Đồ án tốt nghiệp: cánh tay robot

LỜI NÓI ĐẦUTrong quá trình Công nghiệp hóa Hiện đại hóa đất nước đối với nền công nghiệp nói chung và ngành điện nói riêng thì lĩnh vực Tự Động Hóa đã và đang đóng một vai trò vô cùng quan trọng.Vì nó nâng cao chất lượng sản phẩm, thân thiện với môi trường, hạ được giá thành sản phẩm, tính cạnh tranh cao và đặc biệt là nâng cao tính an toàn cho con người.Việc áp dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật trong nhiều lĩnh vực như tin học, điện tử công suất, điện tử … đã trở thành một công cụ vô cùng hiệu quả đưa Tự Động Hóa có những bước tiến bộ và ngày càng phát triển mạnh mẽ. Điển hình là việc ra đời những thiết bị như biến tần để điểu khiển tốc độ của động cơ không đồng bộ hay bộ PLC được ứng dụng nhiều trong việc xây dựng các hệ thống, dây chuyền trong công nghiệp …Được sự giúp đỡ và hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo Th.s Nguyễn Xuân Quỳnh Bộ môn Tự động hóa Khoa Điện Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội, nhóm sinh viên lớp ĐH TĐH1 K5 chúng em đã tiến hành nghiên cứu và xây dựng đồ án tốt nghiệp với đề tài “Nghiên Cứu Xây Dựng Mô Hình Phân Loại Sản Phẩm Sử Dụng Cánh Tay Robot ”. Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm các chương như sau:Chương 1: Tổng quan chung về hệ thống phân loại sản phẩm.Chương 2: Tổng quan chung về Robot và Nghiên cứu bộ điểu khiển PLC S7200.Chương 3: Xây dựng mô hình thực nghiệm hệ thống điều khiển phân loại sản phẩm sử dụng cánh tay Robot.Chương 4: Kết quả đạt được và hướng phát triển đề tài. Dưới đây là báo cáo chi tiết về nội dung, kết quả thu được và những hạn chế của nhóm sau quá trình thực hiện đề tài.Trong quá trình thực hiện đồ án do thời gian nghiên cứu không nhiều nên đồ án và báo cáo không thể trách khỏi những thiếu sót. Vì vậy nhóm sinh viên rất mong và trân trọng những ý kiến phê bình, đóng góp của các thầy giáo và các bạn sinh viên để đồ án được hoàn chỉnh hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn Hà Nội , Tháng 5 2014 Nhóm sinh viên thực hiệnCHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM1.1. Đặt vấn đềNgày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó điều khiển tự động hóa đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghệ tự động hóa, cung cấp thông tin… do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động hóa nói riêng. Xuất phát từ những đợt đi thực tập tốt nghiệp tại nhà máy, các khu công nghiệp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa trong quá trình sản xuất. Một trong những khâu trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm sản xuất ra được các băng truyền vận chuyển và sử dụng hệ thống phân loại sản phẩm. Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong các khâu phân loại, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công, chính vì vậy nhiều khi cho ra năng suất thấp, chưa đạt hiệu quả. Từ những điều đã được nhìn thấy trong thực tế cuộc sống và những kiến thức mà em đã học được ở trường, muốn tạo ra hiệu quả cao trong năng suất lao động lên gắp nhiều lần, đồng thời vẫn đảm bảo được độ chính xác cao về kích thước. Nên nhóm em đã quyết định thiết kế và thi công một mô hình sử dụng băng tải để phân loại được sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế, vì trong thực tế có nhiều sản phẩm được sản xuất ra đòi hỏi phải có kích thước tương đối chính xác và nó thật sự rất có ý nghĩa với chúng em, góp phần làm cho xã hội ngày càng phát triển mạnh hơn, để xứng tầm với sự phát triển của thế giới.1.2. Chức năng và nhiệm vụ của hệ thống phân loại sản phẩmTrong công nghiệp ngày này việc áp dụng những hệ thống Tự Động Hóa vào quá trình sản xuất đã trở nên phổ biến như :Giám sát Điều khiển các nhà máy công nghiệp Điều khiển các dây chuyền sản xuấtGiám sát, điều khiển giao thôngGiám sát Điều khiển tòa nhà cao ốc thông minhỨng dụng trong truyền tải điện năngTrong các nhà máy xí nghiệp sản xuất lớn ngày nay cần nhiều dây chuyền sản xuất lớn để vận chuyển sản phẩm. Từ các vật liệu ban đầu được vận chuyển tới băng tải, trải qua nhiều khâu cuối cùng là tạo ra sản phẩm. Điều này giúp ích rất nhiều cho công nhân đồng thời nâng cao sản xuất. Điển hình trong lĩnh vực điều khiển dây chuyền sản xuất có áp dụng công nghệ cao cấp hơn việc vận chuyển thông thường nhưng khá phổ biến là hệ thống phân loại sản phẩm .Tuy nhiên trong công nghiệp việc phân loại sản phẩm thủ công làm giảm năng suất và độ chính xác không cao vì công việc này lại do con người đảm nhiệm bằng mắt thường, bằng kinh nghiệm, bằng sự ghi nhớ trực tiếp phân loại các sản phẩm đạt yêu cầu hoặc loại bỏ phế phẩm bằng tay. Bên cạnh đó công việc này lại đòi hỏi phải đi lặp lại nhiều nên công nhân khó có thể đảm bảo sự chính xác trong công việc, và điều này làm ảnh hưởng to lớn tới chất lượng sản xuất cùng với uy tín của nhà sản xuất do đó việc áp dụng những khoa học kỹ thuật vào dây chuyền phân loại sản phẩm trở nên cần thiết và phổ biến để giải quyết nhu cầu cấp bách này. Đối với hệ thống phân loại sản phẩm nói riêng thì có nhiều công nghệ để áp dụng như :Phân loại theo kích thước của sản phẩmPhân loại theo màu sắc của sản phẩmPhân loại theo trọng lượng của sản phẩmPhân loại theo chiều cao của sản phẩmPhân loại theo hình ảnhVới nhiều phương pháp khác nhau như trên nên có thể áp dụng các phương pháp với nhau để có các hướng giải quyết khác nhau cho từng sản phẩm vì chúng có thể đan xen và hỗ trợ cho nhau. Dựa vào những kiến thức đã học và thực tế của hệ thống nên nhóm sinh viên đã nghiên cứu xây dựng “ Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao sử dụng cánh tay robot”.

LỜI CẢM ƠNQua thời gian tìm hiểu và thực hiện tích cực, đến nay đồ án đã được hoàn thành Có được thành quả này, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Xuân Quỳnh đã tận tình hướng dẫn, và giúp đỡ chúng em trong suốt thời gian thực hiện đồ án

Xin cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa điện trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội đã tạo điều kiện để chúng em thực hiện đồ án này

Xin cảm ơn các bạn sinh viên đã đóng góp ý kiến, động viên khích lệ tinh thần trong quá trình thực hiện đồ án

Ngày 5 tháng 5 năm 2014Nhóm sinh viên thực hiện

NHÓM SVTH LỚP ĐH TĐH1 – K51

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Xác nhận của giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Xác nhận của giáo viên phản biện

NHÓM SVTH LỚP ĐH TĐH1 – K53

MỤC LỤC

MỤC LỤC 4

LỜI NÓI ĐẦU 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 8

1.1 Đặt vấn đề 8

1.2 Chức năng và nhiệm vụ của hệ thống phân loại sản phẩm 9

1.3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao 10

1.3.1 u nh Ư ượ đ ể c i m c a h th ng ủ ệ ố 10

1.3.2 M c ích c a h th ng ụ đ ủ ệ ố 10

1.3.3 Các thi t b dùng trong h th ng phân lo i s n ph m: ế ị ệ ố ạ ả ẩ 11

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CHUNG VỀ ROBOT VÀ NGHIÊN CỨU BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7 - 200 25

2.1 Tổng quan chung về robot 25

2.1.1 C u trúc c b n c a robot công nghi p ấ ơ ả ủ ệ 25

2.1.2 K t c u c a tay máy ế ấ ủ 26

2.1.3 Xây d ng h th ng to ự ệ ố ạ độ cho robot công nghi p ệ 30

2.2 Tổng quan về PLC 31

2.2.1 Gi i thi u v PLC ớ ệ ề 31

2.2.2 Phân lo i ạ 35

2.2.3 Các b i u khi n v ph m vi ng d ng ộ đ ề ể à ạ ứ ụ 36

2.2.4 Các l nh v c ng d ng c a PLC ĩ ự ứ ụ ủ 36

2.2.5 Các u i m khi s d ng h th ng i u khi n v i PLC ư đ ể ử ụ ệ ố đ ề ể ớ 36

2.2.6 Gi i thi u các ngôn ng l p trình ớ ệ ữ ậ 37

2.2.7 C ch ho t ơ ế ạ độ ng .38

2.2.8 Ph ươ ng pháp x lý tín hi u ử ệ 38

2.3 Giới thiệu chung về họ PLC S7-200 39

2.3.1 Các tính n ng c a PLC S7-200 ă ủ 39

2.3.2 Các module m r ng c a PLC S7-200 ở ộ ủ 39

2.3.3 C u trúc b nh c a S7-200 ấ ộ ớ ủ 42

2.3.4 Ngôn ng l p trình c a PLC S7-200 ữ ậ ủ 46

2.3.5 Khái quát b l nh c a S7-200 ộ ệ ủ 49

2.3.6 Các l nh c b n c a S7-200 ệ ơ ả ủ 50

2.4 Soạn thảo chương trình cho PLC S7-200 70

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM SỬ DỤNG CÁNH TAY ROBOT 71

3.1 Yêu cầu công nghệ 71

3.2 Các thiết bị sử dụng để xây dựng hệ thống 72

3.2.1 PLC S7-200 72

3.2.2 C t c m bi n ộ ả ế 74

3.2.3 Cánh tay robot 75

3.2.4 B ng t i ă ả 75

3.2.5 R le trung gian ơ 76

3.2.6 B ngu n ộ ồ 76

3.2.7 Khay đự ng s n ph m ả ẩ 77

3.2.8 Van khí 78

3.3 Mô hình hoàn thiện của hệ thống 79

3.4 Lập trình điều khiển hệ thống 79

3.4.1 Tên thi t b v b ng a ch : ế ị à ả đị ỉ 79

3.4.2 L u ư đồ thu t toán ậ 81

3.4.3 S ơ đồ đấ u dây v c u trúc m ch l c : à ấ ạ ự 82

3.4.4 Ch ươ ng trình i u khi n đ ề ể 85

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 90

4.1 Kết quả của đề tài 90

4.1.1 K t qu nghiên c u lý thuy t ế ả ứ ế 90

4.1.2 K t qu th c nghi m ế ả ự ệ 90

4.2 Hướng phát triển của đề tài 91

Tài Liệu Tham Khảo 92

NHÓM SVTH LỚP ĐH TĐH1 – K55

LỜI NÓI ĐẦU

Trong quá trình Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa đất nước đối với nền công nghiệp nói chung và ngành điện nói riêng thì lĩnh vực Tự Động Hóa đã và đang đóng một vai trò vô cùng quan trọng.Vì nó nâng cao chất lượng sản phẩm, thân thiện với môi trường, hạ được giá thành sản phẩm, tính cạnh tranh cao và đặc biệt là nâng cao tính an toàn cho con người

Việc áp dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật trong nhiều lĩnh vực như tin học, điện tử công suất, điện tử … đã trở thành một công cụ vô cùng hiệu quả đưa Tự Động Hóa có những bước tiến bộ và ngày càng phát triển mạnh mẽ Điển hình là việc ra đời những thiết bị như biến tần để điểu khiển tốc độ của động cơ không đồng bộ hay bộ PLC được ứng dụng nhiều trong việc xây dựng các hệ thống, dây chuyền trong công nghiệp …

Được sự giúp đỡ và hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo Th.s Nguyễn Xuân

Quỳnh - Bộ môn Tự động hóa - Khoa Điện - Trường Đại Học Công Nghiệp Hà

Nội, nhóm sinh viên lớp ĐH TĐH1- K5 chúng em đã tiến hành nghiên cứu và

xây dựng đồ án tốt nghiệp với đề tài “Nghiên Cứu Xây Dựng Mô Hình Phân

Loại Sản Phẩm Sử Dụng Cánh Tay Robot ” Nội dung đồ án tốt nghiệp gồm

các chương như sau:

Chương 1: Tổng quan chung về hệ thống phân loại sản phẩm

Chương 2: Tổng quan chung về Robot và Nghiên cứu bộ điểu khiển PLC S7-200

Chương 3: Xây dựng mô hình thực nghiệm hệ thống điều khiển phân loại sản phẩm sử dụng cánh tay Robot

Chương 4: Kết quả đạt được và hướng phát triển đề tài

Dưới đây là báo cáo chi tiết về nội dung, kết quả thu được và những hạn chế của nhóm sau quá trình thực hiện đề tài

Trong quá trình thực hiện đồ án do thời gian nghiên cứu không nhiều nên

đồ án và báo cáo không thể trách khỏi những thiếu sót Vì vậy nhóm sinh viên

rất mong và trân trọng những ý kiến phê bình, đóng góp của các thầy giáo và các bạn sinh viên để đồ án được hoàn chỉnh hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội , Tháng 5 / 2014

Nhóm sinh viên thực hiện

NHÓM SVTH LỚP ĐH TĐH1 – K57

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHÂN

LOẠI SẢN PHẨM

1.1 Đặt vấn đề

Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó điều khiển tự động hóa đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghệ tự động hóa, cung cấp thông tin… do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách hiệu quả nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động hóa nói riêng Xuất phát từ những đợt đi thực tập tốt nghiệp tại nhà máy, các khu công nghiệp và tham quan các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa trong quá trình sản xuất Một trong những khâu trong dây chuyền sản xuất tự động hóa đó là số lượng sản phẩm sản xuất ra được các băng truyền vận chuyển

và sử dụng hệ thống phân loại sản phẩm Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong các khâu phân loại, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công, chính vì vậy nhiều khi cho ra năng suất thấp, chưa đạt hiệu quả Từ những điều đã được nhìn thấy trong thực tế cuộc sống và những kiến thức mà em đã học được ở trường, muốn tạo ra hiệu quả cao trong năng suất lao động lên gắp nhiều lần, đồng thời vẫn đảm bảo được độ chính xác cao về kích thước Nên nhóm em đã quyết định thiết kế và thi công một mô hình sử dụng băng tải để phân loại được sản phẩm vì nó rất gần gũi với thực tế, vì trong thực tế có nhiều sản phẩm được sản xuất ra đòi hỏi phải

có kích thước tương đối chính xác và nó thật sự rất có ý nghĩa với chúng em, góp phần làm cho xã hội ngày càng phát triển mạnh hơn, để xứng tầm với sự phát triển của thế giới.

1.2 Chức năng và nhiệm vụ của hệ thống phân loại sản phẩm

Trong công nghiệp ngày này việc áp dụng những hệ thống Tự Động Hóa vào quá trình sản xuất đã trở nên phổ biến như :

 Giám sát & Điều khiển các nhà máy công nghiệp

 Điều khiển các dây chuyền sản xuất

 Giám sát, điều khiển giao thông

 Giám sát & Điều khiển tòa nhà cao ốc thông minh

 Ứng dụng trong truyền tải điện năng

Trong các nhà máy xí nghiệp sản xuất lớn ngày nay cần nhiều dây chuyền sản xuất lớn để vận chuyển sản phẩm Từ các vật liệu ban đầu được vận chuyển tới băng tải, trải qua nhiều khâu cuối cùng là tạo ra sản phẩm Điều này giúp ích rất nhiều cho công nhân đồng thời nâng cao sản xuất

Điển hình trong lĩnh vực điều khiển dây chuyền sản xuất có áp dụng công nghệ cao cấp hơn việc vận chuyển thông thường nhưng khá phổ biến là hệ thống phân loại sản phẩm

Tuy nhiên trong công nghiệp việc phân loại sản phẩm thủ công làm giảm năng suất và độ chính xác không cao vì công việc này lại do con người đảm nhiệm bằng mắt thường, bằng kinh nghiệm, bằng sự ghi nhớ trực tiếp phân loại các sản phẩm đạt yêu cầu hoặc loại bỏ phế phẩm bằng tay Bên cạnh đó công việc này lại đòi hỏi phải đi lặp lại nhiều nên công nhân khó có thể đảm bảo sự chính xác trong công việc, và điều này làm ảnh hưởng to lớn tới chất lượng sản xuất cùng với uy tín của nhà sản xuất do đó việc áp dụng những khoa học kỹ thuật vào dây chuyền phân loại sản phẩm trở nên cần thiết và phổ biến để giải quyết nhu cầu cấp bách này Đối với hệ thống phân loại sản phẩm nói riêng thì

có nhiều công nghệ để áp dụng như :

 Phân loại theo kích thước của sản phẩm

 Phân loại theo màu sắc của sản phẩm

 Phân loại theo trọng lượng của sản phẩm

 Phân loại theo chiều cao của sản phẩm

NHÓM SVTH LỚP ĐH TĐH1 – K59

 Phân loại theo hình ảnh

Với nhiều phương pháp khác nhau như trên nên có thể áp dụng các phương pháp với nhau để có các hướng giải quyết khác nhau cho từng sản phẩm vì chúng có thể đan xen và hỗ trợ cho nhau

Dựa vào những kiến thức đã học và thực tế của hệ thống nên nhóm sinh

viên đã nghiên cứu xây dựng “ Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao sử

dụng cánh tay robot”.

1.3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao

1.3.1 Ưu nhược điểm của hệ thống

số ) thì việc nhận biết vật đi qua mới được chính xác Vì vậy để điều khiển tốc

độ của động cơ để băng tải vận hành theo 1 cách cố định kể cả lúc có sản phẩm hay không là điều cần thiết

1.3.2 Mục đích của hệ thống

 Tự động hóa quá trình sản xuất trên dây chuyền

 Giảm số nhân công lao động trên dây chuyền

 Tăng khả năng kiểm soát lỗi trên dây chuyền

 Kiểm soát tốt năng lực sản xuất

 Giảm chi phí nhân công

1.3.3 Các thiết bị dùng trong hệ thống phân loại sản phẩm:

1.3.3.1 Động cơ điện 1 Chiều

Động cơ điện 1 chiều là loại động cơ có tính ưu việt cao Động cơ có thể điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải So với động cơ không đồng bộ với các chi phí đi kèm rất đắt tiền thì động cơ 1 chiều không những có thể điều chỉnh rộng

và chính xác thì mà cấu trúc mạch lực , mạch điều khiển lại đơn giản hơn lại có chất lượng cao

Do đó, nhóm chúng em đã chọn động cơ 1 chiều là động cơ chính truyền tải cho băng chuyền sản phẩm cần phân loại

Hình ảnh minh họa :

Hình 1.1 : Động cơ 1 chiều

NHÓM SVTH LỚP ĐH TĐH1 – K511

S = F(m)Người ta gọi (s) là đại lượng đầu ra hoặc là phản ứng của cảm biến, (m) là đại lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc là đại lượng cần đo) Thông qua

đo đạc (s) cho phép nhận biết giá trị của (m)

Phương trình của cảm biến được viết như sau: Y = f(X)

Trong đó X: Đại lượng cần đo

Y: Đại lượng sau chuyển đổi

 Phân loại cảm biến

 Cảm biến điện trở

 Cảm biến từ

 Cảm biến tĩnh điện

 Cảm biến hóa điện

 Cảm biến nhiệt điện

 Cảm biến điện tử và ion

- Theo tính chất nguồn điện

 Cảm biến phát điện

 Cảm biến thông số

- Theo phương pháp đo

 Cảm biến biến đổi trực tiếp

 Cảm biến bù

 Cảm biến dùng trong hệ thống

Tại mỗi khâu chúng ta dùng cảm biến để xác định chiều cao của sản phẩm Khi sản phẩm được các cảm biến nhận diện sẽ có tín hiệu báo về bộ phận điều khiển để ra lệnh điều khiển.

- Nguyên lý đo chiều cao

Việc xác định chiều cao trong đề tài, chúng em đã sử dụng 2 cảm biến quang lắp song song trên và dưới gắn trên cột cảm biến nhằm xác định chiều cao của sản phẩm Nguyên lý là nếu cả 2 cảm biến đều có thì sản phẩm là cao còn nếu chỉ 1 cả biến có thì sản phẩm là thấp

Để xác định chiều cao của sản phẩm, đồng thời kiểm tra sản phẩm nên trong mô hình đã sử dụng loại cảm biến quang điện

- Cảm biến quang điện

Cảm biến quang điện bao gồm 1 nguồn phát quang và 1 bộ thu quang Nguồn quang sử dụng LED hoặc LAZER phát ra ánh sáng thấy hoặc không thấy tùy thuộc vào bước sóng Một bộ thu quang sử dụng diode hoặc transitor quang

Ta đặt bộ thu và phát sao cho vật cần nhận biết có thể che chắn hoặc phản xạ ánh sáng khi vật xuất hiện

Ánh sáng do LED phát ra được hội tụ qua thấu kính Ở phần thu ánh sáng

từ thấu kính tác động đến transitor thu quang Nếu có vật che chắn thì chum tia

sẽ không tác động đến bộ thu được Sóng dao động dùng để bộ thu loại bỏ ảnh hưởng của ánh sáng trong phòng Ánh sáng của mạch phát sẽ tắt và sáng theo tần số mạch dao động Phương pháp sử dụng mạch dao động làm cho cảm biến thu phát xa hơn và tiêu thụ ít công suất hơn

Lựa chọn điện áp cấp cao cho cảm biến phải phù hợp với điện áp mạch điều khiển Do mạch điều khiển kết nối với bộ điều khiển PLC nên điện áp của cảm biến là 24 VDC

NHÓM SVTH LỚP ĐH TĐH1 – K513

Hình 1.2 : Sensor E3F-DS10C4 của Omron

Đặc tính lỹ thuật của sensor E3F-DS10C4

Cảm biến quang điện hình trụ chống nhiễu tốt với công nghệ Photo-IC Khoảng cách phát hiện khoảng 10cm với bộ điều khiển độ nhạy cho bộ khuếch tán

 Đặc tính trễ: Tối đa 20% khoảng cách phát hiện

 Đầu ra: DC

 Vật cảm biến nhỏ nhất: 10×10mm

 Chỉ số LED: Red LED

 Nguồn sáng (bước sóng) : LED hồng ngoại (880nm)

 Màu: Màu đen, vàng, xám

 Thời gian đáp ứng: Tối đa 2,5ms

 Nhiệt độ môi trường từ - 25ºC tới 55ºC

 Độ ẩm môi trường từ 35% tới 85%

Hoạt động trên nguyên lý khí nén chỉ được sử dụng sinh công 1 phía của Piston Khi đó Piston lùi lại từ lực bật của lò xo hay lực bên ngoài

Xi lanh có 1 cổng cấp nguồn và 1 lỗ thoát khí

Điều khiển bằng van 3/2

Ký hiệu minh họa :

 Xi lanh có chiều tác dụng ngược lại do ngoại lực :

 Xi lanh có chiều tác dụng ngược lại do lò xo :

 Xi lanh tác dụng kép - Double acting cylinder

NHÓM SVTH LỚP ĐH TĐH1 – K515

Hoạt động trên nguyên lý khí nén được sử dụng sinh công ở 2 phía của Piston

Xi lanh có 2 của cấp nguồn

Điều khiển bằng van 4/2, 5/2, 5/3

Ngoài ra xi lanh kép còn có loại xi lanh có đệm giảm chấn và không giảm chấn

Ký hiệu minh họa :

Hình 1.3 : Xi lanh khí nén

Dựa vào những cơ sở trên nhóm quyết định sử dụng xi lanh kép sử dụng cho hệ thống

Ngoài những loại cơ bản như xi lanh đơn hay kép thì còn có 1 số loại phục vụ cho công nghiệp như :

- Xy lanh quay

- Động cơ khí nén

- Giác hút

1.3.3.4 Rơ le trung gian

 Khái niệm chung về rơ le

NHÓM SVTH LỚP ĐH TĐH1 – K517

Rơ le là loại khí cụ điện hạ áp tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định Rơ le được sử dụng rất rộng rãi trong mọi hoạt động trong lĩnh vực khoa học công nghệ và đời sống hằng ngày.

Rơ le có nhiều chủng loại với nguyên lý làm việc, chức năng khác nhau, như: Rơ lê điện từ, rơ le phân cực, rơ le cảm ứng, rơ le nhiệt, rơ le điện từ tương

tự, rơ le điện tử số, điện tử tương tự…

Đặc tính cơ bản của rơ le là đặc tính vào ra Khi đại lượng đầu vào X tăng đến 1 giá trị tác động , đại lượng đầu ra Y thay đổi nhảy cấp từ 0( ) đến 1() Theo chiều giảm của X, đến giá trị số nhả thì đại lượng đầu ra sẽ nhảy cấp từ 1 xuống 0 Đây là quá trình nhả của rơ le

 Phân loại rơle

Có nhiều loại rơle với nguyên lí và chức năng làm việc rất khác nhau Do vậy có nhiều các để phân loại rơle

 Phân loại nguyên lí làm việc theo nhóm

- Rơ le điện cơ (rơle điện từ, rơle từ điện, rơle điện từ phân cực, rơle cảm ứng…)

- Rơ le nhiệt

- Rơ le từ

- Rơ le điện từ - bán dẫn, vi mạch

- Rơ le số

 Phân loại theo nguyên lí tác động của cơ cấu chấp hành

- Rơ le có tiếp điểm: Loại này tác động lên vi mạch bằng cách đóng

mở các tiếp điểm

- Rơ le không có tiếp điểm (rơle tĩnh): Loại này tác động bằng cách thay đổi đột ngột các tham số của cơ cấu chấp hành mắc trong mạch điều khiển như: Điện cảm, điện dung, điện trở…

 Phân loại theo đặc tính tham số vào

- Rơle dòng điện

- Rơle công suất

- Rơle tổng trở …

 Phân loại theo cách mắc vào cơ cấu

- Rơle sơ cấp: Loại này được mắc trực tiếp vào mạch điền cần bảo vệ

- Rơle thứ cấp: Loại này mắc vào mạch thông qua biến áp đo lương hay biến dòng điện.

 Phân loại theo giá trị và chiều các đại lượng đi vào rơ le

 Rơle trung gian

Rơle trung gian được sử dụng rộng rãi trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện và các sơ đồ điều khiển tự động Đặc điểm của rơle trung gian là số lượng tiếp điểm lớn (thường đóng và thường mở) với khả năng chuyển mạch lớn và công suất nuôi cuộn dây bé nên nó được dùng để truyền và khếch đại tín hiệu, hoặc chia tín hiệu của rơle chính đến nhiều bộ phận khác nhau của mạch điều khiển và bảo vệ

 Nguyên lý làm việc của rơle trung gian như sau:

Hình 1.4: Cấu trúc chung của rơle

Nếu cuộn dây của rơle được cấp điện áp định mức (qua tiếp điểm của rơle chính) sức từ động do dòng điện trong cuộn dây sinh ra (iw) sẽ tạo ra trong mạch từ từ thông, hút nắp làm các tiếp điểm thường mở đóng lại và các tiếp điểm thường đóng mở ra Khi cắt điện của cuộn dây, lò xo nhả sẽ đưa nắp và các

NHÓM SVTH LỚP ĐH TĐH1 – K519

tiếp điểm đến vị trí ban đầu Do dòng điện qua tiếp điểm có giá trị nhỏ (5A) nên

hồ quang khi chuyển mạch không đáng kể nên không cần buồng dập hồ quang Rơle trung gian có kích thước nhỏ gọn, số lượng tiếp điểm đến 4 cặp thường đóng và thường mở liên động, công suất tiếp điểm cỡ 5A, 250V AC, 28V DC, hệ số nhả của rơle nhỏ hơn 0,4; thời gian tác động dưới 0,05s; tuổi thọ tiếp điểm đạt106±107 lần đóng cắt, cho phép tần số thao tác dưới 1200 lần/h

 Các thông số kỹ thuật và lực chọn rơle trung gian

 Dòng điện định mức trên rơle trung gian là dòng điện lớn nhất cho phép

rơ le làm việc trong tời gian dài mà không bị hư hỏng Khi lựa chọn rơle trung gian thì dòng điện định mức của nó không được nhỏ hơn dòng điện tính toán của phụ tải Dòng điện này chủ yếu do tiếp điểm của rơle trung gian quyết định

= 23,4AĐiện áp làm việc của rơle trung gian là mực điện áp mà rơle có khả năng

 Dòng làm việc của rơle trung guan phải lớn hơn dòng điện định mức của động cơ

> 15,6A

 Điện áp định mức cấp cho cuộn hút của rơle là mức điện áp mà khi đó rơle

sẽ hoạt động Điện áp này phải phù hợp với bộ điều khiển PLC nên điện áp cuộn hút là 24V DC

Trong mô hình hệ thống phân loại sản phẩm đã được sử dụng rơle trung gian MY2N của OMRON

Hình 1.5: Rơ le MY2N của OMRON

Các thông số của MY2N

 Điện áp cuộn dây: 24V DC có LED báo hiển thị

 Thông số của tiếp điểm: 5A – 24V DC

1.3.3.5 Nút ấn

 Khái niệm

Nút ấn còn gọi là nút điều khiển là 1 loại khí cụ điều khiển bằng tay, dùng

để điều khiển từ xa các khí cụ điện đóng tắt bằng điện từ, điện xoay chiều, điện

1 chiều hạ áp, các dụng cụ báo hiệu và cũng để chuyển đồi các mạch điện điều khiển, tín hiệu liên động bảo vệ…

Nút ấn thường dùng để khởi động, dừng và đảo chiều quay các động cơ điện bằng cách đóng cắt các cuộn dây nam châm điện của công tắc tơ, khởi động từ

 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Nút ấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường mở và thường đóng và vỏ bảo vệ Khi tác động vào nút ấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái và khi không còn tác động, các tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu

Nút ấn thường đặt trên bảng điều khiển, ở tụ điện, trên hộp nút ấn Các loại nút ấn thông dụng có dòng điện định mức là 5A, điện áp ổn định mức là 400V, tuổi thọ điện thế đến 200.000 lần đóng cắt, tuổi thọ cơ đến 1.000.000 đóng cắt Nút ấn màu đỏ thường dùng để đóng máy, màu xanh để khởi động máy

NHÓM SVTH LỚP ĐH TĐH1 – K521

 Giới thiệu chung

Băng tải thường được dùng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo phương ngang và phương nghiêng Trong các dây chuyền sản suất, các thiết bị này được sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các cơ cấu nhẹ, trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại

xỉ lò trên các trạm thủy điện thì dùng vận chuyển nhiên liệu Trên các kho bãi thì dùng để vận chuyển các loại hàng bưu kiện, vật liệu hạt hoặc một số sản phẩm khác Trong một số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, hóa chất thì dùng để vận chuyển các sản phẩm đã hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các

công đoạn, các phân xưởng, đồng thời cũng dùng để loại bỏ các sản phẩm không dùng được.

 Ưu điểm của băng tải

- Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa năm ngang với nằm nghiêng

- Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận chuyển khác không lớn lắm

 Cấu tạo chung của băng tải

Hình 1.8: Cấu tạo chung của băng truyền

1 Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp măng vật

2 Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo

3 Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo

4 Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ…) làm phần trượt cho bộ phận kéo và các yếu tố làm việc

 Các loại băng tải trên thị trường hiện nay

Khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí phân loại có thể lựa chọn một số băng tải sau:

Bảng 1.1: Danh sách các loại băng tải

Loại băng tải Trọng tải Phạm vi ứng dụng

NHÓM SVTH LỚP ĐH TĐH1 – K523

Băng tải dây đai < 50 kg Vận chuyển từng chi tiết giữa các

nguyên công hoặc vận chuyển thùng chứa trong gia công cơ và lắp ráp

gia công chuẩn bị phôi và trong lắp ráp

phận trên khoảng cách 50m

giữa các nguyên công với khoảng cách

< 50mCác loại băng tải xích, băng tải con lăn có ưu điển là ổn định cao khi vận chuyển Tuy nhiên chúng đòi hỏi kết cấu cơ khí phức tạp, đòi hỏi dộ chính xác cao, giá thành khá đắt

 Băng tải dạng cào: Sử dụng để thu dọn phôi vụn Năng suất của băng tải loại này là có thể đạt 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0,2m/s Chiều dài của băng tải là không hạn chế trong phạm vi kéo là 10kN

 Băng tải xoắn vít: Có hai kiểu cấu tạo:

- Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọn phôi vụn Năng suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài là 80cm

- Băng tải 2 buồng xoắn: Có 2 dạng buồng xoắn song song với nhau, 1 có chiều xoắn phải, 1 có chiều xoắn trái Chuyển động xoay vào nhau của các buồng xoắn được thực hiện nhờ 1 tốc độ phân phối chuyển động

Cả 2 loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng bằng thép hoặc bằng xi măng

 Giới thiệu băng tải dùng trong mô hình

Do băng tải dùng trong hệ thống làm nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm nên trong mô hình đồ án đã lựa chọn băng tải dây đai để mô phỏng cho hệ thống dây chuyển trong nhà máy với những lý do sau đây:

- Tải trọng băng tải không quá lớn

- Kết cấu cơ khí không quá phức tạp

- Dễ dàng thiết kế chế tạo

- Có thể dễ dàng hiệu chỉnh băng tải

Tuy nhiên loại băng tải này cũng có 1 vài nhược điểm như độc chính xác khi vận chuyển không cao, đôi lúc băng tải hoạt động không ổn định do nhiều yếu tố: Nhiệt độ môi trường ảnh hưởng đến con lăn, độ ma sát của dây đai giảm theo thời gian…

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CHUNG VỀ ROBOT VÀ NGHIÊN

CỨU BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7 - 200

2.1 Tổng quan chung về robot

2.1.1 Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp

Robot công nghiệp thường bao gồm các thành phần chính như: cánh tay robot, nguồn động lực, dụng cụ gắn lên khâu chấp hành cuối, các cảm biến,

bộ điều khiển, thiết bị dạy học, máy tính, các phần mềm lập trình Mối quan hệ giữa các thành phần trong robot như hình 2.1

NHÓM SVTH LỚP ĐH TĐH1 – K525

C¸c c¶m biÕn

Bé ®iÒu khiÓn vµ m¸y tÝnh

Dông cô thao t¸c C¸nh tay robot

Hình 2.1 Mối quan hệ giữa các thành phần trong robotCánh tay robot (tay máy) là kết cấu cơ khí gồm các khâu liên kết với nhau bằng các khớp động để có thể tạo nên những chuyển động cơ bản của robot.Nguồn động lực là các động cơ điện (một chiều hoặc xoay chiều), các hệ thống xy lanh khí nén, thủy lực để tạo động lực cho tay máy hoạt động.

Dụng cụ thao tác được gắn trên khâu cuối của robot, dụng cụ của robot có thể có nhiều kiểu khác nhau như: dạng bàn tay để nắm bắt đối tượng hoặc các công cụ làm việc như mỏ hàn

Thiết bị dạy học (Teach – Pendant) dùng để dạy cho robot các thao tác cần thiết theo yêu cầu của quá trình làm việc, sau đó robot tự lặp lại các động tác đã được dạy để làm việc (phương pháp lập trình kiểu dạy học)

Các phần mềm để lập trình và các chương trình điều khiển robot được cài đặt trên máy tính, dùng điều khiển robot thông qua hệ điều khiển (Controller)

Bộ điều khiển còn được gọi là Mođun điều khiển (hay Unit, Driver), nó thường được kết nối với máy tính Một mođun điều khiển có thể còn có các cổng Vào -

Ra (I/O port) để làm việc với nhiều thiết bị khác nhau như các cảm biến giúp robot nhận biết trạng thái của bản thân, xác định vị trí của đối tượng làm việc hoặc các dò tìm khác

2.1.2 Kết cấu của tay máy

Tay máy là thành phần quan trọng, nó quyết định khả năng làm việc của robot Các kết cấu của nhiều tay máy được phỏng theo cấu tạo và chức năng của tay người, tuy nhiên ngày nay, tay máy được thiết kế rất đa dạng, nhiều cánh tay robot có hình dáng rất khác xa cánh tay người Trong thiết kế và sử dụng tay máy cần quan tâm đến các thông số hình - động học, là những thông số liên quan đến khả năng làm việc của robot như: tầm với (hay trường công tác), số

bậc tự do (thể hiện sự khéo léo linh hoạt của robot), độ cứng vững, tải trọng vật nâng, lực kẹp.

Các khâu của robot thường thực hiện hai chuyển động cơ:

* Chuyển động tịnh tiến theo hướng x, y, z trong không gian Descarde, thông thường tao nên các hình khối, các chuyển động này thường ký hiệu là T (Translation) hoặc P (Prismatic)

* Chuyển động quay quanh các trục x,y,z ký hiệu là R (Roatation)

Tùy thuộc vào số khâu và sự tổ hợp các chuyển động(R và T) mà tay máy

có các kết cấu khác nhau với vùng làm việc khác nhau Các kết cấu thường gặp của robot là kiểu tọa độ Đề các, tọa độ trụ, tọa độ cầu, robot kiểu SCARA, hệ tọa độ góc (phỏng sinh)

Robot kiểu tọa độ Đề các:

Tay máy có ba chuyển động cơ bản tịnh tiến theo phương của các trục

hệ tọa độ gốc (cấu hìnhT T.T) Trường công tác có dạng khối chữ nhật

Hình 2.2 Robot kiểu tọa độ Đề các

Do kết cấu đơn giản, loại tay máy này có độ cứng vững chắc cao, độ chính xác cơ khí dễ đảm bảo vì vậy nó thường dùng để hàn trong mặt phẳng

Robot kiểu tọa độ trụ:

NHÓM SVTH LỚP ĐH TĐH1 – K527

Vùng làm việc của robot có dạng hình

trụ rỗng Thường khớp thứ nhất chuyển

động quay, Cấu hình có dạng R.T.T Có

Nhiều robot kiểu tọa độ trụ như: Robot

Versatran của hãng AMF (Hoa Kỳ) Hình 2.3 Robot kiểu tọa độ trụ

Robot kiểu tọa độ cầu:

Vùng làm việc của robot có dạng hình cầu Độ cứng vững của loại robot này thấp hơn so với hai loại trên Loại này thường có cấu hình R.R.R hoặc R.R.T

Hình 2.4 Robot kiểu tọa độ cầuRobot kiểu tọa độ góc ( Hệ tọa độ phỏng sinh): Đây là kiểu robot được dùng nhiều hơn cả Ba chuyển động đầu tiên là các chuyển động quay, trục quay thứ nhất vuông góc với hai trục kia Các chuyển động định hướng khác cũng là các chuyển động quay Vùng làm việc của tay máy này gần giống một phần khối cầu Tất cả các khâu đều nằm trong một mặt phẳng thẳng đứng nên các tính toán cơ bản là bài toán phẳng Ưu điểm nổi bật của các loại robot hoạt động theo

hệ tọa độ góc là gọn nhẹ, tức là có vùng làm việc tương đối lớn so với kích cỡ của bản thân robot, độ linh hoạt cao.

Các robot hoạt động theo hệ tọa độ góc như: Robot PUMA của hãng Unimation- Nnokia (Hoa Kỳ – Phần Lan), Irb – 6, Irb – 60(Thụy Điển), Toshiba, Mitsubishi, Mazak (Nhật Bản)

Hình 2.5 Robot hoạt động theo hệ tọa độ góc

Robot kiểu SCARA

Hình 2.6 Robot kiểu SCARA

NHÓM SVTH LỚP ĐH TĐH1 – K529

Robot SCARA ra đời vào năm 1979 tại trường đại học Yamanashi ( Nhật Bản)là một kiểu robot mới nhằm đáp ứng sự đa dạng của các quá trình sản xuất Tên gọi SCARA là viết tắt của “Seiective Compliant Articulated Robot Arm” tay máy mềm dẻo tùy ý Ba khớp đầu tiên của kiểu Robot này có cấu hình R.R.T, các trục khớp đều theo phương thẳng đứng.Sơ đồ của robot SCARA như ( hình 2.6)

2.1.3 Xây dựng hệ thống toạ độ cho robot công nghiệp

Robot công nghiệp được định nghĩa là một cơ cấu máy có thể lập trình được, có khả năng làm việc một cách tự động không cần sự trợ giúp của con người.Và giữa các tay máy có thể hợp tác được với nhau

Ngày nay, Robot được sử dụng rộng rãi và phát triển trong các ngành kỹ thuật Dưới sự điều khiển của máy tính cho phép Robot có thể có nhiều ứng dụng hơn nữa

Hệ tọa độ của robot (Coordinate Frames)

Mỗi robot thường bao gồm nhiều khâu (Links) liên kết với nhau qua các khớp (joints), tạo thành một xích động học xuất phát từ một khâu cơ bản (base) đứng yên Hệ tọa độ gắn với khâu cơ bản gọi là hệ tọa độ cơ bản (hay hệ tọa độ chuẩn) Các hệ tọa độ trung gian khác gắn với khâu động gọi là hệ tọa độ suy rộng Trong từng thời điểm hoạt động, các tọa độ suy rộng xác định cấu hình của robot bằng các chuyển dịch dài hoặc các chuyển dịch góc của các khớp tịnh tiến hoặc khớp quay Các tọa độ suy rộng còn được gọi là biến khớp

Hình 2.7 Các tọa độ suy rộng của robotCác hệ tọa độ gắn trên các khâu của robot phải tuân theo quy tắc bàn tay phải: Dùng tay phải, nắm hai ngón tay út và áp út vào lòng bàn tay, xòe 3 ngón; cái, trỏ và giữa theo 3 phương vuông góc, nếu chọn ngón cái là phương và chiều của trục z, thì ngón trỏ chỉ phương, chiều của trục x và ngón giữa sẽ biểu thị phương, chiều của trục y

Hình 2.8 Quy tắc bàn tay phải

2.2 Tổng quan về PLC

2.2.1 Giới thiệu về PLC

PLC là viết tắt của Programmable Logic Control có nghĩa là bộ điều khiển logic khả trình Được hình thành từ nhóm các kỹ sư General Motor năm 1968 với ý tưởng ban đầu là thiết kế bộ điều khiển thỏa mãn các yêu cầu sau :

 Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu

 Dễ dàng sửa chữa thay thế

 Ổn định trong môi trường công nghiệp

 Giá cả cạnh tranh

Thiết bị điều khiển logic khả trình là thiết bị cho phép điều khiển linh hoạt các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình, thay cho việc thể hiện thuật toán đó bằng mạch số

NHÓM SVTH LỚP ĐH TĐH1 – K531

Như vậy với chương trình điều khiển của mình thì PLC đã trở thành bộ điều khiển nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán và đặc biệt là dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh ( với PLC khác hoặc với máy tính ) Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu trong bộ nhớ của PLC dưới dạng các khối chương trình ( khối OB , FC hoặc FB ) và thực hiện lặp theo chu kỳ vòng quét.

Hình 2.9 : Tổng quát khối PLC

Để có thể thực hiện được một chương trình điều khiển thì PLC phải có tình năng như một máy tính, nghĩa là phải có một bộ vi xử lý ( CPU ), một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển, dữ liệu và các cổng vào ra để giao tiếp với đối tượng điều khiển và trao đổi thông tin với môi trường xung quanh Bên cạnh đó để phục vụ bài toán điều khiển số PLC cần có thêm các khối chức năng đặc biệt khác như bộ đếm Counter, bộ thời gian Timer … và những khối hàm chuyên dụng

NHÓM SVTH LỚP ĐH TĐH1 – K533

Ta có sơ đồ khối như sau :

Hình 2.10 : Sơ đồ khối của PLC

Một hệ thống điều khiển PLC có cấu trúc như sau :

Hình 2.11 : Hệ thống điều khiển dùng PLC

2.2.2 Phân loại

PLC được phân loại theo 3 cách :

 Hãng sản xuất: gồm các nhãn hiệu như SIEMEN, OMRON, MITSUBISHI …

 Version: PLC SIEMEN có các họ PLC : S7-200 , S7-300 , S7-400 , LOGO …

 Dùng trong những chương trình phức tạp đòi hỏi độ chính xác cao.

 Có giao diện thân thiện

 Tốc độ xử lý cao

 Có thể lưu trữ với dung lượng lớn

b Vi Xử Lý :

 Dùng trong những chương trình độ phức tạp không cao(vì chỉ xử lý 8 bit)

 Giao diện không thân thiện với người sử dụng

 Tốc độ tính toán không cao

 Không lưu trữ hoặc lưu trữ với dung lượng ít

c PLC

 Độ phức tạp và tốc độ xử lý không cao

 Giao diện không thân thiện với sử dụng

 Không lưu trữ hoặc lưu trữ với dung lượng ít

 Môi trường làm việc khắc nghiệt

2.2.4 Các lĩnh vực ứng dụng của PLC

PLC được ứng dụng khá rộng rãi trong các ngành: công nghiệp, máy nông nghiệp, thiết bị y tế, ô tô ( xe hơi, cần cẩu ) …

2.2.5 Các ưu điểm khi sử dụng hệ thống điều khiển với PLC

 Không cần đấu dây cho sơ đồ điều khiển logic như kiểu dùng Rơle

 Có độ mềm dẻo sử dụng rất cao, khi chỉ cần thay đổi chương trình ( phần mềm) điều khiển

 Chiếm vị trí không gian nhỏ trong hệ thống

 Nhiều chức năng điều khiển

 Tốc độ cao

 Công suất tiêu thụ nhỏ.

 Không cần quan tâm nhiều đến vấn đề lắp đặt

 Có khả năng mở rộng số lượng đầu vào/ra khi nối thêm các khối vào/ra chức năng

 Tạo khả năng mở ra các lĩnh vực ứng dụng mới

 Giá thành không cao

Nhờ những ưu điểm đó nên ngày nay PLC được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động , cho phép nâng cao chất lượng sản xuất, năng suất và sự đồng nhất sản phẩm, tăng hiệu suất và giảm năng lượng tiêu tốn, tăng mức an toàn, tiện nghi và thoải mái trong lao động Đồng thời nâng cao tính thị trường của sản phẩm

2.2.6 Giới thiệu các ngôn ngữ lập trình

Yêu cầu về ngôn ngữ lập trình của PLC : dễ hiểu , dễ sử dụng trong lập

trình điều khiển.

Do đó cần có ngôn ngữ lập trình bậc cao nhưng tiện ích hơn những ngôn ngữ bậc cao thông thường ( hợp ngữ hay C/C++ … )

Hai loại ngôn ngữ thông dụng nhất của PLC :

- Liệt kê các lệnh STL ( Statement List )

- Kiểu bậc thang LAD ( Lader Diagram )

Trong đó, STL và LAD dễ dàng chuyển sang nhau

Tập lệnh : PLC có riêng tập lệnh phục vụ cho yêu cầu lập trình điều khiển.Tập lệnh có thể chia làm :

- Các lệnh Logic

- Các lệnh tác vụ cơ bản : SET, RESET …

- Các lệnh làm việc với các khối chức năng : Bộ định thời, bộ đếm …

PLC của các hãng khác nhau thì từ khóa các lệnh có thể khác nhau nhưng tương tự nhau về hoạt động

NHÓM SVTH LỚP ĐH TĐH1 – K537

2.2.7 Cơ chế hoạt động

Khi chương trình vừa lập được chuyển vào PLC ( Dowload ) thì chương trình được lưu giữ trong vùng nhớ riêng ( Bộ nhớ chương trình ) trong CPU và CPU có thanh ghi đếm lệnh : Chứa địa chỉ lệnh sắp thực hiện

Khi CPU đặt sang chế độ RUN :

 Bộ đếm lệnh chỉ đếm lệnh đầu tiên

 Bộ xử lý giải mã và thi hành lệnh

 Trạng thái cổng vào được ghi vào bộ đệm cổng vào ( thuộc RAM )

 CPU sẽ quét bộ nhớ RAM và ghi trạng thái cổng vào bộ nhớ tạm

 Bộ đếm lệnh sẽ tự động tăng lên 1 để chỉ lệnh kế tiếp

 Hoạt động này sẽ tiếp tục theo thứ tự trên cho đến khi kết thúc ( gặp lệnh END)

 Bộ đếm chương trình ( đếm lệnh ) trở về giá trị 0 , chương trình được thực hiện lại từ đầu ( thành chu kì )

PLC thực hiện chương trình theo một chu trình vòng quét.Vòng lặp này kết thúc thì tiếp đến vòng lặp khác.Thời gian thực hiện chương trình phụ thuộc vào

độ lớn của chương trình điều khiển

2.2.8 Phương pháp xử lý tín hiệu

2.2.8.1 Phương pháp cập nhật liên tục

 Đọc trạng thái các cổng vào sẽ được xử lí

 Cổng ra chỉ được kích sau khi đã kiểm tra logic

 Trạng thái ngõ ra được chốt và được duy trì cho đến lần cập nhật kế tiếp

2.2.8.2 Phương pháp xử lý một khối

Khi số lượng cổng vào/ra lớn thì CPU kiểm tra riêng biệt từng cổng vào rồi

xử lý tất cả các lệnh có liên quan đến cổng vào đó Vậy thời gian một vòng quét

sẽ tăng khi số ngõ vào tăng

2.3 Giới thiệu chung về họ PLC S7-200

 Bus nối tích hợp trong Module ở mặt sau

 Có thể nối mạng với cổng giao tiếp RS 485 hay Profibus hoặc MPI Card nối thẳng

 Máy tính trung tâm có thể truy cập đến các Module

 Không quy định rãnh cắm

 Phần mềm điều khiển riêng

 Tích hợp CPU, I/O nguồn cung cấp vào một Module

 Micro PLC với nhiều chức năng tích hợp

2.3.2 Các module mở rộng của PLC S7-200

PLC S7-200 có cấu trúc cơ bản như sau :

NHÓM SVTH LỚP ĐH TĐH1 – K539

Hình 2.13: Cấu trúc cơ bản của PLC CPU 214

PLC S7-200 tích hợp sẵn CPU, I/O nguồn cung cấp vào một Module Có nhiều loại CPU 212, 214, 221, 222, 224, 224XP, 226 … những CPU này chỉ khác nhau về dung lượng bộ nhớ chương trình, bộ nhớ giữ liệu, số lượng các ngõ vào và ngõ ra, số lượng module ghép nối

* Các Module mở rộng External Module:

 Module ngõ vào Digital : 24VDC, 120/230V AC

 Module ngõ ra Digital : 24VDC, ngắt điện từ

 Module ngõ vào Analog : Áp dòng, điện trở, cặp nhiệt

 Module ngõ ra Analog : Áp, dòng

* Module liên lạc , xử lý Communication Processor:

* Phụ kiện có Bus nối dữ liệu Bus Connector

* Các đèn báo trên CPU : cho phép thông báo các trạng thái hiện hành của PLC

SF ( đèn đỏ ) : khi sáng sẽ thông bào hệ thống PLC đang bị hỏng

Run ( đèn xanh ) : khi sáng sẽ thông báo PLC đang làm việc và chương trình đã được nạp vào máy