Mô hình điều khiển và giám sát hệ thống máy cắt tôn tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THƠNG

MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
HỆ THỐNG MÁY CẮT TÔN TỰ ĐỘNG

GVHD: ThS. NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT
SVTH: TRẦN CÔNG THIỆN
MSSV: 11141422

SKL 0 0 4 1 6 2

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 2/2016


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
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
ĐỀ TÀI:

MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT
HỆ THỐNG MÁY CẮT TÔN TỰ ĐỘNG

GVHD: Th.s Nguyễn Trần Minh Nguyệt
SVTH: Trần Cơng Thiện
MSSV : 11141422
Lớp

: 11141DT2B

Tp. Hồ Chí Minh - 2/2016


PHẦN A

i


NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1. Thông tin sinh viên

Họ và tên: Hoàng Thiên Toàn. . . . . . . MSSV: 11141220.
Tel: 0989303264
Email:
Họ và tên: Trần Công Thiện. . . . . . . . . MSSV: 11141422
Tel: 01669016558
Email:
2. Thơng tin đề tài
Tên của đề tài: MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG MÁY CẮT
TƠN TỰ ĐỘNG
Mục đích của đề tài: xây dựng mơ hình, giao diện thu thập dữ liệu, điều khiển, giám
sát một hệ thống máy cắt tôn tự động.

Đồ án tốt nghiệp đƣợc thực hiện tại: Bộ môn Điện Tử Công Nghiệp, Khoa Điện Điện Tử, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.
Thời gian thực hiện: Từ ngày18/10/2015 đến15/1/2016
3. Các nhiệm vụ cụ thể của đề tài
- Nghiên cứu tài liệu về hệ thống băng tải và điều khiển máy cắt tôn.
- Nghiên cứu tài liệu về PLC S7-200 và WINCC, các thiết bị công nghiệp.
- Nghiên cứu các đề tài, cơng trình khoa học về máy cắt thép tấm, bao bì… để có
hƣớng phát triển đề tài.
- Thiết kế thành cơng mơ hình máy cắt tơn.
- Hoàn thành báo cáo.
4. Lời cam đoan của sinh viên
Chúng tơi – Hồng Thiên Tồnvà Trần Cơng Thiện cam đoan ĐATN là cơng trình
nghiên cứu của bản thân chúng tơidƣới sự hƣớng dẫn của thạc sỹ Nguyễn Trần Minh
Nguyệt.
Các kết quả công bố trong ĐATN là trung thực và không sao chép từ bất kỳ cơng
trình nào khác.
Tp.HCM, ngày 15 tháng 1 năm 2016
SV thực hiện đồ án

Trần Công Thiện.

Tp.HCM, ngày
Xác nhận của Bộ Môn

tháng

năm 2016

Giáo viên hƣớng dẫn

ThS. Nguyễn Trần Minh Nguyệt

ii


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM
Khoa Điện - Điện Tử
Bộ Môn Điện Tử Viễn Thơng

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Tp. Hồ Chí Minh, ngày..8...tháng..10.. năm 2015

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên 1: Hoàng Thiên Toàn ........................................................................................
Lớp: 11141DT1D ................................................................ MSSV: 11141220...........................
Họ tên sinh viên 2: Trần Công Thiện ...........................................................................................
Lớp:11141DT2B ................................................................. MSSV:11141422............................
Tên đề tài: MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁTHỆ THỐNG MÁY CẮT TÔN TỰ ĐỘNG.
Tuần/ngày

Nội dung

Xác nhận GVHD

6

Tiến hành gặp GVHD và nhận đề tài tốt nghiệp.

7

Tìm hiểu đề tài.

8

Nghiên cứu WinCC, thi cơng mơ hình.

9

Tiếp tục nghiên cứu Wincc, thi cơng mơ hình, chức năng
các linh kiện liên quan.

10

Hồn thành phần cứng

11

Viết chƣơng trình điều khiển.

12

Tiếp tục viết chƣơng trình điều khiển.

13

Chƣơng trình giám sát dùng WinCC

14

Lắp ráp hệ thống, kết nối máy tính, test thử. Chỉnh sửa

các lỗi gặp phải

15

Tiến hành viết báo cáo đồ án.

16

Hoàn thành cuốn báo cáo đồ án.

17

Hoàn thành đồ án
GV HƢỚNG DẪN

ThS. Nguyễn Trần Minh Nguyệt
iii


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian nghiên cứu và làm việc nghiêm túc, đến nay đồ án tốt nghiệp với đề
tài: “MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG MÁY CẮT TƠN TỰ
ĐỘNG” đã cơ bản hồn thành và đạt đƣợc những kết quả theo mục tiêu đề ra. Trong q
trình thực hiện, em gặp khơng ít những khó khăn và vƣớng mắt, đồng thời qua đó học hỏi
đƣợc thêm nhiều kinh nghiệm bổ ích. Với sự giúp đỡ tận tình của q Thầy Cơ và các
bạn đã tạo mọi điều kiện để nhóm thực hiện đồ án một cách tốt nhất.
Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Cô Nguyễn Trần Minh Nguyệt - Giảng viên bộ
môn Điện Tử Công Nghiệp, cùng lời cám ơn sâu sắc đến các thầy cô trong bộ môn đã
trực tiếp hƣớng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để hồn thành tốt đề tài.
Em xin gởi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử và nhƣ

Trung Tâm Thực Hành Cơ Điện – Tự Động Hóa TECH GARDEN đã tạo những điều
kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài.
Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 11141DT2B đã chia sẻ trao đổi kiến
thức cũng nhƣ những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!

Ngƣời thực hiện đề tài

Trần Công Thiện.

iv


LỜI NĨI ĐẦU
Ngày nay ai cũng biết rõ rằng cơng nghệ PLC đóng vai trị quan trọng trong năng
lƣợng cơ và làm não bộ cho các bộ phận tự động hóa và cơ giới hóa. Do đó điều khiển
logic khả lập trình (PLC) rất cần thiết đối với các kỹ sƣ điện, điện tử cũng nhƣ cũng nhƣ
các kỹ sƣ cơ khí, từ đó giúp họ nắm đƣợc phạm vi ứng dụng rộng rãi và kiến thức về
PLC cũng nhƣ các ứng dụng thông thƣờng.
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đƣợc giao nhiệm vụ và nghiên cứu với
đề tài: “MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG MÁY CẮT TƠN TỰ
ĐỘNG.”
Đây là một đề tài khơng hồn tồn là mới nhƣng nó rất phù hợp với thực tế sản
xuất hiện nay, càng đi sâu nghiên cứu càng thấy nó hấp dẫn và thấy đƣợc vai trị của nó
trong điều khiển tự động.
Tuy nhiên để lập trình thành cơng PLC nó cịn địi hỏi 1 tầm hiểu biết nhất định về
cơ khí, tin học… nên em cũng gặp khơng ít khó khăn về mặt thời gian.
Xác định rõ nhiệm vụ của mình nên em đã cố gắng hết sức, khắc phục khó khăn,
tập trung tìm hiểu, học hỏi ở cô giáo hƣớng dẫn và các thầy cô khác trong bộ mơn.
Ngồi ra cịn phải trang bị thêm về kiến thức tin học và cơ khí để có thể giải quyết

đƣợc nhiệm vụ đề ra. Kết quả thu đƣợc chƣa nhiều do còn hạn chế về kiến thức, thời
gian, kinh nghiệm nhƣng nó giúp em có thêm kiến thức mới đề sau khi ra trƣờng có nền
tảng để tiếp cận đƣợc với các cơng nghệ mới.
Trong q trình thực hiện đồ án do kiến thức của em có hạn, nên nội dung đồ án
không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy em rất mong đƣợc sự chỉ bảo góp ý của các thầy
cơ cũng nhƣ mọi ngƣời quan tâm đến vấn đề này.

v


MỤC LỤC
NỘI DUNG

TRANG

PHẦN A: GIỚI THIỆU
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .............................................................................. ii
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ iv
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................v
MỤC LỤC ..................................................................................................................... vi
LIỆT KÊ HÌNH VẼ ....................................................................................................... ix
LIỆT KÊ BẢNG ........................................................................................................... xii
TÓM TẮT ĐỒ ÁN ...................................................................................................... xiii

PHẦN B: NỘI DUNG
CHƢƠNG I DẪN NHẬP
1.1

ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................ Error! Bookmark not defined.

1.2

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ................................. Error! Bookmark not defined.

1.3

ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ....................... Error! Bookmark not defined.

1.4

GIỚI HẠN ĐỀ TÀI ........................................ Error! Bookmark not defined.

1.5

DÀN Ý ........................................................... Error! Bookmark not defined.

1.6

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ......................... Error! Bookmark not defined.

1.7

Ý NGHĨA ĐỀ TÀI ......................................... Error! Bookmark not defined.

CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1
TỔNG QUAN VỀ MÁY CẮT
TÔN………………………………………….Error! Bookmark not defined.
2.1.1

Máy cắt thông thƣờng. ................................... Error! Bookmark not defined.

2.1.2

Máy cắt tự động.............................................. Error! Bookmark not defined.

2.2

GIỚI THIỆU SƠ LƢỢC VỀ PLC. ................ Error! Bookmark not defined.

2.2.1

Giới thiệu tổng quát về họ PLC S7 ................ Error! Bookmark not defined.

2.2.2

Cấu hình vào ra của S7-200 CPU224 ............ Error! Bookmark not defined.

2.2.3

Những khái niệm cơ sở của PLC S7-200 ....... Error! Bookmark not defined.

2.2.3.1

Khái niệm vòng quét của PLC ....................... Error! Bookmark not defined.

2.2.3.2

Phân chia vùng nhớ trong S7-200 .................. Error! Bookmark not defined.

2.2.4

Lựa chọn ngơn ngữ lập trình ........................ Error! Bookmark not defined.1

2.3

KHÁI QT VỀ ĐỘNG CƠ BƢỚC ............ Error! Bookmark not defined.

2.3.1

Phân loại và cấu tạo ...................................... Error! Bookmark not defined.2

2.3.2

Động cơ bƣớc nam châm vĩnh cữu ................ Error! Bookmark not defined.
vi


2.3.3

Động cơ biến từ trở ........................................ Error! Bookmark not defined.

2.3.4

Động cơ bƣớc lai .......................................... Error! Bookmark not defined.5

2.3.5

Động cơ bƣớc 2- phase lai............................ Error! Bookmark not defined.5

2.3.6

Nguyên lý hoạt động cơ bản của động cơ bƣớcError! Bookmark not defined.7

2.4

MẠCH DRIVER ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƢỚC. ...................................17

2.4.1

Giới thiệu chung về mạch driver. ................. Error! Bookmark not defined.7

2.4.2
Cấu trúc module điều khiển động cơ bƣớc TB6560 .... Error! Bookmark not
defined.8
2.4.2.1

Sơ đồ khối .................................................... Error! Bookmark not defined.8

2.4.2.2

Chức năng các khối ...................................... Error! Bookmark not defined.8

2.4.2.3

Sơ đồ kết nối với mạch điều khiển. .............. Error! Bookmark not defined.0

2.5

TÌM HIỂU ĐỘNG CƠ DC .......................... Error! Bookmark not defined.0

2.5.1

Khái niệm ..................................................... Error! Bookmark not defined.0

2.5.2

Nguyên ký làm việc ..................................... Error! Bookmark not defined.0

2.5.3

Điều chỉnh tốc độ ......................................... Error! Bookmark not defined.1

2.6

CẢM BIẾN .................................................. Error! Bookmark not defined.2

2.6.1

Khái niệm ..................................................... Error! Bookmark not defined.2

2.6.2

Nối dây cho cảm biến ................................... Error! Bookmark not defined.2

2.6.3

Cảm biến EE-SX673A ................................. Error! Bookmark not defined.4

2.7

KHÁI QUÁT VỀ ENCODER. ...................... Error! Bookmark not defined.

2.7.1

Cấu tạo chính của Encoder. .......................... Error! Bookmark not defined.5

2.7.2

Nguyên lý cơ bản. ........................................ Error! Bookmark not defined.6

2.7.3

Encoder E6A2-CW3C .................................. Error! Bookmark not defined.7

2.8
CÁCH KẾT NỐI PLC VÀ GIAO TIẾP MÁY TÍNH . Error! Bookmark not
defined.8
2.8.1

Cách chọn cổng giao tiếp ...............................................................................28

2.8.2

Thiết lập địa chỉ mới cho một PLC ............. Error! Bookmark not defined.0

2.8.3

Chạy thử, kiểm tra ........................................ Error! Bookmark not defined.1

2.9

GIỚI THIỆU VỀ PC ACCESS. .....................................................................31

2.9.1

Tạo sự kết nối cho một PLC ..........................................................................31

2.9.2

Tạo mục Item .................................................................................................33

2.9.3

Chạy thử, kiểm tra ..........................................................................................34

2.10

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ WIN CC ....................................................34

2.10.1

Giới thiệu phần mềm WinCC (Siemens) .......................................................34

2.10.2

Cấu hình WinCC ............................................................................................37
vii

2.10.2.1 Các loại Project ..............................................................................................37
2.10.2.2 Chức năng của WinCC Explorer:...................................................................38
2.10.2.3 Xây dựng mơ hình giám sát ...........................................................................40
2.11

GIỚI THIỆU THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN................................................41

CHƢƠNG III XÂY DỰNG MƠ HÌNH
3.1

NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG .........................................45

3.2

SƠ ĐỒ KHỐI VÀ CHỨC NĂNG TỪNG KHỐI ..........................................45

3.2.1

Sơ đồ kết nối hệ thống ....................................................................................45

3.2.2

Thiết kế sơ đồ nguyên lý .............................. 4Error! Bookmark not defined.

3.3

XÂY DƢNG MÔ HÌNH ................................................................................50

3.4

GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN .........................................................................52

3.5

CHỨC NĂNG MƠ PHỎNG CỦA MƠ HÌNH ..............................................58

3.6

VẬNHÀNH MƠ HÌNH .................................................................................58

3.7

BẢO TRÌ MƠ HÌNH .....................................................................................58

CHƢƠNG IV KẾT QUẢ THI CÔNG
4.1

KẾT QUẢ THÀNH PHẨM ...........................................................................60

4.2

KẾT QUẢ CHẠY THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG .......................................61

CHƢƠNG IV KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN
5.1

KẾT LUẬN ....................................................................................................72

5.1.1

Đánh giá .........................................................................................................72

5.1.2

Ƣu điểm và khuyết điểm của sản phẩm .........................................................72

5.2

HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .........................................................72

PHẦN C: PHỤ LỤC

viii


LIỆT KÊ HÌNH VẼ
Hình

Trang

Hình 2.1 Máy cắt thơng thƣờng ...................................................................................... 6
Hình 2.2 Máy cắt tự động ............................................................................................... 7
Hình 2.3 Cấu trúc hệ thống máy ..................................................................................... 8
Hình 2.4 Sơ đồ khối của CPU224DC ............................................................................. 9
Hình 2.5 Mơ tả vịng qt của 1 PLC ............................................................................. 9
Hình 2.6 Ví dụ về vịng qt ......................................................................................... 10
Hình 2.7 Sự thay đổi mức logic .................................................................................... 10
Hình 2.8 Định dạng truy cập vùng nhớ thời gian ......................................................... 11
Hình 2.9 Đạnh dạng truy cập vùng nhớ bộ đếm ........................................................... 11
Hình 2.10 Mơ tả động cơ bƣớc đơn cực ......................................................................... 13

Hình 2.11 Các dây ngõ ra của động cơ bƣớc đơn cực..................................................... 14
Hình 2.12 Các dây màu của động cơ bƣớc đơn cực ........................................................ 14
Hình 2.13 Mơ tả động cơ biến từ trở .............................................................................. 15
Hình 2.14 Mơ tả động cơ bƣớc lai ................................................................................... 15
Hình 2.15 Động cơ bƣớc Nidec Servo KH42.................................................................. 16
Hình 2.16 Sơ đồ mạch và cách điều khiển ...................................................................... 16
Hình 2.17 Phân biệt các dây của động cơ bƣớc KH42JM2B182 .................................... 17
Hình 2.18Modul điều khiển động cơ bƣớc TB6560 ....................................................... 18
Hình 2.19Sơ đồ khối module TB6560............................................................................. 18
Hình 2.20Sơ đồ chân điều khiển module TB6560 .......................................................... 19
Hình 2.21 Switch cho ngƣời dung thiết lập chế độ ......................................................... 19
Hình 2.22Sơ đồ kết nối với mạch điều khiển .................................................................. 20
Hình 2.24Cảm biến có ngõ ra là relay sử dụng nguồn DC và AC .................................. 22
Hình 2.25Mạch Schmitt trigger ....................................................................................... 23
Hình 2.26Cảm biến NPN (cảm biến “rút dịng”). ........................................................... 23
Hình 2.27Cảm biến PNP (cảm biến “sourcing”) ............................................................. 24
Hình 2.28 Cảm biến EE-SX673A ................................................................................... 24
Hình 2.29 Sơ đồ nối dây cảm biến EE-SX673A ............................................................. 25
Hình 2.30 Cấu tạo chính của Encoder ............................................................................. 25
ix


Hình 2.31 Đĩa quang có kht lỗ của Encoder ............................................................... 26
Hình 2.32 Pha ngõ ra của dây A và dây B...................................................................... 26
Hình 2.33 Nguyên lý cơ bản của Encoder ....................................................................... 27
Hình 2.34Encoder E6A2-CW3C ..................................................................................... 27
Hình 2.35Mạch đầu ra Encoder E6A2-CW3C ................................................................ 28
Hình 2.36 Cửa sổ V4.0 STEP 7 MicroWIN .................................................................... 29
Hình 2.37 Cửa sổ Commuication .................................................................................... 29
Hình 2.38 Cửa sổ Set PG/PC Interface ........................................................................... 29

Hình 2.39 Hộp thoại Properties – PC/PPI cable .............................................................. 30
Hình 2.40 Phần Local Connection................................................................................... 30
Hình 2.41 Hộp thoại Communication ............................................................................. 31
Hình 2.42 Hƣớng dẫn Download, Upload dữ liệu .......................................................... 31
Hình 2.43 Cửa sổ Unititled- S7-200 PC Access.............................................................. 32
Hình 2.44 Cửa sổ Set PG/PC Interface ........................................................................... 32
Hình 2.45 Hộp thoại Properties – PC/PPI cable .............................................................. 32
Hình 2.46 Phần Local Connection................................................................................... 33
Hình 2.47 Hƣớng dẫn chọn New PLC ............................................................................ 33
Hình 2.48 Cửa sổ PLC Properties ................................................................................... 33
Hình 2.49 Hƣớng dẫn tạo mục Item ................................................................................ 34
Hình 2.50 Kết quả tạo Item ........................................................................................... 34
Hình 2.51 Các loại Project............................................................................................... 37
Hình 2.52 WinCC Explorer ............................................................................................. 38
Hình 2.53 Bắt đầu xây dựng mơ hình.............................................................................. 40
Hình 2.54 Lấy các linh kiện ............................................................................................ 40
Hình 2.55 Lấy băng tải .................................................................................................... 41
Hình 2.56Mơ hình giám sát khi hồn thành .................................................................... 41
Hình 2.57 Hình mơ phỏng thuật tốn .............................................................................. 42
Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống ....................................................................................... 46
Hình 3.2 Sơ đồ mạch nguồn LM7805 ........................................................................... 47
Hình 3.3 Sơ đồ kết nối với mạch điều khiển ................................................................. 48
Hình 3.4 Mạch nguyên lý OPTO .................................................................................. 48
Hình 3.5 Giao tiếp CPU và PLC ................................................................................... 50
Hình 3.6 Sơ đồ khối cấp nguồn 220V và 24Vdc cho mơ hình ..................................... 50
Hình 3.7 Sơ đồ kết nối PLC với các thành phần ........................................................... 51
x


Hình 3.8 Bảng điều khiển ............................................................................................. 52

Hình 3.9 Lƣu đồ giải thuật hệ thống máy cắt tôn tự động. ........................................... 53
Hình 4.1 Kết nối bên trong máy cắt tơn ........................................................................ 60
Hình 4.2 Sản phẩm hồn chỉnh ..................................................................................... 61
Hình 4.3 Giao diện WinCC ........................................................................................... 61
Hình 4.4 Kết quả cắt lần 1 loại 1................................................................................... 62
Hình 4.5 Kết quả cắt lần 2 loại 1................................................................................... 62
Hình 4.6 Kết quả cắt lần 3 loại 1................................................................................... 63
Hình 4.7 Kết quả cắt lần 4 loại 1................................................................................... 63
Hình 4.8 Kết quả cắt lần 5 loại 1................................................................................... 64
Hình 4.9 Kết quả cắt lần 1 loại 2................................................................................... 65
Hình 4.10 Kết quả cắt lần 2 loại 2................................................................................... 65
Hình 4.11 Kết quả cắt lần 3 loại 2................................................................................... 66
Hình 4.12 Kết quả cắt lần 1 loại 1................................................................................... 66
Hình 4.13 Kết quả cắt lần 1 loại 3................................................................................... 67
Hình 4.14 Kết quả cắt lần 2 loại 3................................................................................... 68
Hình 4.15 Kết quả cắt lần 3 loại 3................................................................................... 68

xi


LIỆT KÊ BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 2.1 Một số thông số kỹ thuật của máy ................................................................... 7
Bảng 2.2 Một số thông số kỹ thuật của S7-200 CPU22X ............................................... 8
Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật của Nidec Servo KH42JM2B182..................................... 16
Bảng 2.4 Thông số kĩ thuật cảm biến EE-SX673A ....................................................... 25
Bảng 2.5 Thông số Encoder E6A2-CW3C.................................................................... 27

Bảng3.1

Dòng tiêu thụ lớn nhất.................................................................................... 47

Bảng4.1

Dữ liệu cắt thử nghiệm 10 tấm loại 1............................................................. 64

Bảng4.2

Dữ liệu cắt thử nghiệm 10 tấm loại 2............................................................. 67

Bảng4.3

Dữ liệu cắt thử nghiệm 10 tấm loại 3............................................................. 69

xii


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Đây là một hệ thống máy cắt tơn động sử dụng bài tốn cắt chéo ứng dụng trong
tốn học và vật lí, do đó để sản phẩm tơn sau khi cắt thẳng, ta phải tính tốn cho vận tốc
của dao cắt phù hợp với vận tốc của băng tải xả tơn; để cắt tơn đúng kích thƣớc ta phải
đếm và tính xung Encoder của băng tải. Quá trình cụ thể nhƣ sau:
Khi nhấn nút start,thì tiến hành cài đặt kích cỡ của tơn bằng 3 nút nhấn(ví dụ chọn
40cm nút 1, 60cm nút 2, 80cm nút 3) hoặc trên giao diện WinCC, sau đó tiếp tục cài đặt
sẽ cắt bao nhiêu tơn thì dừng(vd muốn căt 100 tấm, 200 tấm…cái này chỉ làm trên giao
diện WinCC),sau khi cài đặt xong thì tơn đƣợc xả vào máy nhờ động cơ băng tải (động
cơ bƣớc 1)và động cơ dc đƣợc kích với mạch vi xử lý có sẵn, cảm biến phát hiện vật
(cảm biến xác định có tơn hay hết nếu hết thì cho ngừng) xác định có tơn thì cho bắt đầu

đếm xung băng tải từ Encoder, với số xung băng tải đƣợc xác định để đo chiều dài của
tơn theo các kích cỡ đặt trƣớc. Khi đúng số xung đã tính tốn, số xung đó sẽ reset về 0 và
kích cho động cơ dao cắt (động cơ bƣớc 2) và nam châm điện để hạ dao xuống di chuyển
và cắt, khi cắt xong thì nam châm điện hết đƣợc kích và động cơ dao cắt di chuyển trở lại
vị trí ban đầu, khi xung băng tải reset thì đếm lại và thực hiện ln phiên nhƣ thế đến khi
đủ số tơn cài đặt hoặc hết tơn thì dừng.Trong quá trình cắt thì cho đếm đƣợc bao nhiêu
sản phẩm.
Khi xảy ra sự cố kẹt băng tải thì tín hiệu từ Encoder sẽ hồi tiếp về và cho dừng hệ
thống ngay lập tức. Cảm biến phát hiện tơn cịn hay hết, nếu cịn hệ thống chạy bình
thƣờng, nếu hết hệ thống cho dừng.
Khi chọn STOP thì ngừng mọi hoạt động.

xiii


PHẦN B


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT

CHƯƠNG I
DẪN NHẬP

CHƢƠNG 1: DẪN NHẬP

Trang 1

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

1.1

GVHD: ThS. NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT

ĐẶT VẤN ĐỀ

Tôn là một vật liệu đƣợc sử dụng rất rộng rãi trong cuộc sống: đóng tàu, chế tạo cơ
khí, hay xây nhà xƣởng… Để có những sản phẩm tơn sóng đến với ngƣời tiêu dùng có
giá thành thấp, kích thƣớc nhƣ mong muốn, mẫu mã đẹp thì việc thiết kế chế tạo một
máy cắt tôn tấm là cần thiết.Ngày nay, rất nhiều máy cắt tôn dạng tĩnh, nghĩa là tôn dừng
rồi mới cắt, do đó sẽ mất một khoảng thời gian. Vì vậy, để tiết kiệm thời gian, nghĩa là
trong khoảng thời gian nhƣ nhau, máy cắt tôn nào sẽ cắt đƣợc nhiều tấm tôn hơn? Vấn đề
này sẽ đƣợc giải quyết ở máy cắt tôn động.
Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, với kiến thức đã đƣợc học tại trƣờng là một sinh
viên ngành điện, thông qua việc thiết kế đồ án giúp chúng em bƣớc đầu có nhữngkinh
nghiệm về lập trình PLC S7-200, thiết kế giao diện trên WIN CC với đề tài “MƠ HÌNH
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG MÁY CẮT TÔN TỰ ĐỘNG”. Các giá trị
về kích thƣớc, số lƣợng của tơn sẽ đƣợc bạn nhập từ máy tính, dữ liệu sẽ đƣợc truyền về
bộ xử lý là PLC S7-200 sẽ điều khiển máy cắt hoạt động theo yêu cầu, và các thông số
hoạt động của hệ thống sẽ đƣợc hiển thị lại lên màn hình để giám sát hệ thống đƣợc dễ
dàng.
Đề tài mà chúng emthực hiện là một ví dụ về máy cắt tôn động, trong một khoảng
thời gian nhƣ nhau, số lƣợng tôn cắt từ máy cắt tôn động sẽ nhiều hơn so với máy cắt tôn
tĩnh.

1.2

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Nhƣ đã nói trên, xuất phát từ nhu cầu sử dụng tôn ngày càng nhiều trong các lĩnh
vực, để tăng năng suất sản phẩm, tiết kiệm thời gian, nhân lực cũng nhƣ ứng dụng cơng
nghệ tiên tiến… chúng em đã tìm hiểu đề tài máy cắt tôn động.
Đối với các bạn sinh viên, việc tìm hiểu và làm chủ một cơng nghệ mới luôn luôn
là một mong muốn và một thách thức lớn. Để đạt đƣợc các điều đó, ngồi việc học các
môn lý thuyết mang ý nghĩa quan trọng ở lớp, các bạn sinh viên cần phải có q trình tiếp
xúc với thực tế. Quá trình tiếp xúc thực tế khơng phải là q trình đơn giản và có thể dễ
dàng đạt đƣợc, sinh viên phải thƣờng xuyên làm quen và tiếp xúc với các mạch điện tử từ
đơn giản đến phức tạp dần, làm quen với công việc lập trình phần mềm, thi cơng phần
cứng, kiểm tra lỗi…Những cơng việc này sẽ dần hình thành nên các kỹ năng cơ bản và là
nền tảng cho các kiến thức về điều khiển và lập trình điều khiển.
Với những kiến thức về điều khiển đã học cùng với mong muốn tạo ra một sản
phẩm có giá trị ứng dụng cao và nhằm tạo điều kiện cho nhu cầu học tập nghiên cứu, tích
lũy kinh nghiệm, đã thúc đẩy nhóm thực hiện đề tài “MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ
GIÁM SÁT HỆ THỐNG MÁY CẮT TÔN TỰ ĐỘNG”.
1.3

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Trong giới hạn đề tài, cùng với giới hạn về thời gian, nhóm thực hiện đề tài chỉ tập
trung vào một số đối tƣợng sau:
- Tìm hiểu về S7-200 (CPU 224) để lập trình.
- Tìm hiểu về DRIVER TB6560.
- Tìm hiểu về Động cơ bƣớc, động cơ DC.
- Tìm hiểu về WinCC, PC Access.
CHƢƠNG 1: DẪN NHẬP

Trang 2

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT

- Một số thiết bị cơng nghiệp trong nơ hình.
- Thiết kế đƣợc mơ hình giám sát và điều khiển động cơ bƣớc dùng PLC S7-200 để
thực hiện mô phỏng cắt tôn theo một chiều dài đƣợc đặt từ WinCC và có sự giám sát của
máy tính.
1.4

GIỚI HẠN ĐỀ TÀI

Đề tài là một mơ hình máy cắt tơn tự động theo chiều dài mong muốn, có ý nghĩa
ứng dụng thực tế rất cao. Đề tài có thể đƣợc sử dụng trong những nhà máy cắt tôn, xƣởng
tàu… sản xuất công nghiệp. Tuy nhiên đề tài không thể thiếu những hạn chế, cần đƣợc
phát triển thêm:
- Đề tài chƣa truyền tải hết đƣợc những gì mà thực tế 1 hệ thống cắt tơn tự động
mong muốn.
- Chƣa có hệ thống phát hiện sự cố và cảnh báo xử lý cho hệ thống.
1.5

DÀN Ý
Đồ án thực hiện bao gồm những nội dung chính nhƣ sau:

Giới thiệu ban đầu: Đƣa ra vấn đề cần giải quyết, xây dựng ý tƣởng giải quyết đề
tài, tình hình nghiên cứu hiện nay và ý nghĩa thực tiễn.
Tìm hiểu và phân tích: Tìm hiểu một số mơ hình có trong thực tế. Lý thuyết và cấu
trúc có liên quan đến các thiết bị đƣợc sử dụng nhƣ là PLC S7-200, Module Driver
TB6560 …

Thiết kế và thi công hệ thống: Trình bày sơ đồ khối, yêu cầu chức năng từng khối.
Thiết kế sơ đồ ngun lý, tính tốn lựa chọn module.
Kết quả nghiên cứu thực hiện: Trình bày những kết quả của đồ án đã thực hiện
đƣợc, đánh giá và so sánh kết quả với thực nghiệm.
Kết luận và hƣớng phát triển đề tài: nêu bật những ƣu, khuyết điểm của đề tài,
những kiến thức và kinh nghiệm đã thu đƣợc trong q trình thực hiện đề tài.
1.6

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

Hiện nay trên thị trƣờng có rất nhiều sản phẩm liên quan đến máy cắt tôn tấm,
nhƣng những máy cắt tôn này là cắt tĩnhvà hầu hết những sản phẩm này đều là sản phẩm
của các cơng ty nƣớc ngồi nên giá thành hơi cao. Do đó, việc nghiên cứu và thiết kế một
máy cắt tơn động thì quan trọng. Chúng ta sẽ tìm hiểu 2 loại máy cắt tơn tấmđộng và tĩnh
ở chƣơng II của đề tài.
1.7

Ý NGHĨA ĐỀ TÀI

Hệ thống máy cắt tôn này giúp ngƣời nghiên cứu có cái nhìn trực quan hơn với
kiến thức đã tiếp nhận, từ đó nâng cao thêm hiệu quả nghiên cứu về cảm biến, PLC, các
thiết bị trong công nghiệp….
Thông qua mơ hình, chúng ta có thể học đƣợc cách lập trình và thiết kế WinCC để
giám sát, điều khiển một qui trình sản xuất. Đây là những nhu cầu thực tế trong sản xuất
mà bất kì một kĩ sƣ tự động nào cũng cần quan tâm.
Nghiên cứu này nhằm thiết kế chế tạo một máy cắt tôn tự động, với 1 tấm tơn kích
thƣớc lớn, máy cắt có thể cắt thành những tấm tơn với kích thƣớc đặt sẵn trong khoảng
thời gian ngắn hơn so với máy cắt tôn thƣờng. Đề tài có ý nghĩa lớn đối với thực tế, đặc
CHƢƠNG 1: DẪN NHẬP

Trang 3


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT

biệt là trong công nghiệp, với nền công nghiệp phát triển theo hƣớng hiện đại, việc tự
động giám sát hệ thống cắt tôn sẽ hạn chế bớt sức ngƣời, tiết kiệm thời gian và tăng năng
suất sản phẩm.

CHƢƠNG 1: DẪN NHẬP

Trang 4


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT

CHƢƠNG II
CƠ SỞ LÍ THUYẾT

CHƢƠNG 2: CƠ SƠ LÝ THUYẾT

Trang 5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

2.1

GVHD: ThS. NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT

TỔNG QUAN VỀ MÁY CẮT TƠN.

Tơn là loại vật liệu sử dụng rất rộng rãi trong cuộc sống: đóng tàu, chế tạo cơ
khí, hay xây nhà xƣởng… nhƣng từ 1 cuộn tơn lớn thì sẽ khó di chuyển cũng nhƣ lắp
đặt. Chính vì vậy mà ngƣời ta đã chế tạo ra máy cắt tơn để gia cơng tơn thành các hình
dạng khác nhau nhằm phù hợp với nhu cầu sử dụng, tăng tính thẩm mỹ cho tơn. Các
loại máy cắt tơn đƣợc chế tạo tùy theo yêu cầu về kích thƣớc và đặc điểm của vật liệu
chế tạo tơn.
Trong thực tế có rất nhiều phƣơng pháp cắt thép tôn nhƣ: cắt thủ cơng, cắt bằng
ngọn lửa hàn khí, cắt bằng chùm tia laser, plasma hay các phƣơng pháp cắt bằng máy
cắt có lƣỡi dao... Tùy theo hình dạng, kích thƣớc của phơi, yêu cầu kỹ thuật của sản
phẩm cũng nhƣ quy mô sản suất mà ta có thể áp dụng phƣơng pháp cắt khác nhau. Mặt
khác phƣơng pháp cắt còn ảnh hƣởng rất lớn đến năng suất sản xuất.
2.1.1 Máy cắt thông thƣờng.
Đây là loại máy cắt phụ thuộc vào khả năng điều khiển của con ngƣời, sản
phẩm tạo ra phụ thuộc vào tay nghề của ngƣời công nhân đứng máy. Sai số trong quá
trình cắt gọt là lớn vì phụ thuộc vào kinh nghiệm của ngƣời cơng nhân. Các q trình
điều khiển chế độ cắt, lƣu lƣợng cắt đều do con ngƣời đảm nhận. Muốn sản phẩm có
hình dạng nhƣ thiết kế thì cơng nhân phải thực hiện tồn bộ các thao tác, ngồi ra cịn
phải lấy dấu lúc chuẩn bị bắt đầu cắt.

Hình 2.1 Máy cắt thơng thƣờng.
Do phải làm việc thủ công nên năng xuất lao động không cao, hiệu quả kinh tế
cũng thấp.Đối với cắt bằng Oxy-Gas, ngƣời cơng nhân cịn phải đối mặt với nguy cơ
an tồn lao động cao do nổ bình, nếu hệ thống khơng có van an tồn thì ngƣời thợ
trong q trình cắt phải thƣờng xuyên để ý đến tiếng khí hay oxy khi đốt và bố trí bình

chứa khí nơi thuận tiện để khi có hiện tƣợng bất thƣờng là khóa gas hay axetylen ngay
lập tức.
CHƢƠNG 2: CƠ SƠ LÝ THUYẾT

Trang 6


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT

2.1.2 Máy cắt tự động.
Đây là loại máy hoàn toàn tự động cắt theo kịch thƣớc mà ngƣời lập trình đã đặt
sẵn từ máy tính, dùng 1 loại phần mềm thích hợp để điều khiển q trình cắt.
Loại máy này ít phụ thuộc vào ngƣời công nhân, nhiệm vụ của công nhân đơn
giản, nhẹ nhàng, nạp chƣơng trình cần thiết, lựa chọn các chế độ cắt phù hợp, nếu có
xự cố gì thì xử lí.

Hình 2.2 Máy cắt tự động.
Một số thơng số kỹ thuật của máy:

Bảng 2.1 Một số thông số kỹ thuật của máy.
CHƢƠNG 2: CƠ SƠ LÝ THUYẾT

Trang 7


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT

Cấu trúc hệ thống máy:

Hình 2.3 Cấu trúc hệ thống máy.

2.2

GIỚI THIỆU SƠ LƢỢC VỀ PLC.

2.2.1 Giới thiệu tổng quát về họ PLC S7.
 Họ PLC S7 là một họ PLC mạnh, tốc độ xử lý cao, khả năng quản lý bộ nhớ tốt,
kết nối mạng công nghiệp.
 Hiện nay họ PLC S7 gồm có S7-200, S7-300, S7-1200.
 Mỗi một thế hệ PLC lại có nhiều chủng loại CPU khác nhau.
 Đối với PLC S7, có thể thực hiện các phép tốn lơgic, đếm, định thời, các thuật
tốn phức tạp và thực hiện truyền thông với các thiết bị khác.
Một số thông số kỹ thuật của S7-200 CPU22X.
CPU221 CPU222 CPU224
CPU226
CPU221
Bộ nhớ chƣơng trình
2048W 2048W
4096W
4096W
8192W
Bộ nhớ dữ liệu
1024W 1024W
2560W
2560W
5120W

Khả năng dự phịng 50 giờ
50 giờ
190 giờ
190 giờ
190 giờ
khi bộ nhớ mất nguồn
I/O địa chỉ
6In/4Out 8In/6Out 14In/10Out 24In/16Out 24In/16Out
Đồng hồ thời gian Cartrige Cartrige Tích hợp
Tích hợp
Tích hợp
thực
Kích thƣớc bộ đệm
256(128 vào, 128 ra)
Tốc độ thực hiện lệnh
0,37us/lệnh
logic
Bảng 2.2 Một số thông số kỹ thuật của S7-200 CPU22X.
2.2.2 Cấu hình vào ra của S7-200 CPU224
Đối với loại CPU 224 DC/DC/DC.
- Điện cáp cấp nguồn : 24VDC
- Ngõ vào tích cực: 24VDC
- Điện áp tại ngõ ra: 24VDC
Dƣới đây là sơ đồ khối của CPU224DC

CHƢƠNG 2: CƠ SƠ LÝ THUYẾT

Trang 8

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD: ThS. NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT

Hình 2.4 Sơ đồ khối của CPU224DC.
2.2.3 Những khái niệm cơ sở của PLC S7-200
2.2.3.1Khái niệm vịng qt của PLC

Hình 2.5 Mơ tả vòng quét của 1 PLC.

a) Đọc dữ liệu đầu vào: Đọc các trạng thái vật lý (Input) vào bộ đệm ảo (IR –
Input Register).

b) Thực thi chƣơng trình: CPU đọc dữ liệu từ IR, thực hiện chƣơng trình phần
mềm, kết quả đƣợc lƣu lại ở các vùng nhớ thích hợp và bộ đệm ảo đầu ra (OR –
Output Register).

c) Xử lý các u cầu truyền thơng (Option): nếu có u cầu truyền thơng xử lý

ngắt.

d) Tự chuẩn đốn lỗi: CPU kiểm tra lỗi của hệ điều hành trong Rom, các vùng nhớ
và các trạng thái làm việc của các module mở rộng.

e) Xuất kết quả ở đầu ra: CPU đọc kết quả từ OR, xuất kết quả ra các cổng vật lý.
Một số lƣu ý :
CHƢƠNG 2: CƠ SƠ LÝ THUYẾT

Trang 9