Giới thiệu một số thiết bị trong phòng thí nghiệm 1 một số loại cảm biến sensors n trong một hệ thống điều khiển tự động hay trong các thiết bị đo cảm biến là một thành phần quan trọng nhất

ưọ lẾ mÌy tỳẼờng Ẽờt dập vẾnh xe mÌy Ẽiều khiển bÍng PLC.Trong thởi gian lẾm Ẽổ Ìn chụng em cọ tham khảo thỳc tế về mÌy Ẽờt dập vẾnh xemÌy tỈi nhẾ mÌy GOSHI ThẨng Long Autopart, củng vợi

Lời nói đầu

Trong thời gian gần đây, nền kinh tế của đất nớc ta đang trong thời kỳ phát triển rấtmạnh mẽ Vấn đề hội nhập của nớc ta đang đợc d luận cả trong nớc cũng nh trên thếgiới đặc biệt quan tâm Việt Nam đang nỗ lực cố gắng để đợc gia nhập tổ chức thơngmại thế giới WTO Để đạt đợc điều đó đòi hỏi Việt Nam phải tận dụng đựơc tối đa cácnguồn lực hiện có cũng nh các cơ hội của việc mở cửa để có thể cạnh tranh với các c-ờng quốc trên thế giới Chính vì vậy tất cả các nghành của nớc ta không những phảitiếp tục phát huy những điểm mạnh của mình mà còn phải luôn luôn cập nhật, tiếp thunhững công nghệ mới, hiện đại Nghành Cơ Khí của chúng ta không phải là một ngoạilệ

Phát triển công nghệ chế tạo máy phải đợc tiến hành đồng thời với việc phát triểnnguồn nhân lực và đầu t trang bị hiện đại Hiện nay trong các nghành kinh tế nóichung và nghành cơ khí nói riêng đòi hỏi kỹ s cơ khí và cán bộ kỹ thuật cơ khí đợc đàotạo ra phải có kiến thức cơ bản sâu và rộng ,đồng thời phải biết vận dụng những kiếnthức đó để giải quyết những vấn đề thờng gặp trong sản suất

Công nghệ phát triển, việc chỉ sử dụng các máy công cụ truyền thống để gia côngcác chi tiết Cơ khí đã không đáp ứng đựơc nhu cầu của sản xuất Việc kết hợp giữacông nghệ cổ điển với công nghệ hiện đại sẽ tạo ra đợc khối lợng hành hoá và năngsuất tăng lên rất nhiều lần so với chỉ sử dụng công nghệ cổ điển Do đó đòi hỏi chúng

ta phải nghiên cứu, ứng dụng những công nghệ tiên tiến hơn Một trong số những côngnghệ đó là các sản phẩm cơ điện tử Có thể ví dụ một số sản phẩm cơ điện tử nh : máy

điều khiển số CNC, các loại máy dập tự động, máy hàn tự động, các loại Robot côngnghiệp ,các hệ thống sản suất linh hoạt FMS, hệ thống CIM (Computer integratedManufacturing System)…

Trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp này bọn em nghiên cứu ,tìm hiểu ,ứng dụng bộ

điều khiển khả lập trình PLC vào sản suất tự động chi tiết vành xe máy Đó là máy tự

động đột dập vành xe máy điều khiển bằng PLC.

Trong thời gian làm đồ án chúng em có tham khảo thực tế về máy đột dập vành xemáy tại nhà máy GOSHI Thăng Long Autopart, cùng với sự chỉ bảo nhiệt tình

của thầy giáo Nguyễn Huy Ninh đến nay chúng em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp

công nghệ chế tạo máy Trong quá trình thiết kế và tính toán, chắc còn có những saisót do thiếu thực tế và kinh nghiệm chúng em rất mong đợc sự chỉ bảo của các thầy cô

trong bộ môn và sự đóng góp ý kiến của các bạn để đồ án của chúng em đợc hoànthiện hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Thuyết minh đồ án tốt nghiệp công nghệ chế tạo máy

Đề tài tốt nghiệp: Thiết kế máy tự động đột lỗ vành

xe máy điều khiển bằng PLC.

Nội dung:

Phần I: Tổng quan về máy đột dập vành xe máy , thiết lập các bản vẽ lắp của máy

trong điều khiển nh cảm biến , bộ điều khiển khả lập trình PLC …) để điều khiển quá ) để điều khiển quá trình làm việc của máy

Phần IV: Thiết kế qui trình chế tạo một số chi tiết trong máy.

Phần I: Tổng quan về máy đột dập vành xe máy

1 Phân tích chức năng làm việc, yêu cầu kỹ thuật và kết cấu của chi tiết

Chi tiết vành là một chi tiết quan trọng trong xe gắn máy Đây là bộ phận chịu tác độngcủa nhiều lực nh trọng lực của xe, trọng lực của ngời trên xe, mômem xoắn do động cơ gây ra, các phản lực và các lực ma sát… (nh hình 1.1).Chính vì vậy chi tiết vành cần đợc chế tạo với độ cứng vững cao, độ đồng tâm cao Để chi tiết vành không bị biến dạng cong vênh , hóp… , luôn đạt độ đồng tâm và độ cứng vững khi sử dụng và chế tạo ta cần phải thiết kế sao cho phù hợp với điều kiện làm việc của máy ,ở đây phơng án thiết kế là các lỗlắp nan hoa chính xác và có độ xiên so với tâm vành( trên thực tế thờng là 6o so với ph-

ơng ngang và 15,5o so với phơng dọc là tốt nhất ) (nh hình 1.2)

2 Quy tr×nh c«ng nghÖ chÕ t¹o vµnh xe m¸y

nguyªn c«ng nµy

1 5 °

.5°

H×nh 1.2 : ®uêng t©m c¸c lç l¾p nan hoa nghiªng 15,5 so víi t©m vµnh o

3 Phân tích tổng quan về máy thiết kế

Đây là một máy đột cơ điện tử , đợc kết hợp từ hai phần chính là phần Cơ Khí ,và phần

Điện tử Phần Cơ Khí bao gồm hệ thống Cơ Khí , hệ thống thủy lực và hệ thống khí nén, phần này tạo nên các chuyển động , vận tốc, gia tốc và lực cần thiết để có thể gia công đ-

ợc chi tiết Phần điện tử có nhiệm vụ nhận biết, thông báo, điều khiển và điều chỉnh các qúa trình trên của phần Cơ Khí Máy thiết kế cần phải đợc điều khiển tự động, đạt đợc độ chính xác, năng suất và hiệu suất cao

Dới đây là sơ đồ tổng quan về hệ thống máy (hình 1.3) :

Dới đây là phơng án gá đặt chi tiết vành :

-Ta dùng ba quả lô nằm trên mặt phẳng ngang khống chế ba bậc tự do ,-Sáu má kẹp cách đều và đối xứng nhau khi bung ra vừa kẹp chặt vừa định vị hai bậc tự do ở mặt trong của vành

-Lỗ chân van định vị một bậc tự do +Kẹp chặt :

-Để chi tiết không bị biến dạng ta dùng 6 má gắn trên các càng đặt cách nhau 60o, khi banh các càng ra thì vừa có thể định vị, vừa kẹp chặt Cơ cấu gá

đặt phải đợc thiết kế sao cho có thể gá đặt đợc các loại vành có đờng kính khác nhau

Hệ thống cơ khí (chày đột đe, thân máy )

+Cảm biến +Cữ hành trình

Bộ điều khiển khả lập trình PLC

Hệ thống thuỷ lực khí nén

Đột vành

Hình 1.4: phơng án định vị

Phơng án bố trí các mũi đột : để đạt đợc hiệu quả cao và độ đồng đều ab ố trí 4 mũi đột , khi đột cùng vào đột một lúc Các mũi độ cần đợc gá nghiêng một góc 6o so với phơng ngang và 15,5o so với phơng dọc.( Hình 1.5)

3 Quả lô

6 Má kẹp

Định vị lỗ

chân van

Hình 1.5:phơng án bố trí mũi đột

b) Phơng án phân độ :Để có thể đột đợc 36 lỗ với 4 mũi đột một lần đột thì ta

phải phân độ mỗi lần là 40o ( đột 9 lần) Để phân độ đợc chính xác và nhanh chóng ta dùng một cảm biến vị trí,kết hợp với động cơ nối qua hộp giảm tốc ,(trục động cơ có cơ cấu phanh siêu nhạy để có thể dừng ngay khi có tín hiệu của cảm biến vị trí ) Nh hình 1.5

160S-1R6SD50N50BF2 (TAIYO)

90°

,5°

1 ,5 °

Hình 1.5

c) Phơng án đột : để đột đợc lỗ chính xác ta chia ra làm hai bớc là đột lồi và

đột thủng Bớc đột lồi đợc thực hiện bằng mũi đột lồi, tiếp sau đó là bớc đục thủng đợc thực hiện bằng mũi đục thủng đều dùng thuỷ lực Để điều khiển đ-

ợc các quá trình này ta dùng các cữ hành trình và các van điều khiển bằng các cuộn hút Nh hình 1.6

Hình 1.6

Cảm biến vị trí

Động cơ gắn liền hộp giảm tốc

d) Phơng án điều khiển :để cho máy có thể hoạt động một cách tự động ,ở đây

ta dùng bộ điều khiển khả lập trình PLC để điều khiển phối hợp các hoạt

động của máy

Hiện nay có nhiều loại PLC của các hãng khác nhau:

Bộ PLC ALLEN-BRADLEY SLC500 của hóng AMATROL Mỹ.

Họ cỏc bộ PLC Simatic S5, Simatic S7 của hóng Siemens, cộng hoà liờn bang Đức.

Cỏc họ PLC Series 90 TM của hóng Fanme, Nhật Bản.

Cỏc họ PLC CQM1, CPM1, CPM1A và SRM1 của hóng OMRON, Nhật Bản.

Trong đồ án này ta dùng bộ PLC S7200(hiện có trong phòng thí nghiêm FMS & CIM bộ môn công nghệ chế tạo máy )

5 Phân tích nguyên lý làm việc và điều khiển của máy:

Nguyên lý làm việc của máy nh sau : Trớc tiên ngời công nhân đặt vành lên máy Chú ý là khi đó lỗ chân van cần đợc lắp đúng vào chốt định vị ở trên máy Sau đó ngời công nhân sẽ ấn nút phát tín hiệu cho máy tự động hoạt động theo từng bớc nh sau:

_Trục kẹp đi xuống do xi lanh khí nén đợc bơm khí nén vào, làm cho các má kẹp sẽ văng

ra kẹp chặt chi tiết Do cơ cấu kẹp là tự lựa nên chi tiết đợc kẹp vừa đủ lực, vành không bịbiết dạng.( Nh hình 1.7)

Hình 1.7

- Sau đó cảm biến đặt ở cuối trục sẽ phát tín hiệu cho PLC biết là quá trình kẹp đã xong Tiếp đó PLC sẽ phát ra tín hiệu để cho máy nén khí bơm khí vào làm cho định vị lỗ chân van lùi vào ( hình 1.8)

Trục kẹp đi xuống

Má kẹp bung ra Má kẹp bung ra

Hình 1.8

-Sau khi định vị lỗ chân van đã lùi vào, chạm phải cữ hành trình của xi lanh khí nén sẽ báo cho PLC biết để PLC phát tín hiệu mở van thuỷ lực của các đe làm cho cả 4 đe đi vào để định vị lên vành (hình 1.9)

3 Quả lô

6 Má kẹp

Định vị lỗ chân van

Xi lanh khí nén

Chi tiết

Lùi vào

Trục kẹp đi xuống

Má kẹp bung ra Má kẹp bung ra

Cảm biến vị trí

Trục kẹp đi xuống

Hình 1.9_Đe đi vào định vị sẽ gặp cữ hành trình của nó ,báo cho PLC phát lệnh mở xi lanh thuỷ lực của các chày đột lồi để các chày đột này vào đột lồi vành (hình 1.10)

Đe đi vào

160S-1R6SD50N50BF2

(TAIYO)

Đe đi vào

Đe đi vào

160S-1R6SD50N50BF2 (TAIYO)

Hình 1.10-Sau khi đột lồi xong chày đột lồi sẽ gặp phải cữ hành trình của nó , phát tín hiệu báo cho PLC để PLC phát lệnh mở xi lanh thuỷ lực của các chày đột thủng làm cả 4 chày này cùng vào đột thủng vành một lúc (hình 1.11)

Đột lồi tiến vào

Đột lồi tiến vào

Đột lồi tiến vào

Đột lồi tiến vào

160S-1R6SD50N50BF2 (TAIYO)

160S-1R6SD50N50BF2 (TAIYO)

hình 1.11_Sau khi đột thủng sau ,chày đột thủng sẽ gặp phải cữ hành trình của nó , báo cho PLC

để PLC phát tín hiệu đóng van thuỷ lực của xi lanh đột thủng Xi lanh này loại có khả năng tự hồi về (hồi về bằng lò xo ) sẽ làm cho chày đột thủng rút về ngay lập tức

-Khi chày đột thủng rút về nó sẽ gặp cữ hành trình của nó ,báo cho PLC biết để PLC phát tín hiệu mở van thuỷ lực của xi lanh đột lồi làm cho chày đột lồi lùi ra

- Khi đột lồi lùi ra nó sẽ báo cho PLC biết để PLC phát tín hiệu mở van thuỷ lực của xi lanh đe làm cho đe lùi ra vị trí ban đầu

-Khi đe lùi ra nó sẽ gặp phải cữ hành trình của nó , báo cho PLC biết để PLC phát tín hiệucho động cơ phân độ quay (hình 1.12)

Hình 1.2-Động cơ quay đợc 400 thì cảm biến phân độ sẽ phát tín hiệu báo cho PLC , để PLC phát tín hiệu dừng động cơ

Chi tiết

Chày đột thủng

-Khi động cơ dừng lại nó sẽ báo cho PLC biết để PLC phát tín hiệu làm cho quá trình lại thực hiện lại từ bớc đe đi vào

-Chu trình đợc lập lại 9 lần từ bớc đe đi vào đến bớc phân độ để có thể đột đợc hết 36 lỗ -Sau khi thực hiện đợc 9 lần thì báo cho PLC biết để PLC phát tín hiệu làm cho định vị lỗ chân van lùi ra

-xi lanh định lỗ chân van lùi ra sẽ gặp cữ hành trình của nó ,báo cho PLC để PLC phát tín hiệu làm cho xi lanh của trục kẹp mở để trục kẹp đi lên ,các má kẹp nhả chi tiết ra

Hình 1.13

hình 1.13-Cuối cùng ngời công nhân sẽ bỏ vành ra đặt lên ụ chứa phôi để chuẩn bị cho nguyên công tiếp theo

Trục kẹp đi lên

Chi tiết

Xi lanh khí nén

Định vị lỗ chân van

Phần II: Phần điều khiển

ứng dụng hệ thống điều khiển điện tử (bao gồm các phần tử trong điều khiển nh cảm biến , bộ điều khiển khả lập trình PLC …) để điều khiển quá ) để điều khiển quá trình làm việc của máy

I Chuyên đề : Giới thiệu một số thiết bị trong phòng thí nghiệm

1- Một Số loại cảm biến (Sensors)

 Trong một hệ thống điều khiển tự động hay trong các thiết bị đo cảm biến là một thành phần quan trọng nhất

 Cảm biến ( sensor ) đợc định nghĩa là một thiết bị cảm nhận và đáp ứng các tín hiệu

và các kích thích

 Nguyên lý hoạt động chung của các cảm biến là biến đổi các đại lựơng vật lý và các đại lợng không điện thành các đại lựơng điện

 Hiện nay có rất nhiều loại cảm biến với những công dụng , nguyên lý cấu tạo cũng

nh nguyên tắc vật lý khác nhau Dới đây chỉ xin gới thiệu một số loại cảm biến có trong phòng thí nghiệm , còn phần nguyên tắc vật lý và cấu tạo có thể xem trong các tài liệu về cảm biến

1.1 Cảm biến quang (Photo sensor )

Cảm biến quang là loại cảm biến mà dạng kích thích là các nguồn sáng ( đèn sợi

đốt , điôt phát quang , laser … ) còn cảm biến là các linh kiện có thể biến đổi tín hiệu quang

1.1.1Cảm biến kiểu phản xạ gơng : là loại cảm biến gồm nguồn phát , cảm biến và

g-ơng Ví dụ loại kí hiệu BEN5M-MDT :

• Nguyên lý hoạt động : nguồn phát phát ra tín hiệu quang phản chiếu qua gơng đến cảm biến

– Ngõ ra điều khiển 2 đầu ra collector hở NPN/PNP

• NPN :điện áp tảI tối đa 30VDC,dòng tảI tối đa 200mA,điện áp tối đa 1V

• PNP:điện áp tải đầu ra nhỏ nhất (khả năng cung cấp) 2,5V, dòng tải tối

đa 200mA– Có mạch bảo vệ chống ngợc cực tính và quá dòng

• Các ứng dụng

– Phát hiện ra các vật mờ đục, đờng kính nhỏ nhất 6mm

– Kết nối với bộ xử lý ( ví dụ PLC hay các vi mạch ) , để điều khiển các cơ cấu chấp hành trong các hệ thống tự động thông qua các chơng trình đã đợc lập trình sẵn

–

1.1.2 Cảm biến kiểu phản xạ khuyếch tán: Cảm biến gồm nguồn phát và cảm biến Ví

dụ loại kí hiệu ben300-ddt

Autonics

(PNP) (NPN)

Cơ cấu chấp hành

Cảm biến

chuơng trình

Bộ vi xử lý

Autonics

– Khoảng cách nhận 300mm

– Nguồn cấp 12 đến 24VDC

– Hoạt động đèn sáng hoặc tắt

– Ngõ ra điều khiển 2 đầu ra collector hở NPN/PNP

• NPN :điện áp tảI tối đa 30VDC ,dòng tảI tối đa 200mA,điện áp tối đa 1V

• PNP:điện áp tảI đầu ra nhỏ nhất (khả năng cung cấp) 2,5V, dòng tảI tối đa 200mA

– Có mạch bảo vệ chống ngợc cực tính và quá dòng

• Phơng pháp kết nối(giống của ben5m-MDT)

– Dây xanh nối vào cực âm của nguồn , dây nâu nối vào cực dơng của nguồn (12-24V)

_ Tuỳ thuộc vào đầu vào của các thiết bị kết nối với cảm biến ta có thể chọn dây trắng (đầu ra PNP) dây đen ( đầu ra NPN ) kết hợp với mạch giao diện sao cho phù hợp với các chỉ tiêu về điện áp , công suất , dòng điện …

• Các ứng dụng

– Phát hiện ra các vật với kích thớc 100x100mm ở cự ly là 300mm

– Kết nối với bộ xử lý ( ví dụ nh PLC hay các vi mạch ) , để điều khiển các cơ cấu chấp hành trong các hệ thống tự động thông qua các chơng trình đã đợc lập sẵn

1.1.3 Cảm biến kiểu thu phát : là loại cảm biến gồm nguồn phát và cảm biến ví dụ loại

có kí hiệu ben300-tdt

• Nguyên lý hoạt động : nguồn phát phát ra tín hiệu quang đến cảm biến Cảm biến nhận tín hiệu quang và chuyển thành tín hiệu điện

Cơ cấu chấp hành

Cảm biến

chuơng trình

Bộ vi xử lý

– Ngõ ra điều khiển 1 đầu ra collector hở NPN

• NPN :điện áp tảI tối đa 30VDC ,dòng tảI tối đa 200mA,điện áp d tối

đa 1V– Có mạch bảo vệ chống ngợc cực tính và quá dòng

– Có thể phát hiện đợc mục tiêu là các vật thể đục có đờng kính nhỏ nhất là

– Phát hiện ra các vật với kích thớc nhỏ nhất 6mm ở cự ly là 3m

– Kết nối với bộ xử lý ( ví dụ nh PLC hay các vi mạch ) , để điều khiển các cơ cấu chấp hành trong các hệ thống tự động thông qua các chơng trình đã đợc lập sẵn

1.1.4 Cảm biến quang loại nhỏ ( photo micro sensor )

• Đây là loại cảm biến quang có kích thớc nhỏ gọn , có nhiều kiểu lựa chọn tuỳ theo việc lắp đặt ( kiểu K , T , L ) Nhuyên lý hoạt động theo kiểu thu phát

Tải nguồn

12-24 vdc Nâu

Xanh

Đen

Xanh Nâu

• các đặc tính kỹ thuật sau :

– Nguồn cấp 5 đến 24VDC

– Thuận tiện nối kết mạch IC , Rơle , PLC

– Có thể lựa chọn chế độ mở sáng / mở tối ( linght ON / Dark ON )

– Loại dòng ampe nhỏ ( micro ampe )

• Ngõ ra Tran-si-to cực thu mở mức logic 0V ( NPN open collector )– Thuận tiện kiểm tra tình trạng hoạt động bằng LED đỏ

1.2 Cảm biến từ (Pro cimity sensor)

• Cảm biến từ là loại cảm biến mà dạng kích thích đựơc tạo nên bởi các hiệu ứng từ ( hiệu ứng Hall, định luật Faraday, hiệu ứng GMS … ) còn cảm biến là các linh kiện

có thể biến đổi từ thành tín hiệu điện Dới đây là một số loại cảm biến từ :

1.2.1 Cảm biến từ sử dụng dòng 1 chiều 2 dây (ví dụ loại có kí hiệu PRCMT12-2DO)

• Các đặc tính kỹ thuật sau :

– Chuẩn mục tiêu vật kích thớc 12x12x1mm ( vật liệu sắt)

– Khoảng cách nhận 2mm

– Nguồn cấp (điện áp hoạt động cho phép ) 24VDC (10- 30VDC)

– Ngõ ra điều khiển 1 đầu ra dòng tảI ra 2-50mA

– Phát hiện ra các vật có tính từ Phân biệt đợc kim loại và phi kim

– Kết nối với bộ xử lý ( ví dụ nh PLC hay các vi mạch ) , để điều khiển các cơ cấu chấp hành trong các hệ thống tự động thông qua các chơng trình đã đợc lập sẵn

1 2

+24V

0V NÂU

XANH

Test sensor

• §Ó thö t¸c dông cña c¸c c¶m biÕn ta lµm c¸c bµI

thÝ nghiÖm sau ®©y:

BµI 1 : thö kh¶ n¨ng ph¸t hiÖn c¸c vËt thÓ cña sensor

 Thö víi mçi lo¹i sensor c¸c vËt liÖu kh¸c nhau

NhËn xÐt sau khi thÝ nghiÖm

• Sau khi thö c¸c lo¹i sensor víi c¸c vËt ta thÊy râ ® îc mét

–Víi c¸c vËt ph¶n x¹ tèt ta dïng ph¶n x¹ khuyÕch t¸n víi kho¶ng

c¸ch trung b×nh NÕu cÇn kho¶ng c¸ch xa ta dïng sensor thu ph¸t

–Víi nh÷ng vËt kh¸c cã thÓ dïng sensor g ¬ng hoÆc thu ph¸t

–Ph©n biÖt vËt cã tõ tÝnh vµ kh«ng cã tõ tÝnh ta dïng sensor tõ

BàI 2 : xác định vận tốc của động cơ bằng sensor

Sử dụng sensor từ

Nguyên lý cho động sơ quay , khi miếng bìa đến vị trí

miếng thép nằm ở d ới sensor từ sẽ phát ra một xung Xung

này đ a vào PLC ( đã kết nối với máy tính) kết hợp với một

Sử dụng micro sensor

Nguyên lý hoạt động

 khi miếng lỗ thủng đến vị trí

chỗ micro sensor sẽ phát ra

một xung Xung này đ a vào

PLC ( đã kết nối với máy tính)

2- Một Số loại bộ mã hoá vòng quay (encoders)

• Bộ mã vòng quay ( Encoder ) thực chất là một thiết bị dùng để chuyển đổi chuyển

động góc hoặc chuyển động thẳng thành tín hiệu nhị phân , từ đó có thể xác định

đ-ợc số vòng quay hoặc dịch chuyển ,tức là nó có thể đo đđ-ợc dịch chuyển góc và dịchchuyển thẳng

• Công dụng của bộ mã vòng quay :

– Đo lờng dịch chuyển thẳng hoặc góc

– Xác định vị trí của trục hoặc bàn máy

– Có thể kết nối với các bộ vi xử lý để điều khiển các cơ cấu công tác

• Phân loại :

– Theo thớc đo có encoder thẳng và encoder tròn

• Encoder thẳng cần đo các chuyển động dài bao nhiêu thì thứơc đo phảidài bằng đó

• Encoder tròn có thớc đo tròn có thể đo trực tiếp các chuyển động quay,còn khi đo các chuyển động thẳng thì cần chuyển chuyển động thẳng thành chuyển động quay ( ví dụ nh bằng cơ cấu thanh răng-bánh răng)– Theo cách đếm xung có encoder tuyệt đối và encoder tơng đối

• Encoder tuyệt đối đếm xung theo giải pháp tuyệt đối

• Encoder tơng đối đếm xung theo giải pháp tơng đối _Dới đây là một số loại encoder phổ biến:

• Ngõ ra pha : pha A, pha B, pha Z

• Cách biệt pha ngõ ra : ngõ ra gữa chu kỳ A và chu kỳ

B : T/4+T/8 ( T = 1 vòng của chu kỳ pha A )

• Ngõ ra : đầu ra Line Driver :–Mức thấp : dòng ra lớn nhất 20mA , điện thế d lớn nhất 0,5V

–Mức cao : dòng ra lớn nhất -20mA, điện thế ra nhỏ nhất 2,5V

• Nguồn cấp 5-24VDC ,tần số đáp ứng lớn nhất 180kHz

Enh-25-2-1 loại quay tay

• Xung /vòng : 25 xung/vòng , 100 xung/vòng

• Ngõ ra pha : pha A , pha B

• Cách biệt pha ngõ ra : ngõ ra gữa chu kỳ A và chu kỳ

B : T/8+T/4 ( T = 1 vòng của chu kỳ pha A )

• Ngõ ra : đầu ra Totem Pole :–Mức thấp : dòng ra lớn nhất 30mA , điện thế d lớn nhất 0,4V

–Mức cao : dòng ra lớn nhất 10mA, điện thế ra nhỏ nhất 1,5V

• Nguồn cấp 12-24VDC

Autonics

0

10 2

3

40

50 60 7

8

90

50 40 30 60

70

KÕt nèi

• §Çu 1 nèi vµo cùc d ¬ng cña nguån (12-24VDC), ®Çu 2 nèi

vµo cùc ©m cña nguån

• §Çu 3 lµ ngâ ra pha cña pha A , ®Çu 4 lµ ngâ ra pha cña pha

II.Bộ điều khiển khả lập trình :

Bộ điều khiển lập trình ( PLC – Programmable logic Controler) đợc sáng tạo từ ý ởng ban đầu của một nhóm kỹ s thuộc hãng General Motors vào năm 1968 Trong nhữngnăm gần đây bộ điều khiển lập trình đợc sử dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp ởnớc ta nh là một giải pháp điều khiển lý tởng cho việc tự động hoá các quá trình sản xuất Cùng với sự phát triển của công nghệ máy tính , đến hiện nay bộ điều khiển lập trình đạt

t-đợc những u thế cơ bản trong ứng dụng điều khiển công nghiệp , đó là dễ dàng trong lậptrình và lập trình lại - Cho phép nhanh chóng thay đổi chơng trình điều khiển – Có chứcnăng truyền thông cho phép nối mạng ở nhiều cấp độ nhằm đáp ứng yêu cầu điều khiển

và giám sát hệ thống sản xuất - đơn giản trong bảo dỡng và sửa chữa – độ tin cậy caotrong môi trờng công nghiệp – cấu tạo nhỏ gọn so với mạch điều khiển tơng đơng dùng

rơle và giá thành ngày càng thấp Nhờ những u điểm nêu trên , bộ điều khiển lập trình cóthể đợc sử dụng trong điều khiển từng máy hay thiết bị sản xuất độc lập hoặc nối ghépthành các mạng mini trong điều khiển hoạt động của các tế bào sản xuất tự động hoặc củacả một xởng sản xuất nhờ hệ thống mạng cục bộ Trong những nhà máy sản xuất tự độnghiện nay , ở nhiều cấp độ khác , phơng thức điều khiển giám sát đợc áp dụng dễ dàng vớicác phần tử điều chấp hành gồm toàn các bộ điều khiển lập trình

Trong khuôn khổ nội dung của đề tài chúng em tìm hiểu về khả năng điêù khiểncủa nó trong hoạt động tự động của nó trong các nhà máy

Trong đợt thực tập tốt nghiệp chúng em đã tìm hiểu về hoạt động tự động của máy

đột dập vành xe máy của công ty GOSHI-THăNG LONG AUTO-PART đợc điều khiểnbằng bộ khả lập trình PLC của hãng MISUBISHI ELECTRIC

Nhng do điều kiện nên không thể làm việc nhiều tại công ty do vậy mà không làmviệc với bộ điều khiển PLC của hãng MISUBISHI ELECTRIC

Trong đồ án này chúng em tìm hiểu bộ PLC S7-200 của hãng SIEMENS hiện cótrong phòng thí nghiệm FMS-CIM của bộ môn công nghệ chế tạo máy

1.Thiết bị điều khiển logic khả trình S7-200

1.1 Cấu hình phần cứng

PLC viết tắt của Programmable Logic Control , là thiết bị diều khiển logic lập trình

đợc , hay khả trình , cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thôngqua một ngôn ngữ lập trình

S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng siemens (CHLB

Đức) , có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng Các modul này đợc sửdụng cho nhiều những ứng dụng lập trình khác nhau Thành phần cơ bản của S7-200 làkhối vi xử lý CPU 212 hoặc CPU 214 Về hình thức bên ngoài , sự khác nhau của hai loạiCPU này nhận biết đợc nhờ số dầu vào / ra và nguồn cung cấp

CPU 212 có 8 cổng vào và 6 cổng ra và có khả năng đợc mở rộng thêm bằng haimodul mở rộng

CPU 214 có 14 cổng vào và 10 cổng ra và có khả năng đợc mở rộng thêm bằng 7modul mở rộng

S7-200 có nhiều loại modul mở rộng khác nhau

- có 7 modul để mở cổng thêm cổng vào / ra bao gồm cả modul analog

- Tổng số cổng vào /ra cực đạI là 64 cổng vào và 64 cổng ra

- 128 timer chia làm 3 loại theo độ phân giải khác nhau : 4timer 1ms ,16 timer10ms , và 108 timer 100 ms

- 128 bộ đếm chia làm hai loại : chỉ đếm tiến và vừa đếm vừa đếm lùi

- 688 bít nhớ đặt biệt dùng để thông báo trạng tháI và đặt chế độ làm việc

RUN đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực

(đèn xanh ) thực hiện chơng trình đợc nạp vào trong máy

STOP đèn vàng STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng Dừng

( đèn vàng ) chơng trình đang thực hiện lại

Ix.x đèn xanh ở cổng vào chỉ định trạng thái tức thời của cổng Ix.x

(đèn xanh ) ( x.x= 0.0:1.5)đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị lôgiccủa cổng

Qy.y đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Qy.y

(đèn xanh ) (y.y= 0.0:1.1) đèn này báo hiệu trạng thía của tín hiệu theo giá trị lôgiccủa cổng

Cổng truyền thông

S7 -200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485 với phích nối 9 chân để phục vụcho việc ghép nối với chế độ lập trình hoặc với các trạm PLC khác Tốc độ truyền thôngcho máy lập trình kiểu PPI là 9600 band Tốc độ truyền thông của PLC theo kiểu tự do là

Ghép nối tiếp S7-200 với máy tính PC qua cổng RS 232 cần có cáp nối tiếp PC/PPIvới bộ chuyển đổi RS 232/RS 485

Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC

Công tắc chọn chế độ làm việc nằm phía trên , bên cạnh các cổng ra của S7-200 có

ba vị trí ghép chọn các chế độ làm việc khác nhau cho PLC

RUN cho phép PLC thực hiện chơng trình trong bộ nhớ PLC S7-200 sẽ rời khỏi chế

độ RUN và chuyển sang chế độ STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chơng trìnhSTOP , thậm chí ngay khi công tắc ở chế độ RUN Nên quan sát trạng thái thực tại củaPLC theo đèn báo

STOP cỡng bức PLC dừng công việc thực hiện chơng trình đang chạy và chuyểnsang chế độ STOP ở chế độ STOP PLC cho phép hiệu chỉnh lại chơng trình hoặc nạp mộtchơng trình mới

TERM cho phép máy lập trình tự quyết định một trong chế độ làm việc cho PLChoặc ở RUN hoặc ở STOP

Chỉnh định tơng tự

Điều chỉnh tơng tự ( 1 bộ trong CPU 242 và 2 bộ trong CPU 244 ) cho phép điềuchỉnh các biên cần phải thay đổi và sử dụng trong chơng trình Núm chỉnh analog đợc lắp

đặt dới nắp đậy bên cạnh các cổng ra Thiết bị chỉnh định có thể quay 270 độ

Pin và nguồn nuôi bộ nhớ

Nguồn nuôi dùng để ghi chơng trình hoặc nạp một chơng trình mới

Nguồn pin có thể đợc sử dụng để mở rộng thời gian lu giữ cho các dữ liệu có trong

bộ nhớ Nguồn pin đợc tự động chuyển sang trạng thái tích cực nếu nh dung lợng tụ nhớ

bị cạn kiệt và nó phải thay thế và vị trí đó để dữ liệu trong bộ nhớ đó không bị mất đi

1.2 Mở rộng cổng vào ra

CPU 212 cho phép mở rộng nhiều nhất 2 modul và CPU 214 nhiều nhất 7modul Các modul mở rộng tơng tự và số đều có trong S7-200

Có thể mở rộng cổng vào /ra của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nó các modul

mở rộng về phía bên phải CPU , làm thành một móc xích Địa chỉ của các vị trí của modul

đợc xác định bằng kiểu vào /ra và vị trí của modul trong móc xích , bao gồm các modul

có cùng kiểu Ví dụ nh một modul cổng ra không thể gắn địa chỉ của một modul cổngvào , cũng nh một modul tơng tự không thể có địa chỉ nh một modul số và ngợc lại

Các modul mở rộng số hay rời rạc đều chiếm chỗ trong bộ đệm , tơng ứng với sốdầu vào / ra của modul

Sau đây là một ví dụ về cách đặt địa chỉ cho các modul mở rộng trên CPU 214 : CPU214 Modul 0 Modul 1 Modul 2 Modul 3 Modul 4

Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3

I3.0 I3.1 I3 2 I3.3 I3.4 I3.5 I3 6 I3.7

AIW0 AIW2 AIW4 AQW0

Q3.0 Q3.1 Q3.2 Q3.3 Q3.4 Q3.5 Q3.6 Q3.7

AIW8 AIW10 AIW12 AQW4

đệm ảo , tiếp theo là giai đoạn thực hiện chơng trình Trong từng vùng quét chơng trìng

đợc thực hiện bằng lệnh đầu tiên và lệnh kết thúc tại lệnh kết thúc ( MEND) Sau giai

đoạn thực hiện chơng trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi Vòng quét đựockết thúc bằng giai đoạn chuyển các nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng ra

Nh vậy , tại thời điểm thực hiện lệnh vào / ra , thông thờng lệnh không làm việc trựctiếp với cổng vào / ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 4 do CPU quản lí Khi gặp lệnh vào ra ngay lập tức thì hệ thống sẽ cho dừng công việc khác , ngay cả ch ơngtrình xử lí ngắt , để thực hiện lệnh này mội cách trực tiếp với cồng vào / ra

Nếu sử dụng các chế độ ngắt , chơng trình con tơng ứng với từng tín hiệu ngắt đợcsoạn thảo và cài đặt nh một bộ phận của chơng trình Chơng trình xử lý ngắt chỉ đợc thựchiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hệu báo ngắt và có thể xảy ra ở bất cứ điểm nàotrong vòng quét

1.4 Cấu trúc chơng trình của S7-200.

Có thể lập trình cho PLC S7-200 bằng cách xử dụng một trong các phần mềm sau

đây:

STEP 7 Micro/DOSSTEP 7 Micro/WINNhữnh phần mềm này đều có thể cài đặt đợc trên các máy lập trình máytính cá nhân ( PC)

Các chơng trình cho S7-200 phải có cấu trúc bao gồm chơng trình chính ( main

program) và sau đó đến các chơng trình con và các chơng trình xử lý ngắt đợc chỉ ra sau

Các chơng trình con đợc nhóm lại thành một nhóm ngay sau chơng trình chính Sau

đó đến ngay các chơng trình xử lý ngắt Bằng cách viết nh vậy , cấu trúc chơng trình rõràng và thuận tiện hơn trong việc đọc chơng trình sau này Có thể tự do chộn lẫn các ch-

ơng trình con và chơng trình xử lý ngắt đằng sau chơng trình chính

SBR n RET

Thực hiện khi đợc chơng trình chính gọi

Thực hiện khi có tín hiệu báo ngắt

II Phương pháp lập trình PLC Bao g ồm 7 bước

Các chức năng của 7 bước lập trình PLC : Đối với các ứng dụng PLC phức tạp,

một điều quan trọng để thiết kế một chương trình PLC là tuân theo một tiến trình lập trình có cấu trúc với các bước rõ ràng và tuần tự Điều này sẽ làm cho công việc lập trình trở nên đơn giản và nhanh hơn cũng như giúp ta tránh được những sai sót không đáng có Sau đây là một tiến trình gồm 7 bước để thiết kế một chương trình PLC:

1) Thiết lập sơ lược dãy các bước hoạt động: Dãy các bước hoạt động ở đây là

một danh sách các hoạt động đầu ra diễn ra đối với mỗi bước và các hoạt động đầu vào như là điều kiện để thực hiện các hoạt động đầu ra đó Ở bước này ta không cần phải viết ra rõ tên của các sensor đầu vào và các đầu ra mà chỉ cần đưa ra dạng hoạt động.

2) Vẽ ra giản đồ năng lượng (power diagram): Ở bước này yêu cầu ta phải xác

định dạng thiết bị mà ta sử dụng trong ứng dụng, đó là các động cơ điện hay các van khí nén, hay các xi lanh , điều này tuỳ thuộc vào điều kiện của từng ứng dụng mà ta lập Giản đồ năng lượng nên cho thấy tất cả các thiết bị năng lượng nếu có, các cách nối dây từ đầu ra của PLC đến các thiết bị này cũng nên được xác định rõ trên giản đồ năng lượng, các thiết bị đầu vào phải được đánh số

3) Vẽ ra giản đồ vào ra (I/O diagram): Giản đồ vào ra cho biết thiết bị đầu vào,

đầu ra nào được nối với PLC Mỗi một đầu vào được xác định trên giản đồ bằng một hình chữ nhật với kí hiệu đầu vào tương ứng ở trong hình chữ nhật

và mỗi một đầu ra được xác định bằng một hình thoi

4) bảng “chân lý” (Truth) : Bảng Truth là một dạng chi tiết hơn của dãy các

hoạt động lập ở bước 1 Nó cho biết trạng thái on/off của tất cả các đầu vào và đầu ra của mỗi bước trong dãy hoạt động Bảng Truth có thể rất rườm rà nhưng nó sẽ rất hiệu quả đối với những chương trình PLC phức tạp với rất nhiều các đầu vào, đầu ra, khi đó bảng “chân lý” sẽ cho phép ta quản lí các trạng thái của các đầu vào, ra một cách dễ dàng.

5) Thiết kế giản đồ logic của chương trình PLC: Dựa trên trạng thái các đầu

vào/ra ở bảng “chân lý”, và các câu lệnh của PLC ta lập chương trình PLC theo từng dòng lệnh ứng với từng bước trong dãy hoạt động Trong quá trình lập chương trình ta chú ý đến các kĩ thuật thường được sử dụng sau đây:

6) Xác định những điều kiện đặc biệt: Những điều kiện đặc biệt ở đây là

những chức năng không nằm trong dãy tiến trình cơ sở của ứng dụng Đó có thể là :

Những điều kiện này nờn được liệt kờ ra một cỏch đầy đủ cỏc đầu vào và cỏc hoạt động của chương trỡnh sẽ thực hiện để thoó món cỏc điều kiện này

7) Thờm vào logic của chương trỡnh cỏc điều kiện đặc biệt: Sau khi tiến trỡnh cơ

sở của ứng dụng đó được thiết kế, ta cú thể thờm vào giản đồ logic cỏc chức năng đó được liệt kờ ở bước (6) Vớ dụ như ta cú thể thờm vào cỏc rung để khởi động và dừng chu trỡnh một cỏch tự động

Xây dựng chơng trình điều khiển hoạt động của máy đột dập vành

4 Có tín hiệu của cảm biến

của xy lanh đe I

0.7(công tăc hành trình )

Khi đó xy lanh đột lồi tiến vào

đột lồi ,Q0.7

5 Có tín hiệu của cảm biến vị

trí tại chỗ xy lanh đột lồi

Của xy lanh đột lồi I 1.3

Cuộn hút của xy lanh đe đóng lại làm cho xy lanh đe lùi lại Q0.6

8 Pittong của xy lanh đe gặp

lần

Sử dụng bộ counter C30với

tín hiệu để reset lại là

Start kÑp chÆt

nh¶ kÑp chÆt Stop

vị trí đe tiến vào

Sensor của động cơ

vị trí chày đột thủng đột

Động cơ phân độ

Vị trí đột lồi lùi ra

Vị trí đột lồi tiến vào đột

3 Vẽ ra giản đồ vào ra (I/O diagram)

LS1

I0.4(Kẹp nhả ra ) LS2

I0.5(Chân van định vị ) LS3

I0.6(chân van lùi ra) LS4

I0.7(Đe tiến vào định vị ) LS5

I1.1(Đe lùi ra ) LS6

I1.2(Đột lồi tiến vào) LS7

I1.3(Lồi lùi về) LS8

I1.4(chày đột thủng ) LS9

I1.5(Sensor động cơ)

Q0.1(Kẹp chặt ) SOL1A

Q0.2(nhả kẹp) SOL1B Q0.3(Chân van định vị ) SOL2A

Q0.4(chân van lùi về) SOL2B

Q0.5(Đe tiến vào ) SOL3A

5 Thiết kế giản đồ logic của chương trình PLC