TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ ĐIỀU KHIỂN KHIỂN HỆ THỐNG QUAY CHI TIẾT Tên học phần Kỹ thuật lập trình PLC Mã học phần ELE355 Mã lớp 2018D41A Học kì II, năm học 2023 2024 Phú Thọ,[.]
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÙNG VƯƠNG
KHOA: KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ
ĐIỀU KHIỂN KHIỂN HỆ THỐNG QUAY CHI TIẾT
Tên học phần: Kỹ thuật lập trình PLC
Mã học phần: ELE355
Mã lớp: 2018D41A
Học kì II, năm học: 2023 - 2024
Trang 2Điểm kết luận của bài
thi
Số phách
(Do HĐ chấm thi ghi)
Số phách
(Do HĐ chấm thi ghi)
Họ và tên SV/HV: Nguyễn Anh Minh
GVHD: Hà Duy TháiNgày, tháng, năm sinh:25/01/2002 Tên lớp: K18 ĐH Điện – Điện Tử
Họ, tên và chữ ký của
cán bộ chấm thi 1
Họ, tên và chữ ký của
cán bộ chấm thi 2
Họ, tên và chữ ký của giảng viên
thu bài thi
Trang 3MỤC LỤC
PHẦN I : MỞ ĐẦU 3
PHẦN II NỘI DUNG 4
A-LÝ THUYẾT 4
1 Giới thiệu chung về PLC 4
1.1 Tổng quan PLC S7-200 4
1.2 Cấu trúc của PLC 5
1.3 Nguyên lý hoạt động 8
1.4 Ưu và nhược điểm của PLC 8
1.4.1 Ưu điểm 8
1.4.2 Nhược điểm 9
1.5 Vai trò của PLC 9
1.6 Ứng dụng 9
Quy trình thiết kế hệ điều khiển dùng PLC 10
B-BÀI TẬP 11
2 Chủ đề: Điều khiển hệ thống quay chi tiết 11
2.1 Yêu cầu đề bài 11
2.2 Thực hiện yêu cầu đề bài 12
2.2.1 Bảng thông số tín hiệu ngõ vào và tín hiệu ngõ ra. 12
Bảng địa chỉ đầu vào 12
Bảng địa chỉ đầu ra 12
2.2.2 Sơ đồ kết nối thiết bị 13
2.2.3 Lưu đồ thuật toán 13
2.2.4 Lập trình trên phần mềm MicroWin 4.0 14
2.2.5 Các bước download xuống phần mềm MicroWin 4.0 19
PHẦN III : KẾT LUẬN 22
Trang 4DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.Hình ảnh PLC S7-200 thực tế 4 Hình 2 Cấu trúc của bộ điều khiển lập trình PlC 6 Hình 3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển quay chi tiết 11
Trang 5PHẦN I : MỞ ĐẦU
Trong cuộc sống ngày nay, công nghệ ngày càng được cải tiến và hiện đại hóa.Điều này ta có thể thấy rõ được trong các ngành công nghiệp với sự phát triển của tựđộng hóa Phần lớn các dây truyền sản xuất, các hệ thống máy móc hoạt động đềuđược sử dụng và điều khiển một cách tự động Tuy nhiên điều này là không hề dễ dàng
mà cần được thực hiện bởi các hệ thống điều khiển tự động Một trong số các giảipháp để thực hiện tự động hóa giúp cho dây truyền sản xuất và máy móc có thể hoạtđộng theo yêu cầu của người sử dụng có thể nói đến PLC
Trong quá trình học tập tại trường Đại học Hùng Vương với chuyên ngànhCông nghệ kỹ thuật Điện – Điện tử em đã học hỏi những kiến thức về điều khiển tựđộng hóa Những kiến thức về tự động hóa dùng PLC đã được thầy cô giảng viên trang
bị cho em trong học phần “ Kỹ thuật lập trình PLC ” Điều này đã giúp ích cho bảnthân em rất nhiều trong kiến thức về PLC nói riêng và tự động hóa nói chung, qua đóbản thân em cũng được trau dồi và nâng cao kiến thức về lập trình và điều khiển, tựthiết kế các hệ thống tự động hóa
Vì những lý do trên, em thấy được tầm quan trọng của PLC trong công nhiệp hóa hiện đại hóa Và với tất cả những gì em đã được tiếp thu trong học phần Kỹ thuật lậptrình PLC, em đã nhận sự phân công từ thầy cô bộ môn thực hiện chủ đề của mìnhtrong học phần này đó là : “Điều khiển hệ thống quay chi tiết”
Trang 6-PHẦN II NỘI DUNG A-LÝ THUYẾT
1 Giới thiệu chung về PLC
1.1 Tổng quan PLC S7-200
PLC viết tắt của programmable logic controller (chương trình kiểm soát logic).Đây là thiết bị điều khiển lập trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toánđiều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình đểthực hiện một loạt trình tự các sự kiện PLC hoạt động theo phương thức quét cáctrạng thái trên đầu ra và đầu vào Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổitheo
Hiện nay có nhiều hãng sản xuất ra PLC như PLC Mitsubishi, Siemens,Panasonic,…
Ngôn ngữ lập trình phổ biến là LAD (Ladder logic – thang logic), FBD (FunctionBlock Diagram – Khối chức năng), STL (Statement List – Liệt kê lệnh) và Ladderlogic là ngôn ngữ lập trình PLC đang được ưa chuộng nhất
Hình 1 Hình ảnh PLC s7 – 200 thực tế
Trang 7Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối (bộ điều khiểnbằng Relay) người ta đã chế tạo ra bộ PLC nhằm thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học
- Gọn nhẹ, dễ dàng bảo quản, sửa chữ
- Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp
- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghi
- Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, cácmôi Modul mở rộng
- Giá cả cá thể cạnh tranh được
1.2 Cấu trúc của PLC
Các bộ điều khiển PLC được sản xuất theo dòng sản phẩm Khi mới xuất xưởng,chúng chưa có một chương trình cho một ứng dụng nào cả Tất cả các cổng logic cơbản, chức năng nhớ, timer, counter v.v được nhà chế tạo tích hợp trong chúng vàđược kết nối với nhau bằng chương trình được viết bởi người dùng cho một nhiệm vụđiều khiển cụ thể nào đó Bộ điều khiển PLC có nhiều loại khác nhau và được phânbiệt với nhau qua các thành phần sau:
- Loại xử lý chương trình
- Khả năng truyền thông
Các bộ điều khiển lớn thì các thành phần trên được lắp thành các modul riêng.Đối với các bộ điều khiển nhỏ, chúng được tích hợp trong bộ điều khiển Các bộ điềukhiển nhỏ này có số lượng ngõ vào/ra cho trước cố định
Trang 8Bộ điều khiển được cung cấp tín hiệu bởi các tín hiệu từ các cảm biến ở ngõ vàocủa nó Tín hiệu này được xử lý tiếp tục thông qua chương trình điều khiển đặt trong
bộ nhớ chương trình Kết quả xử lý được đưa ra ngõ ra để đến đối tượng điều khiểnhay khâu điều khiển ở dạng tín hiệu
Cấu trúc của một PLC có thể được mô tả như hình vẽ sau:
Hình 2 Cấu trúc chung của bộ điều khiển lập trình PLC
* Bộ nhớ chương trình:
Bộ nhớ chương trình trong PLC là một bộ nhớ điện tử đặc biệt có thể đọc được.Nếu sử dụng bộ nhớ đọc-ghi được (RAM), thì nội dung của nó luôn luôn được thayđổi ví dụ như trong trường hợp vận hành điều khiển Trong trường hợp điện áp nguồn
bị mất thì nội dung trong RAM có thể vẫn được giữlại nếu như có sử dụng Pin dựphòng Nếu chương trình điều khiển làm việc ổn định, hợp lý, nó có thể được nạp vàomột bộ nhớ cố định, ví dụ như EPROM, EEPROM Nội dung chương trình ở EPROM
có thể bị xóa bằng tia cực tím
* Hệ điều hành
Trang 9Sau khi bật nguồn cung cấp cho bộ điều khiển, hệ điều hành của nó sẽ đặt cáccounter, timer, dữ liệu và bit nhớ với thuộc tính non-retentive (không được nhớ bởi Pin
dự phòng) cũng như ACCU về 0
Để xử lý chương trình, hệ điều hành đọc từng dòng chương trình từ đầu đến cuối.Tương ứng hệ điều hành thực hiện chương trình theo các câu lệnh
* Bit nhớ (Bit memoryt)
Các bit memory là các phần tử nhớ, mà hệ điều hành ghi nhớ trạng thái tín hiệu
1.3 Nguyên lý hoạt động
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm trachương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trongchương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới cácthiết bị liên kết để thực thi Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vàochương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ
Trang 101.4 Ưu và nhược điểm của PLC
1.4.1 Ưu điểm
Sự ra đời của hệ điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển cũngnhư các quan niệm thiết kế về chúng, hệ điều khiển dùng PLC có nhiều ưu điểm nhưsau :
- Giảm 80% số lượng dây nối
- Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp
- Có chức năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho công tác sửa chữa nhanh chóngđược và dễ dàng
- Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng băng thiết bị lập trình (máy tính, mànhình) mà không cần thay đổi phần cứng nếu không có yêu cầu thêm bớt cácthiết bị xuất nhập
- Số lượng Rơle và Timer ít hơn nhiều so với hệ cổ điển
- Số lượng tiếp điểm trong chương trình sử dụng không hạn chế
- Thời gian hoàn thành một chu trình điều khiển rất nhanh (vài ms) dẫn đến tăngcao quá trình sản xuất
- Chi phí lắp đặt thấp
- Độ tin cậy cao
- Chương trình điều khiển có thể in ra giấy chỉ trong vài phút giúp thuận tiện chovấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống
1.4.2 Nhược điểm
Giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình Tuy nhiên hiện tại giá thành đã giảm đáng kể, quý khách hàng có thể tham khảocác dòng PLC Mitsubishi hoặc PLC Delta giá thành rất hấp dẫn, vui lòng liên hệ công
ty để được báo giá và tư vấn nhiệt tình
Đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ chuyên môn cao
Trang 11Nếu bạn lần đầu tiếp cận PLC thì chắc chắn sẽ có nhiều bỡ ngỡ và mất khá nhiềuthời gian để tự nghiên cứu Tuy nhiên khó khăn này hoàn toàn có thể giải quyết nhanhchóng bằng việc chọn lựa một nhà cung cấp uy tín và có khả năng hỗ trợ kỹ thuật tốt.
1.5 Vai trò của PLC
PLC được xem như trái tim trong một hệ thống điều khiển đơn lẻ với chươngtrình điều khiển được chứa trong bộ nhớ của PLC, PC thường xuyên kiểm tra trạngthái của hệ thống thông qua các tín hiệu hồi tiếp từ thiết bị nhập để từ đó có thể đưa ranhững tín hiệu điều khiển tương ứng với thiết bị xuất
PLC có thể được sử dụng cho những yêu cầu điều khiển đơn giản và được lập đilập lại theo chu kỳ, hoặc lien kết với máy tính chủ khác hoặc máy tính chủ thông quamột kiểu hệ thống mạng truyền thông để thực hiện các quá trình xử lý phức tạp
Tín hiệu vào: mức độ thông minh của một hệ thống điều khiển phụ thuộc chủ yếuvào khả năng của PLC để đọc được các dữ liệu khác nhau từ cảm biến cũng như cácthiết bị nhập băng tay Tiêu biểu cho các thiết bị nhập bằng tay như: nút ấn,bàn phím
và chuyển mạch Mặt khác để đo, kiểm tra chuyển động, áp suất lưu lượng chất lỏng
PLC phải nhận các tín hiệu từ các cảm biến Ví dụ: tiếp điểm hành trình, cảmbiến quang điện tín hiệu đưa vào PLC có thể là tín hiệu số (Digital) hoặc tín hiệutương tự (Analog) các tín hiệu này được giao tiếp với PLC thông qua các modul nhậntín hiệu vào khác nhau khác nhau DI (vào số) hoặc AI (vào tương tự)
1.6 Ứng dụng
- Điều khiển hệ truyền động thủy lực
- Điều khiển hệ truyền động khí nén
- Điều khiển hệ truyền động điện
- Điều khiển nhiệt độ,áp suất lưu lượng
- Hệ thống nâng vận chuyển
Trang 12- Các Robot lắp ráp điều khiển.
- Điều khiển hệ thống đèn giao thông
- Công nghệ sản xuất giấy
- Dây chuyền xử lý hóa học
- Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn
- Công nghệ chế biến thực phẩm
Quy trình thiết kế hệ điều khiển dùng PLC
Bao gồm các bước cơ bản như sau:
Bước 1 Xác định quy trình điều khiển: Trong bước này cần phải biết về đối tượng
điều khiển của PLC Các thay đổi của đối tượng điều khiển được kiểm tra thườngxuyên bởi các thiết bị đầu vào, các thiết bị này gởi tín hiệu đến PLC để tính toán xuấtcác tín hiệu ra đến các thiết bị đầu ra để điều khiển hoạt động của đối tượng
Bước 2 Xác định tín hiệu vào ra: trong bước này cần xác định cách kết nối các thiết bị
đầu vào, ra với PLC Thiết bị vào có thể là tiếp điểm, cảm biến Thiết bị ra có thể là cácloại cuộn dây điện từ, đèn,…
Bước 3 Soạn thảo chương trình: chương trình được viết dưới dạng LAD, STL, hay
dạng FBD
Bước 4 Nạp chương trình cho PLC.
Bước 5 Chạy chương trình: trước khi khởi động hệ thống cần kiểm tra nối dây từ PLC
đến các thiết bị ngoại vi và trong quá trình chạy kiểm tra có thể cần thực hiện các bướctinh chỉnh hệ thống để đảm bảo an toàn khi đưa vào hoạt động thực tế
Trang 13B-BÀI TẬP
2 Chủ đề: Điều khiển hệ thống quay chi tiết
2.1 Yêu cầu đề bài
Cho sơ đồ nguyên lý hệ thống quay chi tiết như hình 8 Khi nhấn nút start xilanh A đi ra chặn chi tiết lại, sau đó xilanh B đi xuống sau 10s xilanh B lùi lên Xilanh D làm nhiệm vụ quay chi tiết một góc 90 độ Tiếp theo xilanh C mang chi tiết sang vị trí đặt sản phẩm Sau đó xilanh B đi xuống đặt sản phẩm vào khay rồi đi lên Khi xilanh B đi lên thì xilanh C đi sang, đồng thời xilanh D quay góc 90 độ Khi xilanh B đi sang thì xilanh A đi về Tiếp tục chu trình tiếp theo Nhấn nút stop hệ thống dừng hoạt động
Anh (Chị) hãy thực hiện các yêu cầu sau:
1 Hãy thiết lập bảng thông số tín hiệu ngõ vào và tín hiệu ngõ ra
2 Vẽ sơ đồ kết nối tín hiệu ngõ vào và tín hiệu ngõ ra với PLC S7 - 200 CPU 226 DC/DC/RELAY
3 Viết lưu đồ thuật toán cho yêu cầu công nghệ trên
4 Lập trình trên phần mềm Microwin 4.0
5 Thực hiện các bước download chương trình từ máy tính xuống PLC
Trang 142.2 Thực hiện yêu cầu đề bài
2.2.1 Bảng thông số tín hiệu ngõ vào và tín hiệu ngõ ra.
Bảng địa chỉ đầu vào
Bảng địa chỉ đầu ra
Trang 152.2.3 Lưu đồ thuật toán
Trang 162.2.4 Lập trình trên phần mềm MicroWin 4.0
Trang 202.2.5 Các bước download xuống phần mềm MicroWin
Bước 1: Sau khi lập trình xong tiến hành nhấn compile kiểm tra lỗi chương trình
Trang 21Bước 2: Nhấn download chương trình xuống
Bước 3: Nhấn Set PG/PC Interface để cài đặt cáp nạp cho PLC
Trang 22Bước 4: Chọn vào cáp Serial cable.PPI.1
chương
PHẦN III : KẾT LUẬN
Với chủ đề bài tập lớn của học phần Kỹ thuật lập trình PLC đã giúp em trau dồikiến thức và vận dụng thực tế trong các bài tập Giúp cho bản thân em học hỏi thêmcác kiến thức và lập trình và trong quá trình thực hiện bài tập lớn em cũng học hỏi và
Trang 23huy được một số kỹ năng của bản thân về khả năng làm việc và tư duy độc lập giúpcho bản thân em phát triển hơn và có những bước đột phá của mình trong quá trìnhhọc tập tại Trường Đại học Hùng Vương với chuyên ngành công nghệ kỹ thuật Điện –Điện tử của mình.
Sau cùng em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Hà Duy Thái giảngviên bộ môn Kỹ thuật lập trình PLC đã tận tình giảng giải, hướng dẫn, giúp đỡ emtrong quá trình học tập trên lớp, tạo cho em một nền tảng kỹ năng vững chắc về học
phần này Từ đó, em đã hoàn thành bài tập lớn với chủ đề: “ Điều khiển hệ thống quay
chi tiết ”.
Trong bài tập lớn này khó tránh khỏi những lỗi sai sót Kính mong thầy cô góp
ý để bài tập lớn này của em được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn!