TRUONG DAI HOC SU PHAM HA NOI 2 KHOA VAT LY
NGUYEN THI KIM
THIET KE MO HiNH DAY CHUYEN LAP RAP
CONG NGHIEP TU DONG Chuyên ngành: Sư phạm kĩ thuật
KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Hướng dẫn khoa học TIEN SI: NGUYEN THE LAM
Trang 2LOI CAM ON
Để hoàn thành khóa luận, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tiến sĩ
Nguyễn Thế Lâm người đã tận tình hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực
hiện và tạo mọi điều kiện cho tơi hồn thiện khóa luận này!
Đồng thời, tôi cũng xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, các thầy cô
Khoa Vật Lý Trường Đại học sư phạm Hà Nội 2 đã quan tâm giúp đỡ tạo điều
kiện đề khóa luận hoàn thiện đúng thời hạn
Tôi cũng không quên gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, những người đã quan tâm, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện dé tai!
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 5 năm 2013
Sinh viên
Trang 3LOI CAM DOAN
Tôi khẳng định rằng đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, do
chính tôi đã nghiên cứu và hoàn thành trên cơ sở những kiến thức đã học và tài liệu tham khảo Nó không trùng với kết quả của bắt cứ nghiên cứu nào
Hà Nội, tháng 5 nam 2013 Sinh viên
Trang 4DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Sơ đồ chân của 8051 -¿.c-c- 2222 rưêu 10 Hình 2.2: Sơ đồ chương trình .19 Hình 2.3: Hệ thống bus 21
Hình 2.4: Sơ đồ vòng quét -¿- 2 2+ ©k+SEE+EE9212212211211171211 112221 e6 23 Hình 2.5: Sơ đồ nối với PLC -cc++22+++ettttEErkkrrrttrtrrrrrrrrree 25 Hình 3.1: Bản vẽ mô hình dây chuyễn 2-2-2 2+ +E+E+EE+EEerxrrerreee 26
Hình 3 2: Hình chiếu bằng khối băng tải -22-©52©5<cxczsccxeee 26
Himh 3.3: Tay Quay 27
Hinh 3.4:Kh6i mach nguén c.cccsscsssessesssesseessesssessesssessesssessesssessessessseeseeesees 28 Hinh 3.5:Mach Reset 29 Hình 3.6 : Mạch tạo dao động - - c5 S31 S1 x1 xxx re 29
Hình 3.7: Mạch điều khiển nam chân điện . -2-2- +52 cs+E+EeEezezezevzsz 30 Hình 3 8: Mạch điều khiển động cơ sử dụng Role - -«-<<<<+ 30 Hình 3.9: Mạch điều khiển động cơ sử dụng mạch cầu H -cccccc+ 32
Trang 5MUC LUC Nội dung Trang MO DAU 1 Li do chọn đề tài al 2 Mục đích nghiên cứu ]
3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 22¿©+2+x+2+£+EE+EEtzEEerkesrerrkecree 2
4 Nhiệm vụ nghiên CỨU - << 1k1 91 91 11 1 H1 HH nh nghiệt 2
5 Giả thuyết khoa hỌc 2-2 2++2+SE+EE+EE2EE2EE2E2E121715112721211 2122151 -eE 2
6 Phương pháp nghiÊn CỨU - 6 + 1E 1191 11 31 1 11 tt ng ghrưy 2
CHUONG 1: TONG QUAN VE ROBOT CÔNG NGHIỆP 3
1.1 Robot công nghiệp trên thé QiGi cceecccccccsesseessesseessesssecsesssessesssesseesseesesses 3 1.2 Robot công nghiệp ở Việt Nam . (+ S223 2+ 1211911 2xx rsrrseree 6
CHUONG 2: HQ VI DIEU KHIEN 8051 ©2-552+S2+Eczzrxezxeree 9
2.1 Giới thiệu về họ vi điều khiển 8051 -2 2-©52©c+ccxcszecrxesree 9
DAL TOng QUate.c.ccecccccccessesssssssessessssssssusssssesssssessessessessessessessessessesseess 9
2.1.2 Cấu trúc vi điều khiến 8051, chức năng từng chân 10
2.1.3 Các kiểu lệnh 2-©22+222++22x222Et2EESEESrkxsrrrerrrrrrrrerrrcs 11
2.1.4 Hoạt động của Port nối tiép sesccecccsseessessessessessseessessesssecsessseese 14
2.1.5 Hoạt động Timer của 805 Ì .- 555 S5 + se c+ssessereerse 15
2.1.6 Hoạt động Interrup của 805 Ï - <5 Sex sesserserse 16 2.1.7 Giao tiếp với máy tính - 5 +<+2+++xkt2kcSEkeEkvrxerkerkerree 17 2.1.8 Ngôn ngữ hợp ngỮ - HH TH ng key 19
2.2 Giới thiệu về PLC ¿-22+©22++2+++2x+t2EEtEEECEEErEEEverkrerrrrsrrrerrrerrree 19
2.2.1 Cơ sở lí thuyết của điều khiển bằng PLC -5 19
2.2.2 Phần cứng :-©2c22k2112212211211121101111211 1111121 re 20
CHƯƠNG 3: THIẾT KÉ MƠ HÌNH DÂY CHUYÈN TỰ DONG
TRONG CÔNG NGHIỆP 22-2 2S 2E EEEEE3221211211 2112112111111 cxe 26
Trang 63.1.1 KhOi bang ChUyOn ceecceccessesssesssessesssesseessecsesssesssessessesssesseessesseeeseeses 26 EU tan ae 27 3.2 Mạch điện 28 3.2.1 Khối mạch nguồn 3.2.2 Khối Reset 29
3.2.3 Khối tạo dao dOg c ceecceccessesssesssessessssssesssecsesssessucsuessesssessecssssseessecses 29 3.2.4 Khối mạch diéu khién nam châm điện - : ¿ +55 30
3.2.5 Khối mạch điều khiển động cơ sử dụng Role 2 2©cscs¿ 30
3.2.6 Khối mạch điều khiển động cơ sử dụng mạch cầu H - 31
3.2.7 Mach dién téng thé oo eccecccccessecscsseseessessecsessessessesusssssecsesseesseseeeseees 32
3.3 Lap 33
Trang 7MO DAU
1 Lido chon dé tai
Ngày nay, việc sử dụng các đây chuyền, hệ thống để chế tạo sản phẩm không còn là điều mới mẻ đối với các quốc gia trên thế giới Đối với các nước có nền công nghiệp phát triển thì các hệ thống gia công này được đầu tư thiết
kế, trang bị đầy đủ và vô cùng hiện đại, có các kết cấu cơ khí rất chính xác,
các robot trong dây chuyền hết sức linh hoạt Và đặc biệt công việc điều khiển
dây chuyền rất đơn giản, dé dàng, thuận tiện cho người sử dụng và có thể dễ dàng thay đối chương trình điều khiển hoạt động của dây chuyền để chế tạo các chỉ tiết máy, các sản phẩm khác nhau theo yêu cầu thực tế của thị trường Quy trình hoạt động của hệ thống là một chu trình liên tục, khép kín, từ nguyên công cấp phôi cho đến nguyên công đóng gói sản phẩm đưa vào kho
dự trữ hay đưa ra thị trường đều được tự động hóa
Việt Nam là một quốc gia có nền công nghiệp đang phát triển, đang cố gắng học hỏi, tiếp cận, kế thừa các công nghệ cao của thế giới Do điều kiện kinh tế, cơ cở vậy chất, trình độ con người còn thấp nên các dây chuyền sản
xuất tự động công nghệ cao chưa được sử dụng rộng rãi Vì vậy chúng còn
tương đối mới mẻ, xa lạ với học sinh, sinh viên cũng như các trung tâm gia công, các công ty chế tạo
Do vậy việc nghiên cứu, thiết kế mô hình dây chuyền lắp ráp công nghiệp tự động là cấp thiết
Trong phạm vi đề tài này, tôi sẽ giới thiệu, thiết kế mô hình dây chuyền
lắp ráp công nghiệp tự động
2 Mục đích nghiên cứu
Trang 83 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu chế tạo mô hình dây chuyền lắp ráp trong công nghiệp bằng những vật liệu đơn giản
4 Nhiệm vụ nghiên cứu
Để thực hiện đề tài này cần thực hiện các nhiệm vụ sau:
- Nghiên cứu mô phỏng và thiết kế, chế tạo phần cơ khí, tay robot của dây chuyền
- Nghiên cứu mô phỏng, chế tạo mạch điện tử: Mạch vi điều khiến dùng
8051
- Lập chương trình hoạt động cho dây chuyền sử dụng ngôn ngữ ASM
5 Giá thuyết khoa học
Nếu mô hình được triển khai và áp dụng rộng rãi sẽ góp phần hiện đại hóa nền công nghiệp
6 Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lí thuyết: Đọc và nghiên cứu các tài liệu
Trang 9CHUONG 1: TONG QUAN VE ROBOT CONG NGHIEP
1.1 Robot công nghiệp trên thế giới
Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec “Robota” có nghĩa là công
việc tạp dịch trong vở kịch Sossum”s Universal Robots của Karel Capek, vào
năm 1921 Trong vở kịch này, Sossum và con trai của ông đã chế tạo ra
những chiếc máy gần giống với con người để phục vụ con người Đó là một
gợi ý ban đầu cho các nhà sáng chế kĩ thuật về những cơ cấu, máy móc bắt
chước các hoạt động cơ bắp của con người
Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AME (American Machine and Foundry Company) quảng cáo một loại máy tự động vạn năng và gọi là ”Người máy công nghiệp” (Industrial Robot) Ngày nay người ta đặt tên người máy công
nghiệp hay robot công nghiệp cho những loại thiết bị được điều khiển tự động
để thực hiện một số thao tác sản xuất Về mặt kĩ thuật, những robot công
nghiệp ngày nay có nguồn gốc từ hai lĩnh vực kĩ thuật ra đời sớm hơn đó là các cơ cấu điều khién từ xa (Teleoperators) và các máy công cụ điều khiến số (NC - Numerically Controlled machine tool).Những robot đầu tiên thực chất
là sự nối kết giữa các khâu cơ khí của cơ cấu điều khiến từ xa với khả năng
lập trình của máy công cụ điều khiến số Một trong những robot công nghiệp đầu tiên được chế tạo là robot Versatran của công ty AMF, Mỹ Cũng vào khoảng thời gian này ở Mỹ xuất hiện loại robot Unimate - 1900 được dùng đầu tiên trong kỹ nghệ ôtô Tiếp theo Mỹ, các nước khác bắt đầu sản xuất robot công nghiệp: Anh - 1967, Thụy Điển và Nhật - 1968 theo bản quyền của
Mỹ, CHLB Đức - 1971, Ý - 1973
Tính năng làm việc của robot ngày càng được nâng cao, nhất là khả
năng nhận biết và xử lí Năm 1967, tại trường Đại học tổng hợp Stanford
(Mỹ) đã chế tạo ra loại robot hoạt động theo mô hình “mắt - tay”, có khả năng
Trang 101974, Công ty Mỹ Cincinnati đưa ra loại robot được điều khiển bằng máy vi
tính, có thé nâng được vật có khối lượng đến 40 kg
Theo dự báo thì trong vòng 20 năm tới mỗi người sẽ có nhu cầu sử
dụng một robot cá nhân như cần một máy tính PC hiện nay và robot sẽ là tâm điểm của một cuộc cách mạng công nghệ lớn sau Internet
Hơn nửa thế kỷ qua, robot đã có những bước phát triển và tiến hóa
mạnh mẽ Robot đầu tiên được ứng dụng trong công nghiệp vào những năm
60 dé thay thế con người làm những công việc nặng nhọc, nguy hiểm trong môi trường độc hại Do nhu cầu cần ăn nhập ngày càng nhiều với quá trình sản xuất phức tạp nên robot công nghiệp cần có những khả năng thích ứng linh hoạt và thông minh hơn Ngày nay, ngoài ứng dụng trong chế tạo máy thì
các ứng dụng robot trong y tế, chăm sóc sức khỏe, nông nghiệp, đóng tàu, xây
dựng, an ninh quốc phòng và gia đình đang có nhu cầu gia tăng là động lực
cho các robot địa hình và robot dịch vụ phát triển
Có thể kể đến một số loại robot được quan tâm nhiều thời gian qua là: Tay máy robot (robot Manipulators), robot di động (Mobile robots), robot phỏng sinh học (Bio Inspired robots) va robot ca nhan (Personal robots) Tay
máy là loại robot có nhiều khớp nối tiếp, mỗi khớp có thể chuyên động tịnh
tiến hoặc quay thường do một động cơ servo điều khiển, đầu tay máy có bàn kẹp hay tay nắm với nhiều bậc tự do phù hợp với các ứng dụng như sơn, hàn, gắp phôi Do sự phát triển của công nghệ và nhu cầu thực tế, các tay máy
ngày nay có nhiều ứng dụng mới như hỗ trợ mồ, hỗ trợ người tàn tật Robot di
động được nghiên cứu nhiều như Xe tự hành trên mặt đất AGV (Autonomous
Guided Vehicles), robot tu hành dưới nước AUV (Autonomous Underwater Vehicles), may bay khéng nguoi 141i UAV (Unmanned Arial Vehicles) Voi
robot phỏng sinh học các nghiên cwu thoi gian qua tap trung vao 2 loai chinh
la robot di (Walking robots) va robot dang nguwoi (Humanoid robots) Bén
Trang 11chuyên động phỏng theo sinh vật biển cũng được nhiều nhóm nghiên cứu phat triển Hiện nay các ứng dụng của robot đang có xu thế chuyên sang các ứng dụng thường nhật như robot gia đình (Home robofs) và robot cá nhân (Personal robot) Mặc dù về cấu trúc các loại robot có khác nhau nhưng các nghiên cứu hiện nay đều hướng về các ứng dụng địch vụ và hoat động của robot trong các môi trường tự nhiên
Theo ước tính chưa đầy đủ của Liên đoàn robot quốc tế (IRF), năm 2004 trên thế giới có khoảng 770 000 robot đang được sử dụng trong sản xuất công nghiệp Trong đó, Nhật Bản sử dụng nhiều nhất với 350 000 robot
(chiếm 45.5 %), EU khoảng 233 000 (chiếm 30.3%), Bắc Mỹ khoảng 104 000 (chiếm 13.5%), còn lại các nước khác
Theo Hiệp hội robot quốc tế VER, sở dĩ robot được nhiều nhà máy đưa vào sản xuất để hạ giá thành sản phẩm, tăng thu nhập cho người lao động, nâng cao chất lượng sản phẩm và tự động hóa dây chuyền sản xuất là đo hiệu
xuất làm việc và tính ốn định lớn: tính linh hoạt trong vận hành; hoạt động
tinh vi, nhanh và chuẩn xác; nhất là khả năng thay thế con người làm việc trong các môi trường độc hại và khơng an tồn
Vì thế trong những năm gần đây, mật độ robot phục vụ trong các ngành công nghiệp trên thế giới tương đối cao.Năm 2006, số robot công nghiệp sử
dụng trong các lĩnh vực chỉ khoảng 950 000 đơn vị.Đến năm 2009, số robot
nay đã đạt khoảng I 031 000 đơn vị Trong đó, robot phục vụ trong các ngành
công nghiệp tập trung nhiều nhất là Nhật Bản với số lượng lên tới 339 §00
đơn vị.Đứng thứ 2 là ở Mỹ với số lượng khoảng 172 800 đơn vị Đứng thứ 3
là Đức với số lượng khoảng 145 800 đơn vị và sau đó là các nước Hàn Quốc,
Trung Quốc, Ý, các quốc gia Đông Nam Á và các nước khác
Trên thế giới, robot được sử dụng nhiều nhất trong các ngành chế tạo Ơtơ,
Trang 12Khi quá trình toàn cầu hóa đang tăng tốc, ngành robot ngày càng có vai trò sống còn để đảm bảo cho ngành công nghiệp và các nhiệm vụ sản xuất,
robot là yếu t6 then chốt, đem tới cho các nhà sản xuất cơ hội tiếp tục sản xuất Hiện nay và hơn bao giờ hết, nhu cầu duy trì cạnh tranh là động lực
quyết định đầu tư cho ngành robot 1.2 Robot công nghiệp ở Việt Nam
Chế tạo robot công nghiệp là ngành thuộc lĩnh vực công nghệ cao.Ở nước ta, lĩnh vực này còn khá mới mẻ và phần lớn mới dừng ở mức thử nghiệm
Robot là thành phần chủ chốt trong tự động hóa công nghiệp đo tính
linh hoạt trong vận hành, hoạt động tinh vi, nhanh và chuẩn xác, có khả năng
thay thế con người làm việc trong môi trường độc hại và không an toàn Đối với Việt Nam, mặc dù có ưu thế nhân công rẻ nhưng việc sử dụng robot công
nghiệp vào trong sản xuất là thực sự cần thiết bởi nó sẽ làm thay đổi cục điện
tại các nhà máy và bắt kịp được với sự phát triển chung của thế giới Robot công nghiệp có thể thay thế công nhân hiệu quả hơn, giảm chỉ phí sản xuất, tạo ra sản phẩm chất lượng cao và ốn định, hiện đại hóa công nghệ sản xuất, tạo cho sản phâm sức cạnh tranh
Trong khoảng 25 năm qua, nước ta đã có những hoạt động nghiên cứu bước đầu và đã có những bước tiến đáng kể về robot Trong đó có những đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ cấp nhà nước thuộc các lĩnh
vực tự động hóa, cơ khí chế tạo do các tổ chức khoa học và cơng nghệ trên
tồn quốc thực hiện như Đại học bách khoa Hà Nội, Đại học Bách khoa TP
Hồ Chí Minh, Viện nghiên cứu điện tử,Tin học, Tự động hóa (Bộ công thương), Viện khoa học và Công nghệ quân sự, Viện cơ học và Viện Công
nghệ thông tin (Viện KH và CN Việt Nam)
Các nghiên cứu về robot ở nước ta liên quan nhiều đến vấn đề động
Trang 13hành, điều khiển và phát triển trí thông minh.Cùng với các kết quả về thực
nghiệm, nhiều công trình nghiên cứu khoa học về robot đã được công bố trên
các tạp chí khoa học kĩ thuật trong và ngoài nước
Ở Việt Nam, về mặt lí thuyết, chúng ta cũng hoàn toàn có thể phát triển
được các loại robot thông minh, nhưng do cơ sở hạ tầng kĩ thuật còn hạn chế,
ngành công nghiệp hỗ trợ cho công nghiệp robot chưa phát triển, các thiết bị kiểm tra, kiểm định chất lượng robot chưa có hoặc có chưa đầy đủ và quy mô
thị trường còn hạn hẹp, nên không đủ điều kiện để phát triển các loại robot
dạng này Vì vậy, xu hướng hiện nay vẫn dừng lại ở việc phát triển các loại robot công nghiệp
Tại Việt Nam, những năm qua, robot đã được sử dụng trong các ngành sản xuất vật liệu xây dựng, luyện kim, chế tạo cơ khí, công nghiệp đóng tàu,
an ninh quốc phòng và một vài lĩnh vực khác như thăm dò khai thác trên biển
Trong sản xuất vật liệu xây dựng, robot được sử dụng cho dây chuyền nghiền than tại công ty Gốm xây dựng Hạ Long Tại các lò luyện cốc, công đoạn cấp
than là một điển hình về môi trường độc hại, khói bụi và nhiệt độ cao, ảnh
hưởng lớn đến sức khỏe con người Các nhà khoa học đã nghiên cứu thử nghiệm phương án sử dụng robot cho khâu cấp than từ phía đỉnh lò và đề xuất phương án sử dụng robot ở một số khâu khác cho công ty Gang thép Thái Nguyên
Robot bốc xếp thay thế công nhân ở công đoạn lấy và sắp xếp sản phẩm trong dây chuyền sản xuất kính cũng là một nhu cầu lớn Trong công
đoạn đúc kim loại ở các nhà máy cơ khí và luyện kim, có thé sir dụng robot ở
các khâu rót kim loại và tháo đỡ khuôn- những khâu nặng nhọc, dễ gây tai
nạn
Hàn và cắt kim loại là công nghệ chiếm tỷ trọng lớn trong ngành công
nghiệp đóng tàu, có ý nghĩa quyết định đến năng suất và chất lượng sản phẩm
Trang 14số công đoạn hàn vỏ tàu ở phần đuôi, các robot tự hành có khả năng nhận
dạng vết hàn phục vụ cho việc tự động hóa một 86 công đoạn hàn trén boong
và bên trong thân tàu thủy Trong công đoạn sản xuất nhựa nói chung và sản xuất phôi cho chai nhựa nói riêng, các tay máy được sử dụng đề lấy sản phẩm đang ở nhiệt độ cao từ trong khn ra ngồi, rút ngắn chu kì ép của máy ép
Trang 15CHUONG 2: HQ VI DIEU KHIỂN 8051
2.1 Giới thiệu về họ vi điều khiến 8051 2.1.1.Tổng quát
Mạch vi điều khiển đóng vai trò là phần trung tâm của robot Vi điều
khiến có thể ví như là bộ não của một cơ thê người, điều khiển mọi hoạt động
của robot 8051 là loại vi điều khiển được sử dụng nhiều nhất từ trước đến
nay
Vào năm 1976 Intel giới thiệu bọ vi điều khiển ( Microcontroller) 8748,
một chip tương tự như các bộ vi xử lí và là chip đầu tiên trong họ vi điều
khiển MCS - 48 8748 là một vi mạch chứa trên 17 000 transistor bao gồm
một CPU, IKbyte EPROM, 64 byte RAM, 27 chân xuất nhập và một bộ định
thoi 8 bit
Độ phức tạp, kích thước và khả năng của các bộ vi điều khiển được tăng thêm một bậc quan trọng vào năm 1980 khi Intel công bố chip 8051, bộ
vi điều khiển đầu tiên của họ vi điều khiển MCS - 51, chứa trên 60 000
transistor, có các đặc trưng được tóm tắt như sau:
- 4K byte ROM - 128 byte RAM
- 4 port xuat nhap (I/ O port) 8 bit
- 2 bd dinh thoi 16 bit
- Mạch giao tiếp nối tiếp
- Không gian nhớ chương trình (mã) ngoài 64K
- Không gian nhớ dữ liệu ngoài 64K
- Bộ xử lí bit (thao tác trên các bit riêng rẽ)
- 210 vị trí nhớ được định địa chỉ, mỗi vị trí I bit
Trang 162.1.2 Cấu trúc vi diéu khién 8051, chức năng từng chân U4 a+ P10 vec F22 o—=4 py 4 Po.o šŠš—n 3 38 oar P1.2 P0.1 372 — E—-| P1.3 P0.2 Fe ¬—Er| P1.4 P0.3 F§g—H —— Bess] PLS P0.4 F34 H—g] P1.6 P0.5 F§a—H —— H—g'| E17 P0.8 [F35 O97] RESET PO? ag —— faa TXD BE Ea ALE/P lo To AI89G5' psẽN bốn O44 INT1 P27 [271 _—— D—g-| T0 P2.8 F2g 0 SG 16 P25 [2= H 25_n —— E17] WR P24 Sa otZ pp P2321 _— "—o-] X2 19 P2:2 55 Ae | eee os XI P2.1 21 o—— vss P2.0 ->——O
Hình 2.1: Sơ đồ chân của 8051
32 trong số 40 chân của 8051 có công dụng xuất/ nhập, tuy nhiên 24/ 32 đường này có 2 mục đích (công dụng) 32 chân hình thanh 4 port 8-bit 8 đường cho mỗi port có thể được xử lý như một đơn vị giao tiếp với các thiết
bi song song như máy in, b6 biến đổi D-A, vv hoặc mỗi đường có thể hoạt
động độc lập giao tiếp với một thiết bị đơn bit nhu chuyén mach, LED, BJT,
EET, cuộn day, loa,vv
+ Các chân từ 1 đến 8 - Port 1, PI.0, PI.1, ,P1.7, chỉ có một công
dụng là xuất/ nhập Chúng không có chức năng nào khác ngoài việc được
dùng để giao tiếp với thiết bị ngoại vi
+ Chân 9 - RST: Chân RESET, là ngõ vào xóa chính (master reset) cua 8051 dùng để thiết lập trạng thái ban đầu cho hệ thống hay gọi tắt là reset hệ thống Khi ngõ vào này được treo ở logic 1 tối thiểu 2 chu kỳ máy, các thanh
ghi bên trong của 8051 được nạp các giá trị thích hợp cho việc khởi động lại
hệ thống
Trang 17+ Các chân từ 10 đến 17 -Port 3, có 2 công dụng Khi không hoạt động xuất/ nhập, các chân của port 3 có nhiều chức năng riêng liên quan đến các
đặc trưng cụ thê của 8051
+ Chân 18 và chân 19- chân XTALI và XTAL2: Mạch dao động bên
trong chip 8051 được ghép với thạch anh bên ngoài nhờ hai chân này
+ Các chân từ 21 đến 28 -Port 2 , có 2 công dụng, hoặc làm nhiệm vụ
xuất/ nhập hoặc là byte địa chỉ cao của bus địa chỉ 16 bit cho các thiết kế có
bộ nhớ chương trình ngoài hoặc các thiết kế có nhiều hơn 256 byte bộ nhớ đữ
liệu ngoài
+ Chân 29 - PSEN: Chân cho phép bộ nhớ chương trình, cho phép ta
truy xuất bộ nhớ chương trình ngoài
+ Chân 30 - ALE: Chân xuất tín hiệu cho phép chốt địa chỉ ALE
(address latch enable) dé giải đa hợp bus dữ liệu và bus địa chỉ
+ Chân 31- EA: Chân truy xuất ngoài, ngõ vào này có thé được nối với
5V (logic 1) hoặc với GND (logic 0) Nếu chân này nối lên 5V, 8051 thực thi
chương trình trong ROM nội (chương trình nhỏ hơn 4K).Nếu chân này nối với GND (và chân PSEN cũng ở logic 0), chương trình cần thực thi chứa ở bộ nhớ ngoài - ROM ngoại
+ Các chân từ 32 đến 39 -Port 0, có 2 công dụng Trong các thiết kế có tối thiểu thành phần, port 0 được sử dụng làm vụ xuất/ nhập.Trong các thiết kế lớn hơn có bộ nhớ ngoài, port 0 trở thành bus địa chỉ và bus đữ liệu đa hợp + Chân số 40 là VCC, có chức năng cấp điện áp nguồn cho chíp
Nguồn điện áp là+5V
+ Chân số 20 là GND, được nối với đất
2.1.3 Các kiểu lệnh (Instruction types)
2.1.3.1 Các lệnh số học (Arithmetic Intrustion) -_ ADD A, <src, byte>: Lệnh cộng
- SUBB A, <src, byte>: Lénh trv
Trang 18- INC <byte>: Tang don vi
- DEC <byte>: Giam don vi
- MULL AB: Lénh nhan - DIV AB: Lénh chia
2.1.3.2 Các hoạt động logic (Logic Operation)
Tất cả các lệnh logic sử dụng thanh ghi A như là một trong những toán
hạng thực thi một chu kỳ máy, ngoài A ra mắt 2 chu kỳ máy Những hoạt động logic có thể được thực hiện trong bất kỳ byte nao trong vị trí nhớ dữ liệu
nội mà không qua thanh ghi A
Các hoạt động logic được tóm tắt như sau:
- ANL <dest — byte><sre — byte >: Lénh and - ORL <dest — byte><src — byte>: Lénh or
- CLRA (A) <0
- RL A: Quay vòng thanh ghi A qua trái một bit RLA: Quay vòng thanh ghi A qua phai | bit
- SWAP A_ : Đối chỗ 4 bit thấp và 4 bit cao của A cho nhau
2.1.3.3 Các lệnh rẽ nhánh
Có nhiều lệnh đề điều khiển lên chương trình bao gồm việc gọi hoặc trả lại
từ chương trình con hoặc chia nhánh có điều kiện hoặc không có điều kiện
Sau đây là sự tóm tắt từng hoạt động của lệnh này:
JC rel : Nhảy đến “rel” nếu cờ Carry C = 1
JNC rel : Nhảy đến “rel” néu co Carry C = 0
JB bit, rel : Nhay dén “rel” néu (bit) = 1 JNB bít, rel : Nhảy đến “rel” nếu (bit) = 0
JBC_ bít, rel : Nhảy đến “rel” néu (bit) = 1va xóa bit
ACALL addr II : Lệnh gọi tuyệt đối trong page 2K
LCALL addrl6 : Lệnh gọi dài chương trình con trong 64 K
Trang 19AJMP Add 11 : Nhảy tuyệt đối không điều kiện trong 2 K
LIMP_ Add l6 : Nhảy dài không điều kiện trong 64 K như lệnh LCALL
SJMP_ rel : Nhảy ngắn không điều kiện trong (128 = 127) byte JMP @ A + DPTR: Nhảy không điều kiện đến địa chỉ (A) + (DPTR) JZ rel : Nhảy đến A=0 Thực hành lệnh kế nếu A # 0
JNZ rel : Nhảy đến A=0 Thực hành lệnh kế nếu A = 0
CJNEA,direct,rel : So sánh và nhảy dén A # direct
2.1.3.4 Các lệnh dich chuyển đĩữ liệu
Các lệnh dịch chuyên đữ liệu trong những vùng nhớ nội thực thi 1 hoặc 2 chu kỳ máy Mẫu lệnh MOV <destination>, <source> cho phép di chuyên dữ liệu bất kỳ 2 vùng nhớ nào của RAM nội hoặc các vùng nhớ của các thanh
ghi chức năng đặc biệt mà không thông qua thanh ghi A
Các lệnh dịch chuyên bộ nhớ nội và bộ nhớ ngoại dùng sự định vị gián tiếp Địa chỉ gián tiếp có thể dùng địa chỉ I byte (@ Ri) hoặc địa chí 2 byte (@ DPTR) Tất cả các lệnh dịch chuyên hoạt động trên toàn bộ nhớ ngoài
thực thi trong hai chu kỳ máy và dùng thanh ghi A làm toán hạng
DESTINATION
Hoạt động của từng lệnh được tóm tắt như sau:
- MOV A,Rn :(A)<(Rn)
- MOV A, direct : (A) < (direct)
- MOV A,@ Ri : (A)<((Ri))
- MOV A,# data : (A) <#data
- MOV DPTR,# data 16 : (DPTR)<# data 16
- MOV A,@ A+DPTR — :(A)<(A)+(DPTR)
- MOV @A+PC :(PC)<(PC) + 1
(A) <(A) +(PC)
- MOVX A,@ Ri :(A)<((R))) - MOVX @ DPTR,A : ((DPTR))< (A)
Trang 20- PUSH - POP - XCH - XCHD
direct : Cất dữ liệu vào Stack
direct : Lay tir Stack ra direct
A,Rn :Đối chỗ nội dung của A với Rn A,@Ri — : Đối chỗ 4 bit thấp của (A) với ((Ri))
2.1.3.5 Cac lénh lugn ly (Boolean Instruction)
8051 chứa một bộ xử lý luận ly đầy đủ cho các hoạt động bit don, day 1a một điểm mạnh của họ vi điều khiển MSC - 51 mà các họ vi sử lý khác không có Hoạt động của các lệnh luận lý được tóm tắt như sau: - CLRC - CLRBIT - SETC - SET BIT - CPLC - CPLBIT - ANL - ANL Carry - ORL - ORL - MOV - MOV
: Xóa cờ Carry xuống 0 Có ảnh hưởng cờ Carry
: Xóa bit xuống 0 Không ảnh hưởng cờ Carry : Set cờ Carry lên 1 Co anh hưởng cờ Carry
: Set bít lên 1 Không ảnh hưởng co Carry : Đảo bít cờ Carry Có ảnh hưởng cờ Carry : Đảo bịt Không ảnh hưởng cờ Carry
C,BIT : (C)<(C) AND (BTIT) Có ảnh hưởng cờ Carry C,/BIT : (C)<(C) AND NOT (BIT) Không ảnh hưởng cờ
C,BIT :(C)<(C) OR (BIT) Tác động cờ Carry
C/BIT : (C)<(C) OR NOT (BIT) Tác động co Carry C,BIT :(C)<(BTT), Cờ Carry bị tác động
BIT,C :(BIT)<(C), Cờ Carry không bị tác động
2.1.4 Hoạt động của Port nối tiếp 8051
2.1.4.1 Giới thiệu
Port nối tiếp của 8051 có thể hoạt động trong các mode riêng biệt trên
phạm vi cho phép của tần số Chức năng chủ yếu của Port nối tiếp là thực
hiện sự chuyển đối song song thành nối tiếp cho đữ liệu ra và sự chuyên đối nối tiếp thành song song cho dữ liệu vào
Trang 21Phần cứng truy xuất với Port nối tiếp qua các chân TXD (P3.1) và RXD
(P3.0)
Port nối tiếp tham dự hoạt động đầy đủ (sự phát và thu cùng lúc), và
thu vào bộ đệm mà nó cho phép I ký tự nhận vào và nó được cất ở bộ đệm trong khi ký tự thứ 2 được nhận vào Nếu CPU đọc ký tự thứ nhất trước khi ký tự thứ hai được nhận vào hoàn toàn thì dữ liệu không bị mat
2.1.4.2 Sự khởi động, truy xuất các thanh ghi Port noi tiếp
Sự cho phép bộ thu (Recive Enable): Bit cho phép thu REN (REN =1
sé cho thu ki tw) trong thanh ghi SCON - mot trong hai thanh ghi chức năng đặc biệt cung cấp cho phần mềm truy xuất đến Port nối tiếp, phải được set bởi phần mềm đề cho phép sự thu các ký tự Điều này thường được làm ở đầu
chương trình khi các Port nối tiếp và các Timer được khởi động Ta có thé
khởi động bằng lệnh: SETB REN hoặc MOV CON,# XXXIXXXXB
Cờ ngắt: Cờ ngắt thu RI và phát TI trong thanh ghi SCON vận hành
một Role quan trọng trong sự truyền nối tiếp 8051 Cả 2 bit đều được set bởi phần cứng nhưng phải xóa bởi phần mềm
2.1.5 Hoạt động Timer của 8051
2.1.5.1 Giới thiệu
Bộ định thời Timer là một chuỗi các Flip Flop được chia làm 2, nó nhận
tín hiệu vào là một nguồn xung clock
Các Timer được ứng dụng thực tế cho các hoạt động định hướng 8051 có
2 bộ Timer 16 bit, mỗi Timer có 4 mode hoạt động Các Timer dùng đếm giờ,
đếm các sự kiện cần thiết và sự sinh ra tốc độ của Baud bởi sự gắn liền Port
nối tiếp
Trong các ứng dụng định thời, 1 Timer được lập trình để tràn ở một
khoảng thời gian đều đặn và được set cờ tràn Timer Cờ được dùng để đồng
bộ chương trình để thực hiện một hoạt động như việc đưa tới một tầng các ngõ vào hoặc gửi đữ liệu đến ngõ ra Các ứng dụng khác có sử dụng việc ghi
Trang 22giờ đều đều của Timer để đo thời gian đã trôi qua hai trạng thái (ví dụ đo độ
rộng xung) Việc đếm một sự kiện được dùng để xác định số lần xuất hiện của sự kiện đó, tức thời gian trôi qua giữa các sự kiện
2.1.5.2 Thanh ghi mode Timer - TMOD (Timer Mode Regiter)
Thanh ghi mode gém 2 nhom 4 bit la: 4 bit thấp đặt mode hoạt động cho
Timer 0 va 4 bit cao dat mode hoạt động cho Timer 1
TMOD không có bit định vị, nó thường được LOAD một lần bởi phần mềm ở
đầu chương trình để khởi động mode Timer Sau đó sự định giờ có thể dừng
lại, được khởi động lại như thế bởi sự truy xuất các thanh ghi chức năng đặc
biệt của Timer khác
2.1.5.3 Thanh ghi điều khién Timer — TCON (Timer Control Register)
Thanh ghi điều khiển bao gồm các bit trạng thái và các bit điều khiển
boi Timer 0 va Timer | Thanh ghi TCON co bit dinh vi
2.1.5.4 Su bat dau, két thic va sw diéu khién cdc Timer (Starting, Stopping and Controlling the Timer)
Bit TRx trong thanh ghi có bit dinh vi TCON được điều khiển bởi phan
mềm đề bắt đầu hoặc kết thúc các Timer Để bắt đầu các Timer ta set bit TRx
và đề kết thúc Timer ta Clear TRx Bit TRx bị xóa sau sự reset hệ thống, do
đó các Timer bị cắm bằng sự mặc định
2.1.5.5 Sự khởi động và truy xuất các thanh ghi Timer
Các Timer được khởi động 1 lần ở đầu chương trình để đặt mode hoạt
động cho chúng Sau đó trong thân chương trình các Timer được bắt đầu, được xóa, các thanh ghi Timer được đọc và cập nhật theo yêu cầu của từng ứng dụng cụ thể
2.1.0 Hoạt động Interrup của 8051
2.1.6.1 Giới thiệu
Interrup là một sự cố có điều kiện mà nó gây ra sự ngưng lại tạm thời
Trang 23mét Relay rat quan trong trong thiết bị và sự cung cấp đầy đủ các ứng dung vi
điều khiển Chúng cho phép 1 hệ thống đáp ứng đồng bộ đến sự kiện quan
trọng và giải quyết sự kiện đó trong khi chương trình khác đang thực thi.Một
hệ thống được lái bởi Interrup cho l kỹ xảo làm nhiều công việc cùng một
lúc.Tất nhiên CPU không thể thực thi nhiều lệnh tại một thời điểm, nhưng nó
có thể tạm thời treo việc thực thi của chương trình chính đề thực thi chương
trình khác và sau đó quay lại chương trình chính
Khi chương trình chính đang thực thi mà có một sự ngắt xảy đến thì chương trình chính ngưng thực thi và rẽ nhánh đến thủ tục phục vụ ngắt ISR (Interrup Service Routine) ISR thực thi đề thực hiện hoạt động và kết thúc với lệnh “trở lại từ sự ngắt”: Chương trình tiếp tục nơi mà nó dừng lại
2.1.6.2 Tổ chức Interrup của 8051 ( Interrup Oganizition)
8051 cung cấp 5 nguồn ngắt, 2 sự ngắt ngoai, 2 su ngat Timer va mét
su ngat Port nối tiếp Tất cả các Interrup bị mất tác dụng bởi sự mặc định sau
khi reset hệ thống và được cho phép cá biệt bởi phần mềm 2.1.7 Giao tiếp với máy tính
Việc giao tiếp giữa máy tính và thiết bị ngoại VI có thể được thực hiện
bằng 3 cách:
- _ Giao tiếp bang Slot - Card
- _ Giao tiếp qua công song song (máy in) - _ Giao tiếp qua công nối tiếp (COM)
2.1.7.1 Giao tiếp bang Slot - Card
Bên trong máy tính, ngoài những khe cắm dùng cho Card vào - ra, card màn hình, vẫn còn những rãnh cắm đề trống Đề giao tiếp với máy tính, ta có thê thiết kế card mở rộng đề gắn vào khe cắm mở rộng này
2.1.7.2 Giao tiếp qua công song song (máy in)
Việc giao tiếp giữa KIT Vi điều khiển máy tính được thực hiện qua ổ cắm 25 chân ở phía sau máy tính Qua cổng này đữ liệu được truyền đi song song, nên đôi khi còn được gọi là cổng ghép nối song song
Trang 24Khi máy tính gởi dữ liệu ra công máy in muốn dữ liệu này qua KIT Vi
điều khiến 8051 ta phải giao tiếp qua một vi mạch 8255 IC 8255 làm việc ở Mode 1: Port A la nhập dữ liệu; Port B xuất dữ liệu
2.1.7.3 Giao tiếp bằng cổng nổi tiếp
Công nối tiếp RS232 là một giao diện phổ biến rộng rãi nhất Người ta
còn gọi công này là công COMI, còn công COM2 cũng được sử dụng thuận
tiện cho việc giao tiếp với thiết bị ngoại vi
Việc truyền dữ liệu qua công COM được tiến hành theo cách nối tiếp Nghĩa là các bit dữ liệu được truyền đi nối tiếp nhau trên một đường dẫn Loại truyền này có khả năng dùng cho những ứng dụng có yêu cầu truyền khoảng cách lớn hơn, bởi vì khá năng gây nhiễu là nhỏ đáng kể hơn khi dùng một công song song (cổng máy in)
Công COM không phải là một hệ thống bus nó cho phép dễ dàng tạo ra
liên kết dưới hình thức điểm với điểm giữa 2 máy cần trao đổi thông tin với
nhau, một thành viên thứ 3 không thể tham gia vào cuộc trao đối thông tin này
Việc truyền dữ liệu xảy ra ở trên 2 đường dẫn Qua chân cắm ra TXD
máy tính gửi dữ liệu của nó đến KIT Vi điều khiển Trong khi đó đữ liệu mà
máy tính nhận được lại được dan đến chân RXD các tín hiệu khác đóng vai
trò như là tín hiệu bổ trợ khi trao đổi thông tin, và vì thế không phải trong mọi trường hợp ứng dụng đều dùng hết
Vì tín hiệu công COM thường ở mức +12V, -12V nên không tương
thích với điện áp TTL nên để giao tiếp KIT Vi điều khiển 8051 với máy tính
qua cổng COM ta phải qua một vi mạch biến đối diện áp cho phù hợp với
muc TTL
Giao tiép theo cach nay, khoang cach tir may tinh dén thiét bi ngoai vi
có thế đạt tới trên 20 mét
Trang 252.1.8 Ngôn ngữ hợp ngữ
Hợp ngữ (Assembly Language) là một loại ngôn ngữ giúp lập trình viên viết chương trình dễ dàng hơn thay cho ngôn ngữ máy, khác với ngôn ngữ máy ở chỗ thay vì viết chương trình dưới dạng nhị phân người ta dùng
một số ký hiệu tương trưng, như MOV là lệnh chuyên, ADD là lệnh cộng, SUB là lệnh trừ
Dĩ nhiên là máy không thê hiểu được chương trình viết bằng hợp ngữ
nên phải qua giai đoạn dịch, để dịch chương trình hợp ngữ sang ngôn ngữ máy gọi là trình hợp ngữ (Assembler) Chương trình viết bằng hợp ngữ gọi là chương trình nguồn (hay gốc - sourse program) và chương trình đưới đạng ngôn ngữ máy dịch từ chương trình nguồn gọi là chương trình đích (hay đối
tượng - object program) (Hình 2.2)
Trình nguồn Trình hợp dịch Trình đối tượng
(Source program) (Assembler) (Object program)
Hình 2.2: Sơ đồ chương trình
2.2 Giới thiệu về PLC
2.2.1 Cơ sớ lý thuyết của điều khiển bằng PLC
PLC la tt viét tat cla Programable Logic Controller, day 1a thiét bị
logic lập trình được, nó cho phép thực hiện linh hoạt các thuật tốn điều khiển
logic thơng qua một ngôn ngữ lập trình Chức năng mà bộ điều khiển cần thực
hiện được xác định bởi một chương trình được nạp vào bộ nhớ của PLC Các thiết bị ngoại vi (cảm biến, nút ấn, công tắc nhạy, công tắc tơ, đèn tín hiệu )
đều được nối với PLC Khi cần mở rộng hay thay đối chức năng của bộ điều
khiến ta chỉ việc thay đối chương trình trong bộ nhớ nhờ lập trình lại
Thực chất nó là một hệ vi xử lý có những ưu điểm mà các hệ vi xử lý khác không có được và được cài đặt sẵn hệ điều hành với chức năng có thể
Trang 26lập trình điều khiển được Bộ điều khiển lập trình PLC có thể đáp ứng được
hầu hết các yêu cầu chỉ tiêu như: Dễ lập trình và thay đối chương trình điều khiến; Cấu trúc dạng Module đễ mở rộng, dễ bảo trì và sửa chữa; Đảm báo độ tin cậy trong môi trường sản xuất của các nhà máy; Kích thước nhỏ gọn
Mặt khác, PLC có khả năng kết nối mạng và kết nối các thiết bị ngoai vi rất
cao giúp cho việc điều khiển được dé dàng
PLC ứng dụng đề điều khiển Robot: Ví dụ như gắp phôi từ băng tải bỏ
qua bàn gia công của máy CNC, hay điều khiển Robot đưa vật liệu thiết bị
vào băng tải, thực hiện các việc đóng hộp, dán tem nhãn Ngoài ra, PLC có thể ứng dụng để giám sát các quá trình trong các nhà máy mạ, dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử, dây chuyền kiểm tra sản phẩm bằng các sensor, công
tắc hành trình 2.2.2 Phần cứng 2.2.2.1 Hệ điều hành
Chứa chương trình hệ thống dùng để xác định các cách thức thực hiện
chương trình của người sử dụng, quản lý các đầu vào - ra, phân chia bộ nhớ RAM trong và quản lý dữ liệu
2.2.2.2 Bộ nhớ chương trình
Lưu giữ chương trình điều khiến, khi PLC hoạt động nó sẽ đọc và thực hiện
chương trình được nghi trong bộ nhớ này
2.2.2.3 Bộ đệm đâu vao ra (buffer)
Là vùng nhớ đệm cho các đầu vào ra, các vùng này chiếm một phần của
RAM
2.2.2.4 Bộ định thời (timmer), bộ đếm (counter)
Trong CPU có các bộ định thời, các bộ đếm có nhiều chức năng khác
nhau, từ chục đến vài trăm Timer: TON, TOFF, TOR Counter: CT, CU, CD, CUD
Trang 272.2.2.5 Vùng nhớ dữ liệu
Không giống như vùng nhớ chương trình.Vùng nhớ này được sử dụng lưu kết quả của chương trình người sử đụng
Vùng nhớ bít hay còn gọi là nhớ cờ (Internal Relays) thường được ký
hiệu là M được sử dụng lưu dữ liệu logic
Vùng nhớ byte, word các vùng nhớ này có thê đọcđược ngoài ra còn có các vùng nhớ đặc biệt thường thêm ký kiệu S(special)
2.2.2.6 Bộ vi xử lý CPU
Bộ vi xử lý gọi các lệnh trong bộ nhớ chương trình để thực hiện một cách tuần tự theo chương trình
2.2.2.7 Bus vào ra
Trang 282.2.3 Ché độ làm việc và vòng quét
Các PLC đều có cấu trúc cơ bản, gồm các khối:
+ Khối xử lý trung tâm (CPU - Central Processing Unit) Trong khối
này có bộ nhớ, bộ vi xử lý Bộ vi xử lý với cổng giao tiếp dùng cho việc ghép
nối với PG (Programmer) là bộ lập trình
+ Khối đầu vào (hoặc ghép nhiều khối đầu vảo) + Khối đầu ra (hoặc ghép nhiều khối đầu ra)
+ Khối nguồn: Cấp nguồn nuôi cho các khối của PLC
2.2.3.1 Chế độ làm việc
- Chế độ nghỉ (Stop mode): Ở chế độ này dừng không sử lý các chương
trình điều khiên và người lập trình có thê cài đặt chương trình điều khiến từ
máy PC sang PLC hoặc ngược lại
- Chế độ chạy (Run mode): Ở chế độ này PLC thực hiện chế độ điều
khiển và làm việc theo chu trình vòng quét:
- Chế độ làm việc trung gian giữa chế độ chạy và chế độ nghỉ, khi ở chế
độ này (Term) thì ta có thể chuyền sang chế độ RUN hoặc STOP bang phan
mềm (bam chuột trên thanh công cụ trên màn hình PC)
- Lỗi (Erro): Là một chế độ làm việc đặc biệt đề báo lỗi chương trình,
truyền thông hoặc phần cứng vật lý của hệ thống 2.2.3.2 Vòng quét (Scan)
PLC thực hiện chương trình theo vòng quét hình 2.4
Trang 29Start mode Dữ liệu từ DU/AI vào vùng đệm đầu vào Đưa dữ liệu từ bộ đệm tới đầu ra
Truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi
Hình 2.4: Sơ đồ vòng quét 2.2.4 Các thiết bị phụ trợ
Là các thành phần: Phần cứng, phần mềm giúp PLC giao tiếp với con
người và đối tượng điều khiển hay với một thiết bị điều khiển khác
2.2.4.1 Phần cứng + Máy tính (PC)
+ Cáp truyền thông giữa PC và PLC
+ Card truyền thông + Máy quét (scaner) + Cảm biến (Sensor)
2.2.4.2 Phần mềm
Dé lập trình PLC thì chúng ta sử dụng các phần mềm chuyên dụng của các hãng sản xuất và phù hợp với loại PLC chúng ta dùng
Vi du: Step 7, GX, WinLDR, SysWin, RSlogix 500
23
Trang 302.2.5 Ngôn ngữ lập trình
Một số phần mềm lập trình hỗ trợ cả 3 ngôn ngữ lập trình STL, LAD,
FBD nhưng phần còn lại chỉ thường hỗ trợ 1 hoặc 2 ngôn ngữ LAD và STL - ŠTL (Statement List): Liệt kê lệnh
- LAD (Ladder Diagram): Ngôn ngữ hình thang - FBD (Function Block Diagram): Khối chức năng
2.2.6 Cầu trúc chương trình điều khiển
2.2.6.1 Chương trình tuyến tính
Toàn bộ chương trình điều khiển được viết trong một khối lớn.Tính
thời gian thực không cao vì trên một vòng quét PLC phải thực hiện tất cả các lệnh được viết trong chương trình Phương án viết chương trình tuyến tính
thường được lựa trọn khi mới làm quen lập trình Chỉ nên áp dụng cho các bài
toán nhỏ
Ưu điểm: Quan sát toàn bộ chương trình điều khiển một cách dễ dàng
đối với chương trình nhỏ, ngắn
Nhược điểm: Các thuật toán lặp lại nhiều lần thì sơ đồ cấu trúc tuyến
tính không phù hợp với những bài toán phức tạp trở nên khó quan sát được
toàn bộ, thực hiện mất nhiều thời gian, tính thời gian thực bị ảnh hưởng
2.2.6.2 Chương trình có cầu trúc
Ngoài chương trình chính (Main Programme) thì có các chương trình con (Subroutine) Chương trình con được gọi bởi các chương trình chính hoặc một chương trình con khác Mỗi chương trình con thường được viết để thực
hiện một chức năng và có thể được chương trình mẹ gọi tới nhiều lần trong
một vòng quét Tổ chức chương trình mẹ đơn giản, có thể thời gian của vòng quét được rút gắn Chương trinh ré hiéu, dé bao chi
- Ưu điểm: Giải quyết nhiều bài toán lớn có cấu hình phức tạp tính thời
gian thực cao hơn
- Nhược điểm: Khó quan sát và giám sát được hệ thống khi nó đang
làm việc
Trang 312.2.6.3 Lập trình cho PLC
PLC thực hiện điều khiển một máy hay một dây chuyền sản xuất khi
được cung cấp một chương trình lập ra bởi người sử dụng Chương trình này được viết trên máy lập trình PG qua bàn phím rồi sau đó được chuyên hoặc nạp vào bộ nhớ chương trình của PLC
Máy lập trình thế hệ mới là những hệ máy vi tính với các bộ vi xử lý mạnh Máy lập trình có bàn phím để người sử dụng đưa vào các lệnh hoặc chương trình và một màn hình để theo dõi chương trình nạp Khi chương trình đã hoàn chỉnh, máy lập trình sẽ dịch chương trình ra một ngôn ngit ma PLC có thể hiểu được (mã máy riêng) rồi chuyển chương trình này vào bộ nhớ của PLC.Mã máy chỉ dùng trong PLC Chương trình do người sử dụng thiết lập theo một ngôn ngữ khác, dễ hiểu và dễ thực hiện hơn
Chương trình được lập bằng cách nhập tuần tự các lệnh Các lệnh cơ
bản là không thê thiếu trong hầu hết các chương trình Mỗi lệnh tương ứng
với một phím trên bộ lập trình
Đề lập chương trình vào PLC, phải gán tương ứng các phần tử đầu vào
Trang 32CHUONG 3: THIET KE MO HINH DAY CHUYEN TU DONG TRONG CONG NGHIEP 3.1 Cơ khí ”r— CoH @ 9 : : [ ] Oo © © EHO) © th (œ _ €2 €3 © @
Hình 3.1: Bán vẽ mô hình dây chuyên
Mô hình dây chuyền lắp ráp tự động trên băng chuyền (Hình 3.1) gồm
hai khối chính là khối băng chuyền và khối tay quay Khối băng tải thực hiện
Trang 33Khối băng tải gồm 2 đường băng , băng tải 1 và băng tải 2, có chiều đài 30 cm, rộng 2cm Phía trên các băng tải có đặt các chậu đựng vật (Hình 3.2) Khối băng tải chuyển động nhờ một động cơ DC, để vận chuyền các chậu nhỏ
bên trên theo một chiều Các chậu nhỏ được thiết kế để chứa sản phẩm đảm
bảo cho sản phẩm không bị trượt, rơi khỏi băng tải khi băng tải chuyển động Băng tải 1, chứa các chậu nhận sản phẩm
Băng tải 2, chứa các chậu có sản phẩm để chuyên qua cho băng tải l
Khối băng tải sẽ chạy và dừng lại sau thời gian delay Khi băng tải dừng lại,
hoặc sản phâm ở các chậu trên băng tải 2 được vận chuyển đi (hút đi), hoặc
các chậu trên băng tải 1 được cấp sản phẩm vào (nhả vào) 3.1.2 Khối tay quay
Khối tay quay gồm các phần chính là: Động cơ DC, tay với và nam châm điện Hình 3.3: Tay quay
Dong co DC được điều khiển để quay theo hai chiều, chiều thuận là chiều kim đồng hồ (sang phải) và chiều ngược là chiều ngược chiều kim đồng hồ (sang trái), để đảo chiều quay của động cơ trong thiết kế sử dụng mạch cầu
H đình 3 9)
Tay với là một thanh kim loại một đầu gắn với động cơ, đầu kia gắn
nam châm điện
Trang 34Nam cham dién trong thiết kế chính là cuộn dây của Role, khi được cấp
điện nam châm sẽ hút sản phẩm, khi không được cấp điện nam châm sẽ nhả sản phẩm
Khi động cơ quay thuận, tay với tới vị trí chậu chứa sản phẩm trên băng tải 1, dừng lại (lúc này băng tải đã dừng), nam châm điện đang được cấp điện
sẽ bị ngắt điện, mắt từ tính và nhả sản pham vao chau dung trén bang tai
Khi động cơ quay ngược, tay với tới vị trí chậu chứa sản phẩm trên băng tải
2,dừng lại (lúc này băng tải đã dừng), nam châm điện đang ngắt sẽ được cấp
điện và hút sản phẩm trong chậu
Động cơ được điều khiển quay thuận, quay ngược theo một chu trình lặp lại vì vậy sản phẩm luôn được vận chuyển từ băng tải 1 sang băng tải 2 Nhận xét chung: Khi chạy chương trình ta có thể quan sát một cách dễ dàng
các thao tác đang được thực hiện trên dây chuyền và vị trí các cơ cấu trên dây chuyền đó Vì thế có thể dễ dàng nhận biết các sự cố và khắc phục 3.2 Mạch điện 3.2.1 Khối mạch nguồn 1085 „sự VIN OUT 220v A), 12v GND + — là Hình 3.4:Khối mạch nguôn
Mạch nguồn (Hình 3 4) sử dụng máy biến áp 220V- 12V, hạ áp điện áp xoay chiều 220V xuống điện áp xoay chiều 12V Điot cầu được sử dụng để
chỉnh lưu dòng xoay chiều 12V thành dòng một chiều 12V cấp điện cho động
co IC ổn áp, IC7805 đảm báo đầu ra +5V cung cấp nguồn nuôi cho vi điều
Trang 35khiến Mạch ổn áp là cần cho vi điều khiển vì nếu nguồn cho vi điều khiển
không ồn định thì sẽ treo vi điều khiển, không chạy đúng, hoặc reset liên tục,
thậm chí là chết chip
Tu Cl= 1000 wF, co tac dung loc nguồn, san bằng độ gợn sóng
Chân số 40 của vi điều khiển được nối với nguồn +5V
3.2.2 Khối Reset
Khối Reset được nối với chân số 9 của vi điều khiến, thiết lập trạng thái
ban đầu cho hệ thống (Reset hệ thống) Ngõ vào Reset tác động ở mức cao trong khoảng thời gian hai chu kỳ xung máy, sau đó xuống mức thấp để 8051 bắt đầu làm việc Reset có thể kích bằng tay sử dụng phím nhắn thường hở S (Hình 3 5) 8051 4 5 ¬ c4 10uEF “| | RL Hinh 3.5:Mach Reset J RST
3.2.3 Khối tạo dao động
Trang 363.2.4 Khối mạch điều khiến nam châm điện
R6
12V
RLY2
Hình 3.7: Mạch điều khiển nam châm điện
Mạch điều khiển nam châm điện sử dụng Tranzitor nghịch T5 — C2335,
Role thường mở 5V, loại 2 tiếp điểm, điện trở R6= IKO định thiên cho cực B của Tranzitor và được nối ra port điều khiển P0 3 Nam châm điện chính là cuộn dây của Role 2 Led D1 hién thị trạng thái mạch R7= IKO điện trở phân áp
Khi ngõ điều khiển P0.3 được treo ở logic 1 (mức 5V), Tranzitor T5 mở, cuộn dây Role 1 trở thành nam châm điện hút tiếp điểm động Tiếp điểm của
Role 1 ở trạng thái thường mở sẽ được đóng và mạch Role 2 kín, cuộn dây của
Role 2 trở thành nam châm điện (hút) Khi ngõ này được treo ở mức 0 (mức
0V), Tranzitor T5 khóa, mạch hở, không hình thành nam châm điện (nhả)
3.2.5 Khối mạch điều khiển động cơ sử dụng Role
Trang 37
Hinh 3 8: Mach diéu khién động cơ sw dung Role
Khi ngõ điều khiển P0 0 được treo ở logic 1 (mức 5V), Tranzitor T6
mở , cuộn day Role 1 trở thành nam châm điện hút tiếp điểm động Tiếp điểm
cua Role 1 ở trạng thái thường mở sẽ được đóng và mạch cho động cơ kín,động cơ MI hoạt động Khi ngõ này được treo ở mức 0 (mức 0V), Tranzitor T6 khóa, mạch hở, động cơ MI ngừng hoạt động
3.2.6 Khối mạch điều khiển động cơ sứ dụng mạch cầu H
Mạch cầu H là một mạch điện giúp đảo chiều dòng điện Nó được gọi là mạch cầu H vì mạch này có hình chữ cái H.Thành phần chính của mạch cầu H chính là các “khóa”, việc chọn linh kiện để làm các khóa này phụ thuộc
vào mục đích sử dụng mạch cầu, loại đối tượng cần điều khiển, công suất tiêu
thụ của đối tượng và cả hiểu biết, điều kiện của người thiết kế Nhìn chung,
các khóa của mạch cầu H thường được chế tạo bằng Role (relay), BỊT (Bipolar Junction Transistor) hay MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) Phan thiét ké mach cau H vi vay sé tap trung vao 3 loại linh kiện này Trong thiết kế nay, cdc khoa cia mach cau H str dung npn BJT — C2335
Trang 38BỊT là viết tắt của từ Bipolar Junction Transistor là một linh kiện bán dẫn
(semiconductor device) có 3 cực tương ứng với 3 lớp bán dẫn trong cấu tạo Tuy là được tạo nên từ các bán dẫn tạp chất nhưng nồng độ tạp chất của các lớp trong npn BỊT rất khác nhau Lớp E rất “giàu” hạt dẫn, kế đến là lớp
C và lớp B thì lại rất ít hạt dẫn và rất mỏng.Khi điện áp cực B lớn hơn điện áp
cực E, tiếp xúc p-n giữa B và E được phân cực thuận Dòng electron từ E (vốn có rất nhiều do cách pha tạp chất) ào ạt “chảy” về B, trong khi lớp B (bán dẫn loại p) vốn rất mỏng và nghèo hạt dẫn (lỗ trống), nên phần lớn electron từ E sẽ “tràn” qua cực C và đi về nguồn Chiều của dòng điện sẽ ngược lại chiều của đòng electron (vì theo định nghĩa chiều đòng điện ngược chiều electron)
Diễn giải đơn giản, dòng diện từ cực B đã gây ra dòng điện từ cực C về E
Một chú ý khi thiết kế khóa điện tử dùng BỊT là “tải” phải được đặt
phía trên BỊT tức là nên dùng mạch E chung R3 P0.2 330 cS đ T4 T3 \ C2335 c2335 b
Hình 3.9: Mạch điều khiển động cơ sử dụng mạch cầu H
Khi ngõ điều khiển P0.1 được treo ở logic 1 (mức 5V), ngõ điều khiến P0 2 được treo ở logic 0 (mức 0V), Tranzitor TI và T3 mở, T2 và T4 khóa,
động cơ M2 quay ngược, tay với quay sang trái
Trang 39Khi ngõ điều khiển P0.1 được treo ở logic 0 (mức 0V), ngõ điều khiển
P0 2 được treo ở logic I (mức 5V), Tranzitor T2 và T4 mở, TI và T3 khóa,
động cơ M2 quay thuan,tay voi quay sang phải 3.2.7 Mạch điện tổng thể Hình 3 10: Mạch điện tổng thể
Khi cung cấp một điện áp xoay chiều 220 V cho máy biến áp sẽ nhận được điện áp xoay chiều 12 V Qua điôt cầu điện áp xoay chiều này được
chỉnh lưu thành điện áp một chiều.Điện áp một chiều 12 V được lấy ra làm nguồn Qua IC én áp 7805, cho điện áp ra + 5V cung cấp nguồn nuôi cho vi điều khiến Tu Cl= 1000 wF, có tác dụng lọc nguồn, san bằng độ gợn sóng Đầu ra + 5 V được lấy ra làm nguồn, được nối với chân 40 của vi điều khiến
Điện trở thanh I0KO (điện trở kéo) được nỗi với các chân từ chân 32 — 40 của vi điều khiển (§ chân nối điện trở cho các chân của port 0, 1 chân nối với + nguồn 5V — chân 40 của vi điều khiến)
Trang 40Chan RESET, chân số 9 được nối với mạch Reset đề thiết lập trạng thái
ban đầu cho hệ thống
Mạch tạo đao động nối với chân 18 và 19 của vi điều khiển
Mạch điều khiển nam châm nối với chân P0 3 — chân 36 của vi điều
khiến
Mạch điều khiển động cơ sử dụng Role nối với chân P0 0 — chân 39
của vi điều khiển
Mạch điều khiển động cơ sử dụng mạch cấu H nối với chân P0 I —
chân 38 của vi điều khiển
Hoạt động của mạch được lập trình, điều khiển hoạt động thông qua vi điều khiến 3.3 Lập trình Khởi tạo chương trình ORG 00H ;Hinclude <sfr51.inc> MOV TMOD: Khởi động cho Timer hoạt động và được ghi giờ bằng đao động trên chip
Thanh ghi mode gồm 2 nhóm 4 bit la: 4 bit thap dat mode hoat động
cho Timer 0 va 4 bit cao dat mode hoat déng cho Timer 1 0 0 0 0 1 1 1 1 MOV TMOD,#01H: Dat mode hoạt động cho Timer 0 0 0 0 0 0 0 0 1
MOV RO,#5: Nap vao thanh ghi RO, 5 lần
MOV PO,#00H:Nap vào thanh ghi P0 dữ liệu ở địa chỉ 00H Nếu P1.0 ở mức 0 nhảy đến nhãn “Taibangchuyen”
Start: JNB P1.0, Taibangchuyen