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

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 S7200, 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 S7200 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.

Chương 1

MỞ ĐẦU1.1 Tính cấp thiết của đề tài.

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

Mô hình hệ thống phân chia suất ăn công nghiệp tự động là sản phẩm cơđiện tử có hàm lượng khoa học công nghệ cao ứng dụng nhiều thành tựu trong cáclĩnh 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 vớinhững thiết bị điều khiển tự động hiện đại, với các linh kiện dùng trong côngnghiệp cũng như làm quen dần với môi trường làm việc hiện đại… Khi đang ngồitrên ghế nhà trường, việc tìm hiểu nghiên cứu để nắm vững những vấn đề tự độnghóa có ý nghĩa quan trọng, vì đây chính là điều kiện tốt nhất để học hỏi; cũng nhưtích 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 dẫntận 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 thiếusót, 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 phânchia suất ăn công nghiệp tự động điều khiển bằng PLC Xây dựng mô hình hệthống phân chia, viết chương trình điều khiển bằng PLC S7-200, mô phỏng hoạtđộng hệ thống phù hợp với một đề tài tốt nghiệp Đồng thời tiếp cận với các sảnphẩm 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 vớikhối 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 việcgiảng dạy, thực tập cho sinh viên trên ghế nhà trường

Chương 2

TỔNG QUAN2.1 Đối tượng nghiên cứu.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là tìm hiểu mô hình phân chia suất ăn côngnghiệp 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 mộtsuất ăn, bên cạnh đó việc tự động hóa giúp thức ăn được phân chia một cách đồngđều, giúp ít tốn thời gian và nhân công trong việc phân chia suất ăn cho công nhântrong các khu công nghiệp nhà máy hiện nay Vì tính cấp thiết của nó trong nhữngnăm qua việc ứng dụng Cơ Điên Tử trong chế tạo nhằm tạo ra những sản phẩmhiện đại giá cả cạnh tranh trên thị trường phục vụ nhu cầu của các khu côngnghiệp lớn trong và ngoài nước

Trong một hệ thống phân chia suất ăn công nghiệp tự động thực tế có rấtnhiều 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 khácnhau để đáp ứng nhu cầu ăn uống đa dạng của con người Từ những món ăn khôđến 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 vớiviệc điều khiển quá trình phân chia tự động

Vì vậy để điều khiển một hệ thống phân chia suất ăn công nghiệp tự độngthực tế cần phải kết hợp nhiều vấn đề từ cơ khí, điện tử, kỹ thuật xây dựng đếnđiều 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 thìthường gồm có cơm, canh, đồ xào hay tùy theo sở thích của công nhân mà cácmón ăn có thể thay thế bằng các món ăn khác để phục vụ nhu cầu ăn uống đa dạngcủa công nhân trong các xí nghiệp nhà máy lớn có số lượng công nhân đông Vìvậy 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 xảNgăn 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 Việctruyền tải điện năng bằng mạch điện 3 pha cũng tiết kiệm dây dẫn hơn việc truyềntải điện năng bằng dòng điện một pha Mach điện 3 pha bao gồm: nguồn điện 3pha, đường dây truyền tải và phụ tải Để tạo ra nguồn điện 3 pha ta dùng máy phátđiện 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 dâyquấn 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 đốivới 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 phakia 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 chiềugồm 2 bộ phận chính gồm: rotor và stator

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

Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo thành chuyển độngquay 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 cùngdấu, trở lại pha 1

Nếu trục của 1 động cơ điện 1 chiều được kéo bằng 1 lực ngoài, động cơ sẽhoạt động như một máy phát điện 1 chiều và tạo ra sức điện động cảm ứngElectromotive 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 đốikháng, vì nó đối kháng lại điện áp bên ngoài đặt vào động cơ Sức điện động nàytương tự như sức điện động phát ra khi động cơ được sử dụng như một máy phátđiện (như lúc ta nối một điện trở tải vào đầu ra của động cơ, và kéo trục động cơbằng một ngẫu lực bên ngoài) Như vậy điện áp đặt trên động cơ gồm 2 thànhphần: sức phản điện động, và điện áp giáng tạo ra do điện trở nội của các cuộn dâyphần 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 ngượcchiều với nguồn đang hoạt động lập tức động cơ sẽ bị hãm cưỡng bức, lúc đó sẽ cólực có chiều ngược lại và ta hiệu chỉnh thời gian sao cho động cơ dừng hẳn, lúc đómới 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 phươngpháp 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 mainboardcho 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 lưutrữ 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 khiểnbằng máy tính là người điều khiển phải viết chương trình bằng một ngôn ngữ lậptrình 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 thốngđiều khiển từ xa bằng hồng tia ngoại, hệ thống điều khiển từ xa bằng cáp quangdây 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 trênmột chip và có thể lập trình được, được dùng để điều khiển cho hệ thống, có thểứng 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 Tuynhiên việc điều khiển bằng vi điều khiển rất phức tạp Vì đòi hỏi người điều khiểnngoài 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 nạplại 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 thốngđiều 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 côngnghiệp Tuy nhiên nó có những nhược điểm là tốc độ xử lý chậm, không có tínhhiển 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 đủkích 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 hiệncác phép toán điều khiển số thông qua ngôn ngữ lập trình, thay cho việc điều khiểntrong 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 trìnhcon hoặc chương trình ngắt ( khối chình OB1) Trường hợp dung lượng bộ nhớcủa PLC không đủ cho việc lưu trữ chương trình thì ta có thể sử dụng thêm bộ nhớngoài hỗ trợ cho việc lưu chương trình và lưu dữ liệu Để có thể thực hiện 1chương trình điều khiển, tất nhiên PLC phải có tính năng như 1 máy tính, nghĩa làphải 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 côngnghiệp

+ 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 chỉcần nắm vững công nghệ sản xuất và biết chọn thiết bị thích hợp là có thể lập trìnhđược

+ Thuộc vào hệ sản xuất linh hoạt do tính thay đổi được chương trình hoặcthay 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 thànhhàm 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:

I (process image input): Miền dữ liệu các cổng vào số, trước khi bắt đầuthực hiện chương trình, PLC sẽ đọc được các giá trị logic của tất cả các cổng đầuvào và cất giữ chúng trong vùng nhớ I Thông thường chương trình ứng dụng

Bộ nhớ chương trình

Bộ đệm

trung tâm + Hệ điều hành

Timer

Bộ đếmBit cờ

Cổng vào ra

Cổng ngắt và

đếm tốc độ cao

Quản lí ghép nối

không đọc trực tiếp trạng thái logic của cổng vào số mà chỉ lấy dữ liệu của cổngvào từ bộ đệm I.

Q (process image output): Miền dữ liệu các cổng ra số.Kết thúc giai đoạnthực 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 chỉchuyển chúng tới bộ đệm Q

M (Miền các biến cờ ): Chương trình ứng dụng sử dụng các biến này để lưutrữ 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 giátrị 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 đặttrước (PV preset – Value), giá trị đếm tức thời (CV Current – Value) và giá trịlogic 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 thướccũng như số lượng khối do người sử dụng quy định, phù hợp với từng bài toánđiều 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 trìnhOBI, chương trình con, chương trình ngắt được tổ chức và sử dụng cho các biệnpháp 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 chươngtrình tương ứng trong OBI, chương trình con, chương trình ngắt Miền này có thểđược 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 làvòng quét được bắt đầu từ giai đoạn chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùngđệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trong từng vòng quétchương trình thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OB (BlockEnd) 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 truyềnthông nội bộ và kiểm tra lỗi Chú ý rằng bộ đệm I và Q không liên quan tới cáccổng vào ra tương tự nên các lệnh truy nhập cổng tương tự được thực hiện trựctiếp 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 gianvòng quét (Scan Timer) Thời gian vòng quét không cố định, tức là không phảivòng quét nào cũng thực hiện trong một khoảng thời gian như nhau Có vòng quétthực hiện lâu, có vòng quét thực hiện nhanh tùy thuộc vào số lệnh trong chươngtrình 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 gửitín hiệu điều khiển đến đối tượng có 1 khoảng thời gian trễ đúng bằng thời gianquét Nói cách khác, thời gian vòng quét quyết định tính thời gian thực củachương trình điều khiển trong PLC Thời gian vòng quét càng ngắn tính thời gianthực 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 báongắt cùng chủng loại Các khối chương trình có thể thực hiện tại mọi điểm trongvùng 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 truyềnthông và kiểm tra nội bộ, PLC sẽ ngừng công việc truyền thông, kiểm tra để thựchiện khối chương trình tương ứng với tín hiệu báo ngắt đó Với hình thức xử lý tínhiệu ngắt như vậy, thời gian vòng quét sẽ càng lớn khi càng có nhiều tín hiệu ngắtxuất 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 lạmdụng chương trình ngắt trong quá trình điều khiển.

Tại thời điểm thực hiện lệnh vào ra, thông thường lệnh không làm trực tiếpvới 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 hệđiều hành CPU quản lý, ở 1 số modul CPU khi gặp lệnh vào ra ngay lập tức hệthống sẽ cho dừng mọi công viêc khác ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thựchiện 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 thinhững nhiệm vụ chuyên biệt riêng của nó, từng phần này nằm trong những khốichương trình khác nhau Loại hình cấu trúc này phù hợp với những bài toán điềukhiển 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 chươngtrình điều khiển, khối này luôn luôn được thực thi và luôn được quét trong mỗichu kì quét

Loại khối SBR (khối chương trình con): Khối chương trình với nhữngchức năng riêng giống như một chương trình con hoặc 1 hàm (chương trình con cóbiến hình thức) Một chương trình ứng dụng có thể có nhiều chương trình con vàcác khối chương trình con này có thể được phân biệt với nhau bằng tên củachương trình đó

Loại khối INT (Khối chương trình ngắt): Là loại khối chương trình đặcbiệt có khả năng trao đổi 1 lượng dữ liệu lớn với các khối chương trìnhkhác.Chương trình này sẽ được thực thi mỗi khi có các chương trình ngắt xảy ra.

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 timerđếm 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 modulechính này, các PLC còn có các module phụ trợ như module nối mạng, các moduleđặc biệt để xử lý tín hiệu như module kết nối với các can nhiệt, module điều khiểnđộng 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 mạchđiện, và nó được đặt trên đường hoạt động của một cơ cấu nào đó sao cho khi cơcấu đến 1 vị trí nào đó sẽ tác động lên công tắc Hành trình có thể là tịnh tiến hoặcquay

Khi công tắc hành trình được tác động thì nó sẽ làm đóng hoặc ngắt một mạchđiện 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

Hình 2.12 Công tắc hành trình.Công tắc hành trình được dùng nhiều trong các dây chuyền tự động Các công tắchành trình có thể là các nhút nhấn (button) thường đóng, thường mở, công tắc 2tiếp 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;

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

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

Cấu tạo:

+ Đối với van solenoid điều khiển trực tiếp gồm có thân van, con trượt, hainam 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 khiểnbằng nam châm điện; giúp kiểm soát dòng chảy của nước Được dùng trong cácmạch 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 chovan hoạt động là 220V Khi dòng điện chạy qua cuộn dây sinh ra điện trường hútlõi 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 và220VAC Nếu muốn tự động thì nhờ vào cảm biến đưa về rơle sau đó out ra cuộncoil 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 ( re, 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 bánhrăng 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 họđường 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

Hình 2.19 Thanh răng và bánh răng.

Đường trung bình của thanh răng

Chiều cao đỉnh răng h’

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; Pgọi là đường chia

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

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

Bước trên vòng chia = bước trên đường chia = bước trên đường trung bình củathanh 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 truyềnđộng xích nối với nhau bằng bản lề Xích truyền chuyển động và tải trọng từ trụcdẫn (trục chủ động) sang trục bị dẫn (trục bị động) nhờ sự ăn khớp của các mắtxích với các răng đĩa xích.

Hình 2.22 Truyền động xích.

2.4.7.2 Ưu điểm và phạm vi sử dụng.

+ Có thể truyền chuyển động giữa các trục cách nhau tương đối xa (Amax= 8m).+ Không có trượt đàn hồi và trượt trơn

+ 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 quayngược 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 sovới 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,taymáy…

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 răngđĩa xích đỡ mòn

Bộ truyền xích có thể truyền công suất đến 3500 kW, nhưng thường dùngtrong 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, cóthể xoay tương đối đối với nhau Các má trong lắp chặt với ống 4, các má ngoàilắp chặt với ống, các má ngoài lắp chặt với chốt 3, ống và chốt có khe hở, có thểxoay tự do đối với nhau, tạo thành bản lề Nhằm mục đích giảm mòn răng đĩaxích, phía ngoài ống có lắp con lăn 5, cũng có thể xoay tự do Để nối hai mắt cuốicủa xích lại với nhau thành vòng kín, thường dùng chốt chẻ Nếu số mắt xích là lẻ,phải dùng mắt chuyển có má cong và cũng được chốt bằng chốt chẻ Dùng mắtchuyển, xích bị yếu do tại đây trong má xích có thêm ứng suất uốn Vì vậy nên lấy

số mắt xích là số chẵn

Hình 2.23 Cấu tạo xích ống con lăn và nối xích.

2.4.7.4 Giới thiệu về đĩa xích

Đĩa xích có hình dạng kết cấu tương tự như bánh răng Hình dạng kích thướcprofin răng được quy định theo tiêu chuẩn

Profin răng đĩa xích con lăn gồm các đoạn cong đỉnh răng AB bán kính R1,đoạn thẳng BC chuyển tiếp, cung CD có bán kính R và rãnh bán kính R và rãnhbán kính r Chiều rộng b của vành răng được lấy hơi nhỏ hơn khoảng cách b1 giữahai má trong Profin răng đĩa xích có hình thang

Hình 2.24 Biên dạng và kết cấu đĩa con lăn.

Lực căng ban đầu F0 K aq g f m

Trong đó a: là chiều dài đoạn xích tự do gần bằng khoảng cách trục (m);

g: gia tốc trọng trường (m/s2);

Kf: hệ số phụ thuộc độ võng của xích;

qm: khối lượng của 1 mét xích;

Lực căng do lực ly tâm gây ra 2

v m

F q v