thuyết minh đồ án học phần bộ điều khiển khả trình và tự động hóa

Đồ án: Bộ khả trình và tự động hóa GVHD: TS.Vũ Hữu CôngLỜI MỞ ĐẦUTự động hóa trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm và đồ uống trong thờiđại 4.0 hiện nay là vô cùng quan trọng và cần

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN ĐIỆN KỸ THUẬT

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN HỌC PHẦNBỘ ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Giảng viên hướng dẫn:TS Vũ Hữu Công

HÀ NỘI, THÁNG 6 NĂM 2023

THUYẾT MINH ĐỒ ÁN HỌC PHẦNBỘ ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Đầu đề thiết kế:Thiết kế hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự độngNgày giao đồ án: 27/3/2023Ngày hoàn thành: 26/6/2023

HÀ NỘI, THÁNG 6 NĂM 2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNGBỘ MÔN ĐIỆN KỸ THUẬT

Đồ án môn học bộ điều khiển khả trình và tự động hóa

Họ và tên : Lê Đức Hiệp Lớp: 64MEC

Tên đồ án môn học: Thiết kế hệ thống chiết rót và đóng nắp tự động

Yêu cầu công nghệ:

- Khởi động hệ thống bằng nút Start, dừng hệ thống bằng nút Stop- Sau khi ấn start động cơ băng tải (M1) sẽ chạy với tốc độ cố định.

- Khi chai đến vị trí cảm biến S2, băng tải dừng Van V1 mở ra để chất lỏng rótvào chai Khi chai đầy cảm biến S1 tác động, Van V1 đóng lại.

- Khi chai ở vị trí cảm biến S3, xilanh P1 thực hiện việc đóng nắp chai.

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

Chương I Tìm hiểu về công nghệ 2

1.1.Giới thiệu về công nghệ chiết rót và đóng nắp chai tự động 2

1.1.1.Giới thiệu chung 2

1.1.2.Nguyên lí chiết rót 4

1.1.3.Ưu điểm của hệ thống 5

1.1.4.Nhược điểm của hệ thống 5

1.2.Yêu cầu công nghệ 5

Chương II Lựa chọn thiết bị 7

b)Các vùng nhớ dữ liệu của PLC FX-3U 14

c)Cách đấu nối dây trên PLC FX-3U 14

Chương III Thiết kế hệ thống điều khiển 26

3.1.Lưu đồ thuật toán và phân cổng vào/ ra 26

3.1.1.Lưu đồ thuật toán 26

3.1.2.Phân cổng vào/ ra và ký hiệu 27

3.2.Giới thiệu về phần mềm GX Works 2 và GT Designer 3 27

3.2.1.Phần mềm lập trình GX Works 2 27

3.2.2.Phần mềm tạo màn hình HMI GT Designer 3 28

3.3.Đoạn mã chương trình và màn hình HMI 29

MỤC LỤC HÌNH ẢNH:

Hình 1 1 Sơ đồ công nghệ chiết rót và đóng nắp chai tự động 4

Hình 2 1 Sơ đồ khối hoạt động của PLC 9

Hình 2 2 Hình ảnh minh họa về PLC FX-3U 12

Hình 2 3 Sơ đồ khối cấu tạo phần cứng của PLC 13

Hình 2 4 Sơ đồ nối dây nguồn đầu vào PLC 15

Hình 2 5 Sơ đồ nối chân đầu ra của PLC 16

Hình 2 6 Sơ đồ ngõ ra PLC kiểu Relay 17

Hình 2 7 Cách đấu ngõ ra kiểu Source 18

Hình 2 8 Cách đấu ngõ ra kiểu Sink 18

Hình 2 9 Hình ảnh PLC ghép nối với các module mở rộng 18

Đồ án: Bộ khả trình và tự động hóa GVHD: TS.Vũ Hữu Công

LỜI MỞ ĐẦU

Tự động hóa trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm và đồ uống trong thờiđại 4.0 hiện nay là vô cùng quan trọng và cần thiết để nâng cao năng suất, giảm chiphí sản xuất, hạ giá thành sản phẩm.

Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động là một trong những thiết bị quantrọng Với việc tìm hiểu, lập trình, thiết kế và vận hành các hệ thống điều khiển dựatrên bộ điều khiển khả trình (PLC) Tạo ra cơ hội để sinh viên áp dụng các kiến thứcvà kỹ năng đã học vào giải quyết các bài toán thực tế trong công nghiệp.

Với đề tài: “Thiết kế hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động” Em đã cốgắng học hỏi và tìm hiểu để hoàn thành một cách tốt nhất Trong thời gian thực hiệnđề tài, cùng với sự cố gắng của bản thân, đồng thời em đã nhận được sự giúp đỡhướng dẫn rất tận tình của các thầy cô trong khoa Em đặc biệt cảm ơn TS Vũ HữuCông- thầy đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo em thực hiện đề tài này.

Nhưng do kiến thức còn hạn chế, thời gian gấp rút nên bài làm của em không thểtránh khỏi những thiếu xót Do vậy em mong nhận được sự góp ý, nhận xét của cácthầy cô và các bạn trong lớp để em có thể hoàn thiện đề tài của mình một cách tốtnhất và hoàn thành tốt việc học tập trong nhà trường cũng như công việc sau này.

Em xin chân thành cảm ơn!

Chương I Tìm hiểu về công nghệ

1.1 Giới thiệu về công nghệ chiết rót và đóng nắp chai tự động

1.1.1 Giới thiệu chung

- Tự động hóa trong nghành công nghiệp đóng gói là một xu hướng không thể đảongược trong thời đại công nghệ 4.0 Tự động hóa giúp tăng năng suất, chất lượng vàan toàn lao động, giảm chi phí nhân công và lãng phí nguyên liệu Tự động hóacũng mang lại nhiều lợi ích cho môi trường và xã hội, như tiết kiệm năng lượng,giảm ô nhiễm và tạo ra nhiều cơ hội việc làm mới cho con người.

- Trong nghành công nghiệp đóng gói, tự động hóa được áp dụng ở nhiều khâu khácnhau, từ chọn lựa nguyên liệu, sắp xếp sản phẩm, đóng gói, dán nhãn, kiểm tra chấtlượng cho đến vận chuyển và lưu trữ Các thiết bị tự động hóa thường sử dụng cáccông nghệ tiên tiến như robot, cảm biến, máy tính, trí tuệ nhân tạo và internet vạnvật Các thiết bị này có thể hoạt động một cách linh hoạt, chính xác và liên tục theocác chương trình được lập trước hoặc học hỏi từ dữ liệu.

- Đây là một lĩnh vực có tiềm năng phát triển lớn trong tương lai Trong đó côngnghệ chiết rót và đóng nắp chai tự động là một trong những công nghệ tiên tiến nhấttrong ngành công nghiệp đóng gói Công nghệ này cho phép tự động hóa các bướcgồm: Đưa hộp chai đựng dung dịch lên băng tải, chiết rót dung dịch vào bên trongchai đựng, đưa chai qua hệ thống máy đóng nắp và tiến hành siết chặt nắp chai Ápdụng cho nhiều loại chai khác nhau như chai thủy tinh, chai nhựa, chai kim loại vớicác dung tích và hình dạng khác nhau.

- Được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sản xuất chất lỏng Công nghệ nàygiúp tăng năng suất, đảm bảo chất lượng và tiết kiệm chi phí cho các doanh nghiệp.Một số lĩnh vực có thể kể đến như sau:

Thực phẩm và đồ uống: Để sản xuất các loại nước giải khát, nước trái cây,sữa, dầu ăn, mật ong, xì dầu, nước mắm, nước tương, rượu, bia, nướckhoáng, nước tinh khiết và các sản phẩm khác có tính chất lỏng hoặc nhớt.

Hóa chất và dược phẩm: Để sản xuất các loại dung dịch hóa chất như axit,kiềm, dung môi, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc tẩy rửa, thuốc nhuộm vàcác sản phẩm khác có tính ăn mòn hoặc độc hại Công nghệ này cũng đượcsử dụng để sản xuất các loại thuốc dạng lỏng như siro, dung dịch tiêm, dungdịch xúc miệng, dung dịch sát khuẩn và các sản phẩm khác có yêu cầu về vệsinh và an toàn.

Mỹ phẩm và chăm sóc cá nhân: Để sản xuất các loại mỹ phẩm và chăm sóccá nhân như kem dưỡng da, kem chống nắng, kem trang điểm, son môi, sữatắm,

dầu gội đầu, xà phòng lỏng, nước hoa, gel vuốt tóc và các sản phẩm khác cótính chất lỏng hoặc bán lỏng.

- Các công nghệ đóng và chiết rót chai hiện nay có thể được phân loại theo các tiêuchí sau:

Theo cơ chế chiết rót: có thể là chiết rót bằng áp suất, bằng trọng lực, bằngpiston, bằng điện từ, bằng ống hút

Theo cấu tạo máy: máy chiết rót đơn giản, máy chiết rót kết hợp đóng nắp,máy chiết rót kết hợp súc rửa và đóng nắp

Theo loại chất lỏng: máy chiết rót cho chất lỏng đặc, chất lỏng lỏng, chất lỏng có gas, chất lỏng không gas

Theo loại chai: máy chiết rót cho chai nhựa, chai thủy tinh, chai kim loại - Công nghệ chiết rót và đóng nắp chai tự động được ứng dụng ở nhiều quốc giatrên thế giới như Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Đức, Mỹ và Việt Nam Tại ViệtNam, có nhiều công ty chuyên cung cấp các loại máy chiết rót và đóng nắp chai tựđộng như: Công ty TNHH Công Nghệ ABM, Công ty TNHH Thiết Bị Công NghiệpViệt Á, Công ty TNHH Thiết Bị Đóng Gói Thành Phát và Công ty TNHH Thiết BịĐóng Gói Vạn Phú Bình.

* Sơ đồ công nghệ chiết rót và đóng nắp chai tự động :

Hình 1 1 Sơ đồ công nghệ chiết rót và đóng nắp chai tự động

1.1.2 Nguyên lí chiết rót

Chiết rót áp suất thường: Dựa trên nguyên tắc chất lỏng tự chảy vào bêntrong chai nhờ vào sự chênh lệch về độ cao của vòi chiết và chai đựng Cáchthức này rất thích hợp để chiết rót các loại dung dịch ít nhờn như dầu ăn haydầu gội…

Chiết rót chân không: Những chiếc chai đựng sẽ được nối với một hệ thốnghút chân không Chính điều này tạo nên sự chênh lệch về áp suất giữa chai vàthùng chứa để các dung dịch chảy vào bên trong.

Chiết rót đẳng áp: Sử dụng để chiết rót những dung dịch có ga như nướcuống có ga… Với cách thức chiết rót này, người ta sẽ nạp khí CO2 vào bêntrong chai đến khi áp suất trong chai bằng áp suất của bình chứa Sau đó, lợidụng vào độ cao để dung dịch chảy vào bên trong chai.

1.1.3 Ưu điểm của hệ thống

Tăng năng suất và chất lượng sản phẩm: Hoạt động liên tục với tốc độ cao,đảm bảo độ chính xác và đồng đều của lượng sản phẩm được chiết vào mỗichai Hệ thống cũng có thể kiểm soát được áp suất, nhiệt độ và độ vệ sinhcủa quá trình chiết rót, giảm thiểu sự tiếp xúc của sản phẩm với không khí vàcác tác nhân gây ô nhiễm bên ngoài, bảo quản được hương vị và chất lượngcủa sản phẩm.

Tiết kiệm chi phí và nhân lực: Có thể giảm được số lượng nhân viên cần thiếtcho quá trình sản xuất, giảm được chi phí lao động, vận hành và bảo trì Hệthống cũng có thể tận dụng được không gian nhà xưởng hiệu quả hơn, giảmđược lãng phí nguyên liệu và năng lượng.

Thân thiện với môi trường: Có thể giảm được lượng khí thải và chất thải sinhra trong quá trình sản xuất, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe củangười tiêu dùng.

1.1.4 Nhược điểm của hệ thống

Đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu cao: Hệ thống yêu cầu một số thiết bị và linhkiện phức tạp, đòi hỏi kỹ thuật cao và bảo trì thường xuyên Do đó, chi phíđầu tư ban đầu để lắp đặt và vận hành hệ thống này khá cao so với cácphương khác Ngoài ra, hệ thống cũng cần có các thiết bị phụ trợ như máy inmã vạch, máy dán nhãn, máy kiểm tra chất lượng sản phẩm, máy đóng gói vàvận chuyển sản phẩm.

Đòi hỏi kỹ thuật viên có trình độ cao: Là một hệ thống phức tạp, do đó cầncó kỹ thuật viên có trình độ cao để vận hành, kiểm tra và sửa chữa hệ thốngkhi có sự cố Hệ thống cũng cần được bảo dưỡng và cập nhật thường xuyênđể duy trì hiệu suất cao.

Khả năng thích ứng với các loại chai khác nhau thấp: Hệ thống được thiết kếtheo một khuôn mẫu cố định, phù hợp với một số loại chai nhất định Nếumuốn sử dụng hệ thống này cho các loại chai khác nhau về kích thước, hìnhdạng hoặc chất liệu, cần phải điều chỉnh lại các thiết bị và linh kiện, gây ra sựcố và lãng phí thời gian.

Nguy cơ gây ra ô nhiễm môi trường: Hệ thống sử dụng nhiều nguồn nănglượng điện, khí nén hoặc thủy lực để hoạt động Điều này có thể gây ra ô nhiễmmôi trường do tiêu thụ nhiều tài nguyên và sinh ra nhiều chất thải.

1.2 Yêu cầu công nghệ

- Quá trình điều khiển toàn hệ thống trên 1 giao diện chính : Chiết rót vào chai đóngnắp diễn ra hoàn toàn tự động sau khi người vận hành ấn nút Start và dừng hệ thốngấn nút Stop.

Băng tải : Vận chuyển chai rỗng từ nơi cấp chai đến hệ thống chiết rót vàđóng nắp

Sensor 2 (Cảm biến tiệm quang) : Nhận diện chai rỗng để chiết rót vàochai.

Sensor 1(Cảm biến tiệm cận điện dung) : Phát hiện chai đã đầy.

Sensor 3 (Cảm biến tiệm cận loại điện dung) : Phát hiện chai để đóng nắp.Van 1 : Đóng mở hệ thống chiết rót.

Xilanh 1 : Thực hiện nhiệm vụ đóng nắp.

- Các công nghệ trên hệ thống chiết rót đóng nắp bao gồm cảm biến đo nguyên liệuchiết để phát hiện chất lưu xác định mức độ cũng như khối lượng chất trong bìnhchứa; cảm biến tiệm cận để phát hiện vật thể không thông qua quá trình tiếp xúc;cảm biến quang để xác định vị trí của sản phẩm khi gặp , biến tần và động cơ băngtải để điều chỉnh tốc độ điều khiển

- Công nghệ chiết rót và đóng nắp tự động chia làm 2 giai đoạn chính :

+) Giai đoạn 1: Chai ở trên băng tải di chuyển đến vị trí sensor 2 phát hiện dừnglại băng tải tiến hành chiết rót (V1 mở) đến khi chai đầy được phát hiện bởi sensor 1thực hiện đóng (V1 đóng).

+) Giai đoạn 2: Khi V1 đóng thực hiện mở băng tải hoạt động , chai di chuyển từvị trí chiết rót đến vị trí sensor 3 , khi sensor phát hiện chai thực hiện dừng bằng tảivà tiến hành mở xilanh và thực hiện quá trình đóng nắp chai sau khi hoàn thànhđóng nắp chai xilanh dừng hoạt động tiến hành mở băng tải di chuyển và lập lạiquá trình.

- Dựa vào các yêu cầu trên chọn các thiết bị phù hợp cho hệ thống như sau:

STT Tên thiết bị lượngSố Chức năng1 PLC Mitsubishi FX3U 1 Điều khiển hệ thống2 Cảm biến quang 2 Phát hiện vị trí vật thể

3 Cảm biến tiệm cận điện dung 1 Phát hiện mực chất lỏng trong chai4 Van điện tử 1 Điều khiển đóng mở phễu rót

6 Nút ấn ON và OFF 1 Dùng để bật tắt hệ thống

Chương II Lựa chọn thiết bị

2.1 Lựa chọn PLC

2.1.1 Tổng quan về PLC

a)Sự ra đời của bộ điều khiển PLC

-Vào khoảng năm 1968 các nhà sản xuất ô tô đã đưa ra các yếu tố kỹ thuật đầu tiêncho thiết bọ điều khiển logic khả lập trình với mục đích là thay thế tủ điều khiểncồng kềnh tiêu thị lượng điện năng khá lớn và thường xuyên phải thay thế các roledo hỏng cuộn hút hay gẫy các thanh lò xo tiếp điểm, mục đích thứ hai là tạo ra mộtthiết bị điều khiển có tính linh hoạt trong việc thay đổi chương trình điều khiển.

-Với thiết bị điều khiển khả lập trình, người ta có thể giảm bớt thời gian trong sảnxuất, mở rộng khả năng hoàn thiện hệ thống sản xuất và thích ứng sự thay đổi trongsản xuất Từ đó một số nhà sản xuất thiết bị điều khiển trên cơ sở máy tính đã sảnxuất ra các thiết bị điều khiển khả lập trình còn gọi là PLC.

Những PLC đầu tiên được sử dụng trong công nghiệp ô tô vào băn 1969 đã đem lạisự ưu việt hơn hẳn các hệ thống điều khiển trên cơ sở rơ le Các thiết bị này đượclập trình dễ dàng, không chiến không gian trong các cơ sở sản xuất Sau đó các ứngdụng của PLC đã nhanh chóng mở rộng ra tất cả các ngành công nghiệp sản xuấtkhác.

Khi các vi cử lý được đưa vào sử dụng trong những năm 1974 – 1975, các khả năngcơ bản của PLC được mở rộng và hoàn thiện hơn, có khả năng xử lý các tính toán,số liệu phức tạp hơn.

-Vào năm 1977 thì việc truyền dữ liệu trở nên dễ dàng hơn nhờ sự phát triển củacông nghiệp điện tử, các PLC có thể điều khiển xa hàng trăm mét Các PLC có thểtrao đổi dữ liệu cho nhau và điều khiển quá trình sản xuất nhanh hơn.

-Năm 1980 nhờ vào sự ra đời của máy tính cá nhân đã nâng cao đáng kể tính năngvà khả năng sử dụng PLC trong điều khiển máy và quá trình sản xuất.

Sự phát triển của phần mềm đồ họa máy tính cá nhân, ứng dụng vào PLC, PCL lạiđược trang bị các giao diện đồ họa để có thể mô phỏng hoặc hiển thị các hoạt độngcủa từng bộ phận trong hệ thống điều khiển.

PLC được sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau trên thế giới Về nguyên lý hoạt động,các PLC này có tính năng tương tự giống nhau, nhưng về lập trình sử dụng thìchúng hoàn toàn khác nhau do thiết kế khác nhau của mỗi nhà sản xuất PLC khácvới các máy tính là không có ngôn ngữ lập trình chung và không có hệ điều hành.Khi được bất lên thì PLC chỉ chạy chương trình điều khiển ghi trong bộ nhớ của nó,chứ không thể chạy được hoạt động nào khác Một số hãng sản xuất PLC lớn có tên

tuổi như: Siemens, Toshiba, Mishubisi, Omron, Allan Bradley, Rockwell, Fanuc làcác hãng

chiếm phần lớn thị phần PLC thế giới Các PLC của các hãng này được ứng dụngrộng rãi trong công nghiệp sử dụng công nghệ tự động hoá.

Các thiết bị điều khiển PLC tạo thêm sức mạnh, tốc độ và tính linh hoạt cho các hệthống công nghiệp Bằng sự thay thế các phần tử cơ điện bằng PLC, quá trình điềukhiển trở nên nhanh hơn, rẻ hơn, và quan trọng nhất là hiệu quả hơn PLC là sự lựachọn tốt hơn các hệ thống rơ le hay máy tính tiêu chuẩn do một số lý do sau:-Tốn ít không gian: Một PLC cần ít không gian hơn một máy tính tiêu chuẩn hay tủđiều khiển rơ le để thực hiện cùng một cức năng.

- Tiết kiệm năng lượng-Giá thành thấp : Một PLC giá tương đương cỡ 5 đến 10 rơle, nhưng nó có khả năng thay thế hàng trăm rơ le.

- Khả năng thích ứng với môi trường công nghiệp: Các vỏ của PLC được làm từ cácvật liệu cứng, có khả năng chống chịu được bụi bẩn, dầu mỡ, độ ẩm, rung động vànhiễu Các máy tính tiêu chuẩn không có khả năng này.

- Giao diện tực tiếp: Các máy tính tiêu chuẩn cần có một hệ thống phức tạp để cóthể giao tiếp với môi trường công nghiệp Trong khi đó các PLC có thể giao diệntrực tiếp nhờ các mô đun vào ra I/O.

- Lập trình dễ dàng: Phần lớn các PLC sử dụng ngôn ngữ lập trình là sơ đồ thang,tương tự như sơ đồ đấu của các hệ thống điều khiển rơ le thông thường.

- Tính linh hoạt cao: Chương trình điều khiển của PLC có thể thay đổi nhanh chóngvà dễ dàng bằng cách nạp lại chương trình điều khiển mới vào PLC bằng bộ lậptrình, bằng thẻ nhớ, bằng truyền tải qua mạng.

b) Một số đặc điểm chính của PLC

- Hiện nay nhu cầu về một bộ điều khiển linh hoạt và có giá thành thấp đã thúc đẩysự phát triển những hệ thống điều khiển lập trình Hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớđể điều khiển máy móc hay quá trình hoạt động.Trong hoàn cảnh đó bộ điều khiểnlập trình (PLC) đã được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyềnthống dùng rơle và thiết bị cồng kềnh,nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dểdàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình các lệnh logic cơ bản,ngoài ra PLC còn cóthể thực hiện được những tác vụ khác như làm tăng khả năng cho những hoạt độngphức tạp.

Hình 2 1 Sơ đồ khối hoạt động của PLC

- Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả trạng thái tín hiệu ở ngõ vào được đưa về từquá trình điều khiển,thực hiện logic được lập trong chương trình và kích ra tín hiệuđiều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng.Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khốivào và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến những cơ cấu tác động cócông suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển đổi tín hiệuở ngõ vào ,mà không cầncó các mạch giao tiếp hay rơle trung gian.Tuy nhiên,cần phải có mạch điện tử côngsuất trung gian khi PLC điều khiển những thiết bị có công suất lớn

- Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống mà không cần có sựthay đổi nào về mặt kết nối dây;sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình điều khiểntrong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng.Hơn nữa ,chúng còn có ưuđiểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với hệ thống điềukhiển truyền thống mà đòi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa cácthiết bị rời

- Về phần cứng,PLC tương tự như máy tính truyền thống và chúng có các đặc điểmthích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp Khả năng chống nhiễu tốt.Cấu trúc dạng modul do đó dễ dàng thay thế,tăng khả năng (nối thêm module mởrộng vào / ra ) và thêm chức năng (nối thêm modul chuyên dùng).Việc kết nối dâyvà mức điện áp tín hiệu ở ngỏ vào và ngỏ ra được chuẩn hoá Ngôn ngữ lập trìnhchuyên dùng: Ladder, Intruction, Functionchat dễ hiểu và dể sử dụng Thay đổichương trình điều khiển dễ dàng Những đặc điểm trên làm cho PLC được sử dụngnhiều trong việc điều khiển các máy móc công nghiệp và trong điều khiển quá trình.c)Tìm hiểu sơ lược về các dòng PLC phổ biến tại Việt Nam

- Tại Việt Nam, có nhiều hãng PLC phổ biến như: Siemens, Mitsubishi, Omron,Delta, Panasonic Mỗi hãng PLC có những ưu nhược điểm riêng, dưới đây là mộtsố điểm cần lưu ý:

Siemens: Là một hãng PLC hàng đầu thế giới, có chất lượng cao và độ tincậy cao PLC Siemens có nhiều dòng sản phẩm phù hợp với nhiều mức độphức tạp và quy mô của ứng dụng PLC Siemens có khả năng kết nối vớinhiều thiết bị khác nhau qua các giao thức truyền thông phổ biến Tuy nhiên,PLC Siemens cũng có nhược điểm là giá thành cao và khó lập trình chongười mới bắt đầu.

Omron: Là một hãng PLC Nhật Bản khác, có chất lượng và độ bền cao PLCOmron có nhiều tính năng tiên tiến và linh hoạt, có thể kết hợp với cácmodule mở rộng để tăng khả năng xử lý PLC Omron cũng có giao diện lậptrình dễ hiểu và thao tác Tuy nhiên, PLC Omron cũng có nhược điểm là giáthành cao và khó tìm linh kiện thay thế.

Delta: Là một hãng PLC Đài Loan, có giá thành rẻ và phù hợp với các ứngdụng đơn giản và nhỏ PLC Delta có giao diện lập trình đơn giản và dễ sửdụng Tuy nhiên, PLC Delta cũng có nhược điểm là chất lượng không cao vàkhông ổn định, khả năng kết nối với các thiết bị khác không tốt và hỗ trợ kỹthuật kém.

Panasonic: Là một hãng PLC Nhật Bản nữa, có chất lượng và độ bền cao.PLC Panasonic có nhiều tính năng tiên tiến và linh hoạt, có thể kết nối vớicác thiết bị khác qua các giao thức truyền thông phổ biến PLC Panasoniccũng có giao diện lập trình dễ hiểu và thao tác Tuy nhiên, PLC Panasoniccũng có nhược điểm là giá thành cao và khó tìm linh kiện thay thế.

Mitsubishi: Là một hãng PLC Nhật Bản, có uy tín và chất lượng tốt PLCMitsubishi có nhiều dòng sản phẩm từ cơ bản đến cao cấp, phù hợp với nhiềuloại ứng dụng PLC Mitsubishi có giao diện lập trình thân thiện và dễ sửdụng Tuy nhiên, PLC Mitsubishi cũng có nhược điểm là khả năng kết nốivới các thiết bị khác không cao và hỗ trợ kỹ thuật không tốt.

 Để đáp ứng với các yêu cầu của đề tài và phù hợp với khả năng nghiên cứu, tiếpcận Em chọn sử dụng PLC của hãng Mitsubishi, cụ thể là dòng FX-3U Đây làdòng PLC khá nổi tiếng và thành công của hãng, hiện vẫn còn đang được sử dụngrất nhiều ngoài thực tế Tài liệu tham khảo và video hướng dẫn rất nhiều, phù hợpvới việc tự nghiên cứu, mô phỏng.

2.1.2 Tìm hiểu về PLC FX-3U

a) Tìm hiểu chung* Khái niệm:

- Vào năm 2004, Mitsubishi Electric cho ra mắt dòng PLC FX-3U Đây là sản phẩmthế hệ thứ ba trong gia đình họ FX-PLC, là một PLC dạng nhỏ gọn và đạt đượcnhiều thành công của hãng.

- Đây là một PLC dạng nhỏ gọn, có khả năng xử lý nhanh và linh hoạt các ứng dụngđiều khiển tự động PLC FX-3U có thể kết nối với nhiều loại module mở rộng khácnhau như: Module I/O, module analog, module đếm tốc độ cao, module vị trí,module giao tiếp và module chức năng.

- PLC FX-3U cũng có thể kết nối với các thiết bị mạng khác nhau, như Ethernet,Modbus, CC-Link và Profibus.

- PLC FX-3U có bộ nhớ lập trình lớn, hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau,như ST, LD, IL và SFC PLC FX-3U cũng có tính năng bảo mật cao, cho phép khóachương trình và dữ liệu bằng mật khẩu.

- PLC FX-3U là một giải pháp tối ưu cho các ứng dụng điều khiển tự động trongcác lĩnh vực công nghiệp, dân dụng và xây dựng.

* Ưu điểm và nhược điểm của dòng PLC FX-3U:

- PLC FX-3U là một sản phẩm nổi bật của Mitsubishi, với nhiều ưu điểm vượt trộiso với các dòng PLC khác Một số ưu điểm của PLC FX-3U có thể kể đến như sau:

Tốc độ xử lý cực nhanh, chỉ mất 0.065µs cho một lệnh đơn logic, giúp tănghiệu quả và độ chính xác của hệ thống điều khiển.

Bộ nhớ chương trình lớn, lên đến 64.000 bước, cho phép lập trình đượcnhiều chức năng phức tạp và đa dạng.

Hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông, bao gồm: USB, 232C, 422, 485, Ethernet, CC-Link và AS-i, giúp kết nối dễ dàng với các thiết bị ngoạivi và mạng lưới.

RS-Có khả năng điều khiển biến tần, servo, bộ mã hóa và các thiết bị thông minhkhác, đặc biệt là trong các ứng dụng điều khiển vị trí.

Tích hợp đồng hồ thời gian thực, giúp đồng bộ hóa thời gian hoạt động củacác thiết bị và lưu trữ dữ liệu lịch sử.

Thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm không gian lắp đặt và dễ dàng thay thế.Độ bền cao, chịu được các tác động môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, bụi bẩnvà rung động.

Dễ dàng lập trình và sửa chữa với phần mềm GX Developer hoặc GXWorks2 của Mitsubishi.

 Nhờ những ưu điểm trên, PLC FX-3U được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngànhcông nghiệp như tự động hóa máy móc, điện tử, thực phẩm, dệt may, nhựa, gỗ, kimloại và nhiệt điện PLC FX-3U là một giải pháp hiệu quả và tiết kiệm cho các hệthống điều khiển tự động hóa.

- Tuy nhiên, bộ điều khiển này cũng có một số nhược điểm cần lưu ý:

Giá thành cao hơn so với các loại PLC khác trên thị trường.

Cần phải sử dụng phần mềm lập trình GX Developer để nạp chương trình vào PLC, không tương thích với các phần mềm khác.

Không có cổng Ethernet tích hợp sẵn, cần phải mua thêm module chức năngđể kết nối với mạng LAN hoặc Internet.

Không có chức năng bảo vệ chương trình khỏi việc sao chép hoặc xóa bỏkhông mong muốn.

- Hình ảnh minh họa về PLC FX-3U:

Hình 2 2 Hình ảnh minh họa về PLC FX-3U

+) Giải thích kí hiệu:1 Công tắc RUN/STOP

2 Công kết nối giữa PLC và máy tính3 Các cổng OUTPUT

4 Các cổng và gá đỡ để kết nối với các module mở rộng5 Các cổng INPUT

6 Khu vực lắp pin lưu trữ của PLC* Cấu tạo bên trong của PLC FX-3U:

Hình 2 3 Sơ đồ khối cấu tạo phần cứng của PLC

 PLC FX-3U có cấu tạo gồm các thành phần chính sau:

- Bộ xử lý trung tâm (CPU): là bộ phận điều khiển các hoạt động của PLC, nhận vàxử lý các tín hiệu đầu vào, thực hiện các chương trình lập trình và xuất ra các tínhiệu đầu ra CPU của PLC FX-3U có tốc độ xử lý nhanh, bộ nhớ lớn và khả năngmở rộng cao.

- Bộ nguồn cấp điện (Power Supply): là bộ phận cung cấp điện áp cho các bộ phậnkhác của PLC Bộ nguồn của PLC FX-3U có thể chọn loại AC hoặc DC, có khảnăng chống sét và nhiễu điện từ.

- Các module đầu vào/đầu ra (I/O Module): là bộ phận kết nối PLC với các thiết bịngoại vi như cảm biến, bộ mã hóa, bơm, van, đèn báo Các module đầu vào/đầu racủa PLC FX-3U có thể là loại rời hoặc tích hợp sẵn trên CPU Các module đầuvào/đầu ra có thể là loại số (digital) hoặc tương tự (analog), có khả năng giao tiếptruyền thông và phát xung tốc độ cao.

- Các module mở rộng (Expansion Module): là bộ phận giúp mở rộng số lượng đầuvào/đầu ra hoặc tính năng của PLC Các module mở rộng của PLC FX-3U có thể làloại đơn giản (simple) hoặc thông minh (intelligent) Các module mở rộng có thể làloại đọc nhiệt độ, loadcell, bộ đếm ngõ vào tốc độ cao, ngõ ra phát xung tốc độcao

- Các thiết bị giao diện (Interface Device): là bộ phận giúp kết nối PLC với máytính hoặc các thiết bị khác để lập trình, giám sát hoặc điều khiển từ xa Các thiết bịgiao diện của PLC FX-3U có thể là cáp kết nối, bộ chuyển đổi giao tiếp, màn hìnhHMI, SCADA

* Cách đọc kí hiệu trên PLC Mitsubishi:

FX 3U-B/C/D-E

1 FX 3U Dòng FX đời 3U FX: 1N, 2N, 3G, 3U, 5U2 B Tổng số đầu vào/ra 16, 24, 32, 48, 60, 80

E: Module mở rộng đầu vào/ra

T: TransistorS: Triac

5 E Loại điện áp ES: Điện áp cấp cho PLC là 220 VACDS: Điện áp cấp cho PLC là 24 VDCb) Các vùng nhớ dữ liệu của PLC FX-3U

- Các vùng nhớ dữ liệu của PLC FX-3U là các vùng nhớ được sử dụng để lưu trữcác giá trị dữ liệu trong quá trình lập trình và điều khiển PLC Các vùng nhớ dữ liệucủa PLC FX-3U bao gồm:

Vùng nhớ D: là vùng nhớ dữ liệu chung, có thể đọc và ghi bởi người lậptrình hoặc bởi các thiết bị ngoại vi Vùng nhớ D có dung lượng 8000 từ (D0-D7999), mỗi từ có 16 bit (D0-D15).

Vùng nhớ R: là vùng nhớ dữ liệu đặc biệt, chỉ có thể đọc và ghi bởi ngườilập trình Vùng nhớ R có dung lượng 8000 từ (R0-R7999), mỗi từ có 16 bit(R0- R15) Vùng nhớ R được sử dụng để lưu trữ các giá trị biến đếm, biếnthời gian, biến vị trí, biến tương tự, biến nhiệt độ, biến loadcell, vv.

Vùng nhớ T: là vùng nhớ dữ liệu thời gian, chỉ có thể đọc bởi người lậptrình Vùng nhớ T có dung lượng 256 từ (T0-T255), mỗi từ có 16 bit (T0-T15) Vùng nhớ T được sử dụng để lưu trữ các giá trị thời gian của các timertrong chương trình PLC.

Vùng nhớ C: là vùng nhớ dữ liệu đếm, chỉ có thể đọc bởi người lập trình.Vùng nhớ C có dung lượng 200 từ (C0-C199), mỗi từ có 16 bit (C0-C15).Vùng nhớ C được sử dụng để lưu trữ các giá trị đếm của các counter trongchương trình PLC.

- Ngõ vào PLC kí hiệu là X Ngõ ra kí hiệu là Y.c) Cách đấu nối dây trên PLC FX-3U

* Cách đấu dây nguồn cho PLC:

- Để PLC có thể hoạt động được thì cần phải cấp nguồn cho thiết bị Nguồn cấp chothiết bị có thể là nguồn 1 220 VAC hoặc nguồn 24VDC Cần phải cấp đúng điện ápquy định nếu không sẽ gây hư hỏng cho PLC:

Đối với PLC có nguồn là 24 VDC thì cấp nguồn 220 VAC thì PLC sẽ bị hưngay lập tức, còn nếu cấp nguồn khoảng từ 30 VDC trên lên thì cũng sẽ làmhư PLC.

Còn với PLC có nguồn cấp 220 VAC thì khi cấp 24 VDC vào thì PLC sẽkhông lên nguồn cũng không gây hư hỏng gì.

- Sơ đồ nối dây nguồn:

Hình 2 4 Sơ đồ nối dây nguồn đầu vào PLC

+) Nếu ký hiệu có 2 chân: L và N thì đây là dòng PLC cấp nguồn 220 VAC.+) Nếu ký hiệu có 2 chân : + và – thì đây là loại PLC sử dụng nguồn 24VDC.- Lưu ý khi cấp nguồn:

Nếu sử dụng nguồn cấp là loại 24 VDC thì phải chọn loại nguồn loại tốt đểđảm bảo nguồn vào ổn định và không có nhiều xung nhiễu động Ở đầu vàocủa nguồn 24 VDC cũng nên sử dụng thêm lọc nhiễu nguồn 220 VAC.

Nếu sử dụng nguồn 220 VAC cần phải sử dụng lọc nhiễu đầu vào để khử bớtsóng nhiễu có trong điện lưới.

* Cách đấu dây tín hiệu ngõ vào (Input):- Ngõ vào của PLC có chức năng sau:

Dùng để đọc trạng thái nút nhấn RUN- STOP, ON-OFF chạy tới lui hay dừngkhẩn để viết chương trình.

Kết nối với cảm biến quang, cảm biến tiệm cận để đọc trạng thái của cảm biến.Đọc số xung trên cảm biến tốc độ encoder.

Kết nối với relay báo lỗi trên một số thiết bị để hiển thị lỗi như biến tần hoặcservo.

 Sơ đồ nối dây: Có 2 cách đấu nối đầu vào cho PLC là Sink và Source- Đấu nối kiểu Sink (kích âm):

Chân S/S là chân chung được đấu với nguồn +24 VDC

Dùng 0V kích vào chân X (chân tín hiệu) sẽ có tín hiệu ở mức logic 1

Hình 2 5 Sơ đồ nối chân đầu ra của PLC

- Đấu nối kiểu Source (kích dương):

Chân S/S là chân chung được đấu với nguồn 0 VDC

Dùng 24V kích vào chân X (chân tín hiệu) sẽ có tín hiệu ở mức logic 1- Lưu ý:

Cần phải đấu ngõ vào PLC theo đúng sơ đồ quy định của nhà sản xuất tránhđấu sai có thể gây hư hỏng chân đọc tín hiệu ngõ vào hoặc gây chập nguồn24V tích hợp sẵn trên PLC.

Đấu với nhiều trường hợp kích ngõ ra sử dụng dòng điện nhiều thì phải sửdụng nguồn 24V bên ngoài, hạn chế sử dụng nguồn 24V tích hợp sẵn trênPLC.

Đối với trường hợp đọc xung encoder thì cần đấu vào đúng chân xung đọc tốc độ cao thì mới đọc chính xác được tốc độ của xung encoder.

Khi đấu ngõ vào sai thường tình trạng PLC là không lên nguồn do bị chậpmạch hoặc phát ra tín kêu è è do chập nguồn 24V.

* Cách đấu dây tín hiệu ngõ ra (Output):- Chức năng của ngõ ra:

Điều khiển servo bằng cách phát xung ở ngõ ra.

Điều khiển van khí nén và thủy lực để đóng mở xi lanh hơi và xi lanh thủy lực.Đóng mở khởi động từ để điều khiển động cơ.

Khởi động biến tần bằng cách out ngõ ra số. Ngõ ra gồm 2 loại: Relay và Transistor