T r a n g 1 | 41

1
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH VÀ KHÍ NÉN
Số : ……01……
Nhóm : …………6 ……….…… Lớp : TĐH 1
Khoá : ……………………K7………………………… Khoa :…Điện…
Giáo viên hướng dẫn: Tống Thị Lý
NỘI DUNG
Đề tài: Ứng dụng PLC S7-200 của Siemens điều khiển mô hình phân loại sản phẩm
như hình sau:
T r a n g 2 | 41

2
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
Mô tả hoạt động của hệ thống:
- Ấn nút START:
+ Băng tải 1 hoạt động, sản phẩm sẽ phân loại theo bốn mức dựa vào hai
cảm biến( 00, 01, 10, 11)
- Hệ thống sẽ dừng lại khi một trong các điều khiện sau xảy ra:

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay trong công nghiệp hiện đại hóa đất nước, yêu cầu ứng dụng hiện đại hóa
ngày càng cao vào 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 loạt thiết bị lập trình khả dụng PLC.
Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đặt 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 PLC, sử dụng các loại phần mềm tự động. Dây chuyền sản xuất sử dụng PLC giảm
sức lao động công nhân mà đem lại hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội.
Qua bài tập đồ án môn học PLC VÀ KHÍ NÉN, chúng em sẽ giới thiệu một phân nhỏ
về thiết bị ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH PLC và ứng dụng của nó trong hoạt động sản
xuất thực tế.
Đề tài gồm những nội dung sau:
CHƯƠNG I: PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ
CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ GHÉP NỐI HỆ THỐNG VỚI PLC S7-200
CHƯƠNG III: THIẾT LẬP LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN
CHƯƠNG IV: CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
Chúng em xin cảm ơn Cô Tống Thị Lý, đã giúp đỡ, chỉ bảo tận tình, để chúng em
hoàn thiện bài hơn. Trong quá trình làm việc, tính toán, thiết kế, lập trình…vì chưa có
kinh nghiệp thực tế nên chắc chắn sẽ có nhiều thiếu sót, Chúng em rất mong được sự
góp ý của Cô, để bài viết của chúng em được hoàn thiện hơn… Chúng em trân thành
cảm ơn Cô ! T r a n g 4 | 41


5
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ Hình 1: Một số động cơ điện 1 chiều trong thực tế
a) Cấu tạo động cơ điện một chiều
 Stato (phần cảm): Gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là vỏ
máy. Các cực từ chính có dây quấn kích từ.
 Rotor (phần ứng): Gồm lõi thép và dây quấn phần ứng. Lõi thép hình trụ,
làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày khoảng 0.5mm, phủ sơn cách điện
ghép lại. Mỗi phần tử của dây quấn phần ứng có nhiều vòng dây, 2 đầu với
2 phiến góp, 2 cạnh tác dụng của phần tử dây quấn trong 2 rãnh dưới 2 cực
khác tên.
 Cổ góp: gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng
hình trụ, gắn ở đầu trục rotor.
 Chổi than: làm bằng than graphit. Các chổi tỳ chặt lên cổ góp nhờ lò xo
và giá chổi điện gắn trên nắp máy.

Hình 2: Cấu tạo động cơ điện 1 chiều

T r a n g 6 | 41

6
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
b) Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Khicho điện áp 1 chiều U vào 2 chổi than A và B, trong dây quấn phần ứng có
dòng điện I

Trục tang được làm bằng vật liệu thép Cacbon C
45

σ
b
= 600 N/mm; σ
ch
= 300N/mm; HB=200
Đường kính trục tang D = K.Z
Với K - là hệ số tỷ lệ. K=30

T r a n g 7 | 41

7
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
Z – là số lớp lõi. Z=1
Suy ra D = 30 mm
Tấm đỡ có tác dụng chịu lực, chọn tấm đỡ là vật liệu bằng gỗ, có kích thước là
60x450x10.

1.3) PHÂN TÍCH CƠ CẤU ĐẨY VÀ TÍNH CHỌN
Gồm có piston xylanh thủy lực và khí nén, thực chất đây là một loại động cơ thủy
lực(khí nén) dùng đế biến đối thế năng của dầu (khí nén) thành cơ năng, thực hiện
chuyển động thẳng hoặc chuyển động vòng không liên tục. piston xylanh được dùng rất
phố biến trên các thiết bị có cơ cấu chấp hành chuyển động thẳng đi về. xylanh thủy lực
có kết cấuđơn giản, nhưng có khả năng thực hiện một công suất lớn, làm việc ổn định và
giải quyết vấn đề chắn khít tương đối đơn giản. So với hệ thống thủy lực, hệ thống khí
nén có công suất nhỏ hơn nhưng có nhiều ưu điểm hơn như:
o Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nén
nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ.

Ta có: F≥F
ms max
.
Trong đó : F : là lực đẩy của pittong
F
ms max
là lực ma sát lớn nhất giữa bề mặt sản phẩm và tấm băng.
F
ms max
= 1,7 (N)
Suy ra : F ≥ 1,7 ↔ P.A ≥ 1,7 ↔ P.∏.d
2
/4 ≥ 1,7
↔ d ≥ √




Với d : là đường kính của pittong.
P : là áp suất của khí nén, chọn P = 2.

(N/m
2
)
Suy ra d ≥ 0.0033 (m)
Chọn pittong có hành trình là 100 mm.
 Tính chọn van điều khiển
Với mô hình hệ thống như trên, áp dụng vào đó chúng ta sẽ chọn Van 3 cửa 2 vị
trí thường đóng để điều khiển cấp khí cho các xilanh.
Van 3 cửa 2 vị trí: Các van này có cửa vào, cửa ra và cửa xả khí. Khi mất nguồn

T r a n g 10 | 41

10
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
động, các tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu.
Nút ấn thường đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút ấn. các loại nút ấn
thông dụng có dòng điện định mức là 5A, điện áp ổn định mức là 400V, tuổi thọ điện
đến 200.000 lần đóng cắt, tuổi thọ cơ đến 1000000 đóng cắt. nút ấn màu đỏ thường dùng
để đóng máy, màu xanh để khởi động máy. Hình 3: Nút ấn trong thực tế

1.5) CẢM BIẾN QUANG.
1) Khái niệm
Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận, biến đổi các đại lượng vật lý và các đại
lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo và xử lỷ được.
Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính chất điện (như nhiệt độ,áp suất,
vận tốc, gia tốc, độ ẩm ) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất
điện (như điện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng…) chứa đựng thông tinchophép
xác định giá trị của đại lượng cần đo. Đặc trưng (s) là hàm của đạilượngcần đo (m):
S=F(m)

T r a n g 11 | 41

11
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
Người ta gọi (s) là đại lượng đầu ra hoặc là phản ứng của cảm biến, (m) là đại
lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc là đại lượng cần đo). Thông qua đo đạc (s)
cho phépnhận biết gá trị của (m).

10 m
Cài đặt khoảng cách
―
Nguồn sáng
Đèn LED màu đỏ
Điều chỉnh độ nhạy
Tụ tinh chỉnh 1 vòng (230°)
Thời gian đáp ứng
Tối đa 1,5 ms
Chế độ vận hành
BẬT-SÁNG/BẬT-TỐI (công tắc có thể lựa chọn)
Đèn báo
Ngõ ra và nguồn: Đèn LED màu cam, Vận hành ổn định: Đèn LED màu xanh lá cây
*2

Ngõ ra điều khiển
NPN: Cực đại 100 mA (24 V)/PNP: Cực đại 100 mA (24 V), Điện áp dư: Tối đa 1 V
Màn hình kỹ thuật số
―
Mạch bảo vệ
Cực tính ngược, bảo vệ quá dòng, bộ chống sét hấp thụ
Định mức
Điện áp nguồn
12 đến 24 VDC ±10%, Độ gợn (P-P): Tối đa 10%, Loại 2
Dòng điện tiêu thụ cho Bộ
khuếch đại
T: Cực đại 24 mA , R: Cực đại 27 mA
Khả năng chống chịu với
môi trường
Chỉ số chống chịu thời

khiển có thể lập trình được càng phát triển với hệ thống đóng mạch điện tử và lập
trình bằng máy tính. Trong nhiều lĩnh vực các loại điều khiển cũ đã được thay đổi
bởi các bộ điều khiển có thể lập trình được. có thể gọi là các bộ điều khiển logic
khả trình, viết tắt trong tiếng anh là PLC (Programmable Logic Controller).
Sự khác biệt giữa logic khả trình (thay đổi được quy trình hoạt động) và
điều khiển theo kết nối cứng (không thay đổi được quy trình hoạt động): sự kết
nối dây không còn nữa thay vào đó là chương trình.

T r a n g 13 | 41

13
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
Có thể lập trình cho PLC bằng các ngôn ngữ lập trình đơn giản đặc biệt đối
với người sử dụng không cần nhờ vào các ngôn ngữ lập trình khó khăn, cũng có
thể lập trình PLC được nhờ vào các liên kết logic đơn giản.
Như vậy thiết bị PLC làm nhiệm vụ thay thế phần mạch điều khiển trong
khâu xử lí số liệu. nhiệm vụ của sơ đồ mạch điều khiển sẽ được xác định bởi một
số hữu hạn các bước thực hiện xác định gọi là chương trình. Chương trình này mô
tả các bước thực hiển gọi một tiến trình điều khiển tiến trình này được lưu vào bộ
nhớ nên được gọi là điều khiển theo lập trình nhớ hay điều khiển khả trình. Trên
cơ sở sự khác nhau ở khâu xử lí số liệu có thể biểu diễn 2 hệ điều khiển như sau:
Khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển thì người ta thay đổi mạch điều khiển:
Lắp lại mạch thay đổi các phần tử mới ở hệ điều khiển bằng relay điện.
Trong khi đó khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển ở hệ điều khiển logic khả trình
PLC thì người ta chỉ thay đổi chương trình soạn thảo.

* Cấu tạo:

Module CPU 224-AC/DC/RLY


PLC lên PC được thực thi xảy ra ngược lại và trình biên dịch đã làm xong nhiệm
vụ của mình trước khi trả chương trình lên Monitor

T r a n g 15 | 41

15
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
Hệ thống Bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường
tìn hiệu song song:
- Address Bus: Bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ đến các Modul khác nhau.
- Data Bus: Bus dùng để truyền dữ liệu.
- Control Bus: Bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điều khiển
đồng bộ các hoạt động trong PLC.
Trong PLC các số liệu được trao đổi giữa bộ vi xử lý và các modul vào ra
thông qua Data Bus. Address Bus và Data Bus gồm 8 đường, ở cùng thời điểm
cho phép truyền 8 bit của 1 byte một cách đồng thời hay song song.
Nếu một modul đầu vào nhận được địa chỉ của nó trên Address Bus, nó sẽ
chuyển tất cả trạng thái đầu vào của nó vào Data Bus. Nếu một địa chỉ byte của 8
đầu ra xuất hiện trên Address Bus, modul đầu ra tương ứng sẽ nhận được dữ liệu
từ Data bus. Control Bus sẽ chuyển các tín hiệu điều khiển vào theo dõi chu trình
hoạt động của PLC. Các địa chỉ và số liệu được chuyển lên các Bus tương ứng
trong một thời gian hạn chế.
Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O.
Bên cạch đó, CPU được cung cấp một xung Clock có tần số từ 1¸8 MHZ. Xung
này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về địnhthời,
đồng hồ của hệ thống.
* Vòng quét của chương trình:
PLC thực hiện các công việc (bao gồm cả chương trình điều khiển) theo chu trình
lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là một vòng quét (scancycle). Mỗi vòng quét được bắt
đàu bằng việc chuyển dữ liệu từ các cổng vào số tới vùng bộ đệm ảo I, tiếp theo là

PLC. Thời gian vòng quét càng ngắn, tính thời gian thực của chương trình càng cao.
Nếu sử dụng các khối chương trình đặc biệt có chế độ ngắt, ví dụ khối OB40,
OB80, Chương trình của các khối đó sẽ được thực hiện trong vòng quét khi xuất hiện
tín hiệu báo ngắt cùng chủng loại. Các khối chương trình này có thể thực hiện tại mọi
vòng quét chứ không phải bị gò ép là phải ở trong giai đoạn thực hiện chương trình.
Chẳng hạn một tín hiệu báo ngẵt xuất hiện khi PLC đang ở giai đoạn truyền thông và
kiểm tra nội bộ, PLC sẽ tạm dừng công việc truyền thông, kiểm tra, để thực hiện ngắt
như vậy, thời gian vòng quét sẽ càng lớn khi càng có nhiều tín hiệu ngắt xuất hiện trong
vòng quét. Do đó để nâng cao tính thời gian thực cho chương trình điều khiển, tuyệt đối
không nênviết chương trình xử lý ngắt quá dài hoặc quá lạm dụng việc sử dụng chế độ
ngắt trong chương trình điều khiển.
Tại thời điểm thực hiện lệnh vào/ra, thông thường lệnh không làm việc trực tiếp
với cổng vào/ra mà chỉ thông qua bộ nhớ đệm của cổng trong vùng nhớ tham số. Việc
truyền thông giữa bộ đêm ảo với ngoại vi trong giai đoạn 1 và 3 do hệ điều hành CPU
quản lý. Ở một số modul CPU, khi gặp lệnh vào/ra ngay lập tức hệ thống sẽ cho dừng
mọi công việc khác, ngay cả chương trình xử lý ngắt, để thực hiện với cổng vào/ra. T r a n g 17 | 41

17

V là vận tốc băng chuyền: V = 0,05(m/s)
t là khoảng cách giữa hai sản phẩm : t = 0,1(m)
Thay số vào công thức (1) ta được :
Q = 0,36.2.0,05/0,1 = 0,36 (T/h)
Lực đẩy của xilanh F : F > F
ms max

Với Fms max là lực ma sát lớn nhất giữa bề mặt tiếp xúc của sản phẩm với
băng chuyền :
F
ms max
= k.N (2)

T r a n g 19 | 41

19
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
Với ‘k’ là hệ số ma sát giữa bề mặt sản phẩm với băng chuyền.
Chọn k= 0,85
N là phản lực của băng chuyền với sản phẩm.
N = G = 2 (N)
Thay số vào công thức (2) ta được : F
ms max
= 0,85 . 2 = 1,7 (N)

2.2) TÍNH TOÁN ĐỘNG LỰC HỌC TOÀN HỆ THỐNG BĂNG TRUYỀN
VÀ ĐỘNG CƠ, XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT.
1) Tính toán công suất dẫn động cho thiết bị vận tải.
Máy vận chuyển vật liệu trong khoảng L (m), độ cao H (m), năng suất là Q (T/h) thì
công suất dẫn động là:

η = 0,95 . 0,99
2
. 0,75 = 0,6983
ta thay vào công thức số (3) ta được :
N = 0,36 . (0+1,3 . 1)/(360 . 0,6983) = 0,0019 (kw)
2) Tính toán động lực học toàn máy
a). Tính toán công suất trên các trục
N
1
(trục động cơ) = 0.01 (kw)
N
2
= N
1
. η
1
= 0,01 . 0,95 = 0,0095 (kw)
N
3
= N
2
. 


. η
3
= 0,0095 . 0,99
2
.0,75 = 0,006983 (kw)


= n
2
. 1 = 30 . 1 = 30 (vòng/phút)
M
1
= 9,55 . 10
6
. 0,01/60 = 1591 (N.m)
M
2
= 9,55 . 10
6
. 0,0095/30 = 3024,1667 (N.m)
M
3
= 9,55 . 10
6
. 0,006983/30 = 2222,9217 (N.m)

c). Tính đường kính trục sơ bộ.
d
i
≥ c .





3
= 6 (mm) N
Là công suất trên các trục (kw)
n
Là số vòng quay trên các trục (vòng/phút)
n
1
= 60 (vòng/phút)

T r a n g 21 | 41

21
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
III) SƠ ĐỒ KHỐI VÀ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH LỰC.
3.1) SƠ ĐỒ KHỐI.


T r a n g 22 | 41

22
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
3.2) SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH LỰC.
1) Đối với xi-lanh.

CYLINDER 1 CYLINDER 2 CYLINDER 3 X1 X2 X3
220 VAC
24
ĐỒ ÁN HỌC PHẦN: PLC VÀ KHÍ NÉN NHÓM 6 GVHD: TỐNG THỊ LÝ
CHƯƠNG II:
SƠ ĐỒ GHÉP NỐI HỆ THỐNG VỚI PLC S7-200

2.1) CÁC BIẾN CẦN ĐIỀU KHIỂN.
Dựa vào mô hình phân loại sản phẩm như giới thiệu ở đầu bài, ta có thể xác định
được các biến cần điều khiển.
Các cuộn hút X1 của xi-lanh 1, X2 của xi-lanh 2,X3 của xi-lanh 3 và động cơ.
Trong chương trình điều khiển là các tiếp điểm để khép mạch lần lượt là: XL1, XL2,
XL3 và DC.

1 2 3 4
DC
DC
DC
DC
DC
XL1
XL1
XL1
XL1
XL1
XL2
XL2
XL2
XL2
XL2
XL3
XL3
Symbol
Add
Comment
INPUTS
ON1
I0.0
Mở hệ thống.
OFF1
I0.1
Đóng hệ thống.
CB1
I0.2
Cảm biến 1
CB2
I0.3
Cảm biến 2
OUTPUTS
XL1
Q0.0
Xi-lanh 1
XL2
Q0.1
Xi-lanh 2
XL3
Q0.2