BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
KHOA CƠ KHÍ
  
TRẦN MINH DŨNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PLC S7_300
ĐỂ ĐIỀU KHIỂN MỞ CỬA NHÀ KHO TỰ ĐỘNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Th. S VŨ THĂNG LONG
Nha Trang, tháng 6 năm 2012
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Kết luận

Nha Trang, ngày tháng năm 2012
CÁN BỘ PHẢN BIỆN
( Ký ghi rõ họ tên ) _________________________________________________________________
Nha Trang, ngày tháng năm 2012
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
( Ký ghi rõ họ tên )

Điểm phản biện
Bằng số Bằng chữ

Điểm chung
Bằng số Bằng chữ 1

LỜI CẢM ƠN

Cơ Điện Tử là một nghành học mới ở nước ta, nhưng nó ngày càng khẳng định
được vai trò trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày nay và sự phát triển
của đất nước trong tương lai. Đây là nghành có sự hội tụ và đúc kết của ba chuyên

TỰ ĐỘNG 6
1.1.TỔNG QUAN VỀ PLC S7_300 VÀTỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH 7
1.2. PHÂN LOẠI TỰ ĐỘNG HÓA 10
1.2.1 Tự động hóa cứng 10
1.2.2 Tự động hóa lập trình
10
1.2.3Tự động hóa linh hoạt 10
1.3 SỰ CẦN THIẾT CỦA TỰ ĐỘNG HÓA 11
1.4.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CỬA TỰ ĐỘNG 12
1.4.1 Các loai cửa tự động hiện nay 13
1.4.2 Một số cửa tự động sử dụng trên địa bàn Nha Trang 17
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 18
2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19
2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 19
2.2.1. thiết kế phần cơ khí 19
2.2.2.Kết cấu mô hình 22
2.2.3. Mạch điều khiển 23
2.2.3.1 Khối cảm biến 23
2.2.3.2 Khối cách li quang 25
2.2.3.3 Khối hiển thị 27
2.2.3.4 Khối nguồn 31
2.2.4. Phần mềm và giải thuật điều khiển 36
2.2.4.1. Giới thiệu PLC S7-300 37
2.2.4.2. Các thành phần cơ bản của một bộ PLC 38
2.2.4.3 Cấu trúc phần cứng của hệ thống plc s7-300 40
2.2.5. lưu đồ và giải thuật điều khiển 44
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 46
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 56
4.1 KẾT LUẬN 57
4.2 ĐỀ XUẤT Ý KIẾN . 57

Hình 2.17: LED anot chung 28
Hình 2.18: LED cathode chung 28
Hình 2.19: Sơ đồ chân 7447 29
Hình 2.20: Sơ đồ kết nối 7447 29
Hình 2.22: Sơ đồ mạch nguồn 31
Hình 2.23: Diode 31
Hình 2.24: Cấu tạo diode 31
Hình 2.25:Phân cực thuận và đường đặc tính của Diode 32
Hình 2.26:Cấu tạo của tụ điện 33

4

Hình2.27:Hình dáng của các loại tụ điện. 33
Hình 2.28:Sơ đò chân của họ 78xx. 34
Hình 2.29:Hình dáng thực tế của role. 34
Hình 2.30:Hình dáng thực tế của công tắc hành trình 36
Hình 2.31:Phần cứng s7-300 37
Hình 2.32:Bộ s7-300 38
Hình 2.33:Sơ đồ bố trí trạm plc s7-300 40
Hình 3.1: Mô hình tổng thể 47
Hình 3.2: Ô tô 47
Hình 3.3: Mạch điện tử 48
Hình 3.4: Bảng điều khiển 48
Hình 3.5: Cổng vào ra 49
Hình 3.6: Kiểm tra bằng tay 49
Hình 3.7: Kiểm tra tín hiệu cảm biến 50
Hình 3.8: Kiểm tra tín hiệu cảm biến 50
Hình 3.9: Bảng kết nối vào ra 51
Hình 3.10: Tổng quan kết nối 52
Hình 3.11: Xe vào cổng 52

hệ thống, em thực hiện nghiên cứu “
Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống
cửa nhà kho tự động”
6
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ PLC S7_300 VÀ HỆ THỐNG
CỬA NHÀ KHO TỰ ĐỘNG
+ Gọn nhẹ, dể dàng bảo quản , sửa chữa.
+ Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp .
+ Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp .
+ Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như : máy tính , nối mạng , các môi
Modul mở rộng.
+ Giá cả cá thể cạnh tranh được.
Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay thế cho các phần cứng Relay dây nối và các Logic
thời gian .Tuy nhiên ,bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và tính dể
dàng cho PLC mà vẫn bảo đảm tốc độ xử lý cũng như giá cả … Chính điều này đã
gây ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp . Các tập lệnh
nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm , định thời , thanh ghi
dịch … sau đó là các chức năng làm toán trên các máy lớùn … Sự phát triển các máy
tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn , số lượng I / O nhiều hơn.
Trong PLC, phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều
khiển hoặc xử lý hệ thống. Chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác
định bởi một chương trình . Chương trình này được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC,
PLC sẽ thực hiện viêïc điều khiểûn dựa vào chương trình này. Như vậy nếu muốn
thay đổi hay mở rộng chức năng của qui trình công nghệ , ta chỉ cần thay đổi chương
trình bên trong bộ nhớ của PLC . Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực
hiện một cách dể dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây
nối hay Relay .
Cấu trúc , nguyên lý hoạt động
Cấu trúc
Tất cả các PLC đều có thành phần chính là : Một bộ nhớ chương trình RAM bên
trong ( có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM ). Một bộ vi xử lý có cổng
giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC . Các Modul vào /ra.

8

Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lập trình bằng tay

- Bộ nhớ
PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp : Làm bộ định thời cho các kênh
trạng thái I/O. Làm bộ đệm trạng thái các chức năng trong PLC như định thời, đếm,
ghi các Relay.
Mỗi lệnh của chương trình có một vị trí riêng trong bộ nhớ, tất cả mọi vị trí trong bộ
nhớ đều được đánh số, những số này chính là địa chỉ trong bộ nhớ . Địa chỉ của từng
ô nhớ sẽ được trỏ đến bởi một bộ đếm địa chỉ ở bên trong bộ vi xử lý. Bộ vi xử lý sẽ
giá trị trong bộ đếm này lên một trước khi xử lý lệnh tiếp theo . Với một địa chỉ mới ,
nội dung của ô nhớ tương ứng sẽ xuất hiện ở đấu ra, quá trình này được gọi là quá

9

trình đọc .
Bộ nhớ bên trong PLC được tạo bỡi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có khả
năng chứa 2000 - 16000 dòng lệnh , tùy theo loại vi mạch. Trong PLC các bộ nhớ như
RAM, EPROM đều được sử dụng .
+ RAM (Random Access Memory ) có thể nạp chương trình, thay đổi hay xóa bỏ nội
dung bất kỳ lúc nào. Nội dung của RAM sẽ bị mất nếu nguồn điện nuôi bị mất . Để
tránh tình trạng này các PLC đều được trang bị một pin khô, có khả năng cung cấp
năng lượng dự trữ cho RAM từ vài tháng đến vài năm. Trong thực tế RAM được
dùng để khởi tạo và kiểm tra chương trình. Khuynh hướng hiện nay dùng
CMOSRAM nhờ khả năng tiêu thụ thấp và tuổi thọ lớn .
+ EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ mà người sử
dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào được . Nội dung của
EPROM không bị mất khi mất nguồn , nó được gắn sẵn trong máy , đã được nhà sản
xuất nạp và chứa hệ điều hành sẵn. Nếu người sử dụng không muốn mở rộng bộ nhớ
thì chỉ dùng thêm EPROM gắn bên trong PLC . Trên PG (Programer) có sẵn chổ ghi
và xóa EPROM.
+ EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) liên kết với
những truy xuất linh động của RAM và có tính ổn định. Nội dung của nó có thể được

+ Tương đối không linh hoạt trong việc thay đổi các thích nghi trong thay đổi sản
phẩm.
1.2.2 Tự động hóa lập trình
Thiết bị sản xuất được thiết kế với khả năng có thể thay đổi trình tự các nguyên
công để thích ứng với những cấu hình sản phẩm khác nhau.
Chuỗi hoạt động có thể được điểu khiển bởi một chương trình, tức là một tập lệnh
được mã hóa để hệ thống đọc và diễn dịch chúng.
Những chương trình mới có thể đươc chuẩn bị và nhập vào thiết bị để tạo ra sản
phẩm mới. Một vài đặc trưng của tự động hóa lập trình:
+ Đầu tư cao cho những thiết bị có mục đích tổng quát.
+ Năng suất tương đối thấp so với tự động hóa cứng.
+ Sự linh hoạt khi có sự thay đổi cấu hình trong sản phẩm mới.
+ Thích hợp nhất cho sản xuất hàng loạt.
1.2.3Tự động hóa linh hoạt
Là hệ thống tự động hóa có khả năng sản xuất ra nhiều sản phẩm khác nhau mà
hầu như không mất thời gian cho việc chuyển đổi từ sản phẩm này sang sản phẩm
khác. Không mất thời gian cho sản xuất hay cho lập trình lại và thay thế các cài đặt
vật lý(công cụ đồ gá, máy móc). Hiệu quả là hệ thống có thể lên kế hoạch kết hợp sản
xuất khác nhau thay vì theo từng loại riêng biệt. Đặc trưng của tự động hóa linh hoạt
có thể tóm tắt sau:
+ Đầu tư cao cho thiết bị.
+ Sản xuất liên tục những sản phẩm hỗn hợp khác nhau.
+ Đạt hiệu suất cao.
+ Tính linh hoạt khi sản phẩm thay đổi thiết kế.
Tự động hóa linh hoạt là sự mở rộng của tự động hóa lập trình được. Khái niệm
của tự động hóa linh hoạt đã được phát triển trong khoảng 25 đến 30 năm vừa quá và
những nguyên lý vẫn còn đang phát triển

11


Các hoạt động tự động hoá không chỉ sản xuất với tốc độ nhanh hơn so với làm
bằng tay mà còn sản xuất với sự đồng nhất cao hơn và sự chính xác đối với các tiêu
chuẩn chất lượng.
+ Rút ngắn thời gian sản xuất

12

Tự động hoá cho phép nhà sản xuất rút ngắn thời gian giữa việc đặt hàng của
khách hàng và thời gian giao sản phẩm. Điều này tạo cho người có ưu thế cạnh tranh
trong việc tăng cường dịch vụ khách hàng tốt hơn.
+ Tự động hóa mang lại hiệu quả nhanh, năng suất chất lượng ổn định
Đầu tư vào các dây chuyền tự động hóa mang lại hiệu quả nhanh hơn so với việc
đầu tư đào tạo con người. Đồng thời năng suất, chất lượng sản phẩm ổn định. Tất cả
những yếu tố trên tạo nên hệ thống sản xuất tự động hóa thay cho công cụ sản xuất
băng tay Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm, đồng thời tăng năng suất ta chọn hệ
thống lắp ráp tự động đó là một quy luật tất yếu phải xảy ra.
1.4.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CỬA TỰ ĐỘNG
Trong xã hội văn minh hiện đại,
cửa là một bộ phận không thể thiếu
được trong từng công trình kiến
trúc. Tuy nhiên loại cửa bình
thường (cửa không tự động) mà
chúng ta hay dùng hiện nay lại có
những nhược điểm gây phiền toái
cho người sử dụng, đó là: cửa
thường chỉ đóng mở được khi có tác
động của con người vào nó. Vì vậy
mà dùng cửa thường làm tốn thời
gian và gây cảm giác ngại cho
người sử dụng. Việc thiết kế ra một

phải phát triển ứng dụng nó rộng rãi hơn, đồng thời nghiên cứu để cải tiến và nâng
cao chất lượng hoạt động của cửa tự động để nó ngày càng hiện đại hơn, tiện ích hơn.
1.4.1 Các loai cửa tự động hiện nay
Hiện nay có nhiều loại cửa tự động : cửa kéo, cửa đẩy, cửa cuốn, cửa trượt
Nhưng chúng thường được sản xuất ở nước ngoài bán tại việt nam với giá thành khá
cao. Vì thế chúng không được sử dụng rộng rãi. Nhu cầu cửa tự động ở Việt Nam là
rất lớn về số lượng và chủng loại.

14a. Cửa kéo
Loại cửa này nhìn rất lạ,
với kết cấu đơn giản một động
cơ được gắn cố định với trần

có khả năng cuộn tròn lại
được Khi có tín hiệu điều
khiển đóng mở cửa động cơ
của cửa sẽ tác động qua một
trục cuốn cửa cuộn tròn
quanh trục đó .
Ưu điểm loại cửa này là
gọn nhẹ tiện dụng và dễ sử
dụng chỉ cần một động cơ
công suất nhỏ Thường được
dùng làm cửa cho gala ôtô .
Nó có tính kinh tế cao vì dễ
chế tạo .
Nhược điểm là cửa không
chắc chắn và dễ bị hỏng hơn
các loai của khác .
Hình 1.3: Cửa cuốn

16

c. Cửa trượt
Loại của này có đặc điểm là có
một rãnh cố định cho phép cánh
cửa có thể trượt qua lại. Cửa trượt
có nhiều loại , tuỳ thuộc vào hình
dạng rãnh trượt như rãnh thẳng thì
là loại cửa chuyển động tịnh tiến ,
Hình 1.4: Cửa trượt

17

1.4.2 Một số cửa tự động sử dụng trên địa bàn Nha Trang:

Thông qua việc quan sát, tìm
hiểu về cửa tự động ở một số
địa điểm trên Nha Trang hiện
nay, ta nhận thấy cửa tự động
được sử dụng chủ yếu ở những
nơi giao dịch thương mại,
những công sở lớn, ngân hàng
và các khách sạn lớn. Sở dĩ
như vậy là do những nơi này
có lượng người qua lại
lớn,đồng thời những nơi này
lại yêu cầu có tính hiện đại,
sang trọng và tiện dụng. Sử dụng cửa tự động tại những nơi này sẽ phát huy được
tất cả những ưu điểm của nó. Tuy nhiên cửa tự động cũng có rất nhiều loại tuỳ theo
yêu cầu về mục đích sử dụng như trọng lượng cửa, chiều cao hay phần mạch điều
khiển cửa. Theo trọng lượng cửa thì có các loại sau: loại 200 kg/hai cánh tại khach
san sheraton,loại 180kg/2 cánh tại ngân hàng đầu tư và phát triển việt nam.Ngoài ra
người ta còn chia ra làm hai loại theo số cánh cửa:Loại một cánh và loại hai cánh.
+ Cửa tự động chỉ có 1 cánh: Loại cửa này chủ yếu được dùng trong 2 điều kiện
như sau:
Một là, những nơi yêu cầu tính hiện đại, sang trọng nhưng lại có số lượng người đi
qua lại không nhiều như các khác sạn lớn, nhà nghỉ lớn, hay công sở mà không có
19

2.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Dùng kĩ thuật cảm biến và plc để điều hệ thống cửa nhà kho
2.1.1.Các bước nghiên cứu
- Bước 1
Nghiên cứu và khảo sát cách thức hoạt động của các loại cửu nhà kho hiện nay
- Bước 2
Đề xuất phương án tự động hóa
- Bước 3
Thiết kế phần cơ khí cho mô hình
- bước 4
Nghiên cứu và thiết kế mạch điều khiển
- bước 5
Tiến hành xây dựng các giải thuật
- bước 6
Tiến hành thực nghiệm
2.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.2.1. thiết kế phần cơ khí
Phương án 1:

Hình 2.2: Mô hình 2

1

3

2

421

1:Ôto
2:Mắt cảm biến
3:Cánh cửa
4 Thanh đục lỗ
- Nguyên lý hoạt động
Khi ôto vào cửa tác động lên công tắc hành trình kích hoạt cảm biến,cảm biến được
gắn ở cửa cổng là những tia laser xuyên từ bên nay sang bên kia,trên xe oto có gắn
thanh dọc được đục lỗ (với số lỗ khác nhau trên một thanh)phía sau đuôi xe.Khi
cảm biến xuyên qua các lỗ khác nhau thì đưa về các tín hiệu khác nhau.tín hiệu đó
được gửi về trung tâm xử lý,sau đó trung tâm xử lý sẽ xuất lệnh mở cửa tương ứng
với tín hiệu nhận được.Bộ hiện thị sẽ hiển thị số lần xe vào.
- ưu diểm:
Thiết kế đơn giản
- Nhược điểm
Các mô tơ được gắn trên cửa gây nên sự nặng nề không linh hoạt.các cảm biến
không được che nên dễ bị nhiễu.cảm biến làm việc liên tục nên dễ bị hỏng.

làm việc hiệu quả.
- Nhược điểm
Vẫn bị hạn chế do thiết kế còn đơn giản.các công tắc hành trình báo hiệu xe đến dễ
bị nghẹt.
2.2.2.Kết cấu mô hình
a.Khung mô hình

Hình 2.4: Khung mô hình

Trích đoạn Phần mềm và giải thuật điều khiển

---