MỤC LỤC

Trang
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN
XUẤT VÀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI ĐÓNG GÓI TỰ ĐỘNG 2
1.1.

Tổng quan về tự động hóa quá trình sản xuất
3
1.1.1.

Phân loại tự động hóa
3
1.1.1.1.

Tự động hóa cứng

3

1.1.1.2.

Tự động hóa lập trình

3

1.1.1.3.

Tự động hóa linh hoạt

10

2.2.
PLC
14

2.2.1.

Giới thiệu PLC S7-300
Error! Bookmark not defined.
5

2.2.2 Các thành phần cơ bản của một bộ PLC 16

2.2.2.1

Bộ đếm (counter)

20

2.2.2.2.

Bộ định thời gian (timer)

21

2.3.

Khối cảm biến


2.6.1.

Phương án thứ nhất

33

2.6.2.

Phương án thứ hai

34

2.6.3.

Phương án thứ ba

35

2.7.

Thiết kế sơ bộ mô hình

36

2.7.1.

Băng tải

36


40

2.8.2.1.

Thông số hình học

41

2.8.2.2. .Tính lực tác dụng lên bánh răng nón

41

2.8.2.3.

Tính tải trọng

42

2.8.2.4.

Đặc điểm tính toán

42

2.8.2.5.

Tính theo ứng suất tiếp xúc

43


Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống

49

2.12.1.

Khối hiển thị led

49

2.12.2.

Sơ đồ khối cảm biến
52
2.12.3.

Khối công suất

53

2.13.

Lưu đồ giải thuật và chương trình điều khiển

55

2.13.1.

Lưu đồ chương trình dùng PLC


4.2.

Đề xuất ý kiến

61TÀI LIỆU THAM KHẢO

62PHỤ LỤC

63DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Gạch men trong xây dựng 7
Hình 1.2. Một số mẫu gạch men 7
Hình 1.3. Dây chuyền sản xuất gạch men Thái Bình 8
Hình 1.4. Dây chuyền sản xuất gạch men Hà Nội 8
Hình 2.1. Sơ đồ chân Atmega32 10
Hình 2.2. Sơ đồ cấu trúc bên trong Atmega32 12
Hinh 2.3. Phần cứng s7-300 15
Hình 2.4. Bộ s7-300 16
Hình 2.5. Sơ đồ bố trí trạm plc s7-300 19
Hình 2.6. Led hồng ngoại 22
Hình 2.7. Đặc tuyến volt-amperre led hồng ngoại 23

Hình 2.39. Cặp bánh răng nón 41
Hình 2.40. Lực phân bố trên bánh răng nón 42
Hình 2.41. Lực phân bố trên bánh đỉnh răng nón 43
Hình 2.42. Sơ đồ khối các cụm chi tiết của dây chuyền 44
Hình 2.43. Thiết kế trục băng tải 45
Hình 2.44. Thiết kế bộ phận căng băng tải 45
Hình 2.45. Thiết kế cột chứa đế 46
Hình 2.46. Bộ chuyển hướng truyền động 46
Hình 2.47. Bộ truyền xích 47
Hình 2.48. Tổng thể mô hình 48
Hình2.49. Mạch quét 3 led 7 thanh 49
Hình 2.50. Sơ đồ cấu trúc bên trong của IC7447 50
Hình 2.51. Sơ đồ chân IC7447 50
Hình 2.52. Các hiển thị của 7447A 51
Hình 2.53. Bảng giá trị LOGIC 51
Hình 2.54. Mạch hiển thị 52
Hình 2.55. Khối cảm biến quang 52
Hình 2.56. Opamp Lm324 53
Hình 2.57. Khối công suất 54
Hình 2.58. Sơ đồ giải thuật 57
- 1 -

LỜI NÓI ĐẦU


Thân Văn Thọ

- 2 -

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ
TRÌNH SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG PHÂN
LOẠI ĐÓNG GÓI TỰ ĐỘNG
- 3 -

1.1. Tổng quan về tự động hóa quá trình sản xuất
Là dùng năng lượng phi sinh vật (cơ, điện, điện tử ) để thực hiện một
phần hay toàn bộ quá trình công nghệ mà ít nhiều không cần sự can thiệp của
con người.
Tự động hóa là một quá trình liên quan tới việc áp dụng các hệ thống cơ


 Thích hợp nhất cho sản xuất hàng loạt.
1.1.1.3. Tự 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.
 Tấc độ sản xuất trung bình.
 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
1.1.2. Tự động hóa trong thời đại hiện nay
Ngày nay nhiều nước tiên tiến trên thế giới đã có nhiều đường dây tự động
phân xưởng tự động và cả nhà máy tự động gia công các sản phẩm hàng loạt lớn,
hàng khối như vòng bi, pittông
Để áp dụng tự động hóa vào sản xuất hàng loạt nhỏ và sản xuất đơn chiếc
khi mà số lượng chi tiết trong loạt ít mà chủng loại nhiều, người ta dùng máy
điều khiển theo chương trình số. Máy này cho phép điều chỉnh máy nhanh khi
chuyển sang gia công loạt chi tiết khác.
Những năm gần đây trên thế giới đặc biệt là các nước tư bản có khuynh
hướng mạnh hệ thống sản xuất linh hoạt. Ưu điểm nổi bật của nó là hệ số sử
dụng thiết bị cao (85%) năng suất cao và tính linh hoạt rất cao. Nó được áp dụng
rộng rãi trong các ngành công nghiệp máy công cụ, máy ô tô, máy kéo và công
nghiệp hàng không Trong hệ thống sản xuất linh hoạt có thể áp dụng tự động
hóa toàn bộ quá trình sản xuất từ công đoạn thiết kế tự động chi tiết, tự động thiết

động mà đáng lẽ đã phải tiêu thụ ở khu vực sản xuất. Ngoài ra, còn có xu hướng
xem công việc là tẻ nhạt, không có ý nghĩa là bẩn thỉu. Quan điểm này đã khiến
cho mọi người tìm kiếm việc làm trong thành phần dịch vụ của nền kinh tế.
(Chính phủ, bảo hiểm, dịch vụ cá nhân, pháp luật bán hàng …).
 Sự an toàn
Bằng việc tự động hoá các hoạt động và chuyển người vận hành máy từ vị
trí tham gia tích cực sang vai trò đốc công, công việc trở nên an toàn hơn. Sự an
toàn và thoải mái của công nhân đã trở thành mục tiêu quốc gia với sự ban hành
đạo luật sức khoẻ và an toàn nghề nghiệp (1970). Nó cũng là sự tự động hoá - 6 -

 Giá nguyên vật liệu cao
Giá cao của nguyên vật liệu tạo ra nhu cầu sử dụng các nguyên vật một cách
hiệu quả hơn. Việc giảm phế liệu là một trong những lợi ích của tự động hoá.
 Nâng cao chất lượng sản phẩm
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
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.
 Giảm bớt phôi liệu đang sản xuất
Lượng hàng tồn kho khi đang sản xuất tạo ra một chi phí đáng kể cho nhà
sản xuất vì nó giữ chặt vốn lại. Hàng tồn kho khi đang sản xuất không có giá trị.
Nó không đóng vai trò như nguyên vật liệu hay sản phẩm. Tương tự như nhà sản
xuất sẽ có lợi khi giảm tối thiểu lượng phôi tồn đọng trong sản xuất. Tự động hoá
có xu hướng thực hiện mục đích này bởi việc rút ngắn thời gian gia công toàn bộ
1.3 . Thực trạng sản xuất gạch men ở Việt Nam
Việt Nam hiện là nước sản xuất gạch đứng thứ 03 trong vùng Đông Á, sau
Trung Quốc và Indonesia, về sản xuất gạch ốp lát Ceramic và đứng thứ 09 trên
Thế giới. Nằm trong tốp 10 quốc gia trên thế giới về sản lượng, có tổng công suất
đến vài triệu m
2
/năm, nhưng ngành sản xuất gạch ốp lát của Việt Nam (VN) cũng
như thị trường gạch nội vẫn đang bị “hụt hơi” so với hàng ngoại nhập. Vậy đâu
là nguyên nhân, giải pháp cho sự “thờ ơ” của người tiêu dùng với hàng Việt?
Các DN sản xuất gạch hiện nay đang phải chịu trận trước thực trạng “ế ẩm”
của gạch VN so với các loại gạch ngoại có xuất xứ từ châu Âu (Italia, Đức, Ai
Cập ) và đặc biệt là Trung Quốc (TQ) Các công trình chung cư cao cấp, nhà
biệt thự chủ yếu sử dụng gạch nội thất Italia, Tây Ban Nha với giá thành cao hơn
hẳn các thương hiệu Việt như Viglacera, Prime, Đồng Tâm… Một mét vuông
gạch Italia được “ưa thích” sử dụng tại các công trình xây dựng giá đắt hơn gạch
Việt gần 6 lần. Trong khi đó, phân khúc thị trường hướng tới hàng Việt (đa phần
Hình 1.1 gạch men trong
xây dựng
Hình 1.2 một số mẫu
gạch men
- 8 -



Hình 1.3 Dây chuyền sản
xuât g
ạch Thái b
ình

Hình 1.4 Dây chuyền sản xuât
gạch Hà Nội
- 9 -

CHƯƠNG 2
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU

- 10 -

chức năng ứng với các tính năng đặc biệt của Atmega32.
 Chân nguồn Vcc (chân số 10 à chân số 30):điện áp
nguồn nuôi của Atmega32 từ 4.5v đến 5.5v.
 Chân Reset (chân số 9):lối vào đặt lại.
 Chân GND (chân số 11 và chân 31):chân nối mas.
 Chân XTAL1,XTAL2 là hai chân nối thạch anh
ngoài (chân số 12 và chân số 13).Atmega32 sử
dụng thạch anh ngoài là 8MHz.
 Chân ICP(chân số 20):là chân vào cho chức năng
bắt tín hiệu cho bộ định thời/đếm 1.
 Chân OC1B(chân số 18):là chân ra cho chức năng
so sánh lối ra bộ định thời/đếm 1.
 Chân INT1(chân số 17):chân ngõ vào ngắt.
- 12 -
Hình 2.2.
Sơ đồ cấu trúc bên trong Atmega32.

- 13 - ATmega32 có các đặc tính sau:
• 32Kbytes bộ nhớ ISP Flash với Read-While-Write capacities.
• 2Kbytes RAM.
• 1024 bytes EEPROM.
• 32 đường I/O đa năng.
• 32 thanh ghi đa năng.
• JTAG interface.

bộ lập trình bộ nhớ cố định truyền thống hoặc bởi chương trình On-chip Boot chạy
trên nhân AVR. Chương trình boot có thể sử dụng bất cứ giao điện nào để download
chương trình ứng dụng trong bộ nhớ Flash ứng dụng. Phần mềm trong vùng Boot
Flash sẽ tiếp tục chạy trong khi vùng Application Flash được cập nhật, cung cấp thao
tác Read-While-Write thực sự. Bằng việc kết hợp 1 bộ 8-bit RISC CPU với In-
System Self-Programmable Flash trong chỉ nguyên vẹn 1 chip ATmega32 là một bộ
vi điều khiển mạnh có thể cung cấp giải pháp có tính linh động cao, giá thành rẻ cho
nhiều ứng dụng điều khiển nhúng. 2.2.

PLC

Sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động hiện đại và công nghệ điều
khiển logic khả trình dựa trên cơ sở phát triển của tin học mà cụ thể là sự phát
triển của kỹ thuật máy tính. Kỹ thuật điều khiển logic khả trình PLC
(Programmable Logic Control) được phát triển từ những năm 1968 -1970.
Trong giai đoạn đầu các thiết bị khả trình yêu cầu người sử dụng phải có kỹ
thuật điện tử, phải có trình độ cao. Ngày nay các thiết bị PLC đã phát triển
mạnh mẽ và có mức độ phổ cập cao. Thiết bị điều khiển logic lập trình được
PLC là dạng thiết bị điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ
lập trình được để lưu trữ các lệnh và thực hiện các chức năng, chẳng hạn cho
phép tính logic, lập chuỗi, định giờ, đếm, và các thuật toán để điều khiển máy
và các quá trình công nghệ. PLC được thiết kế cho các kỹ sư, không yêu cầu
cao về kiến thức máy tính và ngôn ngữ máy tính, có thể vận hành.
Chúng được thiết kế cho các nhà kỹ thuật có thể cài đặt hoặc thay đổi chương
trình. Vì vậy, các nhà thiết kế PLC phải lập trình sẵn sao cho chương trình
điều khiển có thể nhập bằng cách sử dụng ngôn ngữ đơn giản (ngôn ngữ điều
khiển). Thuật ngữ logic được sử dụng vì việc lập trình chủ yếu liên quan đến

- Có khả năng tích hợp trên quy mô lớn.
- Ứng dụng cho những điều khiển đơn giản và phức tạp.
Hinh 2.3. Phần cứng s7-300
- 16 - Hình 2.4. Bộ s7-300

2.2.2. Các thành phần cơ bản của một bộ PLC
 Cấu hình phần cứng
Bộ PLC thông dụng có năm bộ phận cơ bản gồm: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn,
giao diện vào/ra và thiết bị lập trình.
 Bộ xử lý
Bộ xử lý còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chứa bộ vi xử lý.
Bộ xử lý biên dịch các tín hiệu vào và thực hiện các hoạt động điều khiển theo
chương trình được lưu trong bộ nhớ của CPU, truyền các quyết định dưới dạng
tín hiệu hoạt động đến các thiết bị ra.
Nguyên lý làm việc của bộ xử lý tiến hành theo từng bước tuần tự, đầu tiên
các thông tin lưu trữ trong bộ nhớ chương trình được gọi lên tuần tự và được
kiểm soát bởi bộ đếm chương trình. Bộ xử lý liên kết các tín hiệu và đưa kết quả
điều khiển tới đầu ra. Chu kỳ thời gian này gọi là thời gian quét (scan).
Thời gian một vòng quét phụ thuộc vào dung lượng của bộ nhớ, vào tốc độ
của CPU. Sự thao tác tuần tự của chương trình dẫn dấn một thời gian trễ trong
khi bộ đếm của chương trình đi qua một chu trình đầy đủ, sau đó bắt đầu lại từ
đầu.
- Bộ nguồn
Bộ nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp cho bộ vi

module nguồn, module xử lý trung tâm, module ghép nối, module vào/ra, module
mờ, module PID các module được lắp trên các rãnh và dược kết nối với nhau.
Kiểu cấu tạo này có thể được sử dụng cho các thiết bị điều khiển lập trình với
mọi kích cỡ, có nhiều bộ chức năng khác nhau được gộp vào các module riêng
biệt. Việc sử dụng các module tuỳ thuộc công dụng cụ thể. Kết cấu này khá linh
hoạt, cho phép mở rộng số lượng đầu nối vào/ra bằng cách bổ sung các module
vào/ra hoặc tăng cường bộ nhớ bằng cách tăng thêm các đơn vị nhớ.

- 18 -

 Các phương pháp lập trình
Từ các cách mô tả hệ tự động các nhà chế tạo PLC đã soạn thảo ra các
phương pháp lập trình khác nhau. Các phương pháp lập trình đều được thiết kế
đơn giản, gần với các cách mô tả đã được biết đến. Từ đó nói chung có ba
phương pháp lập trình cơ bản là phương pháp bảng lệnh STL, phương pháp biểu
đồ bậc thang LAD và phương pháp lưu đồ điều khiển CSF. Trong đó, hai phương
pháp bảng lệnh STL và biểu đồ bậc thang LAD được dùng phổ biến hơn cả.
 Cấu trúc phần cứng của hệ thống plc s7-300
Thông thường để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế mà ở đó phần lớn
các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra củng như chủng loại tín
hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ plc được thiết kế không cứng hóa về cấu hình.
Chúng được chia nhỏ thành các module. Số các module được sử dụng nhiều hay
ít tùy vào yêu cầu công nghệ, song tối thiểu phải có một module chính là các
module cpu, các module còn lại là các module truyền nhận tín hiệu đối với các
đối tượng điều khiển, các chức năng chuyên dung như PID, điều khiển động cơ.
Chúng được gọi chung là module mở rộng.
Tất cả các mocdule đều được gá trên những thanh ray (rack).
-Module cpu
Là module có chứa bộ vi xử lí, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ
đếm, cổng truyền thông (chuẩn RS485) và có thể có một vài cổng vào ra số. Các

khiển vòng kín…
+ CP(communication module) module phục vụ truyền thông giữa các plc với
nhau hay giữa các plc với máy tính.
- 20 -

 Cấu trúc bộ nhớ cpu của s7-300
Được chia làm 3 vùng chính:
- Vùng chứa chương trình ứng dụng: vùng chứa chương trình ứng dụng được
chia làm 3 miền.
+ OB: Miền chứa chương trình tổ chức
+ FC: Miền chứa chương trình con tổ chức được tổ chức thành hàm có
biến hình thức để trao đổi dữ liệu với chương trình đã gọi nó.
+FB: Miền chứa chương trình con tổ chức được tổ chức thành hàm có khả
năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác
- Vùng chứa các tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng, được phân
chia thành 7 miền khác nhau.
+ I(procees image input ): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng vào số. Trước
khi thực hiện chương trình, plc sẽ đọc giá trị logic của tất cả đầu vào và cất giữ
trong vùng nhớ I.
+Q(procees image output): ): Miền bộ đệm các dữ liệu cổng ra số. Kết
thúc giai đoạn thực hiện chương trình, plc sẽ chuyển giá trị logic của bộ đệm ảo
đến cổng ra số.
+M: Miền các biến cờ. Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ này để
lưu giữ các tham số cần thiết và có thể truy cập nó theo bit
+T Miền nhớ phục vụ thời gian. Bao gồm việc lưu trữ giá trị thời gian đặt
trước, giá trị đếm thời gian tức thời, cũng như các giá trị logic đầu ra của bộ thơi
gian.
+C Miền nhớ phục vụ đếm. Bao gồm việc lưu trữ giá trị đặt trước, giá trị
đếm tức thời, cũng như các giá trị logic đầu ra của bộ đếm.
+PI Miền địa chỉ cổng vào các module tương tự

o Các loại bộ đếm trên có thể là
 Bộ đếm 16 bit: bộ đếm 16 bit thường là bộ đếm chuẩn, bộ đếm này
có thể đếm được khoảng giá trị từ -32.768 đến + 32.767.
 Bộ đếm 32 bit có thể là bộ đếm chuẩn, nhưng nó thường là bộ đếm
tốc độ cao và bộ đếm tốc độ cao trên modul chuyên dùng.
 Bộ đếm chốt: có khả năng duy tri nội dung đếm ngay cả khi PLC
không được cấp điện.

2.2.2.2.Bộ định thời gian (timer)
Được dùng để định thời các sự kiện, bộ định thời trên PLC được gọi là bộ
định thời logic vì nó là bộ nhớ trong của PLC, có tác dụng như là bộ định thời vật
ly, số lượng bộ định thời tùy vào loại PLC. Thực chất nó là bộ đếm xung với chu
ki thay dổi xung kich bằng đơn vị ms (mili giây) hoặc và được gọi là độ phân
giải.
Kí hiệu là T và cũng được đánh số thập phân T
0
; T
200
, T
246
.
o Phân loại: Người ta phân loại theo độ phân giải.
 Độ phân giải 100ms khoảng thời gian bộ định thời từ 0,1 đến
3276,7s.
 Độ phân giải 10ms khoảng thời gian bộ định thời từ 0.01đến
327.67s.
 Độ phân giải 1ms khoảng thời gian bộ định thời từ 0.001 đến
32,767s