BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA
( Công nghệ: máy kiểm tra rãnh trên sản phẩm )
I/ Nội dung
•
•
•
•

Thiết kế sơ đồ nguyên lí
Tính chọn mạch lực, mạch điều khiển
Thiết kế sơ đồ đấu dây
Mô phỏng sử dụng phần mềm Automation Studio bằng 3 phương pháp:
 Lưu đồ
 Ma trận trạng thái
 GRAFCET

1. Yêu cầu công nghệ
 Hệ thống trên được dùng để kiểm tra rãnh của sản phẩm đồng thời tiến hành doa lỗ cắt ba

via. Hệ thống hoạt động như sau: Ban đầu cả 4 xi lanh đang thu về. Khi có vật cần kiểm
tra được đưa lên bàn trượt thì cảm biến P phát hiện đc vật. Ấn nút START xi lanh A đẩy
vật ra đến vị trí gờ sau đó thu về. Sau khi xi lanh A thu về thì xi lanh D đẩy M đi xuống.
Khi chạm cảm biến vị trí d1 thì xi lanh B đẩy bàn ra tiến hành kiểm tra và qua doa lỗ lần
thứ nhất. Khi đẩy hết hành trình thì xi lanh B dừng. Thời gian đẩy của xi lanh là 3 giây.
Trong 3 giây mà xi lanh B chưa đẩy hết hành trình hoặc xảy ra lỗi đầu doa bị kẹt vào lỗ
thì xi lanh tự động thu về và dừng lại. Ấn nút SỬA CHỮA thì hệ thống tiếp tục hoạt
động. Xi lanh B đẩy hết hành trình thì xi lanh C đẩy. Khi chạm cảm biến c1 thì xi lanh B
thu về doa lỗ lần thứ hai. Quá trình thu về cũng diễn ra trong 3 giây. Nếu gặp sự cố như
doa lỗ lần 1 thì xi lanh B lại đẩy ra và dừng lại. Ấn nút SỬA CHỮA thì xi lanh B thu về.
Xi lanh B thu về hết hành trình thì xi lanh C thu về. Xi lanh D đẩy M đi lên. Kết thúc 1

• Để nguồn khí cấp cho hệ thống đảm bảo sạch sẽ, chống được bụi bẩn và lọc khí
ẩm ảnh hưởng đến tuổi thọ của các cơ cấu chấp hành ta sử dụng bộ chuẩn bị

2


nguồn khí nén bao gồm 3 phần tử bộ lọc tách ẩm, van điều áp và bộ phun dầu
bôi trơn.

Hình 2.2. Bộ chuẩn bị nguồn

3


Bộ lọc và tách ẩm: Giúp lọc chất bẩn và
ngưng tụ hơi nước

Van điều áp: giữ cho áp suất điều chỉnh
không đổi mặc cho có sự dao động bất
thường của áp suất đầu vào hoặc có sự
thay đổi của tải trọng đáp ứng

Cung cấp dầu bôi trơn cho khí nén ở
dạng sương làm các thiết bị chấp hành
hoạt động trơn chu và chống gỉ.

4


2.1.3. Đường ống cấp khí nén

• Trước hết để tính được tiết diện xi lanh ta cần quy đổi đơn vị
•

1 Bar = 1Kg/cm2
Diện tích tiết diện của xi lanh được tính theo công thức:
S = = * R2 => D = 2R = 2*
– S : Diện tích tiết diện của xi lanh ( cm2 )
– M : Tải trọng đáp ứng ( KG )
– P : Áp suất khí nén (KGf/cm2)
– R : Bán kính tiết diện của xi lanh ( cm )
– D : Đường kính tiết diện của xi lanh ( cm )

6


 Đối với yêu cầu về thông số của hệ thống thực tế, áp dụng công thức trên ta có

thể tính toán được tiết diện xi lanh cho phù hợp. Do áp suất khí nén chỉ đạt 95%
nên khi tính toán ta cần cộng thêm 10% tải trọng đáp ứng để thỏa mãn yêu cầu.
2.1.5. Van điều khiển điện – khí nén 5/2
 Xi lanh được điều khiển bởi van điện khí nén 5/2 điều khiển hai phía có nhớ.

Hình 2.6. Cấu tạo cơ khí van điện khí nén 5/2

Hình 2.7. Van điện khí nén 5/2
 Bảng thông số kĩ thuật của van lựa chọn

7




2.2. Tính toán chọn mạch điều khiển
2.2.1. Chọn bộ điều khiển PLC
 Đối với hệ thống như trên có tổng cộng 12 đầu vào và 14 đầu ra em lựa chọn
PLC Rockwell Compact Logix L32E để điều khiển hoạt động của công nghệ.
 Cấu tạo của PLC Compact Logix L32E bao gồm 4 phần: khối CPU, khối nguồn
cấp, khối truyền thông và khối vào ra IO

Hình 2.9. PLC Rockwell 1769 L32E
 Module CPU

9


Hình 2.10. Module CPU
 Module nguồn

Hình 2.11. Module nguồn
Module nguồn có tên 1769-PA2 seri A rev 3.
Thông số kĩ thuật:
10


•
•
•

Điện áp vận hành: 85-265 VAC, 47-63 Hz.
Công suất tiêu thụ: 110 VA ở điện áp 110 VAC và 130VA ở 240 VAC.
Dòng tối đa: 2.0A ở điện áp 5V, 0.8A ở 24V.

ta sẽ lựa chọn loại Aptomat 1 pha có dòng làm việc gấp 1.5 lần dòng làm việc
của PLC => ta chọn aptomat có dòng làm việc 1.2A.
2.2.3. Lựa chọn rơ le trung gian
 Ta lựa chọn rơ le trung gian đóng cắt cho các van điều khiển dựa vào các
thông số sau:
• Dòng điện định mức của rơ le: là dòng điện lớn nhất cho phép rơ le làm
việc trong thời gian dài mà không bị hư hỏng. Khi chọn rơ le trung gian
thì dòng điện định mức của nó không được nhỏ hơn dòng định mức của
phụ tải ( ở đây là dòng định mức của van khí nén )
Iđm = (1.2 ÷ 1.5 ) Itt
• Điện áp cung cấp cho cuộn hút của rơ le là mức điện áp khi đó rơ le hoạt
động. Điện áp này phải phù hợp với bộ điều khiển PLC nên điện áp cuộn
hút là 24VDC.
• Qua đó em chọn rơ le trung gian OMRON – MY4N để điều khiển hệ
thống.

•

Hình 2.15. Cấu tạo rơ le trung gian
Các thông số của rơ le MY4N
- Điện áp cuộn dây: 24 VDC có LED hiển thị
- Thông số tiếp điểm: dòng chịu được tối đa 5A ở 28 VDC
dòng chịu được tối đa 5A ở 250 VAC
13


Hình 2.16. Sơ đồ đấu dây trong rơ le trung gian
2.2.4. Lựa chọn cảm biến quang
 Lựa chọn điện áp cấp cho cảm biến phải phù hợp với điện áp của mạch điều
khiển. Do mạch điều khiển kết nối với PLC nên điện áp của cảm biến là


Hình 2.20. Đèn báo
 Lựa chọn loại đèn báo AD16-22DS với các thông số kĩ thuật:
• Điện áp cấp 24VDC, 24VAC
• Dòng điện < 20 mA

2.2.7. Tính toán lựa chọn dây dẫn cho PLC và mạch điều khiển
 Tiêu chuẩn IEC 60439 được cho trong bảng sau
Bảng tiêu chuẩn chọn dây IEC 60439

Conductor cross-sectional area

Range of rate current
Ampe

mm2
16

AWG/MCM


0

8

1,0

18

8


25

32

6

10

 Dựa theo bảng tiêu chuẩn trên, với hệ thống các rơ le trung gian có dòng tải

định mức của tiếp điểm là 5A, dòng tối đa chịu được là 5A và dòng qua cuộn
hút van điện từ là 9mA nên ta chọn dây dẫn mạch điều khiển cho rơ le và van có
tiết diện 1 mm2.
 Bộ nguồn của PLC rockwell có công suất 110VA ở 240VAC, chịu được dòng
tối đa là 2A ở 5V và 0,8A ở 24V nên chọn dây dẫn cấp nguồn nuôi cho plc qua
ap to mat là 2 x 1.5 mm2.
 Chọn dây dẫn đấu đầu vào ra PLC tương tự như chọn dây cho rơ le trung gian.
3. Thiết kế sơ đồ nguyên lí
3.1. Sơ đồ nguyên lí tủ điện điều khiển ( Bản vẽ ở trang tiếp theo )
3.2. Sơ đồ đấu dây cho PLC ( Bản vẽ ở trang tiếp theo )

17


4.1. Mô phỏng sử dụng phần mềm Automation Studio
4.1.1. Phương pháp lưu đồ
a. Yêu cầu công nghệ ( đã nêu ở phần đầu tiên )
b. Thiết kế lưu đồ trạng thái làm việc của hệ thống
( Bản vẽ ở trang tiếp theo )

Dừng hệ thống tiến

3

Local:2:I.Data2

a0

CHT đầu hành trình Xilanh A

4

Local:2:I.Data3

a1

CHT cuối hành trình Xilanh A

5

Local:2:I.Data4

b0

CHT đầu hành trình Xilanh B

6

Local:2:I.Data5


Local:2:I.Data9

d0

CHT đầu hành trình Xilanh D

11

Local:2:I.Data10

d1

CHT cuối hành trình Xilanh D

12

Local:2:I.Data11

Sua chua

Sửa chữa khi hệ thống gặp lỗi

Bảng liệt kê các đầu ra PLC
CÁC ĐẦU RA
STT

Địa chỉ

Kí hiệu


XLDday

Xi lanh D đẩy

5

Local:3:O.Data4

XLDthu

Xi lanh D thu

6

Local:3:O.Data5

XLBday

Xi lanh B đẩy

19


7

Local:3:O.Data6

XLBthu

Xi lanh B thu


Bật khi hệ gặp sự cố 2

12

Local:3:O.Data11

Đèn flash 1

Biến trung gian

13

Local:3:O.Data12

Đèn flash 2

Biến trung gian

14

Local:3:O.Data13

Đèn flash 3

Biến trung gian

d. Chạy mô phỏng hệ thống trên Automation Studio

( Bản vẽ ở trang sau )


(2)

(1)

(3)

(4)

(6)

(7)

Biến vào
d

TT

Biến ra

d

d

d

c

c
b

0

0

0

(3)

0

0

1

0

0

0

0

0

0

0

1


4

4

(4)

5

5

(5)

6

6

(6)

 Lập bảng chuyển dịch 1:

22

1


 Lập bảng chuyển dịch 2:

Từ bảng chuyển dịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm điều khiển thu được là
không tối giản, vì thế ta phải tối thiểu hàm chuyển dịch qua hai bước:
+ Nhập hàng

c

d
c

b
a

(2
)

(4
)
23

(5
)

(6
)

(3
)

(1)


Nhìn bảng trạng thái ta sẽ thấy trong bài toán này không cần biến trung gian.

 Hàm điều khiển cho các biến ra:

0

⇒ Hàm điều khiển biến ra A0: A0=
 Ma trận trạng thái cacno cho biến ra B0:

d

d

d

c

d
c

b
a

0

0

0 0

0

⇒ Hàm điều khiển biến ra B0: B0 =
 Ma trận trạng thái cacno cho biến ra C0:



Ma trận trạng thái cacno cho biến ra D0:
d

d

d

d

c

c
b

a

1

0 0

⇒ Hàm điều khiển biến ra D0:


0

0

0


25

0

0