Đò án thiết kế dây chuyền sản xuất gạch men

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN
BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HỐ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐIỀU KHIỂN LOGIC
CHUYÊN NGÀNH:
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA

NHĨM: 18.32A
Thơng tin Sinh viên:
SVTH: Nguyễn Đơn Việt
Trần Văn Tiến
Dương Anh Vũ
Phạm Bá Cường
Thuộc nhóm: 2

Thơng tin Cán bộ hướng dẫn:
GVHD: TS. Nguyễn Kim Ánh

Đà Nẵng, tháng 07 năm 2021


Đồ án điều khiển logic

GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh

STT

Họ và tên

Công việc thực hiện trong Công việc thực hiện
thuyết minh
trong bản vẽ
(chỉ ra nội dung và trang)
(chỉ ra nội dung)
- Sơ đồ công nghệ và nguyên - Sơ đồ công nghệ
lý vận hành quy trình sản
quy trình đưa gạch
xuất gạch men (Trang 7-11) vào lò nung
- Nguyên lý vận hành quy
trình đưa gạch vào lị nung
(Trang 12-13)

1

Nguyễn Đơn Việt

2

Phạm Bá Cường

- Tính chọn cảm biến và
động cơ (Trang 14-23)
- Lưu đồ thuật tốn (Trang
44-51)
- Lựa chọn và tính tốn các
thiết bị cho mạch động lực
(Trang 33-43)

- Mạch động lực
- Mạch trung gian
- Mạch điều khiển

3

Dương Anh Vũ

- Mạch điều khiển
- Bảng phân kênh

4

Trần Văn Tiến

- Giới thiệu chung về bộ
điều khiển, phân kênh và lựa
chọn bộ điều khiển (Trang
23-32)
- Lựa chọn và tính tốn các
thiết bị cho mạch động lực
(Trang 33-43)
- Chương trình điều khiển
(Trang 52-59)
- Lưu đồ thuật tốn (Trang
44-51)
- Chương trình điều khiển
(Trang 52-59)

2

- Lưu đồ thuật tốn
- Chương trình điều
khiển

Ghi chú
Nhóm
trưởng


Đồ án điều khiển logic

GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT GẠCH MEN .................... 7
1.1. Sơ đồ quy trình cơng nghệ ............................................................................ 7
1.2. Giải thích sơ đồ cơng nghệ ........................................................................... 7
1.2.1.

Cơng đoạn chuẩn bị nguyên liệu ........................................................ 8

1.2.2.

Chế tạo bột ép ..................................................................................... 9

1.2.3.

Ép gạch ............................................................................................... 9

1.2.4.

Sấy gạch ............................................................................................ 10

1.2.5.

Tráng men và in hoạ tiết ................................................................... 10

1.2.6.

Nung gạch ......................................................................................... 11

1.2.7.

Phân loại và đóng gói sản phẩm ....................................................... 11

1.3. Nguyên lý làm việc của hệ thống đưa gạch vào lị nung ............................ 12
1.3.1.

Sơ đồ cơng nghệ của hệ thống .......................................................... 12

1.3.2.

Giải thích nguyên lý làm việc của hệ thống ..................................... 12

CHƯƠNG 2: TÍNH CHỌN CẢM BIẾN VÀ ĐỘNG CƠ ....................................... 14
2.1. Cảm biến ..................................................................................................... 14
2.1.1.

Cảm biến quang ................................................................................ 14

2.1.2.

Encoder ............................................................................................. 16

2.1.3.

Cơng tắc hành trình ........................................................................... 18

2.2. Động cơ ....................................................................................................... 20
2.2.1.

Giới thiệu chung ............................................................................... 20

2.2.2.

Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động ...................................................... 20

2.2.3.

Hộp số giảm tốc ................................................................................ 21

2.2.4.

Chọn động cơ .................................................................................... 22

CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN ........................................................ 23
3.1. Giới thiệu PLC ........................................................................................... 23
3.2. Cấu trúc PLC ............................................................................................... 24
3.2.1.

Đơn vị xử lý trung tâm...................................................................... 25

3.2.2.

Hệ thống Bus .................................................................................... 25

3.2.3.

Bộ nhớ ............................................................................................... 25

3.2.4.

Các ngõ vào/ra (I/O) ......................................................................... 26

3.3. Các hoạt động xử lý bên trong PLC............................................................ 26
3.3.1.

Xử lý chương trình ............................................................................ 26

3.3.2.

Xử lý xuất nhập................................................................................. 27

3


Đồ án điều khiển logic

GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh

3.4. Ngôn ngữ lập trình ...................................................................................... 28
3.5. Giới thiệu một số PLC của hãng MITSUBISHI ELECTRIC ..................... 28
3.6. Lựa chọn bộ điều khiển............................................................................... 28
3.6.1.

Lựa chọn PLC ................................................................................... 28

3.6.2.

Giới thiệu về bộ điều khiển FX3U-64MT/DSS:............................... 28

3.7. Phân kênh đầu vào, đầu ra .......................................................................... 31
3.7.1.

Bảng phân kênh đầu vào ................................................................... 31

3.7.2.

Bảng phân kênh đầu ra ..................................................................... 32

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC CHO HỆ THỐNG ........................ 33
4.1. Lựa chọn và tính tốn thiết bị cho mạch động lực ...................................... 33
4.1.1.

Relay trung gian ................................................................................ 33

4.1.2.

Công tắc tơ (Contactor) .................................................................... 34

4.1.3.

Aptomat ............................................................................................ 36

4.1.4.

Relay nhiệt ........................................................................................ 38

4.2. Sơ đồ thiết kế mạch ..................................................................................... 41
4.2.1.

Mạch điều khiển................................................................................ 41

4.2.2.

Mạch trung gian ................................................................................ 42

4.2.3.

Mạch động lực .................................................................................. 43

CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG LƯU ĐỒ THUẬT TỐN VÀVIẾT CHƯƠNG TRÌNH
ĐIỀU KHIỂN ........................................................................................................... 44
5.1. Lưu đồ thuật toán ........................................................................................ 44
5.1.1.

Động cơ 1, động cơ 10, động cơ 11 .................................................. 45

5.1.2.

Động cơ 2 .......................................................................................... 45

5.1.3.

Động cơ 3 .......................................................................................... 46

5.1.4.

Động cơ 4 .......................................................................................... 47

5.1.5.

Động cơ 5 .......................................................................................... 47

5.1.6.

Động cơ 6 .......................................................................................... 48

5.1.7.

Động cơ 7 .......................................................................................... 49

5.1.8.

Động cơ 9 .......................................................................................... 50

5.1.9.

Động cơ 11 ........................................................................................ 51

5.2. Chương trình Ladder ................................................................................... 52
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................. 60

4


Đồ án điều khiển logic

GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Dây chuyền sản xuất gạch men .................................................................. 7
Hình 1.2: Sơ đồ quy trình sản xuất gạch men ............................................................ 8
Hình 1.3: Nguyên liệu để sản xuất gạch men ............................................................. 9
Hình 1.4: Silo chứa ..................................................................................................... 9
Hình 1.5: Máy ép gạch SACMI ................................................................................ 10
Hình 1.6: Thùng khuấy men ..................................................................................... 10
Hình 1.7: Máy in kĩ thuật số in hoạ tiết cho gạch men............................................. 11
Hình 1.8: Hệ thống đưa gạch vào lị nung ................................................................ 12
Hình 2.1: Cấu tạo của cảm biến quang ..................................................................... 14
Hình 2.2: Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang khuếch tán ............................. 15
Hình 2.3: Thơng số kỹ thuật của Omron E3Z-D87 .................................................. 15
Hình 2.4: Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang thu phát độc lập..................... 16
Hình 2.5: Thơng số kỹ thuật của Omron E3F3-T81 2M .......................................... 16
Hình 2.6: Cấu tạo của Encoder ................................................................................. 17
Hình 2.7: Thơng số kĩ thuật của encoder .................................................................. 18
Hình 2.8: Cấu tạo của cơng tắc hành trình ............................................................... 18
Hình 2.9: Ngun lí hoạt động của cơng tắc hành trình ........................................... 19
Hình 2.10: Cấu tạo của động cơ ............................................................................... 20

Hình 2.11: Motor giảm tốc ....................................................................................... 21
Hình 2.12: Động cơ .................................................................................................. 22
Hình 3.1: Một số hãng PLC hiện nay ....................................................................... 24
Hình 3.2: Sơ đồ khối cấu trúc của PLC .................................................................... 24
Hình 3.3: Khối điều khiển trung tâm ........................................................................ 25
Hình 3.4: Chu kỳ vịng qt của PLC....................................................................... 26
Hình 3.5: Kích thước dịng PLC FX3U-64MT ........................................................ 29
Hình 3.6: Sơ đồ chân PLC FX3U-64MT/DSS ......................................................... 29
Hình 3.7: Sơ đồ nối dây đầu vào .............................................................................. 30
Hình 3.8: Sơ đồ nối dây đầu ra, kiểu nối source ...................................................... 30
Hình 4.1: Relay trung gian ....................................................................................... 33
Hình 4.2: Cấu tạo của relay trung gian ..................................................................... 33
Hình 4.3: Contactor .................................................................................................. 34
Hình 4.4: Cấu tạo của contactor ............................................................................... 35
Hình 4.5 Aptomat ..................................................................................................... 36
Hình 4.6: Cấu tạo của aptomat ................................................................................. 37
Hình 4.7: Relay nhiệt ................................................................................................ 38
Hình 4.8: Cấu tạo relay nhiệt .................................................................................... 38
Hình 4.9: Bảng chọn relay nhiệt theo cơng suất....................................................... 39
Hình 4.10: Mạch điều khiển ..................................................................................... 41
Hình 4.11: Mạch trung gian...................................................................................... 42
Hình 4.12: Mạch động lực ........................................................................................ 43
Hình 5.1: Lưu đồ thuật tốn của hệ thống ................................................................ 44
Hình 5.2: Lưu đồ thuật tốn của động cơ 1, động cơ 8 và động cơ 11 .................... 45
Hình 5.3: Lưu đồ thuật tốn của động cơ 2 .............................................................. 45
Hình 5.4: Lưu đồ thuật tốn của động cơ 3 .............................................................. 46
Hình 5.5: Lưu đồ thuật tốn của động cơ 4 .............................................................. 47
5

Đồ án điều khiển logic

GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh

Hình 5.6: Lưu đồ thuật tốn của động cơ 5 .............................................................. 47
Hình 5.7: Lưu đồ thuật toán của động cơ 6 .............................................................. 48
Hình 5.8: Lưu đồ thuật tốn của động cơ 7 .............................................................. 49
Hình 5.9: Lưu đồ thuật tốn của động cơ 9 .............................................................. 50
Hình 5.10: Lưu đồ thuật tốn của động cơ 11 .......................................................... 51

6


Đồ án điều khiển logic

CHƯƠNG 1:
1.1.

GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh

QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT
GẠCH MEN

Sơ đồ quy trình cơng nghệ

Hình 1.1: Dây chuyền sản xuất gạch men
Giải thích sơ đồ cơng nghệ
Quy trình sản xuất gạch men trải qua nhiều công đoạn, từ nguyên liệu thô ban
đầu cho ra gạch men thành phẩm. Các công đoạn bao gồm:
- Chuẩn bị nguyên liệu và dữ trữ.

- Chế tạo bột ép.
- Ép gạch.
- Sấy gạch.
- Tráng men và in hoạ tiết.
- Nung gạch.
- Phân loại và đóng gói sản phẩm.
1.2.

7


Đồ án điều khiển logic

GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh

Hình 1.2: Sơ đồ quy trình sản xuất gạch men
1.2.1. Cơng đoạn chuẩn bị nguyên liệu
Thành phần nguyên liệu cơ bản để sản xuất gạch men gồm có: đất sét, bùn, đá
vơi và thạnh cao. Các nguyên liệu sẽ được trộn theo một tỉ lệ xác định, đảm bảo độ
ẩm thích hợp. Sau đó chúng sẽ được nghiền cùng với nước và chất điện giải bằng
máy trộn. Quá trình nghiền được thực hiện trong máy nghiền bi. Sau khi nghiền xong,
ta có hồ phối liệu có độ ẩm khoảng 43% được đưa vào bể chưa có máy khuấy. Từ bể
khuấy, hồ qua sàn rung, lọc sắt từ vào bể khuấy trung gian sau đó được bơm piston
cao áp bơm vào tháp sấy phun.

8


Đồ án điều khiển logic

GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh

Hình 1.3: Nguyên liệu để sản xuất gạch men
1.2.2. Chế tạo bột ép
Hồ sau khi được sấy phun tạo thành bột (có độ ẩm khoảng 6%) được băng tải,
gầu nâng đưa vào ủ, dự trữ trong các silo chứa.

Hình 1.4: Silo chứa
1.2.3. Ép gạch
Bột ép được tháo ra khỏi silo, qua băng tải và gầu nâng chuyển vào phễu của
máy ép, cấp bột cho hệ thống ép. Máy ép thuỷ lực hoạt động tự ép gạch mộc với
chương trình đã được cài đặt sẵn. Gạch sau khi ép được đẩy ra khỏi khn, thổi sạch
bụi và chạy trên băng chuyền vào lị sấy.

9


Đồ án điều khiển logic

GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh

Hình 1.5: Máy ép gạch SACMI
1.2.4. Sấy gạch
Gạch mộc có độ ẩm khoảng 6% được đưa vào lò sấy (nung lần 1) với thời gian
50 phút, nhiệt độ khoảng 3000C. Gạch sau khi nung được kiểm tra loại bỏ phế phẩm
và đưa vào dây chuyền tráng men – in hoạ tiết.
1.2.5. Tráng men và in hoạ tiết
Men là hỗn hợp của các khoáng chất khác nhau và các hợp chất đất trong nước,
được tráng lên bề mặt gạch và gắn chặt vào đó.
Men được gia cơng dữ trữ trong thùng khuấy cấp cho dây chuyền tráng men.

Hình 1.6: Thùng khuấy men

10


Đồ án điều khiển logic

GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh

Gạch sau khi ra khỏi lò sấy theo băng chuyền được đưa vào dây chuyền tráng
men: thực hiện làm sạch và phủ men. Gạch sau khi được phủ men sẽ được đi qua máy
in kĩ thuật số để in hoạ tiết lên bề mặt.

Hình 1.7: Máy in kĩ thuật số in hoạ tiết cho gạch men
1.2.6. Nung gạch
Gạch sau khi được tráng men và in hoạ tiết sẽ theo băng chuyền dẫn vào lò
nung men. Nhiệt độ tối đa của lò nung ở công đoạn này là 11200C, thời gian nung
khoảng 40 phút.
1.2.7. Phân loại và đóng gói sản phẩm
Gạch sau khi ra lị nung sẽ đi qua cơng đoạn mài các cạnh, sau đó sẽ được
kiểm tra chất lượng (kích thước, độ phẳng, bề mặt), phân loại, loại bỏ phế phẩm. Gạch
đạt tiêu chuẩn sẽ được đóng hộp (thủ cơng hoặc tự động). Hộp gạch thành phẩm được
xếp lên kệ và vận chuyển vào kho thành phẩm bằng xe nâng.
❖ Sau khi khảo sát quy trình sản xuất gạch men thực tế ở nhà máy sản xuất gạch
men COSEVCO, xem xét vấn đề thực tiễn tại nhà máy, chúng tôi sẽ tập trung vào
cơng đoạn đưa gạch vào lị nung. Đây là công đoạn quan trọng, điều phối tốc độ đưa
gạch vào lị nung, giảm thiểu tình trạng dừng hoạt động do dây chuyền gạch bị quá
tải.

11


Đồ án điều khiển logic
1.3.

GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh

Nguyên lý làm việc của hệ thống đưa gạch vào lò nung
1.3.1. Sơ đồ cơng nghệ của hệ thống

Hình 1.8: Hệ thống đưa gạch vào lị nung
1.3.2. Giải thích ngun lý làm việc của hệ thống
Hệ thống đưa gạch vào lò nung bao gồm những giai đoạn sau:
(a) Giai đoạn 1
Gạch sau khi được tráng men và in hoạ tiết sẽ được phân thành các nhóm, mỗi
nhóm gồm có 7 viên gạch. Đó sẽ là đầu vào của q trình.
Đầu tiên, động cơ 10 sẽ quay làm cho băng tải 7 chuyển động, gạch sẽ được
di chuyển đến băng tải 6.
(b) Giai đoạn 2
Động cơ 8 kéo băng tải 6 hoạt động, đưa gạch đến vị trí cuối cùng của băng
tải 6, khi đó cảm biến 7 lên mức 1. Lúc này, động cơ 11 (nâng hạ dây cu-roa băng tải
6) sẽ hoạt động làm cho dây cu-roa giãn ra, băng tải 6 ngừng hoạt động, gạch được
chuyển xuống băng tải 5. Gạch tiếp tục được đưa đến vị trí cuối của băng tải 5 nhờ
động cơ 5.

12


Đồ án điều khiển logic

GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh

(c) Giai đoạn 3
Gạch sẽ được chuyển đến băng tải 4 trong trường hợp cảm biến 4 ở mức 0.
Lúc này động cơ 4 hoạt động đưa gạch đến trước máy bù. Nếu cảm biến 3 phát hiện
gạch đặt tại vị trí cuối máy bù ở mức 0 thì động cơ 3 hoạt động, chuyển gạch vào máy
bù. Lúc này, cảm biến 3 phát hiện gạch ở trong máy bù ở mức 1, động cơ 9 hoạt động,
kéo thanh chắn lên xếp gạch theo một hàng. Sau thời gian T1, động cơ 9 đảo chiều,
hạ cần gạt xuống.
(d) Giai đoạn 4
Khi cảm biến 2 ở mức 0, động cơ 2 đẩy gạch đến cuối băng tải 2. Lúc này cảm
biến 2 ở băng tải ở mức 1, động cơ 6 hoạt động kéo thanh chắn lên, xếp gạch thẳng
hàng. Sau thời gian T2, động cơ 6 đảo chiều, thanh chắn được hạ xuống.
(e) Giai đoạn 5
Cảm biến 1 ở mức 1, cảm biến 2 ở mức 1 thì động cơ 2 ngừng hoạt động, chờ
cho gạch vào vị trí hết lị nung được thiết lập sẵn.
Cảm biến 1 ở mức 0, gạch đã được đưa hết vào lò. Lúc này động cơ 1 hoạt
động đưa hàng gạch tiếp theo vào lò nung
❖ Hoạt động của máy bù: máy bù có hai trạng thái làm việc: bù dư và bù thiếu.
- Bù dư: Cảm biến ở băng tải 7 phát hiện gạch ở mức 1 trong trong khi
các cảm biến ở băng tải 5, băng tải 4, băng tải 3, băng tải 2 cũng ở mức 1. Lúc này
nếu tiếp tục để gạch như vậy sẽ gây ra hiện tượng dồn gạch, ảnh hưởng đến quy
trình và các máy móc. Khi này, máy bù sẽ nâng 1 hàng gạch lên, làm cho cảm biến
3 ở mức 0, động cơ 3 tiếp tục hoạt động chuyển gạch vào máy bù. Động cơ 4 cũng
hoạt động để đưa gạch vào vị trí máy bù.
- Bù thiếu: Cảm biến ở băng tải 3 và băng tải 4 ở mức 0 (khơng có gạch).
Để tối ưu năng suất, lúc này máy bù sẽ hạ xuống, đưa 1 hàng gạch vào lại quy trình,
cảm biến 3 ở mức 1 và tiếp tục theo quy trình.

13


Đồ án điều khiển logic

GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh

CHƯƠNG 2: TÍNH CHỌN CẢM BIẾN VÀ ĐỘNG CƠ
2.1.

Cảm biến
Cảm biến đóng vai trị rất quan trọng trong hệ thống, nó quyết định cách hệ
thống vận hành dựa trên sự nhận biết những thơng số thay đổi theo thời gian thực. Do
đó con người có thể dễ dàng điều khiển và giám sát mà khơng cần phải có mặt mọi
lúc mọi nơi để theo dõi sự thay đổi của hệ thống.
2.1.1. Cảm biến quang
(a) Giới thiệu chung
Cảm biến quang (photoelectric sensor) là tổ hơp của các linh kiện quang điện.
Khi tiếp xúc với ánh sáng chúng sẽ thay đổi trạng thái. Cảm biến quang sử dụng ánh
sáng phát ra từ bộ phận phát đẻ phát hiện sự hiện diện của vật thể. Khi có sự thay đổi
ở bộ phận thu thì mạch điều khiển của cảm biến quang sẽ cho ra tín hiệu ở ngõ OUT.
Cảm biến quang là thiết bị đóng vai trị rất quan trọng trong lĩnh vực cơng nghiệp và
tự động hố.

Hình 2.1: Cấu tạo của cảm biến quang
Cấu tạo của cảm biến quang cơ bản gồm có 3 phần chính :
- Bộ phận phát sáng: Thường sử dụng đèn bán dẫn LED và ánh sáng được phát
ra theo xung. Nhịp điệu xung đặc biệt giúp cảm biến phân biệt được ánh sáng từ cảm
biến và ánh sáng từ các nguồn khác (như ánh nắng mặt trời hoặc ánh sáng trong
phịng). Các loại LED thơng dụng nhất là LED đỏ, LED hồng ngoại hoặc LED lazer.

Một số dòng cảm biến đặc biệt thường dùng là LED trắng hoặc xanh lá.
- Bộ phận thu sáng: thường là một phototransistor (transistor quang). Bộ phận
này cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ. Hiện nay nhiều loại
cảm biến quang sử dụng mạch ứng dụng tích hợp chuyên dụng ASIC (Application
Specific Integrated Circuit). Mạch này tích hợp tất cả bộ phận quang, khuếch đại,
mạch xử lý và chức năng vào một vi mạch (IC). Bộ phận thu có thể nhận ánh sáng
trực tiếp từ bộ phát (như trường hợp của loại thu-phát), hoặc ánh sáng phản xạ lại từ
vật bị phát hiện (trường hợp phản xạ khuếch tán).
- Mạch xử lý tín hiệu đầu ra: chuyển tín hiệu tương tự từ transistor quang thành
tín hiệu ON/OFF được khuếch đại. Khi lượng ánh sáng thu được vượt quá mức

14


Đồ án điều khiển logic

GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh

ngưỡng được xác định, tín hiệu ra của cảm biến được kích hoạt. Một số cảm biến
quang cịn có cả tín hiệu tỉ lệ ra phục vụ cho các ứng dụng đo đếm.
(b) Cảm biến quang khuếch tán:
- Đặc điểm: Cảm biến quang phản xạ khuếch tán có bộ thu và bộ phát chung,
thường được dùng để phát hiện các vật thể trên hệ thống máy móc tự động, kiểm tra
xem các thiết bị, sản phẩm đã đúng vị trí hay chưa. Đặc điểm nổi bật là bị ảnh hưởng
bởi bề mặt, màu sắc, khoảng cách tối đa 2m.
- Nguyên lý hoạt động:
+ Trạng thái báo phát hiện vật cản: cảm biến phát ánh sáng liên tục từ bộ phát
đến bề mặt vật cản. Ánh sáng phản xạ đi ngược về vị trí thu sáng.
+ Trạng thái khơng vật cản: Khi khơng có vật cản đi vào, ánh sáng khơng phản
xạ về vị trí thu được hoặc bề mặt vật khơng phản xạ ánh sáng về vị trí thu.

Hình 2.2: Ngun lý hoạt động của cảm biến quang khuếch tán
Ta chọn cảm biến quang Omron E3Z-D87 với đặc điểm kĩ thuật:

Hình 2.3: Thông số kỹ thuật của Omron E3Z-D87

15


Đồ án điều khiển logic

GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh

(c) Cảm biến quang thu phát độc lập
- Đặc điểm: là cảm biến ánh sáng không phản xạ, để hoạt động được cần một
con phát ánh sáng và một con thu ánh sáng lắp đối diện với nhau. Đặc điểm của dòng
cảm biến này là không bị ảnh hưởng bởi bề mặt, màu sắc, khoảng cách phát hiện đến
60m.
- Nguyên lý hoạt động:
+ Trạng thái khơng có vật cản: cảm biến phát ánh sáng và cảm biến thu ánh sáng.
Quá trình phát và thu ánh sáng liên tục với nhau.
+ Trạng thái có vật cản: cảm biến phát vẫn phát ánh sáng nhưng cảm biến thu
ánh sáng không thu được ánh sáng (bị vật cản che chắn).

Hình 2.4: Nguyên lý hoạt động của cảm biến quang thu phát độc lập
Ta chọn cảm biến quang Omron E3F3-T81 2M với đặc điểm kỹ thuật:

Hình 2.5: Thông số kỹ thuật của Omron E3F3-T81 2M
2.1.2. Encoder
Encoder là một bộ cảm biến chuyển động cơ học tạo ra tín hiệu kĩ thuật số đáp

ứng với chuyển động, là một thiết bị điện có khả năng làm biến đổi chuyển động
thành tín hiệu số hoặc xung.

16


Đồ án điều khiển logic

GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh

Mục đích: dùng để quản lý vị trí góc của một đĩa quay, có thể là đĩa quay của
bánh xe, trục động cơ hay bất kì thiết bị nào cần xác định vị trí góc.
(a) Cấu tạo của Encoder

Hình 2.6: Cấu tạo của Encoder
Cấu tạo của Encoder bao gồm:
- 1 đĩa quay có khoét lỗ gắn vào trục động cơ.
- 1 đèn Led dùng làm nguồn phát sáng.
- 1 mắt thu quang điện được sắp xếp thẳng hàng.
- Bảng mạch điện giúp khuếch đại tín hiệu.
(b) Nguyên lý hoạt động
Khi Encoder chuyển động bộ chuyển đổi sẽ xử lý các chuyển động và chuyển
thành các tín hiệu điện. Các tín hiệu này sẽ được truyền đến các thiết bị điều khiển
PLC và được xử lý để biểu thị các giá trị cần đo đạt bằng chương trình riêng biệt.
Đối với các tín hiệu có ánh sáng chiếu qua hay khơng có ánh sáng chiếu qua.
Người ta vẫn có thể ghi nhận được đèn Led có chiếu qua lỗ này hay khơng. Hơn thế
nữa, số xung đếm được và tăng lên được tính bằng số lần mà ánh sáng bị cắt.
Ví dụ: trên đĩa có 1 lỗ duy nhất, khi mỗi lần con mắt thu nhận được 1 tín hiệu đèn
Led thì có nghĩa là đĩa đã quay được 1 vịng.
Đây chính là nguyên lý hoạt động của Encoder cơ bản, còn đối với nhiều

chủng loại Encoder khác thì khi đĩa quay có nhiều lỗ hơn khi đó tín hiệu thu được sẽ
khác.
(c) Phân loại Encoder:
Encoder tương đối (incremental encoder): loại thiết bị này sẽ phát ra tín hiệu
tăng dần hoặc theo chu kỳ, Đĩa mã hóa bao gồm một dãi băng tạo xung, thường được
chia thành nhiều lỗ bằng nhau và được cách đều nhau.

17


Đồ án điều khiển logic

GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh

Encoder tuyệt đối (absolute encoder): Tín hiệu ta nhận được từ Encoder cho
biết chính xác vị trí của Encoder mà người sử dụng khơng phải xử lý thêm gì cả.
Encoder tuyệt đối được sử dụng đĩa theo mã nhị phân hay mã Gray. Encoder tuyệt
đối thường được sử dụng trong việc xác định chính xác góc quay. Ưu điểm của
Encoder tuyệt đối là giữ được giá trị tuyệt đối khi Encoder mất nguồn.
(d)
Tính chọn Encoder:
Với mục đích sử dụng cho việc xác định, tính độ cao nâng hạ của máy bù
dựa vào encoder, chúng tôi chọn Encoder tương đối cho hệ thống này.
CPU của PLC có bộ đếm tốc độ cao với 8 ngõ vào, có tần số Max 50KHz,
tốc độ động cơ là 1500 vòng/phút (25 vòng/giây)
50∗103

Độ phần giải lớn nhất của encoder là
= 2000 PPR (Pulses per
25

revelution) .
Dựa vào các thơng số đó, chúng tơi chọn Encoder E6B2-CWZ5B 1000P/R
0.5M

Hình 2.7: Thơng số kĩ thuật của encoder
2.1.3. Cơng tắc hành trình
Cơng tắc hành trình hay cịn gọi cơng tắc giới hạn hành trình là dạng cơng tắc
dùng để giới hạn hành trình của các bộ phận chuyển động. Nó có cấu tạo như cơng
tắc điện bình thường nhưng có thêm cần tác động để cho các bộ phận chuyển động
tác động vào làm thay đổi trạng thái của tiếp điểm bên trong nó
(a) Cấu tạo của cơng tắc hành trình

Hình 2.8: Cấu tạo của cơng tắc hành trình
18


Đồ án điều khiển logic

GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh

Bộ phận truyền động: Là một bộ phận của công tắc hành trình, nó tiếp xúc
trực tiếp với các thiết bị khác. Trong một sơ cơng tắc, nó được gắn vào đầu thao tác
để mở hoặc đóng các tiếp điểm của cơng tắc.
- Phần thân công tắc: là phần chứa cơ chế tiếp xúc điện
- Ổ cắm/chân cắm: Là nơi chứa các đầu vít của tiếp điểm để kết nối với các tiếp
điểm với hệ thống dây điện, gồm chân chung (COM), chân thường đóng (NC), chân
thường hở (NO).
(b) Ngun lí hoạt động của cơng tắc hành trình

Hình 2.9: Ngun lí hoạt động của cơng tắc hành trình

Ngun lý hoạt động cơng tắc hành trình: ở điều kiện bình thường, tiếp điểm
giữa chân COM và chân NC sẽ được đấu với nhau. Khi có lực tác động lên cần tác
động thì tiếp điểm giữa chân COM + chân NC sẽ hở và chuyển qua chân COM +
chân NO
(c) Công dụng
Công tắc hành trình là thiết bị giúp chuyển đổi chuyển động cơ thành tín hiệu
điện để phục vụ cho q trình điều khiển và giám sát.
Cơng tắc hành trình dùng để đóng cắt mạch điện ở lưới điện hạ áp. Nó có tác
động tương tự nút ấn, chỉ khác là động tác ấn bằng tay sẽ được thay thế bằng động
tác va chạm của các bộ phận cơ khí, từ đó q trình chuyển động cơ khí thành tín hiệu
điện.
(d) Lựa chọn thiết bị
Ta chọn cơng tắc hành trình WLCA12-N, 24V Omron với các thông số kỹ
thuật như sau:
Mã sản phẩm: WLCA12-2
Hãng sản xuất: Omron
Nơi sản xuất: Made in Japan
Loại công tắc hành trình: có cần điều chỉnh loại bánh xe cần dài 2590mm, có thể điều chỉnh, góc quay 90độ
Cấp bảo vệ: IP67

19


Đồ án điều khiển logic

GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh

Tuổi thọ: Cơ: 15 000 000 lần Min.; Điện: 750 000 lần Min.
Tốc độ tác động: 1mm/s đến 1m/s (đối với WLCA12)
Tần số tác động: Cơ: 120 lần/phút Min.; Điện 30 lần/phút Min.

Cách điện: 100MΩ Min. (ở 500VDC)
Điện trở tiếp điểm: 25mΩ Max.
Nhiệt độ làm việc: -10oC đến 80oC
2.2. Động cơ
2.2.1. Giới thiệu chung
Động cơ là thiết bị chuyển hóa điện năng thành động năng.
Trong một hệ thống băng tải không thể thiếu động cơ, bộ phận này giúp chuyển
đổi điện năng nhằm đảm bảo hoạt động của băng tải khi được kết nối với bộ truyền
động. Việc tính chọn động cơ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: kích thước băng tải,
vận tốc truyền, độ dốc băng, thời gian vận hành,…
2.2.2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động
(a) Cấu tạo:

Hình 2.10: Cấu tạo của động cơ
Gồm hai thành phần chính:
- Stator: gồm các cuộn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một
vành trịn để tạo ra từ trường quay.
- Rotor: hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép.
Động cơ điện xoay chiều được sản xuất với nhiều kiểu và công suất khác nhau.
Theo sơ đồ nối điện có thể phân ra làm 2 loại: động cơ 3 pha và 1 pha, và nếu
theo tốc độ có động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ.
(b) Nguyên tắc hoạt động:
Nguyên lý điện từ là nguyên tắc hoạt động của phần lớn động cơ điện, nhưng
các loại động cơ dựa trên những nguyên lý khác như lực tĩnh điện và hiệu ứng áp điện
cũng được sử dụng. Nguyên lý cơ bản mà các động cơ điện từ dựa vào là có một lực
cơ học trên một cuộn dây có dịng điện chạy qua nằm trong một từ trường. Lực này
theo mô tả của định luật Lorentz và vng góc với cuộn dây và cả với từ trường.
Khi mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều, từ trường quay do stator gây ra
làm cho rotor quay trên trục. Chuyển động quay của rotor được trục máy truyền ra
ngoài và được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động

khác
Phần lớn động cơ từ đều xoay nhưng cũng có động cơ tuyến tính. Trong động
cơ xoay, phần chuyển động được gọi là rotor và phần đứng yên là stator.
Đa số động cơ điện khơng đồng bộ có thể điều khiển tốc độ bằng cách đổi kiểu
đấu nối (sao hoặc tam giác). Một số có thể được điều khiển bằng biến tần. Các động
cơ bước phải sử dụng một bộ điều khiển riêng (cái này gọi là Driver).
20


Đồ án điều khiển logic

GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh

2.2.3. Hộp số giảm tốc
(a) Giới thiệu chung
Đây là thiết bị cơ điện gồm động cơ điện gắn liền với một tổ hợp bánh răng
(bánh nhông), trong cơ cấu bánh răng này có 1 bánh răng lớn nhất gắn liền với trục
ra, chịu trách nhiệm truyền đi lực momen mạnh nhất.

Hình 2.11: Motor giảm tốc
(b) Nguyên lý của cách làm giảm tốc độ motor
Cách giảm tốc độ motor là phương pháp dùng hệ thống bánh răng truyền
động khiến trục motor quay chậm lại, lúc này trục motor sẽ phát ra lực momen lớn
giúp tải khỏe hơn, làm được việc nặng hơn và độ bền cao hơn.
(c) Chức năng
Khi chúng ta muốn số vòng quay của trục ra hộp số giảm tốc nhỏ, thì chúng
ta chỉ tốn ít tổn phí lúc lắp thêm hộp số giảm tốc lên động cơ điện, mà có thể thay đổi
số vịng quay trục ra một bí quyết linh hoạt hơn phổ biến. Bên cạnh đó cịn 1 nhân tố
nữa là : moment xoắn, chúng ta khó có thể tạo ra 1 động cơ điện sở hữu số vòng quay
và moment xoắn theo ý muốn. Người ta gọi đây là tỉ số truyền, số vòng quay và

moment xoắn tỉ lệ nghịch với nhau.
Hộp giảm tốc bên trong đựng bộ truyền động dùng bánh răng, trục vít… làm
giảm tốc độ vòng quay. Hộp này được sử dụng để giảm vector vận tốc góc tức thời,
tăng momen. Đầu cịn lại của hộp giảm tốc nối với tải.
Chức năng của động cơ giảm tốc là hãm, giảm tốc độ của vòng quay và cơ
cấu này truyền động ăn khớp trực tiếp, mang tỉ số truyền không đổi.

21


Đồ án điều khiển logic

GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh

2.2.4. Chọn động cơ

Hình 2.12: Động cơ
Dựa vào yêu cầu của hệ thống, ta lựa chọn động cơ 3 pha, 4 cực, Δ/Y 220/380,
0.5hp, 0.37kW.

22


Đồ án điều khiển logic

GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh

CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN
Giới thiệu PLC
PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển có khả năng lập

trình, nó có khả năng thực hiện linh hoạt các thuật tốn thơng qua ngơn ngữ lập trình.
Người dùng có thể tạo ra chương trình lập trình hàng loạt các sự kiện, thao tác. Các
thao tác này được kích hoạt khi có tác nhân kích thích hoặc có thể hoạt động có thời
gian trễ (thời gian đã định hoặc các sự kiện được đếm). PLC được dùng để thay thế
các mạch relay trong thực tế.
Vào khoảng năm 1968, các nhà sản xuất ô tô đã đưa ra các yếu tố kỹ thuật đầu
tiên cho thiết bị điều khiển logic khả trình với mục đích là thay thế tủ điều khiển cồng
kềnh tiêu thụ lượng điện năng khá lớn và thường xuyên phải thay thế các relay do
hỏng cuộn hút hay gãy các thanh lị xo tiếp điểm. Mục đích thứ 2 là tạo ra một thiết
bị điều khiển có tính linh hoạt trong việc thay đổi chương trình điều khiển.
Với thiết bị điều khiển có khả năng lập trình, người ta có thể giảm bớt thời
gian trong sản xuất, mở rộng khả năng hồn thiện hệ thống sản xuất và thích ứng sự
thay đổi trong sản xuất. Từ đó một số nhà sản xuất thiết bị điều khiển trên cơ sở máy
tính đã tạo ra các thiết bị điều khiển khả trình hay PLC.
Những PLC đầu tiêu sử dụng trong công nghiệp ô tô vào năm 1969 đã đem lại
sự ưu việt so với các hệ thống điều khiển trên cơ sở relay. Các thiết bị này được lập
trình dễ dàng, khơng chiếm quá nhiều không gian trong cơ sở sản xuất. Sau đó ứng
dụng của PLC nhanh chóng mở rộng ra tất cả các ngành công nghiệp sản xuất khác.
Khi vi xử lý được đưa vào sử dụng trong thập niên 70, các khả năng cơ bản
của PLC được mở rộng và hồn thiện hơn, nó có khả năng xử lý các tính tốn và số
liệu phức tạp hơn.
Việc truyền dữ liệu cũng trở nên dễ dàng hơn nhờ sự phát triển của điện tử
viễn thơng, các PLC có thể điều khiển xa hàng trăm mét, có thể trao đổi dữ liệu cho
nhau và điều khiển quá trình sản xuất nhanh hơn.
Về sau nhờ sự ra đời của máy tính cá nhân, hệ thống điều khiển lập trình cầm
tay và phần mềm đồ họa có thể mơ phỏng hoặc hiển thị các hoạt động của từng bộ
phận trong hệ thống điều khiển đã nâng cao đáng kể tính năng và khả năng sử dụng
PLC trong điều khiển và sản xuất.
Các thiết bị điều khiển PLC tạo thêm năng suất và tính linh hoạt cho các hệ
thống công nghiệp. Bằng sự thay thế các phần tử cơ điện bằng PLC, quá trình điều

khiển trở nên nhanh hơn, rẻ hơn và hiệu quả hơn. PLC là lựa chọn tối ưu nhờ các lý
do:
- Tốn ít khơng gian.
- Tiết kiệm năng lượng.
- Khả năng thích ứng mơi trường cơng nghiệp.
- Giao diện trực quan.
- Lập trình dễ dàng.
- Tính linh hoạt cao.
3.1.

23


Đồ án điều khiển logic

GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh

Hình 3.1: Một số hãng PLC hiện nay
3.2.
-

Cấu trúc PLC
Tất cả các PLC đều có các thành phần chính:
Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong (ngồi ra có thể mở rộng thêm với
bộ nhớ EPROM).
Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho ghép nối với PLC.
Các Module vào/ra.

Hình 3.2: Sơ đồ khối cấu trúc của PLC
Bên cạnh đó, một bộ PLC hồn chỉnh cịn đi kèm thêm một đơn vị lập trình

bằng tay hay máy tính. Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứa
đựng chương trình dưới dạng hồn thiện hay bổ sung. Nếu đơn vị lập trình là cầm
tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phịng, chỉ khi nào chương trình đã được
kiểm tra và sẵn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC. Đối với các PLC
24


Đồ án điều khiển logic

GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh

lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hỗ trợ cho việc đọc, viết và kiểm tra chương
trình. Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS458,...
3.2.1.
Đơn vị xử lý trung tâm
Khối điều khiển trung tâm (CPU) gồm 3 phần: bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và
hệ thống nguồn cung cấp.

Hình 3.3: Khối điều khiển trung tâm
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC. Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra
chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong
chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra. Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các
thiết bị liên kết để thực thi và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào
chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ.
3.2.2. Hệ thống Bus
Hệ thống Bus dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song
song:
- Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Module khác nhau
- Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu.
- Control Bus : Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thời và điều

khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC.
Trong PLC, các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các module vào ra
thông qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm cho
phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song.
Nếu một module đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus, nó sẽ chuyển
tất cả trạng thái đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ byte của 8 đầu ra xuất
hiện trên Address Bus, module đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu từ Data Bus.
Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình hoạt động của
PLC. Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng trong một thời gian
hạn chế.
Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O.
Bên cạnh đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 18 MHz. Xung này
quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố định thời, đồng hồ của
hệ thống.
3.2.3. Bộ nhớ
PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp:
- Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O

25