Bài Tập Lớn công nghệ Tự động hóa sử dụng S7-200 Phân Phôi Tự Động CÓ CHƯƠNG TRÌNH

Cấp phôi là quá trình chuyển phôi từ phễu chứa phôi qua máng dẫn và một số bộ phận khác tới vò trí gia công sao cho đúng phương và chiều khi gá đặt. Đây là một công việc chiếm khá nhiều thời gian (cấp phôi thuộc thời gian phụ) và nặng nhọc đối với các loại phôi có trọng lượng lớn, cồng kềnh. Những phôi nhỏ, nhẹ nhưng thời gian gia công cơ bản ít, việc cấp phôi cứ xảy ra thường xuyên tạo sự mệt mỏi, nhàm chán cho công nhân. Nhằm mục đích giảm tổn thất về thời gian và cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân. Người ta khi thiết kế máy buộc phải nghó đến cấp phôi tự động. Hệ thống cấp phôi tự động sẽ cung cấp đầy đủ phôi cho quá trình gia công theo đúng nhòp sản xuất mà không cần sự tác động trực tiếp của con người chính vì thế nó có ý nghóa to lớn sau: - Nhờ có hệ thống cấp phôi tự động mà máy bán tự động trở thành tự động. Dây chuyền sản xuất trở thành đường dây tự động. - Cấp phôi tự động mang lại hiệu quả kinh tế to lớn nhờ giảm tổn thất về thời gian. - Cấp phôi tự động cải thiện điều kiện làm việc của công nhân, đặc biệt trong môi trường nhiệt độ cao, độc hại, phôi có trọng lượng lớn Với ý nghóa đó, các kỹ sư cơ khí chế tạo phải có khả năng thiết kế chế tạo các hệ thống cấp phôi tự động cho máy công cụ, đồng thời mở rộng các kiến thức này để thiết chế tạo hệ thống cấp liệu cho các máy đóng gói, thiết bò lắp ráp Dựa vào dạng phôi người ta có thể chia ra 3 hệ thống cấp phôi chính: - Hệ thống cấp phôi cuộn; - Hệ thống cấp phôi dạng thanh; - Hệ thống cấp phôi rời từng chiếc.

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời gian làm bài tập lớn môn Tự động hóa quá trình sản xuất đã giúp em rấtnhiều để có thể tổng hợp tất cả những kiến thức đã học ở trên lớp để giải quyết các vấn

đề đặt ra

Trong khoảng thời gian chưa đầy 3 tháng học trên lớp được sự dạy dỗ nhiệt tình củathầy giáo mà em đã hoàn thành bài tập lớn này Với em đây có thể là một lần thử sứcmình trên chặng đường gian lao mà mình phải tiếp bước về sau Em xin cảm ơn thầy đãtruyền đạt nhiệt tình cho em kiến thức cơ bản về khoa học kỹ thuật để em có thể hoànthành tốt bài tập của mình

Trong quá trình làm bài tập lớn này do thời gian còn ngắn mà kiến thức của côngnghệ Tự động hóa còn nhiều hạn chế nên em chỉ làm những phần cơ bản nên không thểtránh khỏi thiếu sót nên em mong được sự đóng góp giúp đỡ của thầy cô trong bộ môn

để bài làm của em hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô Em xin chúc các thầy cô luôn mạnh khỏe

CHƯƠNG I: CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG

1 Ý nghĩa và phân loại.

1.1 Ý nghóa và phân loại của cấp phôi tự động

Cấp phôi là quá trình chuyển phôi từ phễu chứa phôi qua máng dẫn và một số bộ phận khác tới vò trí gia công sao cho đúng phương và chiều khi gá đặt

Đây là một công việc chiếm khá nhiều thời gian (cấp phôi thuộc thời gian phụ) và nặng nhọc đối với các loại phôi có trọng lượng lớn, cồng kềnh Những phôi nhỏ,

nhẹ nhưng thời gian gia công cơ bản ít, việc cấp phôi cứ xảy ra thường xuyên tạo sự mệt mỏi, nhàm chán cho công nhân

Nhằm mục đích giảm tổn thất về thời gian và cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân Người ta khi thiết kế máy buộc phải nghó đến cấp phôi tự động Hệ thống cấp phôi

tự động sẽ cung cấp đầy đủ phôi cho quá trình gia công theo đúng nhòp sản xuất mà khôngcần sự tác động trực tiếp của con người chính vì thế nó có ý nghóa to lớn sau:

- Nhờ có hệ thống cấp phôi tự động mà máy bán tự động trở thành tự động

Dây chuyền sản xuất trở thành đường dây tự động

- Cấp phôi tự động mang lại hiệu quả kinh tế to lớn nhờ giảm tổn thất về thời gian

- Cấp phôi tự động cải thiện điều kiện làm việc của công nhân, đặc biệt trong

môi trường nhiệt độ cao, độc hại, phôi có trọng lượng lớn

Với ý nghóa đó, các kỹ sư cơ khí chế tạo phải có khả năng thiết kế chế tạo các

hệ thống cấp phôi tự động cho máy công cụ, đồng thời mở rộng các kiến thức này để thiết chế tạo hệ thống cấp liệu cho các máy đóng gói, thiết bò lắp ráp

Dựa vào dạng phôi người ta có thể chia ra 3 hệ thống cấp phôi chính:

Kéo phôi có thể dùng chốt tì và lò xo lá hoặc dùng chấu kẹp với bánh răng -

thanh răng

Kẹp phôi thường dùng bản kẹp có khối V tạo lực kẹp bằng cam và lò xo nén

Điển hình của hệ thống cấp phôi cuộn có thể tham khảo ở máy dập đinh đóng gỗ

*PHÂN LOẠI PHÔI CUỘN -phôi cuộn dạng dây (hình ảnh)

-Phôi liệu dạng lỏng có đặc điểm ướt, sóng sánh trong quá trình vận chuyển Hệ thống cấp phôi dạng lỏng thường là định lượng thể tích và bao gói, ứng dụng trong ngành công nghiệp giải khát và hóa chất…

*PHÂN LOẠI:

-Dạng đống như xi măng, thức ăn gia súc công nghiệp

-Dạng lỏng như Bia,Rượu, nước giải khát…

4 Hệ thống cấp phôi rời.

4.1 Hệ thống cấp phôi rời

1 Phân loại

Trong sản xuất cơ khí, phôi rời chiếm số lượng lớn nhất và cũng đa

dạng nhất Để tiện cho việc cấp phôi, có thể chia phôi rời thành 3 loại chủ yếu :

- Chi tiết có trọng lượng lớn và không quay lúc gia công như các loại hộp, thân, càng Loại này có khối lượng gia công nhiều, có nhiều bề mặt phải gia công vì thế thời gian cung cấp rất ngắn so với tổng thời gian gia công Hơn nữa một chi tiết thường trải

qua nhiều vò trí gia công, có thể trên một máy nếu là máy tổ hợp, có thể trên nhiều máy khác nhau nếu là máy chuyên dùng

- Chi tiết có trọng lượng lớn và quay khi gia công, đó là các loại trục, như trục chính máy tiện, phay, trục của các hộp số lớn, trục khuỷu.v.v Các trục này cũng có thời gian gia công dài và phải trải qua nhiều bước trên nhiều vò trí gia công khác nhau

Vì thế cấp phôi hai dạng này không dùng phễu hay ổ chứa mà phải dùng một vò trí chờ hay hệ thống dự trữ phôi, sau đó nhờ băng tải và ROBOT

- Các chi tiết nhỏ, vừa: loại chi tiết này rất đa dạng và phong phú, tuy nhiên có

thể phân thành hai nhóm: Thứ nhất là loại có hình dáng đơn giản, ở nhóm này phần

lớn là các chi tiết tiêu chuẩn như : bulông, đai ốc, chốt trụ, côn, bánh răng loại nhỏ, bi đũa,

bi cầu, bạc trụ, các loại trục nhỏ có bậc hoặc trơn, vit xẻ rãnh Nhóm thứ hai là những chi

tiết có hình dáng phức tạp như một số loại bạc phức tạp, chi tiết dạng càng nhỏ, các thanh đẩy cong trong không gian ba chiều, van nước, van hơi

có khối lượng gia công không nhiều Tỷ lệ giữa thời gian cấp phôi và thời gian cơ bản t0 cao Vì vậy thiết kế chế tạo hệ thống cấp phôi loại này một cách hoàn chỉnh sẽ tăng năng suất đáng kể Đồng thời cũng trình bày về mặt nguyên tắc các phương pháp cấp phôi các chi tiết lớn kể trên.

2 Cấu tạo chung của hệ thống tự động cấp phôi rời

Một hệ thống cấp phôi tự động hoàn chỉnh phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Dự trữ đủ số lượng phôi theo yêu cầu gia công của máy, nghóa là năng suất của hệ thống cấp phôi phải phù hợp với năng suất của máy

- Đảm bảo cho các phôi có vò trí hoàn toàn xác đònh trong không gian trước khi đưa vào vùng gia công

- Vận chuyển phôi vào vò trí gia công theo đúng nhòp do máy yêu cầu

- Đảm bảo phôi không bò hư hỏng trong quá trình vận chuyển

Để thỏa mãn các yêu cầu đề ra, hệ thống cấp phôi tự động thường có các cơ cấu chính sau đây:

- Cơ cấu chứa phôi ( phễu hoặc ổ chứa phôi )

- Cơ cấu đònh hướng phôi

- Cơ cấu vận chuyển phôi ( máng dẫn phôi )

- Cơ cấu chia phôi

- Cơ cấu giảm tốc độ phôi

- Cơ cấu ngăn và đưa phôi

- Cơ cấu đẩy phôi ra khỏi vò trí đònh vò

Trong cấp phôi người ta còn dùng hai thuật ngữ để chỉ hai mức độ tự động

khác nhau, đó là: ổ cấp phôi và phễu cấp phôi:

+ Ổ cấp phôi dùng để chỉ hệ thống cấp phôi bán tự động, nghóa là khi xếp phôi vào ổ

ta phải đònh hướng chúng bằng tay

+ Phễu cấp phôi dùng để chỉ hệ thống cấp phôi hoàn toàn tự động Phôi được đổ vào

phễu ở vò trí bất kỳ, cơ cấu đònh hướng trong phễu sẽ cho phép những phôi đúng hướng

đi vào vùng gia công

Sau đây ta tìm hiểu một cách tổng quát hệ thống cấp phôi tự động, nhiệm vụ của từng

cơ cấu trong hệ thống

Tuy nhiên tùy thuộc vào đặc điểm của từng loại phôi mà ta lựa chọn hệ thống cấp phôi sao cho đơn giản và ít bộ phận nhất, không nhất thiết phải có đầy đủ các cơ cấu trên

Hình 3.3:Cấu tạo của một hệ thống cấp phôi rời

Hình 3.3 là ví dụ về hệ thống cấp phôi tự động chi tiết trụ có 2 trục đối xứng với tỉ lệ : L /

D > 1

Phôi được đổ lộn xộn vào phễu 1, cơ cấu chiếm giữ 2 sẽ đưa phôi lên vò trí máng dẫn Những phôi có trục tâm nằm ngang sẽ lăn vào máng 4, những phôi nghiêng hoặc thẳng đứng sẽ bò cơ cấu 3 gạt trở lại vào phễu Trong quá trình lăn trong máng nghiêng phôi sẽ được giảm tốc độ nhờ cơ cấu 5, tới cuối máng cơ cấu đưa và ngăn phôi 6 sẽ giữ phôi lại chờ nhòp gia công Khi hết một chu kỳ, bắt đầu một chu kỳ mới cơ cấu đẩy phôi 8 sẽ đẩy phôi 7 vào cơ cấu kẹp 10, lúc đó máy bắt đầu gia công Khi gia công xong cơ cấu 9

sẽ đẩy phôi ra khỏi cơ cấu kẹp và rơi xuống Như vậy một chu kỳ gia công tự động đã kết thúc

Để truyền động cho hệ thống cấp phôi, có thể sử dụng động cơ riêng hoặc một

xích truyền động từ máy công cụ

4.2 Vấn đề định hướng phôi rời

Trong quá trình tự động cấp phôi rời, đònh hướng phôi là một vấn đề quan trọng nhất

và cũng khó khăn nhất Hình dáng, kích thước, trọng lượng của phôi quyết đònh khả năng

tự đònh hướng của nó và quyết đònh phương pháp đònh hướng của hệ thống cấp phôi

Những chi tiết đơn giản thường được chia thành 2

loại :

- Loại phôi có hai trục đối xứng trở lên (hình

3.4a,b)

- Loại phôi có một trục đối xứng (hình 3.4c,d)

Loại phôi có hai trục đối xứng trở lên chỉ cần đònh

hướng một lần, còn những loại phôi có một trục đối xứng thường phải đònh hướng hai lần hoặc đònh hướng kép

Ví dụ : Hình 3.4 a) và b) có trục tâm và có một trục đối xứng nữa, việc đònh hướng đơn giản là

cho trục tâm nằm ngang hay thẳng đứng Trong quá trình phôi vận chuyển, chi tiết a) sẽ có

vị trí ổn định khó bị thay đổi khi trục tâm nằm ngang, chi tiết b) sẽ ổn định khi trục tâm thẳng đứng

Ở hình 3.4c) và d) là những chi tiết chỉ có một trục đối xứng, việc đònh hướng có thểphân chia thành 2 bước sau:

- Bước 1 : quyết định cho trục tâm ở vò trí nằm ngang hay thẳng đứng

- Bước 2 : quyết định cho đầu lớn hay đầu nhỏ vào vùng gia công trước

Hai bước định hướng trên có thể tuần tự nối tiếp nhau, bước 1 tiến hành trước rồi kế đến bước 2 Tuy nhiên có lúc 2 bước được đònh hướng đồng thời bởi một cơ cấu nào

đó Tùy thuộc vào từng loại phôi để chọn một trong các phương pháp đònh hướng sau:  Định hướng bằng tay: đối với các chi tiết trụ dài (L/D từ 5 đến 10), các chi tiết trụ hoặc côn có L/D xấp xỉ bằng 1 , các chi tiết khó đònh hướng tự động

 Định hướng tự động cả hai bước trong phễu hoặc kết hợp phễu và máng dẫn

 Định hướng tự lựa: Để cho việc thiết kế hệ thống cấp phôi tự lựa được dễ dàng, việcđịnh hướng phôi thường tuân thủ một số nguyên tắc sau:

- Cơ cấu định hướng phải tạo điều kiện cho phôi tự nhận lấy vò trí ổn đònh tự

nhiên của nó trong quá trình chuyển động

- Tìm cách thu nhận lấy những phôi có vị trí đúng và gạt bỏ hoặc sửa chữa lại vị trí củanhững phôi sai yêu cầu

- Những phôi bò gạt bỏ phải được vận chuyển ngược về phễu cấp phôi

- Nếu cơ cấu định hướng có độ tin cậy không cao thì phải bố trí vài ba cơ cấu

trên đường vận chuyển phôi

5 Hệ thống cấp phôi thanh.

Các loại phôi thanh dài từ 15m đã được nắn thẳng, có thể tròn hoặc vuông; có

độ chính xác khá cao và độ bóng tốt Những phôi này thường qua kéo nguội hoặc mài

vô tâm Ta gọi những loại phôi này là thép tự động vì được dùng cho các máy tự động có

hệ thống kẹp phôi chính xác

Cấp phôi loại này có hai phương pháp:

- Dùng tải trọng để đẩy phôi tới cữ chắn, lúc đó chấu kẹp được điều khiển bằng cam hoặc bằng các phương pháp khác có nhiệm vụ kẹp phôi lại để gia công Có khi không cần dùng đối trọng mà người ta đặt máng dốc nhờ trọng lượng mà phôi tự trượt trên máng

- Dùng chấu phóng để phóng phôi, cơ cấu gồm hai bộ phận chính là chấu kẹp và chấu phóng Hai chấu này được điều khiển bằng cam thùng (hình 3.2)

Để cấp và kẹp phôi thanh trên các máy tự động, người ta sử dụng các chấu kẹp đàn hồi chuyên dùng Tồn tại một số phương pháp cấp phôi thanh sau:

a) Cấp phôi qua lỗ trục chính bằng các chấu kẹp đàn hồi, chấu kẹp đàn hồi chêm và chấu chêm, cơ cấu đẩy nhờ trọng lực (quả nâng, xilanh thủy khí ); con lăn ma sát phía sau trục chính; nhờ trọng lượng bản thân con lăn phôi gia công khi đặt nằm nghiêng

Hình 3.2a

1-Gối tựa cam đẩy

2-Gối tựa cam kẹp

2- Chấu kẹp đàn hồi 3- Bàn dao trên

4- Bàn dao đòn cân 5- Cam điều khiển bàn

dao 6- Cam điều khiển chấu

đẩy phôi

Hình 3.2 Trình bày một số dạng cấp phôi thanh trong các máy tiện tự động ngang và dọc trục, hình 3.2c

là hệ thống cấp phôi nhờ khí nén hoặc thủy lực.

b) Cấp phôi thanh cho máy tiện dọc

a) Cấp phôi thanh cho máy tiện định hình

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CẤP PHÔI

1 Chọn kiêu cấp phôi và nguyên lý làm việc.

Phân tích: Phôi trụ đặc vật liệu kim loại có các đặc điểm: là phôi trụ nên có tính đối xứng, vật liệu kim loại nên nặng Với chi tiết kiểu này thích hợp với cấp phôi dạng phễu hiệu suất 90%

Ưu điểm của phương pháp cấp phôi dạng phễu: Phễu đảm bảo lượng dự trữ phôi cầnthiết để máy làm việc lâu dài và đưa phôi vào cơ cấu định hướng

Nguyên lý làm việc: Thiết bị cấp phôi dạng phễu gồm các bộ phận sau: động cơ 1, định hướng-phễu, cảm biến 1, pittong1 và pittong 2 Bắt đầu khởi động động cơ 1 sẽ quay khi đó các phôi rơi xuống và trượt trên mang trượt trước khi rơi xuống khoang chờ theo chiều đã được định sẵn Khi phôi rơi đầy khoang chờ cản biến 1 truyền thông tin đến động

cơ 1 ngừng quay, và khi khoang chờ không đầy cảm biến 1 truyền thông tin đến động cơ 1quay Song song đó pittong 1 cơ cấu đẩy máng tách phôi từ máng dẫn đến vị trí chính giữatrục chính máy Khi pittong đẩy vào đến nơi pittong 2 cơ cấy đẩy phôi đến trục chính máy sau đó trở về vị trí ban đầu Pittong 2 kết trở về và đồng thời pittong 1 cũng đưa máng táchphôi về vị trí ban đầy để lấy phôi Chờ chi tiết gia công song lặp lại chu kỳ

quá trình đó pisttong 1 Giữa hai bộ phận này là mãng dẫn Bộ phận định hướng-phễu gồm phễu, cơ cấu tuyển phôi, cơ cấu định hướng phôi, cơ cấu chống vón cục (tụ phôi) và

cơ cấu nạp phôi Chức năng của pittong là cấp phôi đã được đinh hướng vào vùng gia công (trục chính) Từ phễu cơ cấu tuyển phôi sẽ quay khi đó phôi sẽ lọt vào cơ cấu định hướng được tạo ra theo chiều đứng của phôi Khi quay đế vị chí được tạo ra trên phễu cố định phôi sẽ rơi xuống và trượt trên máng, phôi sẽ được xếp theo đúng hước được định sẵntrên máng Sau đó pittong 1 cơ cấu đẩy máng tách phôi từ máng dẫn đến vị trí chính giữa trục chính máy Khi pittong đẩy vào đến nơi pittong 2 cơ cấy đẩy phôi đến trục chính máy sau đó trở về vị trí ban đầu Pittong 2 kết trở về và đồng thời pittong 1 cũng đưa máng táchphôi về vị trí ban đầy để lấy phôi Chờ chi tiết gia công song lặp lại chu kỳ

Lưu đồ trạng thái của cảm biến 1:

2 Tính toán thời gian gia công.

Tổng thời gian gia công từ lúc phôi được cấp vào trục chính đến lúc phôi rơi ra là 23,2s vậy ta có chu kỳ cho pittong 1 và pittong 2 là

Bắt từ pittong 1 sẽ đẩy máng tách phôi vào đến vị chính giữa trục chính với chiều dài

l1 mất 1,5s sau đó chờ pittong 2 đẩy phôi vào trục chính máy với chiều dài l2 sau đó trờ về mất 1,5s, pittong 2 kết thúc pittong 1 sẽ trở về mất 1,5s và chờ 23,2s sau đó lặp lại chu kỳ (Pittong 2 được gắng trên phần thân của máng tách phôi)

3 Tính toán kích thước phễu, máng trượt và khoang chờ.

* Kích thước phễu

Tổng thời gian hoàn thành 1 chi tiết là: t = 23,2 + 1,5 + 1,5 + 1,5 = 27,7s

=> Một ca làm việc sẽ gia công được 1038 chi tiết chọn cấp phôi 2 lần/ca mỗi lần cấp

* Kích thước máng trượt và khoang chờ

Chọn kiểu máng trượt như hình vẽ có:

Chọn kích thước máng trượt dài L = 800 mm

B = 25 mm

h = 25 mm

Khoang chứa phôi có hình dạng như hình vẽ:

Chọn chiều dài = 200 mm, chiều rộng = 25 mm, chiều cao = 200 mm

Gắn cảm biến 1 tại chiều cào 200 mm của khoang trượt để cảm biến khi phôi đầy khoang chờ

4 Chế độ cắt khi gia công.

15 40

Bảng (5-3): K mv=0,8Bảng (6-3): K tv=1

=7,5s

CHƯƠNG III: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN

Sơ đồ trạng thái điều khiển:

 Xy lanh 1 điều khiển tay gạt phôi từ máng dẫn vào đầu mâm cặp

 Xy lanh 2 điểu khiển cần gạt phôi vào mâm cặp

 Xy lanh 3 điều khiển cơ cấu kẹp chặt

 Xy lanh 4 điều khiển dao tiện rãnh và dao khỏa mặt đầu

 Xy lanh 5 điều khiển dao tiện hạ bậc

 Xy lanh 6 điều khiển dao khoan ø8

Xy lanh 1 đẩy tay gạt mang phôi từ máng dẫn vào đầu mâm cặp

xy lanh 2 sẽ đẩy phôi vào mâm cặp để xy lanh 3 kẹp chặt và gữ trạng tháiđến khi xy lanh 4, xy lanh 5 và xy lanh 6 đẩy dao vào gia công xong thì

sẽ nhả phôi ra

CHƯƠNG IV: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PLC

Trong những năm gần đây bộ điều khiển lập trình PLC được sử dụng ngày càngrộng rãi trong công nghiệp ở nước ta như là một giải pháp điều khiển lý tưởng cho việc

tự động hóa các quá trình sản xuất Hiện nay trong nước chưa có một giáo trình tiếngViệt nào giới thiệu đầy đủ về bộ điều khiển lập trình nhằm đáp ứng nhu cầu học tập vànghiên cứu Trên cơ sở khảo sát những tài liệu kỹ thuật về bộ điều khiển lập trình củahãng Siemens, chúng em giới thiệu bộ điều khiển lập trình Simatic S7-200

c Có chức năng chuẩn đoán lỗi và ghi đè

d Các ứng dụng của S7-200 có thể dẫn chứng bằng tài liệu

e Các ứng dụng được phân bố nhân bản nhanh chóng và thuận tiện

S7-200 có thể điều khiển hàng loạt các ứng dụng khác nhau trong tự động hóa.Với cấu trúc nhỏ gọn, có khả năng mở rộng, giá rẻ và một tập lệnh Simatic mạnh củaS7-200 là một lời giải hoàn hảo cho các bài toán tự động hóa vừa và nhỏ Ngoài ra S7-

200 còn có các ưu điểm sau đây:

a Cài đặt, vận hành đơn giản

b Các CPU có thể sử dụng trong mạng, trong hệ thống phân tán hoặc sử dụng đơnlẻ

c Có khả năng tích hợp trên qui mô lớn

d Ứng dụng cho các điều khiển đơn giản và phức tạp

e Truyền thông mạnh

1.2 Cấu trúc phần cứng của CPU - (CENTRAL PROCCESSING UNIT)

PLC, chữ viết tắt của programmable logic controller, là thiết bị điều khiểnlogic cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic qua một ngôn ngữlập trình, bộ điều khiển thỏa mãn các yêu cầu:

a, Lập trình dễ dàng vì ngôn ngữ lập trình dễ học.

b, Gọn nhẹ, dễ bảo quản, tu sửa.

c, Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp.

d, Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.

e, Giao tiếp với các thiết bị thông tin; máy tính, nối mạng các modile mở rộng.

f, Giá cả phù hợp.

Bộ điều khiển lập trình PLC được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điềukhiển truyền thống dùng rơle có thiết bị cồng kềnh, nó tạo ra một khả năng điều khiểnthiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trinh các lệnh logic cơ bản PLC cònthực hiện các tác vụ định thời và đếm làm tăng khả năng điều khiển, thực hiện logicđược lập trong chương trình và kích ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tươngứng

2 Cấu trúc phần cứng PLC.

PLC gồm ba khối chức năng cơ bản: Bộ vi xử lý, bộ nhớ, bộ vào ra Trạng tháingõ vào của PLC được phát hiện và lưu vào bộ nhớ đệm, PLC thực hiện các lệnh logictrên các trạng thái của chúng và thông qua chương trình trạng thái ngõ ra được cậpnhật và lưu trữ vào bộ nhớ đệm, sau đó trạng thái ngõ ra trong bộ nhớ đệm được dùng

để đóng mở các tiếp điểm kích hoạt các thiết bị tương ứng, như vậy sự hoạt động củacác thiết bị được điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình trong bộ nhớ, chươngtrình được nạp vào PLC thông qua thiết bị lập trình truyền thống

Hình 4.1 Hình ảnh PLC thực tế.

Bộ xử lý trung tâm (CPU- CENTRAL PROCCESSING UNIT)

Bộ xử lý trung tâm diều khiến và quản lý tất cả hoạt động bên trong của PLC Viêctrao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và khối vào ra được thực hiện thông qua hệ thốngbus dưới điều khiển của CPU Một mạch dao động thạch anh cung cấp xung clocktần số chuẩn cho CPU thường là 1 hay 8 MHz, tùy thuộc vào bộ xử lý được sử dụng Tần số xung clock xác định tốc độ hoạt động của PLC và được dùng để thựchiện sự đồng bộ cho tất cả các phần tử trong hệ thống

Bộ nhớ và bộ phận khác

Tất cả các PLC đều dùng các loại bộ nhớ và các bộ phận sau:

ROM (Read Only Memory)

Đây là bộ nhớ đơn giản nhất (loại chỉ đọc) nó gồm các thanh ghi, mỗi thanh ghi lưutrữ một từ với một tín hiệu điều khiển, ta có thể đọc một từ ở bất kỳ vị trí nào,ROM là bộ nhớ không thay đổi được mà chỉ được nạp chương trình một lần duy nhất

RAM (Random Access Memory)

Là bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên, đây là bộ nhớ thông dụng, để cất giữ chươngtrình khi mất điện Do đó điều này được giải quyết bằng cách luôn nuôi RAM bằngmột nguồn pin riêng

EEPROM

Đây là loại bộ nhớ mà nó kết hợp sự truy xuất linh hoạt của RAM và bộ nhớ chỉđọc không thay đổi ROM trên cùng một khối, nội dung của nó có thể xóa hoặc ghi lạibằng điện tuy nhiên cũng chỉ đọc được vài lần

Bộ nguồn cung cấp

Bộ nguồn cung cấp của PLC sử dụng hai loại điện áp AC và DC, thông thườngnguồn dùng điện áp 100 đến 240v: 50/60 Hz, nhưng nguồn DC thì có các giá trị:5v,24v DC

Nguồn nuôi bộ nhớ

Thông thường là pin để mở rộng thời gian lưu giư cho các dữ liệu có trong bộnhớ, nó tự chuyển sang trạng thái tích cực nếu dung lượng tụ cạn kiệt và nó phảithaThông thường là pin để mở rộng thời gian lưu giư cho các dữ liệu có trong bộ nhớ,19

nó tự chuyển sang trạng thái tích cực nếu dung lượng tụ cạn kiệt và nó phải thay vào vịtrí đó để dữ liệu trong bộ nhớ không bị mất đi.

Cổng truyền thông

PLC luôn dùng cổng truyền thông để trao đổi dữ liệu chương trình, các loạicổng truyền thống thường dùng là RS232, RS432, RS485 Tốc độ truyền thông tiêuchuẩn là 9600 baud

Dung lượng bộ nhớ

Đối với PLC loại nhỏ thì bộ nhớ có dung lượng cố định(thường là 2k) dunglượng chỉ đủ đáp ứng cho khoảng 80% hoạt động điều khiển công nghiệp Do giáthành bộ nhớ giảm liên tục nên các nhà sản xuất PLC trang bị bộ nhớ càng lớn cho cácsản phẩm của họ

Khối vào ra

Mọi hoạt động xử lý tín hiệu bên trong PLC có mức điện áp 5V DC; 15V DC(điện áp cho TTL, CMOS) Trong khi tín hiệu điều khiển bên ngoài có thể lớn hơnnhiều, thường là 24V đến 240V DC với dòng lớn

Như vậy khối vào ra có vai tròn là mạch giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLCvới các mạch công suất bên ngoài, kích hoạt các cơ cấu tác động Nó thực hiện sựchuyển đổi các mức điện áp tín hiệu và cách ly Tuy nhiên khối vào ra cho phép PLCkết nối trực tiếp với các cơ cấu tác động có dòng nhỏ (<=2A)

Có thể lựa chọn các thông số cho các ngõ vào ra với các yêu cầu điều khiển cụ

1 Ngõ vào: 24V DC; 110V AC hoặc 220V AC

2 Ngõ ra: Dạng rơ le, transitor hay triac

Tất cả các ngõ vào ra đều được cách ly quang trên các khối vào ra Mạch cách

ly quang dùng một điốt phát quang và một transistor quang Mạch này cho phép tínhiệu nhỏ đi qua và ghim các tín hiệu điện áp cao xuống mức thấp tín hiệu chuẩn hơnnữa, mạch này có tác động chống nhiễu khi chuyển công tắc và bảo vệ quá áp từnguồn điện cung cấp (có thể tới 1500V)

Thiết bị lập trình

Trên các PLC loại lớn có kết hợp với máy tính thường lập trình với sự hỗ trợcủa phần mềm VDU(Visua Display Unit) ở đây bàn phím, màn hình được nối với PLCthông qua cổng nối tiếp, thường là RS 485, các VDU hỗ trợ rất tốt cho việc lập trình

dạng ngôn ngữ LADDER kể cả các chú thích trong chương trình để dẽ đọc hơn Hiệnnay máy vi tính được sử dụng phổ biến để lập trình cho PLC, với CPU xử lý nhanh,màn hình chất lượng cao, bộ nhớ với giá thành hạ, vì vậy vi tính là một công cụ lýtưởng cho việc lập trình bằng ngôn ngữ LADDER Ngoài ra bộ lập trình cầm taythường được sử dụng thuận tiện trong công tác sửa chữa và bảo trì.

Khái niệm về lập trình PLC

Yêu cầu chính của ngôn ngữ lập trình là phải dễ hiểu, dễ sử dụng trong việc lậptrình điều khiển Sơ đò mạch điều khiển là phương pháp phổ biến nhất để mô tả mạch

rơ le logic

Ngôn ngữ lập trình LADDER có dạng giống như sơ đồ mach điện bậc thang gọi

là ngôn ngữ LADDER, rất phù hợp để tạo ra các chương trình điều khiển logic; đối vớinhững người thiết kế máy quen thuộc với các hệ thống điều khiển hệ thống rơ letruyền thống

Giải thích chương trình LADDER

Ở đây ta giải thích mối quan hệ giữa mạch điện vật lý và chương trìnhLADDER, ta xé mạch điều khiển động cơ theo hình vẽ sau:

X0.1 X0.2 X0.3 (Y0.2)

Hình 4.2 Mạch điện LADDER điều khiển động cơ

21

Như vậy ta thấy chương trình LADDER gồm 2 cột dọc biểu diễn cho nguồn điệnlogic cùng với các kí hiệu công tắc logic và rơ le logic tạo thành một nhánh mạch điênlogic nằm ngang Ở đây logic đều được biểu diễn bằng 3 công tắc thường mở, mộtcông tắc logic thường đóng và 1 rơ le logic (ngõ vào logic của động cơ).

Điều cần thiết cho công việc thiết kế cho chương trình LADDER là phải lập tàiliệu về hệ thống và mô tả hoạt động của chúng một cách nhanh chóng và đúng đắn

a, Ngõ vào và ngõ ra

Ngõ vào và ngõ ra là các bộ nhớ một bit, các bit có ảnh hưởng trực tiếp đếntrạng thái ngõ ra vào vật lý, ngõ vào nhận trực tiếp tín hiệu cảm biến và ngõ ra là các

rơ le, transistor, triac

b, Thanh ghi (register)

Thực chất là bộ nhớ 16 bit và được dùng để lưu trữ số liệu, thanh ghi được kí hiệu là D và được đánh số thập phân: D0,D200,D800,D8002

Thanh ghi dữ liệu (Data Register) được dùng để lưu trữ dữ liệu thông thườngtrong khi tính toàn dữ liệu trên PLC

Thanh ghi chốt (Latched Register) có khả năng duy trì nội dung(chốt) cho đến khi nó được ghi chồng bằng 1 nội dung mới, khi PLC chuyển từ trạngtháỉ RUN sang STOP thì dữ liệu trong các thanh ghi vẫn được duy trì

Thanh ghi chuyên dùn (Special Register) dùng để lưu trữ kết quả dữ liệu điều khiển và

giám sát trạng thái hoạt động bên trong PLC thường dùng kết hợp với các cờ chuyêndùng các thanh ghi này có thể sử dụng trong chương trình LADDER, ngoài ra cáctrạng thái hoạt động của hệ thống PLC hoàn toàn có thể xác định được

Thanh ghi tập tin (Thanh ghi bộ nhớ chương trình Program Memory Register)chiêm từng khối 500 bước bộ nhớ chương trình được sử dụng đối với các ứng dụng

mà chương trình điều khiển cần xử lý nhiều só liệu (các thanh ghi RAM có sẵn không

đủ đáp ứng)

Thanh ghi điều chỉnh được biến trở bên ngoài (External Adjusting Register) trên cácPLC có sẵn các biến trở dùng để điều chỉnh nội dung của một số thanh ghi dànhriêng nội dung các thanh ghi này có giá trị từ 0 -> 255 tương ứng với vị trí biến trởtối thiểu và tối đa

H, Thanh ghi chỉ mục (Index Register) dùng để hiệu chỉnh chỉ số các toán

hạng logic (Thanh ghi, cờ , bộ đếm, bộ đinh thời ) một cách tùy động.

c Bộ đếm (counter)

Bộ đếm (Counter): Được dùng để đếm các sự kiện, bộ đếm PLC được gọi là bộđếm logic vì nó là bộ nhớ, có tác dụng như là bộ đếm vật lý, số lượng bộ đếm có thể

sự dụng tùy thuộc vào loại PLC

Kí hiệu là C và cũng được đánh số thập phân C0; C128; C225

e Bộ đếm 32 bit có thể là bộ đếm chuẩn, nhưng nó thường là bộ đếm tốc

độ cao và bộ đếm tốc độ cao trên modul chuyên dùng

f Bộ đếm chốt: có khả năng duy tri nội dung đếm ngay cả khi PLC khôngđược cấp điện

d,Bộ định thời gian (timer)

Được dùng để định thời các sự kiện, bộ định thời trên PLC được gọi là bộ địnhthời logic vì nó là bộ nhớ trong của PLC, có tác dụng như là bộ định thời vật ly, sốlượng bộ định thời tùy vào loại PLC Thực chất nó là bộ đếm xung với chu ki thay dổixung kich bằng đơn vị ms (mili giây) hoặc và được gọi là độ phân giải

Kí hiệu là T và cũng được đánh số thập phân T0; T200,

T246

Phân loại: Người ta phân loại theo độ phân giải

Độ phân giải 100ms khoảng thời gian bộ định thời từ 0,1

Độ phân giải 10ms khoảng thời gian bộ định thời từ 0.01 327.67s

Độ phân giải 1ms khoảng thời gian bộ định thời từ 0.001

32,767s

3 Giới thiệu bộ điều khiển lập trình S7-200.

3.1 Cấu trúc phần cứng

a, Đặc điểm chung.

S7-200 là loại PLC cỡ nhỏ của công ty Siemens (Đức)

S7-200 gồm nhiều loại: CPU 212, 214, 215, 216, 221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM

Có nhiều nhất 7 Module mở rộng khi có nhu cầu tăng số ngõ vào/ra Digital, ngõ vào/ra Analog, kết nối mạng (AS-I, Profibus)

Mỗi CPU có từ 1 đến 2 vít chỉnh định tương tự, có thể xoay được một góc 270°,dùng để thay đổi giá trị của biến sử dụng trong chương trình

Pin và nguồn nuôi bộ nhớ: Sử dụng tụ vạn năng và Pin Khi năng lượng của tụ

bị cạn kiệt, PLC sẽ tự động chuyển sang sử dụng năng lượng từ Pin

Bộ nhớ chương trình 2048 words 2048 words 4096 words 4096 words

Modul mở rộng None 2 7 7

Analog I/O cực đại None 16 In/ 16 Out 32 In/ 32 Out 32In/ 32 Out

Đèn Ix.x - màu xanh: Chỉ định trạng thái ON/OFF của đầu vào số

Đèn Qx.x - màu xanh: Chỉ định trạng thái ON/OFF của đầu vào số

C, Ngõ vào

Kiểu đầu vào IEC 1131-2 hoặc SIMATIC

Trạng thái mức logic 1 chuẩn: 24 VDC, 7mA

Trạng thái mức logic 0: tối đa 5 VDC, 1mA