từng loại bãi đỗ.
• Đỗ xe tự động hệ thống xoay vịng đứng có thể lắp đặt được tại những nơi có
khơng gian nhỏ có diện tích khoảng 30m, thích hợp với hầu hết các cơng sở, bãi đỗ xe
truyền thống, các công ty khai thác điểm đỗ…
1.3.4 Đỗ xe tự động hệ thống Cycle Parking.

• Hệ thống đỗ xe tự động lắp ngầm dưới mặt đất, phù hợp cho mặt bằng nhỏ
hẹp, tốc độ thang nâng 20-40m/p, tốc độ di chuyển ngang 20-30m/p. Số lượng xe tối
ưu của hệ thống: 6-38 xe. Điều khiển đơn giản với màn hình cảm ứng (Touch screen).
• Hệ thống đỗ xe tự động này rất phù hợp cho các công trình tịa nhà có qui mơ
đỗ xe nhỏ. Hình dạng khu đất thường là hình chữ nhật với 1 cạnh ngắn và 1 cạnh dài.

7


1.3.5 Đỗ xe tự động hệ thống xoay vịng ngang.
• Hệ thống đỗ xe tự động xoay vòng ngang rất phù hợp cho các cơng trình tịa
nhà có qui mơ đỗ xe nhỏ. Hình dạng khu đất thường là hình gần vuông với hai cạnh
gần bằng nhau.
1.3.6 Đỗ xe tự động hệ thống tháp xe (Sky parking System).
 Là hệ thống đỗ xe tự động dạng tháp nhiều tầng. Có thể là tháp độc lập hoặc
nằm bên trong tòa nhà, 70 xe có thể đổ trên diện tích 7.3 m x 6.4 m = 46.7 m2, chiều
cao tháp tương ứng 75m, 35 tầng (hoặc xếp dọc 3,6 m x 17 m = 61.2 m2). Tốc độ tiêu
chuẩn 90 m/ph, tối đa có thể đạt 140m/p, vận hành êm và an tồn. Điều khiển đơn giản
với màn hình cảm ứng (Touch screen).
 Hệ thống đỗ xe tự động sky parking truyền thống là có 2 cột xe đối xứng,
nhưng tùy theo diện tích đất, để tăng số lượng xe chúng ta có thể có 3- 5 – 5 – 6 cột xe.
Nhưng thời gian lấy xe trung bình sẽ tăng lên theo số lượng xe. Số lượng xe tối ưu là
70 xe.
1.3.7 Đỗ xe tự động hệ thống thang nâng di chuyển.
Đỗ xe tự động hệ thống thang nâng di chuyển:
- Điều khiển đơn giản với màn hình cảm ứng (Touch screen).
- Hệ thống lắp ngầm hoặc nổi.
- Do 1 hệ thống cơ khí vừa có chức năng nâng hạ, vừa có chức năng di chuyển
nên rất nhanh hỏng, phải đầu tư chi phí bảo dưỡng & thay thế thường xuyên, thời gian
lấy xe ra khá lâu do phải xử lý từng lệnh ra hoặc vào.

- Hệ thống đỗ xe tự động này thích hợp với bãi xe từ 100 – 500 xe

 Hệ thống sàn bê tông dùng robot:
- Robot phải luôn luôn hoạt động nên rất nhanh hỏng.
- Sử dụng robot để lấy xe ra vào vị trí, robot nâng 2 bánh nên không phù hợp
với loại xe số tự động.
- Sàn đỗ xe là sàn bê tông với yêu cầu cao về độ chính xác của mặt phẳng nên
rất khó thi cơng.
- Loại robot nâng 4 bánh xe vừa được nghiên cứu tại Koreanhưng hiện nay mới
trong giai đoạn thử nghiệm nên chưa được sử dụng phổ biến ở Korea.

 Hệ thống sàn kết cấu thép dùng pallet:

8


- Vận hành pallet đơn giản hơn và giảm bớt 1 thao tác đưa robot vào vị trí nên
giảm thời gian nhận và trả xe.
- Có thể tháo lắp di chuyển dễ dàng so với sàn bê tông.
- Phải bảo dưỡng kết cấu thép định kỳ.
 Kết luận:
 Qua phân tích, em quyết định lựa chọn và tiến hành thực hiện mơ hình bãi đỗ
xe ơ tơ sử dụng hệ thống thang nâng di chuyển.
1.4 Lựa chọn phương án thiết kế mơ hình
1.4.1 Sơ đồ khối hệ thống

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống
1.4.2 Phân tích bài tốn u cầu công nghệ của đề tài
Bãi giữ xe được thiết kế với 2 tầng, mỗi tầng 2 khoang chứa xe. Thiết bị được
sử dụng bao gồm: 3 động cơ để thực hiện nâng/hạ, đưa xe ra/vào các vị trí khoang

khác nhau và chuyển giữa các vị trí theo phương ngang. Trong đó 1 động cơ bước sử
dụng nâng/hạ, 1 động cơ bước sử dụng để chuyển giữa các vị trí theo phương ngang và
1 động cơ 1 chiều có đầu giảm tốc có tác dụng đẩy ra/thu về để đưa xe vào các
khoang. Các vị trí giữa các tầng được xác định thơng qua lập trình, xác định bằng số
vịng quay của động cơ bước. Các vị trí khoang chứa xe theo phương ngang sẽ được
xác định thông qua các cảm biến quang. Tại mỗi khoang chứa sẽ có cảm biến quang để
xác định khoang đó có xe ở trong hay không. Khi hệ thống được cấp điện và bấm
9


Start, hệ thống nâng/hạ sẽ ở vị trí chờ, khi có xe vào cảm biến nhận biết và cánh tay sẽ
di chuyển tới đưa xe tới khoang còn trống. Sau khi đưa xe vào khoang trống xong hệ
thống nâng/hạ trở lại vị trí chờ, khi hết khoang trống đèn đỏ sẽ sáng báo hiệu trên màn
hình WinCC báo hiệu bãi đỗ xe đã đầy. Khi lấy xe ra thì bấm số khoang tương ứng
trên Win CC hệ thống sẽ lấy xe ra và đưa ra vị trí trả xe. Trong hệ thống sẽ có 1 nút
bấm reset, nút bấm này có tác dụng đưa tất cả các trạng thái, tất cả các vị trí về trí
home (vị trí chờ).


 Kết luận:
 Qua phân tích bài tốn u cầu cơng nghệ của đề tài, em thiết kế bãi đỗ xe ô tơ tự
động với mơ hình như sau:

Hình 1.2 Mơ hình bãi đỗ xe thực tế

10


11

CHƯƠNG II
THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG
2.1 Phân tích và lựa chọn PLC.
2.1.1 Khái quát về PLC
PLC là từ viết tắt của cụm từ tiếng Anh: Programmable Logic Controller, tạm
dịch sang tiếng Việt là: thiết bị điều khiển logic khả trình.
Sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự động hiện đại và cơng nghệ điều logic khả
trình dựa trên cơ sở phát triển của tin học mà cụ thể là sự phát triển của kỹ thuật máy
tính. Kỹ thuật điều khiển logic khả trình PLC (Programmabble Logic Controller) được
phát triển từ những năm 1968-1970. Trong giai đoạn đầu các thiết bị khả trình u cầu
người sử dụng phải có kỹ thuật điện tử, phải có trình độ cao. Ngày nay các thiết bị
PLC đã phát triển mạnh mẽ và có mức độ phổ cập cao.
PLC (Programmable Logic Controller): Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC.
Là loại thiết bị cho phép điều khiển linh hoạt các thuật toán điều khiến số thơng qua
một ngơn ngữ lập trình, thay cho việc phải thể hiện mạch tốn đó trên mạch số. Như
vậy với chương trình điều khiển, PLC trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn, dễ thay đổi
thuật toán và đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với các PLC
khác hay với máy tính).
Để có thể thực hiện một chương trình điều khiển, PLC phải có tính năng như một
máy tính. Nghĩa là phải có một bộ vi xử lí trung tâm (CPU), một hệ điều hành, một bộ
nhớ chương trình để lưu chương trình cũng như dữ liệu và tất nhiên phải có các cổng
vào ra để giao tiếp với các thiết bị bên ngoài. Bên cạnh đó, nhằm phục vụ các bài tốn
điều khiển số, PLC phải có các khối hàm chức năng như Timer, Counter và các hàm
chức năng đặc biệt khác.
2.1.2 Hệ thống điều khiển PLC
a. Hệ thống PLC điển hình
Trong hệ thống điều khiển PLC các phần tử nhập tín hiệu như: chuyển mạch,
nút ấn, cảm biến,... được nối với đầu vào của thiết bị PLC. Các phần tử chấp hành
như : đèn báo, rơle, công tắc tơ,... được nối đến lối ra của PLC tại các đầu nối.

12


Chương trình điều khiển PLC được soạn thảo dưới các dạng cơ bản sẽ được nạp vào
bộ nhớ bên trong PLC, sau đó tự động thực hiện tuần tự theo một chuỗi lệnh điều
khiển được xác định trước.
Hệ còn cho phép công nhân vận hành thao tác bằng tay các tiếp điểm, nút dừng khẩn
cấp để đảm bảo tính an toàn trong các trường hợp xảy ra sự cố.
b. Vai trò của PLC
PLC được xem như trái tim trong một hệ thống điều khiển tự động đơn lẻ với
chương trình điều khiển được chứa trong bộ nhớ của PLC, PLC thường xuyên kiểm tra
trạng thái của hệ thống thông qua các tín hiệu hồi tiếp từ thiết bị nhập để từ đó có thể
đưa ra những tín hiệu điều khiển tương ứng đến các thiết bị xuất.
PLC có thể được sử dụng cho những yêu cầu điều khiển đơn giản và được lập
đi lập lại theo chu kỳ, hoặc liên kết với máy tính chủ khác hoặc máy tính chủ thông
qua một kiểu hệ thống mạng truyền thông để thực hiện các q trình xử lý phức tạp.
c. Tín hiệu vào
Mức độ thông minh của một hệ thống điều khiển phụ thuộc chủ yếu vào khả
năng của PLC để đọc được các dữ liệu khác nhau từ các cảm biến cũng như bằng các
thiết bị nhập bằng tay.
Tiêu biểu cho các thiết bị nhập bằng tay như : Nút ấn, bàn phím và chuyển mạch. Mặt
khác, để đo, kiểm tra chuyển động, áp suất, lưu lượng chất lỏng... PLC phải nhận các
tín hiệu từ các cảm biến. Ví dụ : Tiếp điểm hành trình, cảm biến quang điện... tín hiệu
đưa vào PLC có thể là tín hiệu số (Digital) hoặc tín hiệu tương tự (Analog), các tín
hiệu này được giao tiếp với PLC thơng qua các Modul nhận tín hiệu vào khác nhau
khác nhau DI (vào số) hoặc AI (vào tương tự)...
d. Đối tượng điều khiển
Một hệ thống điều khiển sẽ khơng có ý nghĩa thực tế nếu khơng giao tiếp được
với thiết bị xuất, các thiết bị xuất thông dụng như: Môtơ, van, Rơle, đèn báo, chuông

điện,... cũng giống như thiết bị nhập, các thiết bi xuất được nối đến các ngõ ra của
Modul ra (Output). Các Modul ra này có thể là DO (Ra số) hoặc AO (ra tương tự).
2.1.3 Cấu tạo của PLC
Thiết bị điều khiển lập trình PLC bao gồm khối xử lý trung tâm (CPU) trong đó có
chứa chương trình điều khiển và các Modul giao tiếp vào/ra có nhiệm vụ liên kết trực
tiếp đến các thiết bị vào/ra, sơ đồ khối cấu tạo PLC.
13


 Khối xử lý trung tâm:
Là một vi xử lý điều khiển tất cả các hoạt động của PLC như: Thực hiện chương
trình, xử lý vào/ra và truyền thơng với các thiết bị bên ngồi.
 Bộ nhớ:
Có nhiều các bộ nhớ khác nhau dùng để chứa chương trình hệ thống là một phần
mềm điều khiển các hoạt động của hệ thống, sơ đồ LAD, trị số của Timer, Counter
được chứa trong vùng nhớ ứng dụng, tùy theo yêu cầu của người dùng có thể chọn các
bộ nhớ khác nhau :


Bộ nhớ ROM:
Là loại bộ nhớ không thay đổi được, bộ nhớ này chỉ nạp được một lần nên ít được

sử dụng phổ biến như các loại bộ nhớ khác.


Bộ nhớ RAM:
Là loại bộ nhớ có thể thay đổi được và dùng để chứa các chương trình ứng dụng

cũng như dữ liệu, dữ liệu chứa trong Ram sẽ bị mất khi mất điện. Tuy nhiên, điều này
có thể khắc phục bằng cách dùng Pin.



Bộ nhớ EPROM:

Giống như ROM, nguồn nuôi cho EPROM không cần dùng Pin, tuy nhiên nội dung
chứa trong nó có thể xố bằng cách chiếu tia cực tím vào một cửa sổ nhỏ trên EPROM
và sau đó nạp lại nội dung bằng máy nạp.


Bộ nhớ EEPROM:

Kết hợp hai ưu điểm của RAM và EPROM, loại này có thể xóa và nạp bằng tín hiệu
điện. Tuy nhiên số lần nạp cũng có giới hạn.
2.1.4 Ưu điểm của hệ điều khiển PLC
Sự ra đời của hệ điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển cũng
như các quan niệm thiết kế về chúng, hệ điều khiển dùng PLC có nhiều ưu điểm như
sau :
- Giảm 80% số lượng dây nối.
- Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp.
- Có chức năng tự chuẩn đốn do đó giúp cho cơng tác sửa chữa được nhanh chóng và
dễ dàng.

14


- Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình (máy tính, màn hình)
mà khơng cần thay đổi phần cứng nếu khơng có u cầu thêm bớt các thiết bị xuất
nhập.
- Số lượng Rơle và Timer ít hơn nhiều so với hệ điều khiển cổ điển.
- Số lượng tiếp điểm trong chương trình sử dụng khơng hạn chế.

- Thời gian hồn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài mS) dẫn đến tăng cao
tốc độ sản xuất.
- Chi phí lắp đặt thấp.
- Độ tin cậy cao.
- Chương trình điều khiển có thể in ra giấy chỉ trong vài phút giúp thuận tiện cho vấn
đề bảo trì và sửa chữa hệ thống.
2.1.5 Ứng dụng của hệ thống điều khiển PLC
Từ các ưu điểm nêu trên, hiện nay PLC đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh
vực khác nhau trong công nghiệp như:
- Hệ thống nâng vận chuyển.
- Dây chuyền đóng gói.
- Các ROBOT lắp ráp sản phẩm.
- Điều khiển bơm.
- Dây chuyền xử lý hoá học.
- Công nghệ sản xuất giấy.
- Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh.
- Sản xuất xi măng.
- Công nghệ chế biến thực phẩm.
- Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn.
- Dây chuyền lắp giáp Tivi.
- Điều khiển hệ thống đèn giao thông.
- Quản lý tự động bãi đậu xe.
- Hệ thống báo động.
- Dây truyền may công nghiệp.
- Điều khiển thang máy.
- Dây chuyền sản xuất xe ôtô.
- Sản xuất vi mạch.
15

- Kiểm tra quá trình sản xuất.
- Các hệ thống trong dây chuyền sản xuất đồ uống.
2.1.6 Hệ thống điều khiển PLC
PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình được thiết kế
chun nghiệp dùng trong cơng nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lý từ đơn giản
đến phức tạp. Một PLC gồm một bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ để lưu trữ chương trình
ứng dụng và những module giao tiếp nhập xuất.

Hình 2.1 Cấu trúc cơ bản của PLC
Hoạt động của PLC cũng khá đơn giản. Trước tiên, hệ thống các cổng và ra
(Input/Output) dùng để đưa các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi vào ra CPU (sensor,
contract, tín hiệu từ động cơ,…), sau đó CPU sẽ xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiển
qua module xuất ra các thiết bị điều khiển.
Ưu điểm của PLC:
- Tiết kiệm chi phí.
- Kích thước gọn nhẹ.
- Sửa chữa dễ dàng, nhanh chóng, chỉ cần lắp đặt một lần.
- Độ tin cậy cao.
- Truyền thông với PLC hay mạng máy tính giúp cho việc trao đổi thơng tin dễ dàng.
- Có khả năng hiển thị đồ họa trên hệ thống.
Quy trình thiết kế chương trình điều khiển dùng PLC được biểu diễn bằng sơ đồ sau:

16


Hình 2.2. Sơ đồ quy trình thiết kế hệ thống điều khiển bằng PLC
2.1.7 Giới thiệu một số loại PLC trong công nghiệp
Ngày nay cùng với Khoa học kỹ thuật phát triển có rất nhiều hãng sản xuất các
loại PLC với nhiều loại mẫu mã kích thước với nhiều dịng sản phẩm. Có thể kể đến
một số hãng như:

+) PLC Siemens của Cộng hòa Liên bang Đức sản xuất với các dòng:
S7-200, S7-300, S7-1200, S7-1500…
+) PLC Omron của Nhật Bản sản xuất với các dòng: CPM1A, CPM2A, CPM2C,
CP1E, CP1L….
+) PLC Mitsubishi của Nhật Bản sản xuất với các dòng: FX1N, FX1S, FX2N,
FX3U, FX3G….
Nói về ưu nhược điểm của từng loại PLC do các hãng sản xuất: tùy vào mục đích
sử dụng, tính năng, giá cả và các yêu cầu về kỹ thuật thì mỗi loại PLC lại cho những
ưu nhược điểm khác nhau. Trong đề tài của mình em sử dụng “PLC MITSUBISHI”
cho việc thiết kế và vận hành sản phẩm.

17


2.1.8 Phân tích về PLC MITSUBISHI dịng FX

Hình 2.3. PLC MISUBISHI FX1n-60MT
PLC FX là một loại PLC micro của hãng MITSUBISHI nhưng có nhiều tính
năng mạnh mẽ. Loại này được tích hợp sẵn các I/O trên CPU.
PLC ra đời từ năm 1981 cho đến nay đã có rất nhiều chủng loại tùy theo Model
như: F, F1, FX1, FX0(S), FX0N, FX1S, FX1N, FX2N, … và FX3U. Tùy theo Model
mà các loại này có dung lượng bộ nhớ khác nhau. Dung lượng bộ nhớ chương trình có
thể từ 2kStep đến 8kStep (hoặc 64kStep khi gắn thêm bộ nhớ ngoài). Tổng số I/O đối
với các loại này có thể lên đến 256 I/O, riêng đối với FX3U(C) có thể lên đến 382 I/O.
Số Module mở rộng có thể lên đến 8 Module.
Loại PLC FX tích hợp nhiều chức năng trên CPU (Main Unit) như ngõ ra xung
hai tọa độ, bộ đếm tốc độ cao (HSC), PID, đồng hồ thời gian thực…
Truyền thông các chuẩn RS232, RS422, RS485 và cả USB.
 Thông số kỹ thuật PLC Mitsubishi FX1N– 60MT:
Số ngõ vào: 36

Số ngõ ra: 24 transistror NPN
Nguồn cung cấp: 220 VAC.
Đồng hồ thời gian thực.
Ngõ ra xung đến 100KHz.
Có thể mở rộng 132 ngõ vào/ra.
18


Truyền thơng RS485/RS232, RS422
Kích cỡ W x H x D: 35 x 90 x 75
 Để lập trình PLC ta có thể sử dụng các phần mềm sau: FXGP_WIN_E,
GX WORKS2
Các ngơn ngữ lập trình như: Ladder, Instruction, SFC.
Một PLC gồm có:
Tín hiệu ngõ vào: X
Tín hiệu ngõ ra : Y
Bộ định thời Timer : T
Bộ đếm Counter: C
Các cờ nhớ của PLC: M và S
Thanh ghi dữ liệu: D
Hỗ trợ bộ đếm HSC, kênh phát xung PWM….
2.1.9 Cấu trúc phần cứng của PLC họ FX của hãng Mitsubishi


Cấu trúc của PLC được phân thành các phần như sau:

a. Đơn vị điều khiển trung tâm (CPU: Central Processing Unit)
Là bộ xử lý thực hiện các lệnh trong bộ nhớ chương trình. Nhập dữ liệu ở ngõ
vào, xử lý chương trình, nhớ chương trình, xử lý các kết quả trung gian và các kết quả
này được truyền trực tiếp đến cơ cấu chấp hành để thực hiện chương trình nhập xuất

dữ liệu ra các ngõ ra.
b. Bộ nhớ (Memory)
Dùng để chứa chương trình số liệu, đơn vị nhở nhất là bit. Bộ nhớ là vùng nắm
giữ hệ điều hành và vùng nhớ của người sử dụng ( hệ điều hành là một phần mềm hệ
thống mà nó kết nối PLC để thực hiện PLC thực sự hoạt động được).
Có nhiều loại bộ nhớ khác nhau. Để PLC có thể hoạt động được, cần thiết phải
có bộ nhớ để lưu trữ chương trình. Đôi khi cần mở rộng bộ nhớ để thực hiện các chức
năng khác nhau như :
Vùng đệm tạm thời lưu trữ trạng thái của các kênh nhập - xuất được gọi là
RAM xuất-nhập.
Lưu trữ tạm thời các trạng thái của các chức năng bên trong : các bộ phận định
thì ( Timer), các bộ đếm (Counter), các Rơle.
Bộ nhớ gồm có các loại sau đây :
19


Bộ nhớ chỉ đọc ( ROM : Read Only Memory )
ROM khơng phải là bộ nhớ khả biến, nó có thể lập trình chỉ được 1 lần. Do đó
nó khơng thích hợp cho việc điều khiển “ mềm” của PLC, nó ít phổ biến so với các
loại bộ nhớ khác.
Bộ nhớ ghi đọc ( RAM : Random Access Memory)
Bộ nhớ của PLC là CMOSRAM, tiêu tốn năng lượng khá ít, được cấp pin dự
phịng khi mất nguồn. Nhờ đó dữ liệu sẽ khơng bị mất.
Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xóa được (EPROM : Erasable Programmable
Read Only Memory)
EPROM lưu trữ dữ liệu giống như ROM, tuy nhiên nội dung của nó có thể
được xóa đi nếu bị ảnh hưởng của tia tử ngoại. Khi đó phải viết lại chương trình cho
bộ nhớ.
Bộ nhớ chỉ đọc chương trình xóa được bằng điện (EEPROM : Electrically
Erasable Programmable Read Only Memory)

Nội dung trên EEPROM có thể bị xóa là lập trình bằng điện, tuy nhiên chỉ giới
hạn một số lần nhất định.
c. Các Module xuất – nhập (Input – Output)
Khối xuất – nhập đóng vai trị là mạch giao tiếp giữa vi mạch điện tử bên trong
PLC với mạch ngoài. Module nhập nhận tín hiệu từ sensor, nút bấm và đưa vào CPU,
module xuất đưa tín hiệu điều khiển từ CPU ra cơ cấu chấp hành.
Mọi hoạt động xử lý tín hiệu từ bên trong PLC có mức điện áp từ 5 đến 15
VDC, trong khi tín hiệu bên ngồi có thể lơn hơn nhiều. Ta có nhiều loại ngõ ra như:
ngõ ra dùng rơle, ngõ ra dùng transitor, ngõ ra dùng triac.
d. Hệ thống BUS
Là hệ thống tập hợp một số dây dẫn kết nối module trong PLC gọi là BUS, đây
là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều tín hiệu song song.
2.1.10 Quy trình thiết kế chương trình điều khiển dùng PLC
Quy trình thiết kế hệ thống điều khiển dùng PLC bao gồm các bước sau:

 Xác định quy trình điều khiển
Điều đầu tiên cần biết là đối tượng điều khiển của hệ thống, mục đích chính của
PLC là phải điều khiển được các thiết bị ngoại vi. Các chuyển động của đối tượng điều
khiển được kiểm tra thường xuyên bởi các thiết bị vào, các thiết bị này gửi tín hiệu đến
20


PLC và tiếp theo đó PLC sẽ đưa tín hiêu điều khiển đến các thiết bị để điều
khiển chuyển động của đối tượng. Để đơn giản, quy trình điều khiển có thể mơ tả theo
lưu đồ.

 Các định tín hiệu vào ra
Bước thứ hai là phải xác định vị trí kết nối giữa các thiết bị vào ra với PLC.
Thiết bị vào có thể là tiếp điểm, cảm biến. Thiết bị ra có thể là Rơle điện từ, Motor,
đèn, Mỗi vị trí kết nối được đánh số tương tự ứng với PLC sử dụng.

 Soạn thảo chương trình
Chương trình điều khiển được soạn thảo dưới dạng lưu đồ hình thang như đã
trình bày ở bước 1.

 Nạp chương trình vào bộ nhớ
Cấp nguồn cho PLC, cài đặt cấu hình khối giao tiếp I/O nếu cần (Phụ thuộc vào
từng loại PLC). Sau đó nạp chương trình soạn thảo trên màn hình vào bộ nhớ của PLC.
Sau khi hoàn tất nên kiểm tra lỗi bằng chức năng tự chuẩn đoán và nếu có thể thì chạy
chương trình mơ phỏng hoạt động của hệ thống (Ví dụ chương trình S7-SIM, S7 VISU,... ).

 Chạy chương trình
Trước khi khỏi động hệ thống cần phải chắc chắn dây nối từ PLC đến các thiết
bị ngoại vi là đúng, trong q trình chạy kiểm tra có thể cần thiết phải thực hiện các
bước tinh chỉnh hệ thống nhằm đảm bảo an toàn khi đưa vào hoạt động thực tế. Quy
trình thiết kế hệ thống điều khiển bằng PLC.
 Kết luận:
Từ việc tìm hiểu về cấu trúc và chức năng của PLC ta thấy PLC có một vai trị rất
quan trọng và khơng thể thiếu trong các bài tốn điều khiển. PLC có cấu tạo gọn nhẹ.
Tất cả các nhà máy, xí nghiệp, phân xưởng sản xuất ngày nay đều áp dụng PLC để cải
thiện chế độ làm việc, nâng cao năng suất lao động và đơn giản hóa việc điều khiển
các hệ thống. Vì vậy em lựa chọn PLC Mitsubishi FX1N– 60MT.

21


2.2 Thiết kế hệ thống giám sát điều khiển hệ thống
2.2.1 Giới thiệu về phần mềm WinCC (TIA Portal)

WinCC (TIA Portal) là phần mềm cấu hình và thiết kế giao diện từ màn hình
điều khiển HMI cho đến hệ thống SCADA chạy trên máy tính PC. Phiên bản này được

Siemens phát triển để tích hợp vào hệ sinh thái TIA Portal của họ, chính vì vậy, để
phân biệt với WinCC V7 thì chúng ta thường ghi kèm “TIA Portal” vào sau tên
WinCC.
Với việc tích hợp WinCC vào TIA Portal, chương trình này đã mang được ý
nghĩa như tên gọi của nó là “Tích hợp tồn diện”. Các thao tác kỹ thuật từ lập trình
PLC cho đến thiết kế giao diện HMI sẽ được thực hiện trên cùng một chương trình duy
nhất. Ưu điểm là các thông tin giữa PLC và SCADA được trao đổi với nhau dễ dàng
và có cấu trúc thống nhất.
Dựa trên phạm vi cấu hình và thiết kế, WinCC (TIA Portal) được chia làm 4 phiên bản
khác nhau:
 WinCC Basic: dùng để thiết kế các màn hình HMI dòng Basic Panel. Phiên
bản này khi các bạn cài đặt bất kỳ phiên bản TIA Portal nào cũng đều có
đính kèm theo.
 WinCC Comfort: dùng để lập trình tất cả các dịng màn hình điều khiển HMI
từ Basic Panel cho đến Comfort Panel và Mobile Panel. Nói cách khác, với
phiên bản này thì bất cứ màn hình điều khiển HMI nào của Siemens cũng
đều có thể lập trình được hết.
 WinCC Advanced: được dùng để lập trình tất cả màn hình điều khiển HMI
và có thể lập trình cho các dịng máy tích cơng nghiệp IPC của Siemens.
 WinCC Professional: được dùng để lập trình tất cả màn hình điều khiển HMI
và SCADA chạy trên máy tính PC.
Phiên bản WinCC sau sẽ bao gồm các tính năng của bản WinCC trước. Tức là khi cài
bản Comfort thì đã bao gồm tính năng của bản Basic rồi. Hoặc cài bản Professional thì
sẽ bao gồm 3 phiên bản trước cộng lại. Tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng (chi phí mua
22