NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÂN CHIA SUẤT ĂN CÔNG NGHIỆP TỰ ĐỘNG BẰNG PLC.

Mô hình hệ thống phân chia suất ăn công nghiệp tự động là sản phẩm cơ điện tử có hàm lượng khoa học công nghệ cao ứng dụng nhiều thành tựu trong các lĩnh vực khác nhau: Cơ khí – Điện tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÂN CHIA SUẤT ĂN CÔNG NGHIỆP TỰ ĐỘNG

BẰNG PLC

Họ và tên sinh viên: TRẦN BÌNH

PHẠM ĐÌNH PHÁT Ngành: CƠ ĐIỆN TỬ

Niên khóa: 2007-2011

Tháng 05/2011

LỜI CẢM TẠ

Em xin trân trọng cảm ơn tất cả Quý Thầy / Cô ở trường Đại học Nông Lâm TP.Hồ Chí Minh và quý thầy / Cô trong khoa Cơ Khí- Công Nghệ đã trang bị cho em những kiến thức quý báu cũng như đã giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại trường

Em xin chân thành cảm ơn các Thầy / Cô trong bộ môn Cơ Điện Tử đã giúp đỡ em nhiệt tình trong thời gian thực hiện đề tài

Em cũng xin bài tỏ sự biết ơn chân thành đối với thầy Đào Duy Vinh

đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình làm luận văn tốt nghiệp

Đặc biệt, em xin cảm ơn quý Thầy / Cô trong hội đồng đã dành thời gian nhận xét góp ý để luận văn của em hoàn thiện hơn

Cuối cùng, em xin gởi lời cảm ơn đến những người thân cũng như bạn

bè đã động viên, ủng hộ và luôn tạo cho em mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình hoàn thành luận văn

Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 6 năm 2011

Sinh viên thực hiện

Trần Bình Phạm Đình Phát

Đề tài thực hiện với những nội dung sau:

+ Nghiên cứu, thiết kế, tính toán, xây dựng mô hình hệ thống phân chia cho phù hợp với đề tài tốt nghiệp

+ Viết chương trình điều khiển bằng PLC

MỤC LỤC

Lời cảm tạ iTóm tắt iiMục lục iii

Chương 1 Error! Bookmark not defined

MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined

1.1 Tính cấp thiết của đề tài Error! Bookmark not defined 1.2 Mục tiêu đề tài Error! Bookmark not defined

1.3 Ý nghĩa khoa học và thức tiễn của đề tài Error! Bookmark not defined Chương 2 Error! Bookmark not defined TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined 2.1 Đối tượng nghiên cứu Error! Bookmark not defined 2.3 Mô hình hệ thống phân chia suất ăn công nghiệp tự động.Error! Bookmark not defined

2.3.1 Mô hình hệ thống Error! Bookmark not defined 2.3.2 Sơ đồ khối của mô hình: Error! Bookmark not defined

2.4 Giới thiệu một số linh kiện sử dụng trong mô hình phân chia suất ăn công

nghiệp Error! Bookmark not defined 2.4.1 Tìm hiểu động cơ ba pha Error! Bookmark not defined 2.4.2 Động cơ DC Error! Bookmark not defined 2.4.2.1 Giới thiệu động cơ 1 chiều Error! Bookmark not defined 2.4.2.2 Nguyên lý hoạt động của động cơ Error! Bookmark not defined 2.4.2.3 Điều khiển động cơ DC Error! Bookmark not defined 2.4.3 Tổng quan về PLC Error! Bookmark not defined 2.4.3.1 Đặc điểm của điều khiển logic khả trình của PLC.Error! Bookmark not defined

2.4.3.2 Thành phần bộ điều khiển logic khả trình PLC:Error! Bookmark not defined

2.4.3.3 Bộ nhớ PLC gồm 3 vùng chính Error! Bookmark not defined 2.4.3.4 Vòng quét chương trình: Error! Bookmark not defined 2.4.3.5 Cấu trúc chương trình Error! Bookmark not defined 2.4.3.6 PLC S7-200 Error! Bookmark not defined 2.4.4 Công tắc hành trình Error! Bookmark not defined 2.4.5 Giới thiệu van điện từ Error! Bookmark not defined 2.4.5.1 Cấu tạo, chức năng, phân loại Error! Bookmark not defined 2.4.5.2 Nguyên lý hoạt động: Error! Bookmark not defined 2.4.5.3 Sơ đồ liên kết để điều khiển Error! Bookmark not defined 2.4.6 Cơ cấu thanh răng, bánh răng Error! Bookmark not defined 2.4.6.1 Đường ăn khớp, góc ăn khớp Error! Bookmark not defined 2.4.6.2 Điều kiện ăn khớp đều: Error! Bookmark not defined

2.4.6.3 Quan hệ động giữa thanh răng và bánh răng:Error! Bookmark not defined

2.4.7 Truyền động xích: Error! Bookmark not defined 2.4.7.1 Khái niệm chung: Error! Bookmark not defined 2.4.7.2 Ưu điểm và phạm vi sử dụng Error! Bookmark not defined 2.4.7.3 Giới thiệu về xích ống con lăn: Error! Bookmark not defined 2.4.7.4 Giới thiệu về đĩa xích Error! Bookmark not defined 2.4.7.5 Một số công thức tính truyền động xích.Error! Bookmark not defined

Chương 3 Error! Bookmark not defined NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨUError! Bookmark not defined

3.1 Nội dung nghiên cứu Error! Bookmark not defined 3.2 Phương pháp nghiên cứu Error! Bookmark not defined Chương 4 Error! Bookmark not defined KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined 4.1 Thiết kế, chế tạo mô hình Error! Bookmark not defined 4.1.1 Thiết kế phần cơ khí Error! Bookmark not defined 4.1.1.1 Thiết kế tổng thể mô hình Error! Bookmark not defined 4.1.1.2 Thiết kế phần khung máy Error! Bookmark not defined 4.1.1.3 Bộ phận cung cấp cá vào khây Error! Bookmark not defined 4.1.1.4 Bộ phận cung cấp đồ xào Error! Bookmark not defined 4.1.1.5 Bộ phận cung cấp canh vào khây Error! Bookmark not defined 4.1.1.6 Bộ phận truyền động di chuyển khây.Error! Bookmark not defined 4.2 Thiết kế, chế tạo phần tủ điện điều khiển mô hình phân chia suất ăn Error! Bookmark not defined

4.2.1 Mạch điều khiển Error! Bookmark not defined 4.3.2 Vị trí lắp các CTHT trên mô hình Error! Bookmark not defined 4.3.3 Giải thuật điều khiển Error! Bookmark not defined 4.3.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của mô hình phân chia.Error! Bookmark not defined

4.3.5 Mô hình thực tế Error! Bookmark not defined 4.3.6 Kết nối mô hình với thiết bị điều khiển Error! Bookmark not defined 4.3.7 Khảo nghiệm sơ bộ Error! Bookmark not defined 4.3.7.1 Khảo nghiệm công đoạn chuyển khây cơm.Error! Bookmark not defined

4.3.7.2 Công đoạn đẩy và xả sản phẩm vào khây cơm.Error! Bookmark not defined

Chương 5 Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Error! Bookmark not defined 5.1 KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined 5.2 ĐỀ NGHỊ: Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined

PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined

DANH SÁCH CÁC HÌNH

TRANG

Hình 2.1 Hệ thống phân chia suất ăn Error! Bookmark not defined Hình 2.2 Minh họa 3D cho hệ thống Error! Bookmark not defined Hình 2.3 Sơ đồ khối của mô hình Error! Bookmark not defined Hình 2.4 Cấu tạo động cơ 3 pha Error! Bookmark not defined Hình 2.5 Cách đấu dây động cơ 3 pha hình sao Error! Bookmark not defined Hình 2.6 Phương pháp đảo chiều động cơ DC Error! Bookmark not defined Hình 2.7 Mô hình PLC S7-200 Error! Bookmark not defined Hình 2.8 Sơ đồ kết nối PLC với các thiết bị điều khiển Error! Bookmark not defined.

Hình 2.9 PLC S7-200 và một module của nó Error! Bookmark not defined Hình 2.10 Cấu hình cơ bản của PLC Error! Bookmark not defined Hình 2.11 Sơ đồ đấu nối dây với modul analog Error! Bookmark not defined Hình 2.12 Công tắc hành trình Error! Bookmark not defined Hình 2.13 Cấu tạo và ký hiệu van solenoid điều khiển trực tiếp Error! Bookmark not defined.

Hình 2.15 Sơ đồ liên kết điều khiển Error! Bookmark not defined Hình 2.16 Đường ăn khớp Error! Bookmark not defined Hình 2.18 Thanh răng ăn khớp bánh răng Error! Bookmark not defined Hình 2.19 Thanh răng và bánh răng Error! Bookmark not defined Hình 2.20 Dạng thanh răng Error! Bookmark not defined Hình 2.21 Bánh răng ăn khớp Error! Bookmark not defined Hình 2.22 Truyền động xích Error! Bookmark not defined Hình 2.23 Cấu tạo xích ống con lăn và nối xích Error! Bookmark not defined Hình 2.24 Biên dạng và kết cấu đĩa con lăn Error! Bookmark not defined Hình 4.1 Tổng thể mô hình Error! Bookmark not defined Hình 4.2 Thiết kế 2D cho khung máy Error! Bookmark not defined Hình 4.3 Thiết kế 2D phần khung máy Error! Bookmark not defined Hình 4.4 Thiết kế 2D bộ phận đẩy cá Error! Bookmark not defined Hình 4.5 Thanh răng Error! Bookmark not defined.

Hình 4.6 Miếng đẩy Error! Bookmark not defined Hình 4.7 Rãnh trượt Error! Bookmark not defined Hình 4.8 Hộp chứa cá Error! Bookmark not defined Hình 4.9 Bộ phận đẩy đồ xào Error! Bookmark not defined Hình 4.10 Bộ phân xả canh Error! Bookmark not defined Hình 4.11 Hệ thống truyền xích Error! Bookmark not defined Hình 4.13 Sơ đồ mạch công suất Error! Bookmark not defined Hình 4.14 Sơ đồ điều khiển Error! Bookmark not defined Hình 4.15 Vị trí công tắc hành trình (CTHT) Error! Bookmark not defined Hình 4.16 Sơ đồ giải thuật mô hình hệ thống phân chia suất ăn công nghiệp Error! Bookmark not defined.

Hình 4.17 Nguyên lý hoạt động của mô hình Error! Bookmark not defined Hình 4.18 Mô hình thực tế Error! Bookmark not defined Hình 4.19 Kết nối thiết bị điều khiển Error! Bookmark not defined Hình 4.20 Cá và đồ xào được đẩy vào khây Error! Bookmark not defined Hình 4.21 Nước canh được xả vào khây Error! Bookmark not defined.

Chương 1

MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Đất nước ta đang trong giai đoạn thực hiện công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước Việc ứng dụng cơ điện tử trong nghiên cứu, chế tạo, các sản phẩm khoa học công nghệ cao tự động góp phần nâng cao mức độ hiện đại của các sản phẩm trên thị trường trong và ngoài nước Trong những năm vừa qua, trước những đòi hỏi cấp bách về số lượng, chất lượng thực phẩm phục vụ cho công nhân trong các công trình, xí nghiệp, nhà máy với số lượng lớn

Mô hình hệ thống phân chia suất ăn công nghiệp tự động là sản phẩm cơ điện tử có hàm lượng khoa học công nghệ cao ứng dụng nhiều thành tựu trong các lĩnh vực khác nhau: Cơ khí – Điện tử - Công nghệ thông tin, …

Việc thực hiện đề tài này là điều kiện tốt để tiếp xúc và làm quen với những thiết bị điều khiển tự động hiện đại, với các linh kiện dùng trong công nghiệp cũng như làm quen dần với môi trường làm việc hiện đại… Khi đang ngồi trên ghế nhà trường, việc tìm hiểu nghiên cứu để nắm vững những vấn đề tự động hóa có ý nghĩa quan trọng, vì đây chính là điều kiện tốt nhất để học hỏi; cũng như tích lũy kinh nghiệm và là hành trang kiến thức vào đời cần thiết

Xuất phát từ những nguyên nhân và những đòi hỏi bức thiết trên, được

sự đồng ý của khoa Cơ Khí- Công Nghệ, bộ môn Cơ Điện Tử dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy Đào Duy Vinh, nhóm sinh viên chọn đề tài:

“Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống phân chia suất ăn công nghiệp tự động điều khiển bằng PLC”

Do kiến thức và thời gian còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót, nhóm sinh viên xin được tiếp thu những ý kiến nhận xét quý giá của quý thầy,

cô và các bạn Nhóm sinh viên xin chân thành cảm ơn!

1.2 Mục tiêu đề tài

Mục tiêu đề tài là nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống phân chia suất ăn công nghiệp tự động điều khiển bằng PLC Xây dựng mô hình hệ thống phân chia, viết chương trình điều khiển bằng PLC S7-200, mô phỏng hoạt động hệ thống phù hợp với một đề tài tốt nghiệp Đồng thời tiếp cận với các sản phẩm tự động trong công nghiệp

+ Tìm hiểu một số linh kiện dùng trong công nghiệp

+ Tìm hiểu về PLC S7-200 và viết chương trình điều khiển

+ Điều khiển mô hình phân chia suất ăn công nghiệp tự động với khối lượng thức ăn cho trước

1.3 Ý nghĩa khoa học và thức tiễn của đề tài

Thiết kế mô hình phù hợp với mục đích nghiên cứu, đồng thời giúp cho việc giảng dạy, thực tập cho sinh viên trên ghế nhà trường

Chương 2

TỔNG QUAN 2.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là tìm hiểu mô hình phân chia suất ăn công nghiệp tự động, các thiết bị để xây dựng mô hình cho phù hợp với mục tiêu đề tài

đã đưa ra

2.2 Tổng quan về mô hình phân chia suất ăn công nghiệp tự động

Trong hệ thống phân chia suất ăn công nghiệp thì vấn đề món ăn ngon, hợp

vệ sinh an toàn thực phẩm là một trong những yếu tố làm nên chất lượng của một suất ăn, bên cạnh đó việc tự động hóa giúp thức ăn được phân chia một cách đồng đều, giúp ít tốn thời gian và nhân công trong việc phân chia suất ăn cho công nhân trong các khu công nghiệp nhà máy hiện nay Vì tính cấp thiết của nó trong những năm qua việc ứng dụng Cơ Điên Tử trong chế tạo nhằm tạo ra những sản phẩm hiện đại giá cả cạnh tranh trên thị trường phục vụ nhu cầu của các khu công nghiệp lớn trong và ngoài nước

Trong một hệ thống phân chia suất ăn công nghiệp tự động thực tế có rất nhiều yếu tố đầu vào lẫn yếu tố đầu ra cần phải xác định rõ, đó là:

Với những khu công nghiệp, xí nghiệp khác nhau thì có những suất ăn khác nhau để đáp ứng nhu cầu ăn uống đa dạng của con người Từ những món ăn khô đến những món canh hay đồ xào có nước Từ đó hình dáng mâm cơm của mỗi suất

ăn cũng được thiết kế khác nhau để phù hợp với từng loại thức ăn và phù hợp với việc điều khiển quá trình phân chia tự động

Vì vậy để điều khiển một hệ thống phân chia suất ăn công nghiệp tự động thực tế cần phải kết hợp nhiều vấn đề từ cơ khí, điện tử, kỹ thuật xây dựng đến điều khiển tự động

 Khái niệm chung về suất ăn công nghiệp

Suất ăn công nghiệp là phần ăn của công nhân; nhân viên lao động bao gồm : cơm, canh, đồ xào,… được sắp xếp từng ngăn trong mâm cơm Mỗi suất ăn như vậy thì thường gồm có cơm, canh, đồ xào hay tùy theo sở thích của công nhân mà các món ăn có thể thay thế bằng các món ăn khác để phục vụ nhu cầu ăn uống đa dạng của công nhân trong các xí nghiệp nhà máy lớn có số lượng công nhân đông Vì vậy cần có hệ thống phân chia suất ăn

Hình 2.1: Hệ thống phân chia suất ăn

2.3 Mô hình hệ thống phân chia suất ăn công nghiệp tự động

2.3.1 Mô hình hệ thống

Hình 2.2 : Minh họa 3D cho hệ thống

2.3.2 Sơ đồ khối của mô hình:

Hình 2.3 : Sơ đồ khối của mô hình

Ngăn chứa cơm

Ngăn chứa đồ xào

Ngăn chứa cá

Hệ thống van xả Ngăn chứa canh

Hệ thống đẩy đồ xào

Hệ thống đẩy cá

Hệ thống đẩy cơm

Khây thức

ăn

NGƯỜI

2.4 Giới thiệu một số linh kiện sử dụng trong mô hình phân chia suất ăn công nghiệp

2.4.1 Tìm hiểu động cơ ba pha

Động cơ 3 pha có cấu tạo đơn giản và đặc tính tốt hơn động cơ một pha Việc truyền tải điện năng bằng mạch điện 3 pha cũng tiết kiệm dây dẫn hơn việc truyền tải điện năng bằng dòng điện một pha Mach điện 3 pha bao gồm: nguồn điện 3 pha, đường dây truyền tải và phụ tải Để tạo ra nguồn điện 3 pha ta dùng máy phát điện đồng bộ 3 pha Cấu tạo động cơ 3 pha như sau:

+ Phần tĩnh (Stator) gồm lõi thép có xẻ rãnh, trong các rãnh 3 dây quấn AX, BY, CZ, có số vòng dây và lệch nhau một góc 2/3 trong không gian Một dây quấn được gọi là một pha Dây quấn AX gọi là pha A, dây quấn BY gọi

là pha B, dây quấn CZ gọi là pha C

+ Phần quay (Rotor) là nam châm điện N-S

Hình 2.4: Cấu tạo động cơ 3 pha

+ Các cách đấu dây động cơ 3 pha:

Cách đấu hình sao:

Hình 2.5: Cách đấu dây động cơ 3 pha hình sao

Để nối hình sao ta nối 3 điểm cuối của pha với nhau tạo thành điểm trung tính đối với nguồn, 3 điểm cuối X,Y, X nối với nhau thành điểm trung tính O của nguồn Đối với tải, 3 điểm cuối X,Y,Z’ nối với nhau tạo thành điểm trung tính O’ của tải Các quan hệ giữa đại lượng dây và pha:

Quan hệ giữa dòng điện dây và pha: Idây = Ipha

Quan hệ giữa điện áp dây và điện áp pha: Udây = 3Upha

Cách nối hình tam giác: muốn nối hình tam giác, ta lấy đầu pha này nối cuối pha kia Các quan hệ giữa đại lượng dây và pha:

Quan hệ giữa dòng điện dây và pha: Udây = Upha

Quan hệ giữa điện áp dây và pha: Idây = 3Ipha

2.4.2 Động cơ DC

2.4.2.1 Giới thiệu động cơ 1 chiều

Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện 1 chiều gồm 2 bộ phận chính gồm: rotor và stator

Stator của động cơ điện một chiều thường là một hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều, một phần quan trọng khác của động cơ điện một chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó có nhiệm vụ làm đổi chiều dòng điện khi chuyển động quay của rotor là liên tục Thông thường bộ phận này gồm có 1 bộ cổ góp và 1 chổi than tiếp xúc với cổ góp

Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo thành chuyển động quay của rotor

Pha 2: Rotor tiếp tục quay

Pha 3: Bộ phận chỉnh điện sẽ đổi cực sao cho từ trường của rotor và stator cùng dấu, trở lại pha 1

Nếu trục của 1 động cơ điện 1 chiều được kéo bằng 1 lực ngoài, động cơ sẽ hoạt động như một máy phát điện 1 chiều và tạo ra sức điện động cảm ứng Electromotive forces (EMF) Khi vận hành bình thường, rotor khi quay sẽ phát ra

điện áp gọi là sức phản điện động counter-EMF (CEMF) hoặc sức điện động đối kháng, vì nó đối kháng lại điện áp bên ngoài đặt vào động cơ Sức điện động này tương tự như sức điện động phát ra khi động cơ được sử dụng như một máy phát điện (như lúc ta nối một điện trở tải vào đầu ra của động cơ, và kéo trục động cơ bằng một ngẫu lực bên ngoài) Như vậy điện áp đặt trên động cơ gồm 2 thành phần: sức phản điện động, và điện áp giáng tạo ra do điện trở nội của các cuộn dây phần ứng Dòng điện chạy qua động cơ được tính theo công thức sau:

 Nguồn điện áp cấp vào 12 V;

 Tốc độ quay cao, moment quay cao;

 Có khả năng chịu tải khi cấp nguồn điện;

 Phương pháp điều khiển động cơ DC:

 Nguồn điện áp 12 V;

 Cấp nguồn điện đúng theo yêu cầu;

Hình 2.6 : Phương pháp đảo chiều động cơ DC

Nguyên lý hãm ngược:

 Đối với động cơ một chiều thì công việc hãm đơn giản hơn

 Khi ngưng cấp nguồn đồng thời và đưa nguồn điện khác ngược chiều với nguồn đang hoạt động lập tức động cơ sẽ bị hãm cưỡng bức, lúc đó sẽ có

lực có chiều ngược lại và ta hiệu chỉnh thời gian sao cho động cơ dừng hẳn, lúc đó mới ngừng cấp nguồn

 Tốc độ động cơ được điều chỉnh theo giá trị điện áp đưa vào

2.4.2.3 Điều khiển động cơ DC

Có rất nhiều phương pháp điều khiển động cơ bước, nhưng có 3 phương pháp chính thường dùng trong hệ thống điều khiển tự động như sau:

a Điều khiển bằng máy tính

 Qua cổng nối tiếp RS-232 (tốc độ chậm và phức tạp)

 Cổng máy in printer port (tốc độ xử lý nhanh và dễ sử dụng)

 Giao tiếp máy tính với các card mở rộng gắn thêm trên mainboard cho phép đạt được tốc độ truy nhập lớn nhất Có thể sử dụng các card chuyên dùng

để điều khiển động cơ nhằm làm tăng độ chính xác và dễ điều khiển

Ưu điểm của máy tính là tốc độ xử lý rất nhanh, giá thành rẻ, khả năng lưu trữ lớn, có tính hiển thị và có thể điều khiển những vấn đề có tính phức tạp cao Tuy nhiên, trong công nghiệp thì điện 3 pha có thể gây ra nhiễu trên máy tính do

đó cần có những máy tính công nghiệp hiện đại Yếu tố cần thiết khi điều khiển bằng máy tính là người điều khiển phải viết chương trình bằng một ngôn ngữ lập trình nào đó để điều khiển hoạt động cho robot

b Điều khiển từ xa :

Hệ thống điều khiển từ xa là một hệ thống cho phép ta điều khiển các thiết

bị từ một khoảng cách xa.Ví dụ như hệ thống điều khiển bằng vô tuyến, hệ thống điều khiển từ xa bằng hồng tia ngoại, hệ thống điều khiển từ xa bằng cáp quang dây dẫn

Cấu tạo của hệ thống điều khiển từ xa bao gồm:

 Thiết bị phát

 Đường truyền

 Thuyết bị thu

c Điều khiển dùng vi điều khiển :

Bộ vi điều khiển viết tắt là MC (Micro-Controller) là mạch tích hợp trên một chip và có thể lập trình được, được dùng để điều khiển cho hệ thống, có thể ứng dụng vi điều khiển để điều khiển hoạt động cho robot

Ưu điểm của nó là nhỏ, gọn, nhẹ có tốc độ xử lý tương đối nhanh Tuy nhiên việc điều khiển bằng vi điều khiển rất phức tạp Vì đòi hỏi người điều khiển ngoài kiến thức thật vững về lĩnh vực điện tử mà còn phải biết lập trình hợp ngữ Bên cạnh đó, chương trình điều khiển cũng khó thay đổi và không có tính hiển thị Bất cứ sự thay đổi nào về chương trình điều khiển đòi hỏi người lập trình phải nạp lại chương trình vào chip điều khiển

d Điều khiển bằng PLC (Programmable Logic Controller)

PLC với cấu trúc dạng modul cho phép mở rộng hay nâng cấp một hệ thống điều khiển dùng PLC với công suất và chi phí tương đối cao

Ưu điểm là nhỏ gọn nhẹ, thích hợp trong điều khiển ở môi trường công nghiệp Tuy nhiên nó có những nhược điểm là tốc độ xử lý chậm, không có tính hiển thị bằng đồ họa, giá thành cao

2.4.3 Tổng quan về PLC

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều lại PLC của các hãng khác nhau với đầy đủ kích cỡ, chủng loại cũng như chức năng khác nhau như Omron, Mitsubisi, Siemens,…

PLC ( viết tắt của cụm từ Program Logic Controller) là thiết bị cho phép thực hiện các phép toán điều khiển số thông qua ngôn ngữ lập trình, thay cho việc điều khiển trong mình, PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ dàng thay đổi thuật toán

và đặc biệt dễ dàng trao đổi thông tin với môi trường xung quanh

Toàn bộ chương trình được lưu trữ trong bộ nhớ của PLC dưới dạng chương trình con hoặc chương trình ngắt ( khối chình OB1) Trường hợp dung lượng bộ nhớ của PLC không đủ cho việc lưu trữ chương trình thì ta có thể sử dụng thêm bộ nhớ ngoài hỗ trợ cho việc lưu chương trình và lưu dữ liệu Để có thể thực hiện 1 chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như 1 máy tính, nghĩa là

phải có bộ vi xử lý CPU, 1 hệ điều hành, 1 bộ nhớ để lưu chương trình điều khiển,

dữ liệu và tất nhiên phải có các cổng vào ra để giao tiếp với các thiết bị điều khiển

và để trao đổi thông tin với môi trương xung quanh Bên cạnh đó nhằm phục vụ các bài toán điều khiển số, PLC còn cần những chức năng đặc biệt như bộ điếm ( Counter), bộ định thời gian ( Timer)… Và những khối hàm chuyên dùng

2.4.3.1 Đặc điểm của điều khiển logic khả trình của PLC

Những đặc điểm làm cho PLC có tính năng ưu việt và thích hợp môi trường công nghiệp

+ Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng

để xếp hạng 1 hệ thống điều khiển tự động

+ Yêu cầu của người lập trình không cần giỏi về kiến thức điện tử mà chỉ cần nắm vững công nghệ sản xuất và biết chọn thiết bị thích hợp là có thể lập trình được

+ Thuộc vào hệ sản xuất linh hoạt do tính thay đổi được chương trình hoặc thay đổi trực tiếp các thông số mà không cần thay đổi chương trình

2.4.3.2 Thành phần bộ điều khiển logic khả trình PLC:

Các thành phần của 1 PLC thường có các modul phần cứng sau:

+ Modul nguồn

+ Modul đơn vị xử lý trung tâm

+ Modul bộ nhớ chương trình và dữ liệu

+ Modul đầu vào

+ Modul đầu ra

+ Modul phối ghép ( để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông nội bộ)

+ Modul chức năng (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông mạng)

Interrup (chương trình ngắt) :Miền chứa chương trình ngắt được chứa thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ 1 khối chương trình nào khác Chương trình này sẽ được thực hiện khi có chương trình ngắt xảy ra

b Vùng chứa tham số của hệ điều hành:

Bộ nhớ chương trình

Bộ đệm

đầu ra Khối vi xử lý

trung tâm + Hệ điều hành

Timer

Bộ đếm Bit cờ

Cổng vào ra

Cổng ngắt và

đếm tốc độ cao

Quản lí ghép nối

I (process image input): Miền dữ liệu các cổng vào số, trước khi bắt đầu thực hiện chương trình, PLC sẽ đọc được các giá trị logic của tất cả các cổng đầu vào và cất giữ chúng trong vùng nhớ I Thông thường chương trình ứng dụng không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổng vào từ bộ đệm I

Q (process image output): Miền dữ liệu các cổng ra số.Kết thúc giai đoạn thực hiện chương trình , PLC sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm Q tới các cổng ra

số Thông thường chương trình không trực tiếp gán giá trị tới tận cổng ra mà chỉ chuyển chúng tới bộ đệm Q

M (Miền các biến cờ ): Chương trình ứng dụng sử dụng các biến này để lưu trữ các tham số cần thiết và có thể truy nhập nó theo bit (B), byte (MB) từ (MW) hay từ kép (MD)

T (Timer): Miền nhớ phục vụ bộ thời gian (Timer) bao gồm việc lưu trữ giá trị thời gian đặt trước (PV – preset Value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV – current Value) cũng như giá trị lọc logic đầu ra của bộ thời gian

C (Counter): Miền nhớ phục vụ bộ đếm bao gồm việc lưu trữ giá trị đặt trước (PV preset – Value), giá trị đếm tức thời (CV Current – Value) và giá trị logic đầu ra của bộ đệm

c Vùng chứa các khối dữ liệu:

DB (Data Block): Miền chứa dữ liệu được tổ chức thành khối Kích thước cũng như số lượng khối do người sử dụng quy định, phù hợp với từng bài toán điều khiển Chương trình có thể truy cập miền này theo từng bit (DBX), byte (DBB), từ (DBW) hay từ kép (DBD)

L (local data block): Miền dữ liệu địa phương, được các khối chương trình OBI, chương trình con, chương trình ngắt được tổ chức và sử dụng cho các biện pháp tức thời và trao đổi dữ liệu của biến hình thức với những chương trình gọi

nó Nội dung của khối dữ liệu trong miền nhớ này sẽ bị xóa khi kết thúc chương trình tương ứng trong OBI, chương trình con, chương trình ngắt Miền này có thể

được truy nhập từ chương trình theo bit (L) ,theo byte (LB) từ (LW) hay từ kép (LD)

2.4.3.4 Vòng quét chương trình:

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lặp Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét được bắt đầu từ giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trong từng vòng quét chương trình thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB (Block End) Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của

bộ đệm ảo Q tới các cổng ra số Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi Chú ý rằng bộ đệm I và Q không liên quan tới các cổng vào ra tương tự nên các lệnh truy nhập cổng tương tự được thực hiện trực tiếp với cổng vật lý chứ không thông qua bộ đệm

Thời gian cần thiết kế để PLC thực hiện một vòng quét gọi là thời gian vòng quét (Scan Timer) Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phải vòng quét nào cũng thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau Có vòng quét thực hiện lâu, có vòng quét thực hiện nhanh tùy thuộc vào số lệnh trong chương trình được thực hiện và khối dữ liệu truyền thông trong vòng quét đó

Như vậy giữa việc đọc dữ liệu từ đối tượng để xử lí, tính toán và việc gửi tín hiệu điều khiển đến đối tượng có 1 khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gian quét Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực của chương trình điều khiển trong PLC Thời gian vòng quét càng ngắn tính thời gian thực của chương trình càng cao

Nếu sử dụng khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt (OB40, OB80 …), chương trình của khối đó sẽ thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu báo ngắt cùng chủng loại Các khối chương trình có thể thực hiện tại mọi điểm trong vùng quét chứ không bị gò ép là phải ở trong giai đoạn thực hiện chương trình Chẳng hạn nếu 1 chương trình báo ngắt xuất hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền thông và kiểm tra nội bộ, PLC sẽ ngừng công việc truyền thông, kiểm tra để thực hiện khối chương trình tương ứng với tín hiệu báo ngắt đó Với hình thức xử lý tín

hiệu ngắt như vậy, thời gian vòng quét sẽ càng lớn khi càng có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong vòng quét Do đó để nâng cao tính thời gian thực của chương trình điều khiển, tuyệt đối không nên viết chương trình xử lý ngắt quá dài hoặc quá lạm dụng chương trình ngắt trong quá trình điều khiển

Tại thời điểm thực hiện lệnh vào ra, thông thường lệnh không làm trực tiếp với cổng vào ra mà chỉ thông qua bộ đệm ảo của cổng trong vùng nhớ tham số Việc truyền thông giữa bộ đệm ảo với ngoại vi trong các giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU quản lý, ở 1 số modul CPU khi gặp lệnh vào ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng mọi công viêc khác ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện lệnh trực tiếp của cổng vào ra

đó thường xuyên, từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng và quay lại lệnh đầu tiên

b Lập trình có cấu trúc:

Chương trình được chia thành những phần nhỏ và mỗi phần thực thi những nhiệm vụ chuyên biệt riêng của nó, từng phần này nằm trong những khối chương trình khác nhau Loại hình cấu trúc này phù hợp với những bài toán điều khiển nhiệm vụ và phức tạp Trong S7-200 có 3 loại khối cơ bản sau:

Loại khối OBI (Organization Block): Khối tổ chức và quản lý chương trình điều khiển, khối này luôn luôn được thực thi và luôn được quét trong mỗi chu kì quét

Loại khối SBR (khối chương trình con): Khối chương trình với những chức năng riêng giống như một chương trình con hoặc 1 hàm (chương trình con có biến hình thức) Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều chương trình con và

các khối chương trình con này có thể được phân biệt với nhau bằng tên của

chương trình đó

Loại khối INT (Khối chương trình ngắt): Là loại khối chương trình đặc

biệt có khả năng trao đổi 1 lượng dữ liệu lớn với các khối chương trình

khác.Chương trình này sẽ được thực thi mỗi khi có các chương trình ngắt xảy ra

2.4.3.6 PLC S7-200

Trong thực tế hiện nay có rất nhiều loại PLC khác nhau về kích thước, chủng

loại cũng như tính năng của các hãng như: Omron, Mitsubisi, Simems,… Nhưng

do những điều kiện khác nhau nhóm sinh viên lựa chọn PLC S7-200 của Simems

Hiện PLC S7-200 có rất nhiều loại khác nhau như: PLC214, PLC216,

PLC222, PLC224, PLC226,… với các tính năng và công dụng khác nhau Ở đề tài

này nhóm sinh viên lựa chọn PLC222 làm mục đích nghiên cứu của mình

a Giới thiệu về PLC S7-200 (CPU 222)

+ Đặc tính:

Điện áp vào 220V

Cổng vào DC

Cổng ra relay

+ Kích thước vật lý: Rộng x sâu x Cao: 120 x 80 x 60

+ Kích thước bộ nhớ chương trình cho phép: 12KB

+ Kích thước bộn nhớ dữ liệu cho phép: 8KB

+ Khả năng lưu trữ khi cúp điện: 190 giờ

+ Số bit nội/ counter/ timer: 256/ 256/ 256

+ Timer trong đó có 3 độ phân giải: 1ms, 10ms, 100ms Bao gồm timer đếm có nhớ và không có nhớ

+ Số bộ đếm tốc độ cao: 4 bộ đếm với tần số 20KHz

+ Số cổng vào ra: 8 cổng vào và 6 cổng ra

+ Đầu vào:

Tầm ở trạng thái ON: 15-30VDC, dòng nhỏ nhất 4mA

Trạng thái ON bình thường: 24VDC, 7mA

Trạng thái OFF lớn nhất: 5VDC, 1mA

+ Đầu ra:

Đầu ra kiểu relay

Tầm điện áp 5-30VDC/ 250VAC

Dòng tải tối đa: 2A/ điểm, 8A/ common

Quá dòng: 7A với contact đóng

Thời gian quát nhỏ nhất là 20ms ở điện

b Kết nối PLC với thiết bị

Hình 2.8 Sơ đồ kết nối PLC với các thiết bị điều khiển

c PLC và các Module chức năng

Hình dưới đây là một loại PLC và module mở rộng trong PLC S7-200

Hình 2.9 PLC S7-200 và một module của nó

Sơ đồ của một bộ PLC cơ bản được biểu diễn trên Hình 2.10 Ngoài các module chính này, các PLC còn có các module phụ trợ như module nối mạng, các module đặc biệt để xử lý tín hiệu như module kết nối với các can nhiệt, module điều khiển động cơ bước, module kết nối với encoder, module đếm xung vào v.v…

Hình 2.10 Cấu hình cơ bản của PLC

Các module chức năng rất đa dạng, có thể chia ra làm các loại đặc trưng sau:

–Module vào ra (I/O)

–Module chức năng đặc biệt

Các loại modul analog

EM231: 4 analog inputs (6ES7 231–0HC22–0XA0)

EM232: 2 analog outputs (6ES7 232–0HB22–0XA0)

EM235: 4 analog inputs, 1 analog output (6ES7 235–0KD22–0XA0)

Hình 2.11 Sơ đồ đấu nối dây với modul analog

2.4.4 Công tắc hành trình

Công tắc hành trình trước tiên là cái công tắc tức là làm chức năng đóng mở mạch điện, và nó được đặt trên đường hoạt động của một cơ cấu nào đó sao cho khi cơ cấu đến 1 vị trí nào đó sẽ tác động lên công tắc Hành trình có thể là tịnh tiến hoặc quay

Khi công tắc hành trình được tác động thì nó sẽ làm đóng hoặc ngắt một mạch điện do đó có thể ngắt hoặc khởi động cho một thiết bị khác Người ta có thể dùng

Có thể dùng công tắc hành trình vào các mục đích như:

- Giới hạn hành trình ( khi cơ cấu đến vị trí giới hạn tác động vào công tắc sẽ làm ngắt nguồn cung cấp cho cơ cấu -> nó không thể vượt qua vị trí giới hạn)

- Hành trình tự động: Kết hợp với các rơle, PLC hay Vi Điều Khiển để khi cơ cấu đến vị trí định trước sẽ tác động cho các cơ cấu khác hoạt động (hoặc chính cơ cấu

đó)

Hình 2.12 Công tắc hành trình

Công tắc hành trình được dùng nhiều trong các dây chuyền tự động Các công tắc hành trình có thể là các nhút nhấn (button) thường đóng, thường mở, công tắc 2 tiếp điểm, và cả công tắc quang

2.4.5 Giới thiệu van điện từ

2.4.5.1 Cấu tạo, chức năng, phân loại

1,2 Cuộn dây của nam châm điện;

3,6 Vít hiệu chỉnh của lõi sắt từ;

4,5 Lò xo;

+ Van solenoid điều khiển trực tiếp

+ Van solenoid điều khiển gián tiếp

Hình 2.13 Cấu tạo và ký hiệu của van solenoid điều khiển trực tiếp.

Cấu tạo:

+ Đối với van solenoid điều khiển trực tiếp gồm có thân van, con trượt, hai nam châm điện

+ Đối với van solenoid điều khiển gián tiếp gồm có van sơ cấp 1, cấu tạo van

sơ cấp giống van điều khiển trực tiếp và van thứ cấp 2 điều khiển con trượt bằng

dầu ép, nhờ tác động của van sơ cấp

Van solenoid dùng để đóng mở (như van phân phối thông thường), điều khiển bằng nam châm điện; giúp kiểm soát dòng chảy của nước Được dùng trong các mạch điều khiển logic

2.4.5.2 Nguyên lý hoạt động:

Sử dụng van 2/2 với 2 trạng thái ( đóng mở), 2 cửa (vào, ra) Nguồn cấp cho van hoạt động là 220V Khi dòng điện chạy qua cuộn dây sinh ra điện trường hút lõi thép mở thông van, khi ngắt điện thì lõi thép được nhả ra đóng van lại Van chỉ

có 2 dây để cấp nguồn cho cuộn coil, thường có 2 cấp điện áp là 24VDC và 220VAC Nếu muốn tự động thì nhờ vào cảm biến đưa về rơle sau đó out ra cuộn coil của van

2.4.5.3 Sơ đồ liên kết để điều khiển

Hình 2.15 Sơ đồ liên kết điều khiển

2.4.6 Cơ cấu thanh răng, bánh răng

2.4.6.1 Đường ăn khớp, góc ăn khớp

phụ thuộc vào điều kiện chế tạo ( r e, r0, t0 ) và điều kiện lắp ráp

Xét thanh răng sinh vẽ một họ đường thẳng bao hình tạo biên dạng thân khai Thanh răng hình thang ăn khớp với bánh răng thanh khai

Hình 2.18 Thanh răng ăn khớp bánh răng

2.4.6.3 Quan hệ động giữa thanh răng và bánh răng:

Khi cạnh tịnh tiến một đoạn ds = Mmt, bánh răng quay 1 góc

Do đó

Trong quá trình ăn khớp, vận tốc tịnh tiến của thanh răng và vân tốc góc của bánh răng có một tỉ lệ nhất định tính theo

Xét chuyển động tương đối giữa thanh răng đối với bánh răng, các cạnh bánh răng

sẽ đứng yên và các cạnh thanh răng sẽ có 1 loạt các vị trí hợp thành những họ đường thẳng có hình bao là các cạnh răng thân khai

Cho phôi chạy tròn với vận tốc

Cho thanh răng tịnh tiến với vân tốc v

Modun thanh răng mt = tt / π

Đường trung bình của thanh răng

Chiều cao đỉnh răng h’t, chân răng h”t

Để tránh ứng suất tập trung ở chân răng của bánh răng

Hình 2.19 Thanh răng và bánh răng

Hình 2.21 Bánh răng ăn khớp

Trong quá trình ăn khớp giữa bánh răng và thanh răng, vòng lăn của bánh răng có bán kính cố định

Khi cắt bánh răng bắng dao thanh răng người ta gọi vòng lăn là vòng chia

Đường thẳng trên thanh răng lăn không trượt đối với vòng chia tại tâm ăn khớp; P gọi là đường chia

r phụ thuộc vào tỉ số vận tốc của thanh răng và phôi khi chế tạo mà không phụ thuộc khoảng cách giữa chúng

Trong quá trình sử dụng, vòng chia không thay đổi lấy các thông số ứng với vòng chia làm thông số chế tạo cơ bản của bánh răng

Bước trên vòng chia = bước trên đường chia = bước trên đường trung bình của thanh răng, t = tt

Gọi z là số răng của bánh răng

2.4.7 Truyền động xích:

2.4.7.1 Khái niệm chung:

Truyền động xích thuộc loại truyền động ăn khớp gián tiếp.Có thể dùng truyền động xích nối với nhau bằng bản lề Xích truyền chuyển động và tải trọng từ trục dẫn (trục chủ động) sang trục bị dẫn (trục bị động) nhờ sự ăn khớp của các mắt xích với các răng đĩa xích

+ Kích thước khuôn khổ nhỏ gọn hơn so với bộ truyền đai

+ Qua 1 xích, có thể truyền chuyển động cho nhiều trục Với các chiều quay ngược nhau

+ Khả năng hao mòn hiệu suất của bộ truyền xích cao hơn so với bộ truyền đai

Có thể truyền công suất lớn (đến 3000 kW)

+ Lực tác dụng lên trục và ổ tương đối nhỏ (căng xích với lực nhỏ hơn nhiều so với căng đai)

Hiện nay, truyền động xích được dùng rộng rãi trong các máy vận chuyển (mô

tô, xe máy, xe đạp, xích tải…), máy nông nghiệp, máy công cụ, máy xây dựng,tay máy…

2.4.7.3 Giới thiệu về xích ống con lăn:

Khi làm việc ,con lăn tiếp xúc với răng đĩa xích và lăn không trượt nên răng đĩa xích đỡ mòn

Bộ truyền xích có thể truyền công suất đến 3500 kW, nhưng thường dùng trong khoảng dưới 100 kW Xích thường làm việc với vận tốc không quá 15 m/s,

tỷ số truyền i≤ 8

Xích ống con lăn có cấu tạo gồm các má trong xen kẽ với các má ngoài 2, có thể xoay tương đối đối với nhau Các má trong lắp chặt với ống 4, các má ngoài lắp chặt với ống, các má ngoài lắp chặt với chốt 3, ống và chốt có khe hở, có thể