Thiết kế, chế tạo hệ thống phân loại và gắp sản phẩm

1.4Giới thiệu PLC S7-300 PLC Programmable Logic Controller là thiết bị điều khiển lập trình được thiết kế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lý từ đơngiản đến

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

Nghệ An, 06-2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

Giảng viên hướng dẫn: ThS HỒ SỸ PHƯƠNG

Cán bộ phạn biện :ThS PHAN VĂN DƯ

Sinh viên thực hiện : LÊ CÔNG HOAN MSSV: 135D52012160040

Lớp : 54K1 – KTĐK & TĐH

Nghệ An, 06-2018

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp

ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.S Hồ Sỹ Phương, giảng viên Viện

Kỹ thuật và Công nghệ trường Đại học Vinh người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo

em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Đại học Vinh nói chung, cũng như các thầy cô trong Viện Kỹ Thuật và Công nghệ nói riêng đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành

đồ án tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Ngày nay, dưới sự phát triển của khoa học kĩ thuật, đòi hỏi về trình độ tự động hóa ngày càng phát triển hơn nữa để đáp ứng nhu cầu của mình Tự động hóa ngày càng phát triển mạnh mẽ trong các lĩnh vực kinh tế, đời sống xã hội, tự động hóa trở thành mũi nhọn cho sự phát triển của thế giới nói chung và trong công nghiệp nói riêng Trình độ tự động hóa của mỗi quốc gia đánh giá sự phát triển nền kinh tế của quốc gia đó Chính vì lẽ đó mà việc phát triển tự động hóa là một việc hết sức cần thiết Việc tạo ra các sản phẩm tự động hóa không chỉ trong công nghiệp

mà trong cả đời sống hàng ngày là một việc hết sức quan trọng Hầu như trong tất

cả các lĩnh vực đều thấy sự cần thiết của tự động hóa Đồ án này trình bày quá trình tìm hiểu, phân tích chi tiết, thiết kế và chế tạo mô hình cánh tay máy phân loại sản phẩm để phục vụ cho nhu cầu cấp thiết của thị trường Bên cạnh đó, tìm hiểu tổng quan về chức năng của PLC, cách lập trình PLC một cách tối ưu nhất, đồng thời thiết kế giao diện giám sát và điều khiển hệ thống bằng phần mềm Wincc một cách trực quan, tối ưu nhất

ABSTRACT

Nowadays, during the development of science and technology, automation requirements are growing to meet their needs Increasing automation in the fields of economy, social life and automation has become the spearhead for the development

of the world in general and in the industry in particular The degree of automation

of each country assesses the economic development of that country For that reason, the development of automation is a necessity The creation of automation products not only in the industry but in daily life is very important Almost all areas see the need for automation This project presents the process of understanding, parsing details, design and making the models of the machine type of the machine for the server for the field level required Besides, it find the total about the PLC's performance, cach to the PLC to the maximum way, the monitoring interface and system control with the Wincc software online, priority

Mục lục

LỜI CẢM ƠN 1

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 2

PHẦN MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 8

1.1Giới thiệu chung: 8

1.2 Mục đích lựa chọn và ứng dụng của đề tài 9

1.3 Mục tiêu nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu: 9

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu: 9

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu: 9

1.4 Giới thiệu PLC S7-300: 10

1.4.1 Đặc điểm của bộ điều khiển lập trình: 10

1.4.2 Sơ lược lịch sử phát triển: 13

1.4.3 Cấu trúc và nghiên cứu hoạt động của một PLC: 14

1.4.4 Các ưu điểm khi sử dụng hệ thống điều khiển với PLC: 16

1.4.5 Ứng dụng của PLC trong sản xuất: 17

1.4.6 So sánh hệ điều khiển PLC với các hệ điều khiển khác: 18

1.5 Hệ thống khí nén 19

1.5.1Khả năng ứng dụng của khí nén: 19

1.6 Giới thiệu về các linh kiện khác được sử dụng trong đồ án: 20

1.6.1 Giới thiệu về mạch Arduino UNO R3 20

1.6.2 Giới thiệu về cảm biến màu TCS3200 22

1.6.3 Cảm biến khoảng cách 24

1.6.4 Rơ le 27

1.6.5 Động cơ một chiều DC 29

1.6.6 Khí nén 30

1.6.7 Van điện từ khí nén 30

1.6.8 Van tiết lưu và ống dẫn khí nén 32

1.6.9 Xi lanh khí nén 32

1.6.10 Công tắc hành trình 34

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH 35

2.1 Yêu cầu của hệ thống 35

2.2 Phân tích yêu cầu 35

2.3 Thi công cơ khí 38

2.3.1 Thiết kế mô hình 38

2.3.1.1Thiết kế băng tải 38

2.3.2.2 Thiết kế cánh tay máy gắp sản phẩm 39

2.2.4 Kết quả mô hình 40

CHƯƠNG 3 ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MÔ HÌNH 41

3.1 Yêu cầu điều khiển và giám sát trên máy tính 41

3.2 Giới thiệu về phần mềm mô phỏng Wincc 41

3.3 Thiết kế, mô phỏng giao diện điều khiển và giám sát 45

3.3.1Tạo Project Wincc 45

3.3.2 Tạo biến 47

3.4 Lập trình PLC 48

3.5 Kết quả mô phỏng 56

KẾT LUẬN 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 60

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc của PLC 14

Hình 1.2 Arduino UNO R3 21

Hình 1.3 Thông số của Arduino UNO R3 21

Hình 1.4 Cảm biến màu sắc TCS3200 23

Hình 1.5 Cách đấu dây kết nối với Arduino 24

Hình 1.6 Cấu tạo chung của cảm biến 25

Hình 1.7 Cảm biến tiệm cận điện dung E3F-DS30C4 30CM 26

Hình 1.8 Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận 26

Hình 1.9 Cấu tạo rơ le trung gian 28

Hình 1.10 Rơ le trung gian 29

Hình 1.11 Động cơ giảm tốc một chiều 24V 29

Hình 1.12 Cấu tạo van điện từ khí nén 5/2 31

Hình 1.13Van điện từ khí nén 5/2 31

Hình 1.14Van tiết lưu 32

Hình 1.15Cấu tạo bên trong xi lamh 32

Hình 1.16 Xi lanh khí nén MAL 34

Hình 1.17 Cấu tạo của công tắc hành trình 34

Hình 2.1 Giản đồ Grafcet 35

Hình 2.2 Lưu đồ thuật toán PLC 37

Hình 2.3 Trình tự thực hiện đề tài 37

Hình 2.4 Mô hình băng tải 38

Hình 2.5 Mô hình cánh tay gắp sản phẩm 39

Hình 2.6Mô hình răng xích mang cơ cấu gắp sản phẩm 39

Hình 2.7 Hệ thống phân loại màu sắc 40

Hình 2.8 Mô hình phân loại và lưu kho hàng hóa 40

Hình 3.1 Hộp thoại Wincc Explorer và Create New Project 45

Hình 3.2 Màn hình Wincc Explorer 46

Hình 3.3 Hộp thoại Wincc Configuration Studio 46

Hình 3.4 Cửa sổ Tag Properties 47

Hình 3.5 Cửa sổ Address Properties 48

Hình 3.6 Các biến trong S7-300 48

Hình 3.7 Khai báo biến trong Win CC 56

Hình 3.8 Mô hình đề tài trên giao diện của Win CC 57

PHẦN MỞ ĐẦU

Hiện nay trong công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hoá vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ) Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một loại thiết bị điều khiển khả trình PLC Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được số lượng sản phẩm lớn, nhanh mà lại tiện lợi về kinh tế Các công ty, xí nghiệp sản xuất thường

sử dụng công nghệ lập trình PLC Dây chuyền sản xuất tự động PLC giảm sức lao động của công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho đời sống

xã hội Với ý nghĩa đó em chọn đề tài“Thiết kế, chế tạo hệ thống phân loại và

gắp sản phẩm ”

Mục đích nghiên cứu

- Tìm hiểu nguyên lý, cấu tạo của hệ thống phân loại và gắp sản phẩm

- Xây dựng được mạch điều khiển hoạt động ổn định

- Thiết kế phần cơ khí nhỏ gọn cải thiện giá thành sản phẩm

Phương pháp nghiên cứu

➢ Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:

• Nghiên cứu các tài liệu về các hệ thống phân loại và gắp sản phẩm

• Nghiên cứu tài liệu về S7-300 và vi điều khiển

• Chương 1.Tổng quan đề tài

• Chương 2 Phân tích và thiết kế mô hình

• Chương 3 Điều khiển và giám sát mô hình

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu chung

Ngày nay, việc tự động hóa trong sản xuất là một nhu cầu cấp thiết nhằm nâng cao năng xuất lao động Hệ thống sản xuất tự động ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các phân xưởng, nhà máy Sự phát triển của kỹ thuật bán dẫn điện tử, cùng với việc ra đời của các linh kiện điện tử, chúng đã được áp dụng trong hệ thống cơ khí và từ đó các loại máy móc tự động ra đời

Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép giảm giá thành và nâng cao năng suất lao động Trong mọi thời đại, các quá trình sản xuất luôn được điều khiển theo các qui luật kinh tế Có thể nói giá thành là một trong những yếu tố quan trọng xác định nhu cầu phát triển tự động hóa Không một sản phẩm nào có thể cạnh tranh được nếu giá thành sản phẩm cao hơn các sản phẩm cùng loại, có tính năng tương đương với các hãng khác

Hệ thống tự động hóa đang đóng vai trò quan trọng trong sản xuất đời sống, đặc biệt trong sản xuất công nghiệp hiện đại càng trở nên cần thiết và phổ biến Ứng dụng các hệ thống tự động hóa vào sản xuất giúp tăng năng suất lao động, tăng độ chínhxác vàtăng hiệu quả trong quá trính sản xuất trong nhà máy, doanh nghiệp

Hệ thống phân loại và gắp sản phẩm gồm các loại máy tự động được lắp đặt với nhau tạo nên một dây chuyền khép kín đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục và chính xác Hệ thống phân loại thường áp dụng với nhưng doanh nghiệp có quy mô lớn tuy vậy với nhưng doanh nghiệp vừa và nhỏ cũng có thể áp dụng để đẩy nhanh quá trình phân loại đóng gói sản phẩm thúc đẩy sự phát triển của doanh nghiệp Việc áp dụng các máy đóng gói tự động cùng với băng tải chuyền sẽ là giải pháp tối

ưu, an toàn và tiết kiệm nhất với doanh nghiệp khi muốn cải thiện tình hình sản xuất ngày càng phát triển Đưa và sản xuất một hệ thống đóng gói tự động doanh nghiệp đạt được nhiều lợi ích bởi tính linh hoạt, và chi phí thấp Và đặc biệt nâng cao tính hiện đại hóa trong sản xuất của doanh nghiệp, đưa doanh nghiệp lên tầm cao mới khi sử dụng các dây chuyền tự động mang tính hiện đại hóa

1.2 Mục đích lựa chọn và ứng dụng của đề tài

Mục đích trước hết của đề tài này là hoàn tất chương trình môn học để đủ điều kiện ra trường.Cụ thể là khi thực hiện đề tài này chúng em muốn phát huy những thành quả ứng dụng của PLC nhằm tạo ra những sản phẩm, thiết bị tiên tiến hơn và đạt được hiệu quả cao hơn trong quá trình sản xuất

Mặt khác đồ án này cũng có thể là tài liệu giúp những sinh viên khóa sau phát triển mô hình cao hơn cái mà chúng em đang thực hiện

Ngoài ra quá trình nghiên cứu thực hiện đề tài là để ứng dụng vào đời sống sản xuất của xã hội

Và đây cũng là cơ hội để chúng em tự kiểm tra lại những kiến thức đã học tại trường, nâng cao trình độ chuyên môn trong quá trình nghiên cứu, thi công mô hình, đồng thời phát huy tính sáng tạo, khả năng làm việc nhóm, cũng như khả năng giải quyết vần đề theo yêu cầu đặt ra Đây cũng là dịp chúng em khẳng định mình trước khi ra trường tham gia các hoạt động xã hội

1.3Mục tiêu nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu

Đây là một đề tài nghiên cứu mang tính thực tiễn trong việc vận dụng các kiến thức đã được học dưới mái trường vào trong thực tế

• Về mặt khoa học, đề tài sẽ giúp cho nhóm sinh viên thực hiện hiểu rõ thêm

về cơ cấu và nguyên lý làm việc thực tiễn cũng như phương hướng phát triển của các hệ thống phân loại và gắp sản phẩm trong thực tế

• Về mặt thực tiễn, đề tài này có thể áp dụng vào thực tế để tạo ra một hệ thống lưu hàng thật sự với nguyên tắc làm việc giống nhau hoặc tương tựVậy nênđề tài “Thiết kế, chế tạo hệ thống phân loại và gắp sản phẩm ”

1.3.2Phạm vi nghiên cứu

Với thời gian tám tuần thực hiện đề tài, em đã cố hết sức thực hiện đề tài này

và đã giải quyết được một số vấn đề sau:

+ Hoàn thành báo cáo đồ án

+Thiết kế và thi công mô hình hệ thống phân loại và gắp sản phẩm

Gồm có:

-Thiết kế và thi công bộ phận của hệ thống

+ Lắp đặt bộ điều khiển PLC, và kết nối nút nhấn, đèn báo, cảm biến, vi điều khiển, tay gắp phù hợp với yêu cầu thiết kế

+ Thiết kế giao diện và điều khiển,giám sát hệ thông qua phần mềm WinCC

1.4Giới thiệu PLC S7-300

PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình được thiết kế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lý từ đơngiản đến phức tạp, tùy thuộc vào người điều khiển mà nó có thể thực hiện một loạt các chương trình hoặc sự kiện, sự kiện này được kích hoặc bởi các tác nhân kích thích (hay còn gọi là ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các bộ định thời (Timer) hay các sự kiện được đếm qua bộ đếm Khi một sự kiện được kích hoặc nó

sẽ bật ON, OFF hoặc phát một chuỗi xung ra các thiết bị bên ngoài được gắn vào ngõ ra của PLC.Như vậy nếu ta thay đổi các chương trình được cài đặt trong PLC là

ta có thể thực hiện các chức năng khác nhau, trong các môi trường điều khiển khác nhau

Hiện nay PLC đã được nhiều hãng khác nhau sản xuất như: Siemens, Omron, Mitsubishi, Festo, Alan Bradley, Schneider, Hitachi v.v…Mặt khác ngoài PLC cũng

đã bổ sung thêm các thiết bị mở rộng khác như: Các cổng mở rộng AI (Analog Input), DI (Digital Input), các thiết bị hiển thị, các bộ nhớ Cartridge thêm vào

1.4.1 Đặc điểm của bộ điều khiển lập trình

Nhu cầu về một bộ điều khiển dễ sử dụng, linh hoạt và có giá thành thấp đã thúc đẩy sự phát triển những hệ thống điều khiển lập trình (programmable-control systems) – hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay quá trình hoặc động cơ Trong bối cảnh đó, bộ điều khiển lập trình (PLC – Programmable Logic Controller) được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơ-le và thiết bị rời cồng kềnh, và nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản Ngoài ra, PLC còn có thể thực hiện những tác vụ khác như định thời, đếm v.v… làm tăng khả năng điều khiển cho những hoặc động phức tạp, ngay cả với loại PLC nhỏ nhất

Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả các trạng thái tín hiệu ở ngõ vào, được đưa về từ quá trình điều khiển, thực hiện logic được lập trong chương trình và kích

ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng Với các mạch giao tiếp

chuẩn ở khối vào và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến những cơ cấu tác động (actuators) có công suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu (transducers) ở ngõ vào, mà không cần có các mạch giao tiếp hay rơ-le trung gian.Tuy nhiên, cần phải có mạch điện tử công suất trung gian khi PLC điều khiển những thiết bị có công suất lớn

Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà không cần có sự thay đổi nào về mặt kết nối dây; sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dụng.Hơn nữa, chúng còn có ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với những hệ thống điều khiển truyền thống mà đòi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời

Về phần cứng, PLC tương tự như máy tính “truyền thống”, và chúng có các đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp.Chúng có nhiều ưu điểm nổi bật như:

• Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng

➢ Những ưu điểm trên làm cho PLC được sử dụng rộng rãi trong việc điều khiển các

hệ thống

❖ Khái niệm cơ bản:

Bộ điều khiển lập trình là ý tưởng của một nhóm kỹ sư hãng Ganeral Motors vào năm 1968, và họ đã đề ra các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng những yêu cầu điều khiển trong công nghiệp:

• Dễ lập trình và thay đổi chương trình điều khiển, sử dụng thích hợp trong nhà máy

• Cấu trúc dạng module để dễ dàng bảo trì và sửa chữa

• Tin cậy hơn trong môi trường sản xuất của nhà máy công nghiệp

• Dùng linh kiện bán dẫn nên có kích thước nhỏ hơn mạch rơ-le chức năng tương đương

• Giá thành cạnh tranh.Những chỉ tiêu này tạo sự quan tâm của các kỹ sư thuộc nhiều ngành nghiên cứu về khả năng ứng dụng của PLC trong công nghiệp Các kết quả nghiên cứu đã đưa ra thêm một số yêu cầu cần phải có trong chức năng của PLC: tập lệnh từ các lệnh logic đơn giản được hỗ trợ thêm các lệnh về tác vụ định thời, tác vụ đếm; sau đó là các lệnh xử lý toán học, xử lý bằng dữ liệu, xử lý xung tốc độ cao, tính toán số liệu số thực 32 bit, xử lý thời gian thực, đọc mã vạch, v.v… Song song đó, sự phát triển về phần cứng cũng đạt được nhiều kết quả: bộ nhớ lớn hơn, số lượng ngõ vào/ra nhiều hơn, nhiều modul chuyên dùng hơn Vào năm 1976, PLC có khả năng điều khiển các ngõ vào/ra ở xa bằng kỹ thuật truyền thông, khoảng 200m.Sự gia tăng những ứng dụng PLC trong công nghiệp đã thúc đẩy các nhà sản xuất hoàn chỉnh các họ PLC với các mức độ khác nhau về khả năng, tốc độ xử lý và hiệu suất Các họ PLC phát triển từ loại làm việc độc lập, chỉ với 20 ngõ vào/ra và dung lượng bộ nhớ chương trình 500 bước, đến các PLC có cấu trúc module nhằm dễ dàng mở rộng thêm khả năng và chức năng chuyên dùng:

• Xử lý tín hiệu liên tục (analog)

• Điều khiển động cơ servo, động cơ bước

• Truyền thông

• Số lượng ngõ vào/ra

• Bộ nhớ mở rộng

❖ Với cấu trúc dạng module cho phép chúng ta mở rộng hay nâng cấp một

hệ thống điều khiển dùng PLC với chi phí và công suất thấp nhất

Có một số thuật ngữ dùng để mô tả bộ điều khiển lập trình:

• PC Programmable Controller (Anh)

• PLC Programmable Logic Controller (Mỹ)

• PBS Programmable Binary Systems (Thụy Điển)

Hai thuật ngữ sau đều thể hiện bộ điều khiển lập trình làm việc với tín hiệu nhị phân Trong thực tế, tất cả bộ điều khiển trừ bộ điều khiển loại nhỏ đều có khả

năng xử lý tín hiệu analog, nên các thuật ngữ đó không nói lên được hết khả năng của bộ điều khiển lập trình Vì lý do này và một số lý do khác mà thuật ngữ Programmable Controller, viết tắt là PC, thể hiện ý nghĩa tổng quát nhất về bộ điều khiển lập trình Tuy nhiên, để tránh sự hiểu lầm với thuật ngữ máy vi tính cá nhân

‘PC’ thì PLC thường được dùng thay cho PC

1.4.2Sơ lược lịch sử phát triển

Thiết bị điều khiển lập trình đầu tiên (Programmable Controller) đã được những nhà thiết kế cho ra đời năm 1968 (công ty General Motor Mỹ).Tuy nhiên, hệ thống này còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành

hệ thống Vì vậy các nhà thiết kế từng bước cải tiến hệ thống làm cho hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành, nhưng việc lập trình cho hệ thống còn khó khăn, do lúc này không có các thiết bị lập trình ngoại vi hổ trợ cho công việc lập trình

Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (Programmable Controller Handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969 Điều này đã tạo ra được một sự phát triển thực sự cho kỹ thuật điều khiển lập trình Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ điển Qua quá trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, tiêu chuẩn đó là: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang (The Diagram Format) Trong những năm đầu thập niên 1970, những hệ thống PLC còn có thêm khả năng vận hành với những thuật toán hỗ trợ (arithmetic), “vận hành với các dữ liệu cập nhật” (data manipulation) Do sự phát triển của loại màn hình dùng cho máy tính (Cathode Ray Tube: CRT), nên việc giao tiếp giữa người điều khiển để lập trình cho

hệ thống càng trở nên thuận tiện hơn

Sự phát triển của hệ thống phần cứng và phần mềm từ năm 1975 cho đến nay

đã làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh hơn với các chức năng mở rộng: Hệ thống ngõ vào/ra có thể tăng lên đến 8000 cổng vào/ra, dung lượng bộ nhớ chương trình tăng lên hơn 128000 từ bộ nhớ (word of memory) có thể gắn thêm nhiều Module bộ nhớ để có thểtăng thêm kích thước chương trình Ngoài ra các nhà thiết

kế còn tạo ra kỹ thật kết nối với các hệ thống PLC riêng lẽ thành một hệ thống PLC chung, kết nối với các hệ thống máy tính, tăng khả năng điều khiển của từng hệ

thống riêng lẽ Tốc độ xử lý của hệ thống được cải thiện, chu kỳ quét (scan) nhanh hơn làm cho hệ thống PLC xử lý tốt với những chức năng phức tạp, số lượng cổng ra/vào lớn Một số thuật toán cơ bản dùng cho điều khiển cũng được tích hợp vào phần cứng như điều khiển PID (cho điều khiển nhiệt độ, cho điều khiển tốc độ động

cơ, cho điều khiển vị trí), điều khiển mờ, lọc nhiễu ở tín hiệu đầu vào vv

Trong tương lai hệ thống PLC không chỉ giao tiếp với các hệ thống khác thông qua CIM (Computer Integrated Manufacturing) để điều khiển các hệ thống: Robot, Cad/Cam, …Ngoài ra các nhà thiết kế còn đang xây dựng các loại PLC với các chức năng điều khiển “thông minh” (intelligence) còn gọi là các siêu PLC (super PLC) cho tương lai

1.4.3 Cấu trúc và nghiên cứu hoạt động của một PLC

Chương trình điều khiển: định ra quy luật thay đổi tín hiệu Output đầu ra theo tín hiệu Input đầu vào như mong muốn Các chương trình điều khiển được tạo ra bằng cách sử dụng bộ lập trình chuyên dụng cầm tay (Hand-hold programmer PG)

• Khối điều khiển trung tâm (CPU: Central Processing Unit) gồm ba phần:

bộ xử lý, hệ thống bộ nhớ và hệ thống nguồn cung cấp

❖ Hoạt động của một PLC:

Về cơ bản hoặc động của một PLC cũng khá đơn giản Đầu tiên, hệ thống các cổng vào/ra (Input/Output) (còn gọi là các Module xuất/nhập) dùng để đưa các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi vào CPU (như các sensor, contact, tín hiệu từ động

cơ …) Sau khi nhận được tín hiệu ở ngõ vào thì CPU sẽ xử lý và đưa các tín hiệu điều khiển qua Module xuất ra các thiết bị được điều khiển

Trong suốt quá trình hoặc động, CPU đọc hoặc quét (scan) dữ liệu hoặc trạng thái của các thiết bị ngoại vi thông qua ngõ vào, sau đó thực hiện các chương trình trong bộ nhớ như sau: một bộ đếm chương trình sẽ nhận lệnh từ bộ nhớ chương trình đưa ra thanh ghi lệnh để thi hành Chương trình ở dạng STL (Statement List – Dạng lệnh liệt kê) hay ở dạng LADDER (dạng hình thang) sẽ được dịch ra ngôn ngữ máy cất trong bộ nhớ chương trình Sau khi thực hiện xong chương trình,sau đó

là truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi sau đó CPU sẽ gởi hoặc cập nhật (update) tín hiệu tới các thiết bị, được điều khiển thông qua Module xuất Một chu kỳ gồm đọc tín hiệu ở ngõ vào, thực hiện chương trình,truyền thông nội và tự kiểm tra lỗivà gửi cập nhật tín hiệu ở ngõ ra được gọi là một chu kỳ quét (Scanning)

Như vậy tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra thì lệnh không xử lý trực tiếp với cổng vào ra mà sẽ xử lý thông qua bộ nhớ đệm Nếu có sử dụng ngắt thì chương trình con tương ứng với từng tín hiệu ngắt sẽ được soạn thảo và cài đặt như một bộ phận chương trình Chương trình ngắt chỉ thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện tín hiệu ngắt và có thể xảy ra ở bất kì điểm nào trong vòng quét Trên đây chỉ là mô

tả hoặc động đơn giản của một PLC, với hoặc động này sẽ giúp cho người thiết kế nắm được nguyên tắc của một PLC Nhằm cụ thể hóa hoặc động của một PLC, sơ

đồ hoạt động của một PLC là một vòng quét (scan) như sau:

• Chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo ra ngoại vi

• Truyền thông và kiểm tra lỗi

• Chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo ra ngoại vi

• Chuyển dữ liệu từ bộ đệm ảo ra ngoại vi

Thực tế khi PLC thực hiện chương trình (Program Execution), PLC khi cập nhật tín hệ ngõ vào (ON/OFF), các tín hiệu này không được truy xuất tức thời để đưa ra (Update) ở ngõ ra mà quá trình cập nhật tín hiệu ở ngõ ra (ON/OFF) phải theo hai bước: khi xử lý thực hiện chương trình, vi xử lý sẽ chuyển đổi các mức logic tương ứng ở ngõ ra trong “chương trình nội” (đã được lập trình), các mức logic này sẽ chuyển đổi ON/OFF.Tuy nhiên lúc này các tín hiệu ở ngõ ra “thật” (tức tín hiệu được đưa ra tại Module out) vẫn chưa được đưa ra Khi xử lý kết thúc chương trình xử lý, việc chuyển đổi các mức logic (của các tiếp điểm) đã hoàn thành thì việc cập nhật các tín hiệu ở ngõ ra mới thực sự tác động lên ngõ ra để điều khiển các thiết bị ở ngõ ra

Thường việc thực thi một vòng quét xảy ra với thời gian rất ngắn, một vòng quét đơn (single scan) có thời gian thực hiện một vòng quét từ 1ms tới 100ms Việc thực hiện một chu kỳ quét dài hay ngắn còn phụ thuộc vào độ dài của chương trình

và cả mức độ giao tiếp giữa PLC với các thiết bị ngoại vi (màn hình hiển thị…) Vi

xử lý chỉ có đọc được tín hiệu ở ngõ vào chỉ khi nào tín hiệu này tác động với khoảng thời gian lớn hơn một chu kỳ quét Nếu thời gian tác động ở ngõ vào nhỏ hơn một chu kỳ quét thì vi xử lý xem như không có tín hiệu này Tuy nhiên trong thực tế sản xuất, thường các hệ thống chấp hành là các hệ thống cơ khí nên tốc độ quét như trên có thể đáp ứng được các chức năng của dây chuyền sản xuất Để khắc phục khoảng thời gian quét dài, ảnh hưởng đến chu trình sản xuất, các nhà thiết kế còn thiết kế hệ thống PLC cập nhật tức thời, dùng bộ đếm tốc độ cao (High Speed Counter) các hệ thống này thường được áp dụng cho các PLC lớn có số lượng I/O nhiều, truy cập và xử lý lượng thông tin lớn

1.4.4Các ưu điểm khi sử dụng hệ thống điều khiển với PLC

Cùng với sự phát triển của phần cứng và phần mềm, PLC ngày càng tăng được các tính năng cũng như lợi ích của PLC trong hoạt động công nghiệp Kích thước của PLC hiện nay được thu nhỏ lại để bộ nhớ và số lượng I/O càng nhiều hơn, các ứng dụng của PLC càng mạnh hơn giúp người sử dụng giải quyết được nhiều vấn đề phức tạp trong điều khiển hệ thống Ưu điểm đầu tiên của PLC là hệ thống điều khiển chỉ

cần lắp dặt một lần (đối với sơ đồ hệ thống, các đường nối dây, các tín hiệu ở ngõ vào/ra …), mà không phải thay đổi kết cấu của hệ thống sau này, giảm được sự tốn kém khi phải thay đổi lắp đặt khi đổi thứ tự điều khiển (đối với hệ thống điều khiển Relay), khả năng chuyển đổi hệ điều khiển cao hơn (như giao tiếp giữa các PLC để truyền dữ liệu điều khiển lẫn nhau), hệ thống được điều khiển linh hoạt hơn

PLC được thiết kế đặc biệt để hoặc động trong môi trường công nghiệp Một PLC có thể được lắp đặt ở những nơi có độ nhiễu điện cao (Electrical Noise), vùng

có từ truờng mạnh, có các chấn động cơ khí, nhiệt độ và độ ẩm môi trường cao … Không như các hệ thống cũ, PLC có thể dễ dàng lắp đặt do chiếm một khoảng không gian nhỏ hơn nhưng điều khiển nhanh, nhiều hơn các hệ thống khác Điều này càng tỏ ra thuận lợi hơn đối với các hệ thống điều khiển lớn, phức tạp, và quá trình lắp đặt hệ thống PLC ít tốn thời gian hơn các hệ thống khác Cuối cùng là người sử dụng có thể nhận biết các trục trặc hệ thống của PLC nhờ giao diện qua màn hình máy tính (một số PLC thế hệ sau có khả năng nhận biết các hỏng hóc (trouble shoding) của hệ thống và báo cho người sử dụng), điều này làm cho việc sửa chữa thuận lợi hơn

1.4.5Ứng dụng của PLC trong sản xuất

Hiện nay PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất cả trong công nghiệp và dân dụng Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ thống đơn giản, chỉ có chức năng đóng/mở (ON/OFF) thông thường đến các úng dụng cho các lĩnh vực phức tạp,đòi hỏi tính chính xác cao, ứng dụng các thuật toán trong quá trình sản xuất Các lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC hiện nay bao gồm:

• Hóa học và dầu khí: Định áp suất (dầu), bơm dầu, điều khiển hệ thống ống dẫn, cân đong trong ngành hóa …

• Chế tạo máy và sản xuất: Tự động hóa trong chế tạo máy, cân đong, quá trình lắp đặt máy, điều khiển nhiệt độ lò kim loại

• Bột giấy, giấy, xử lý giấy: điều khiển máy băm, quá trình ủ bột, quá trình cán, gia nhiệt, …

• Thủy tinh và phim ảnh: quá trình đóng gói, thử nghiệm vật liệu, cân đong, các khâu hoàn tất sản phẩm, đo cắt giấy, …

• Thực phẩm, rượu bia, thuốc lá: đếm sản phẩm, kiểm tra sản phẩm, kiểm soát quá trình sản xuất, bơm (bia, nước trái cây, …), cân đong, đóng gói, hòa trộn,

• Kim loại: điều khiển quá trình cán, cuốn (thép), quy trình sản xuất, kiểm tra chất lượng

• Năng lượng: điều khiển nguyên liệu (cho quá trình đốt, xử lý trong các turbin, …), các trạm cần hoặc động tuần tự khai thác vật liệu một cách tự động (than, gỗ, dầu mỏ, …)

1.4.6So sánh hệ điều khiển PLC với các hệ điều khiển khác

PLC với hệ thống điều khiển bằng Relay:

Việc phát triển hệ thống điều khiển bằng lập trình đã dần dần thay thế từng bước điều khiển hệ thống bằng Relay trong các quá trình sản xuất Khi thiết kế một

hệ thống điều khiển hiện đại, người kỹ sư phải cân nhắc, lựa chọn các hệ thống, hệ thống điều khiển lập trình thường được sử dụng thay cho hệ thống điều khiển bằng Relay do các nguyên nhân sau:

• Thay đổi trình tự điều khiển một cách linh động

• Có độ tin cậy cao

• Khoảng không lắp đặt thiết bị nhỏ, không chiếm diện tích

• Có khả năng đưa tín hiệu điều khiển ở ngõ ra cao

• Sự chọn lựa dữ liệu một cách thuận lợi, dễ dàng

• Dễ dàng thay đổi cấu hình (hệ thống máy móc sản xuất) trong tương lai khi có nhu cầu mở rộng sản xuất.Đặc trưng cho hệ thống điều khiển chương trình là phù hợp với những nhu cầu đã nêu trên, đồng thời về mặt kinh tế và thời gian thì hệ thống điều khiển lập trình cũng vượt trội hơn hệ thống điều khiển cổ điển (Relay, Contactor…)

Hệ thống điều khiển này cũng phù hợp với sự mở rộng hệ thống trong tương lai do không phải đổi, bỏ hệ thống dây nối giữa hệ thống điều khiển và các thiết bị, mà chỉ đơn giản là thay đổi chương trình cho phù hợp với điều kiện sản xuất mới

➢ PLC với máy tính:

Cấu trúc giữa máy tính với PLC đều dựa trên bộ vi xử lý (CPU) để xử lý dữ liệu Tuy nhiên có một vài cấu trúc quan trọng cần phân biệt để thấy rõ sự khác biệt giữa một PLC và một máy tính:

• Không như máy tính, PLC được thiết kế đặc biệt để hoạt động trong môi trường công nghiệp Một PLC có thể được lắp đặt ở những nơi có độ nhiễu điện cao (Electrical Noise), vùng có từ truờng mạnh, có các chấn động cơ khí, nhiệt độ môi trường cao …

• Điều quan trọng thứ hai đó là: một PLC được thiết kế với phần cứng và phần mềm sao cho dễ lắp đặt (đối với phần cứng) đồng thời về mặt chương trình cũng phải dễ dàng để người sử dụng (kỹ sư, kỹ thuật viên) thao tác lập trình một cách nhanh chóng, thuận lợi (ví dụ: lập trình bằng ngôn ngữ hình thang… )

• PLC với máy tính cá nhân PC (Personal Computer):

Đối với một PC, người lập trình dễ nhận thấy được sự khác biệt giữa PC với PLC, sự khác biệt có thể biết được như sau:

• Máy tính không có các cổng giao tiếp trực tiếp với các thiết bị điều khiển, đồng thời máy tính cũng hoạt động không tốt trong môi trường công nghiệp

• Ngôn ngữ lập trình trên máy tính không phải là dạng hình thang, máy tính ngoài việc sử dụng các phần mềm chuyên biệt cho PLC, còn phải thông qua việc sử dụng các phần mềm khác, làm “chậm” đi quá trình giao tiếp với các thiết bị được điều khiển.Tuy nhiên qua máy tính, PLC có thể dễ dàng kết nối với các hệ thống khác, cũng như PLC có thể sử dụng bộ nhớ (có dung lượng rất lớn) của máy tính làm bộ nhớ của PLC

1.5Hệ thống khí nén

Với sự phát triển mạnh mẽ của năng lượng điện, vai trò sử dụng năng lượng bằng khí nén bị giảm dần Tuy nhiên việc sử dụng năng lượng bằng khí nén vẫn đóng một vai trò cốt yếu ở những lĩnh vực mà khi sử dụng năng lượng điện sẽ nguy hiểm,

sử dụng năng lượng bằng khí nén ở những dụng cụ nhỏ nhưng truyền động với vận tốc lớn, sử dụng năng lượng bằng khí nén ở những thiết bị như búa hơi, dụng cụ dập, tán đinh… và nhiều nhất là các dụng cụ, đồ giá kẹp chặt trong các máy

1.5.1Khả năng ứng dụng của khí nén

a.Trong lĩnh vực điều khiển:

Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng ở những lĩnh vực mà ở đó nguy hiểm hay xảy ra các vụ nổ, như các thiết bị phun sơn, các loại đồ gá kẹp các

chi tiết nhựa, chất dẻo; hoặc là được sử dụng cho lĩnh vực sản xuất các thiết bị điện

tử, vì điều kiện vệ sinh môi trường rất tốt và an toàn cao Ngoài ra hệ thống điều khiển bằng khí nén còn được sử dụng trong các dây chuyền rửa tự động, trong cácthiết bị vận chuyển và kiểm tra của thiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện, đóng gói, bao

bì và trong công nghiệp hóa chất

15 lần so với động cơ điện Nhưng ngược lại thể tích và trọng lượng nhỏ hơn 30%

so với động cơ điện có cùng công suất.Những dụng cụ vặn vít, máy khoan, công suất khoảng 3,5 kW, máy mài, công suất khoảng 2,5 kW cũng như những máy mài với công suất nhỏ, nhưng với số vòng quay cao khoảng 100.000 v/ph thì khả năng

sử dụng động cơ truyền động bằngkhí nén là phù hợp

- Truyền động thẳng:Vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho truyền động thẳng trong các dụng cụ, đồ gá kẹp chi tiết, trong các thiết bị đóng gói, trong các loại máy gia công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh cũng như trong hệ thống phanh hãm của ôtô

1.6Giới thiệu về các linh kiện khác được sử dụng trong đồ án

1.6.1 Giới thiệu về mạch Arduino UNO R3

Mạch Arduino Uno là dòng mạch Arduino phổ biến, khi mới bắt đầu làm

quen, lập trình với Arduino thì mạch Arduino thường nói tới chính là dòng Arduino

UNO.Hiện dòng mạch này đã phát triển tới thế hệ thứ 3 (Mạch Arduino Uno

R3).Arduino Uno R3 là dòng cơ bản, linh hoạt, thường được sử dụng cho người mới

bắt đầu Bạn có thể sử dụng các dòng Arduino khác như: Arduino Mega, Arduino Nano, Arduino Micro… Nhưng với những ứng dụng cơ bản thì mạch Arduino Uno

là lựa chọn phù hợp nhất

Hình 1.2Arduino UNO R3

Hình 1.3 Thông số của Arduino UNO R3

Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là: ATmega8 (Board Arduino Uno r2), ATmega168, ATmega328 (Board Arduino Unor3) Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp

nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, điều khiển động cơ bước, điều khiển động cơ serve, làm một trạm đo nhiệt độ – độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD… hay những ứng dụng khác Mạch Arduino UNO R3 với thiết kế tiêu chuẩn sử dụng vi điều khiển ATmega328 Tuy nhiên nếu yêu cầu phần cứng của bạn không cao hoặc túi tiền không cho phép, bạn có thể sử dụng các loại vi điều khiển khác có chức năng tương đương nhưng rẻ hơn như ATmega8 (bộ nhớ flash 8KB) hoặc ATmega168 (bộ nhớ flash 16KB)

Nguồn sử dụng: Arduino UNO R3 có thể được cấp nguồn 5V thông qua cổng USB hoặc cấp nguồn ngoài với điện áp khuyên dùng là 7-12V DC hoặc điện áp giới hạn là 6-20V Thường thì cấp nguồn bằng pin vuông 9V là hợp lí nhất nếu bạn không

có sẵn nguồn từ cổng USB Nếu cấp nguồn vượt quá ngưỡng giới hạn trên, bạn sẽ làm hỏng Arduino UNO.Các chân năng lượng:

GND (Ground): cực âm của nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn

dùng các thiết bị sử dụng những nguồn điện riêng biệt thì những chân này phải được nối với nhau

5V: cấp điện áp 5V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 500mA

3.3V: cấp điện áp 3.3V đầu ra Dòng tối đa cho phép ở chân này là 50mA Vin (Voltage Input): để cấp nguồn ngoài cho Arduino UNO, bạn nối cực

dương của nguồn với chân này và cực âm của nguồn với chân GND

IOREF: điện áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO có thể được

đo ở chân này Và dĩ nhiên nó luôn là 5V.Mặc dù vậy bạn không được lấy nguồn 5V

từ chân này để sử dụng bởi chức năng của nó không phải là cấp nguồn

RESET: việc nhấn nút Reset trên board để reset vi điều khiển tương đương

với việc chân RESET được nối với GND qua 1 điện trở 10KΩ

1.6.2 Giới thiệu về cảm biến màu TCS3200

Cảm biến màu TCS3200 tích hợp 1 dãy bộ dò ánh sáng quang bên trong, với mỗi cảm biến ứng với các màu trắng, đỏ, xanh lá, xanh dương Các bộ lọc của mỗi màu được phân bố đều khắp cảm biến để loại bỏ sai lệch vị trí giữa các màu sắc.Bên

trong cảm biến có bộ dao động tạo ra sóng vuông có tần số là tỷ lệ thuận với cường

độ của màu sắc được lựa chọn

Hình 1.4 Cảm biến màu sắc TCS3200 Thông số kỹ thuật

Cảm biến khi có ánh sáng và chuyển đổi nó thành tần số nhất định sau đó tần số này được đưa vào một bộ chuyển đổi tần số

Tần số được tạo ra, tương ứng với màu sắc của ánh sáng, tạo ra một tần số nhất định tần số đầu ra này sau đó sẽ quyết định màu sắc đã cảm nhận được Vì vậy, về cơ bản là ánh sáng đã được chuyển đổi thành một tần số Mỗi màu sắc có tần số riêng của

nó Vì vậy, đây là cách cảm biến này có thể phân biệt giữa các màu sắc

Hình 1.5 Cách đấu dây kết nối với Arduino

VCC kết nối với 5V (trên Arduino)

GND kết nối với GND (trên Arduino)

Điều này thiết lập TCS3200

S0 và S1 đi đến chân 8 và 9S2 và S3 đi vào chân 12 và 11(Các chân này quyết định màu cảm biến cảm.)Ngõ ra vào chân 10 pin này có chứa các tần số đầu

ra của các màu sắc cảm nhận.Các pin LED đi vào chân 13.Chân này có thể bật đèn LED trên bảng con chip TCS3200 nếu pin kỹ thuật số được bật CAO

Ứng dụng:Một cảm biến màu sắc là một thiết bị rất hữu ích Hiện nay các xe

tự động đang được phát triển, có thể chạy tự động, xe hơi không người lái, và cảm biến là một cách để có thể phát hiện màu sắc ở những nơi như dấu hiệu dừng lại màu đỏ và đèn giao thông, màu xanh lá cây để đi và đỏ dừng lại.Một thiết bị cảm biến màu sắc có thể được tích hợp vào là robot Càng nhiều khả năng mà một robot có,và thông minh hơn Nếu một robot có thể phân biệt màu sắc, nó có nhiều khả năng Hãy tưởng tượng nếu bạn có một robot có thể nói sự khác biệt giữa một chiếc khăn màu xanh lá cây và một chiếc khăn màu đỏ Nếu bạn biết bạn có một chiếc khăn màu xanh lá cây và một người khác có một chiếc khăn màu đỏ, các robot có thể sắp xếp nó một cách thích hợp Các ứng dụng khác bao gồm đọc truyện, cảm biến ánh sáng xung quanh và hiệu chuẩn, và màu sắc phù hợp.Vì vậy cảm biến màu sắc sẽ được ứng dụng nhiều trong tương lai

1.6.3 Cảm biến khoảng cách

Để điều khiển chuyển động của các xy lanh khí nén hay các loại cơ cấu chấp hành khác cần có sự phát hiện sự dịch chuyển, hay nói cách khác là có sự thay đổi

về vị trí hoặc thay đổi các thông số của quá trình trong hệ thống điều khiển Trong phần này, chúng ta đề cập chủ yếu đến các loại cảm biến phát hiện hai trạng thái

ON - OFF Tiếp điểm của cảm biến chia ra làm 2 loại: thường đóng (Normal Closed – NC) và thường mở (Normal Open – NO) Công tắc hành trình thường có cả 2 loại tiếp điểm NO và NC nhưng với một cực chung Khi có tín hiệu tác động thì sẽ chuyển đổi trạng thái của 2 tiếp điểm này: tiếp điểm thường mở đóng lại và tiếp điểm thường đóng mở ra

Hình 1.6 Cấu tạo chung của cảm biến

➢ Tốc độ đáp ứng nhanh, tuổi thọ cao

➢ Đầu sensor nhỏ có thể lắp ở nhiều nơi

Nên em đã chọn loại cảm biến tiệm cận, và trong phạm vi đề tài mục đích chỉ

để phát hiện vật thể phi kim nên cảm biến được sử dụng là cảm biến tiệm cận điện dung E3F-DS30C4 30CM ngõ ra NPN

Hình 1.7 Cảm biến tiệm cận điện dung E3F-DS30C4 30CM

Cảm biến từ tiệm cận bao gồm một cuộn dây được cuốn quanh một lõi từ ở đầu cảm ứng Sóng cao tần đi qua lõi dây này sẽ tạo ra một trường điện từ dao động quanh nó Trường điện từ này được một mạch bên trong kiểm soát Khi vật kim loại

di chuyển về phía trường này, sẽ tạo ra dòng điện (dòng điện xoáy) trong vật Những dòng điện này gây ra tác động như máy biến thế, do đó năng lượng trong cuộn phát hiện giảm đi và dao động giảm xuống; độ mạnh của từ trường giảm đi

Hình 1.8 Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận

Mạch giám sát phát hiện ra mức dao động giảm đi và sau đó thay đổi đầu ra vật

đã được phát hiện Vì nguyên tắc vận hành này sử dụng trường điện từ nên cảm biến cảm ứng vượt trội hơn cảm biến quang điện về khả năng chống chịu với môi trường

+ Tín hiệu ngõ ra NPN thường mở ( tín hiệu ra bằng điện áp cấp nguồn nuôi cho cảm biến

Sơ đồ đấu dây:

a Rơle đóng mạch

Nguyên lý làm việc: Khi dòng điện vào cuộn dây cảm ứng, xuất hiện lực từ trường sẽ hút lõi sắt, trên đó có lắp các tiếp điểm Các tiếp điểm đó có thể là tiếp điểm chính để đóng, mở mạch chính và các tiếp điểm phụ để đóng, mở mạch điều khiển

b Rơle điều khiển

Nguyên lý hoạt động: tương tự như rơle đóng mạch nhưng khác rơle đóng mạch ở chỗ chỉ dùng cho mạch điều khiển có công suất nhỏ và thời gian đóng mở các tiếp điểm rất nhỏ (từ 1ms đến 10ms)

c Rơle thời gian đóng chậm

- Nguyên lý làm việc: Tương tự như rơle thời gian tác động chậm của phần

tử khí nén Gồm các phần tử: điot tương tự van 1 chiều, tụ điện như bình chứa, điện trở R như van tiết lưu Ngoài ra tụ điện còn có nhiệm vụ giảm điện áp quát tải trong quá trình ngắt

d Rơle thời gian ngắt chậm

- Nguyên lý làm việc: tương tự như rơle thời gian ngắt chậm của phần tử khí nén Gồm các phần tử: điot như van đảo chiều, tụ điện như bình chứa, điện trở R1 như van tiết lưu Ngoài ra tụ điện còn có nhiệm vụ giảm điện áp quá tải trong quá

➢ Mạch từ: có tác dụng dẫn từ Đối với rơle điện từ một chiều, gông từ được chế tạo từ thép khối thường có dạng hình trụ tròn (vì dòng điện từ không gây dòng điện xoáy nên không gây phát nóng từ) Đối với rơle điện từ xoay chiều, mạch từ thường chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện ghép lại (để giảm dòng điện xoáy Fuco phát nóng)

➢ Cuộn dây: được quấn trên lõi thép, dây quấn làm bằng đồng bên ngoài có lớp sơn cách điện

từ được hút xuống, tiếp điểm thường đóng mở ra, tiếp điểm thường mở đóng lại Nếu không cấp điện vào hai đầu A và B thì các tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu

Hình 1.9 Cấu tạo rơ le trung gian

Hình 1.10 Rơ le trung gian 1.6.5 Động cơ một chiều DC

Động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và phạm vi rộng như: băng tải, thang máy, máy ép… Nhược điểm chủ yếu của động cơ 1 chiều là cổ góp có cấu tạo phức tạp, đắt tiền và kém tin cậy Cần phải có nguồn điện 1 chiều kèm theo

Trong đề tài em sử dụng động cơ giảm tốc một chiều 24V để kéo băng tải chứa sản phẩm và cơ cấu răng xích chứa cánh tay máy gắp sản phẩm

Hình 1.11 Động cơ giảm tốc một chiều 24V