ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
..................................................................................................
Xác nhận của giáo viên hướng dẫn

NHÓM SVTH

1


NHÓM SVTH

2

LỚP ĐH TĐH1 – K5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

LỜI CẢM ƠN
Qua thời gian tìm hiểu và thực hiện tích cực, đến nay đồ án đã được hoàn
thành. Có được thành quả này, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn
Xuân Quỳnh đã tận tình hướng dẫn, và giúp đỡ chúng em trong suốt thời gian
thực hiện đồ án
Xin cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa điện trường Đại học Công
Nghiệp Hà Nội đã tạo điều kiện để chúng em thực hiện đồ án này.
Xin cảm ơn các bạn sinh viên đã đóng góp ý kiến, động viên khích lệ tinh
thần trong quá trình thực hiện đồ án.
Ngày 5 tháng 5 năm 2014
Nhóm sinh viên thực hiện

NHÓM SVTH

3

LỚP ĐH TĐH1 – K5


2.2.8. Phương pháp xử lý tín hiệu .................................................................................37
2.3. Giới thiệu chung về họ PLC S7-200 .............................................................................38
2.3.1. Các tính năng của PLC S7-200 ............................................................................38
2.3.2. Các module mở rộng của PLC S7-200 ..................................................................38
2.3.3. Cấu trúc bộ nhớ của S7-200 ................................................................................41
2.3.4. Ngôn ngữ lập trình của PLC S7-200.....................................................................45
2.3.5. Khái quát bộ lệnh của S7-200 ..............................................................................48
2.3.6. Các lệnh cơ bản của S7-200 .................................................................................49
2.4. Soạn thảo chương trình cho PLC S7-200 ......................................................................69
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN
LOẠI SẢN PHẨM SỬ DỤNG CÁNH TAY ROBOT.............................................................70
3.1. Yêu cầu công nghệ ........................................................................................................70
3.2. Các thiết bị sử dụng để xây dựng hệ thống....................................................................71
3.2.1. PLC S7-200 ............................................................................................................71
3.2.2. Cột cảm biến .........................................................................................................73
3.2.3. Cánh tay robot.........................................................................................................74
3.2.4. Băng tải .................................................................................................................74
3.2.5. Rơle trung gian.......................................................................................................75
3.2.6. Bộ nguồn................................................................................................................75
3.2.7. Khay đựng sản phẩm............................................................................................76
3.2.8 Van khí....................................................................................................................77
3.3. Mô hình hoàn thiện của hệ thống ..................................................................................78
3.4. Lập trình điều khiển hệ thống .......................................................................................78
3.4.1. Tên thiết bị và bảng địa chỉ :................................................................................78
3.4.2. Lưu đồ thuật toán..................................................................................................80
NHÓM SVTH

4

LỚP ĐH TĐH1 – K5

Trong quá trình Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa đất nước đối với nền
công nghiệp nói chung và ngành điện nói riêng thì lĩnh vực Tự Động Hóa đã và
đang đóng một vai trò vô cùng quan trọng.Vì nó nâng cao chất lượng sản phẩm,
thân thiện với môi trường, hạ được giá thành sản phẩm, tính cạnh tranh cao và
đặc biệt là nâng cao tính an toàn cho con người.
Việc áp dụng những thành tựu khoa học kỹ thuật trong nhiều lĩnh vực như
tin học, điện tử công suất, điện tử … đã trở thành một công cụ vô cùng hiệu quả
đưa Tự Động Hóa có những bước tiến bộ và ngày càng phát triển mạnh mẽ.
Điển hình là việc ra đời những thiết bị như biến tần để điểu khiển tốc độ của
động cơ không đồng bộ hay bộ PLC được ứng dụng nhiều trong việc xây dựng
các hệ thống, dây chuyền trong công nghiệp …
Được sự giúp đỡ và hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo Th.s Nguyễn Xuân
Quỳnh - Bộ môn Tự động hóa - Khoa Điện - Trường Đại Học Công Nghiệp Hà
Nội, nhóm sinh viên lớp ĐH TĐH1- K5 chúng em đã tiến hành nghiên cứu và
xây dựng đồ án tốt nghiệp với đề tài “Nghiên Cứu Xây Dựng Hệ Thống Điều
Khiển Phân Loại Sản Phẩm Sử Dụng Cánh Tay Robot ”. Nội dung đồ án tốt
nghiệp gồm các chương như sau:
Chương 1: Tổng quan chung về hệ thống phân loại sản phẩm.
Chương 2: Tổng quan chung về Robot và Nghiên cứu bộ điểu khiển PLC
S7-200.
Chương 3: Xây dựng mô hình thực nghiệm hệ thống điều khiển phân loại
sản phẩm sử dụng cánh tay Robot.
Chương 4: Kết quả đạt được và hướng phát triển đề tài.
Dưới đây là báo cáo chi tiết về nội dung, kết quả thu được và những hạn
chế của nhóm sau quá trình thực hiện đề tài.
Trong quá trình thực hiện đồ án do thời gian nghiên cứu không nhiều nên
đồ án và báo cáo không thể trách khỏi những thiếu sót. Vì vậy nhóm sinh viên

NHÓM SVTH


1.1. Đặt vấn đề
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật
điện tử mà trong đó điều khiển tự động hóa đóng vai trò hết sức quan trọng
trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghệ tự động hóa, cung cấp
thông tin… do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách hiệu quả
nhằm góp phần vào sự phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và
trong sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động hóa nói riêng. Xuất phát từ
những đợt đi thực tập tốt nghiệp tại nhà máy, các khu công nghiệp và tham quan
các doanh nghiệp sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu được tự động hóa
trong quá trình sản xuất. Một trong những khâu trong dây chuyền sản xuất tự
động hóa đó là số lượng sản phẩm sản xuất ra được các băng truyền vận chuyển
và sử dụng hệ thống phân loại sản phẩm. Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp
vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong các khâu
phân loại, đóng bao bì mà vẫn còn sử dụng nhân công, chính vì vậy nhiều khi
cho ra năng suất thấp, chưa đạt hiệu quả. Từ những điều đã được nhìn thấy trong
thực tế cuộc sống và những kiến thức mà em đã học được ở trường, muốn tạo ra
hiệu quả cao trong năng suất lao động lên gắp nhiều lần, đồng thời vẫn đảm bảo
được độ chính xác cao về kích thước. Nên nhóm em đã quyết định thiết kế và thi
công một mô hình sử dụng băng tải để phân loại được sản phẩm vì nó rất gần
gũi với thực tế, vì trong thực tế có nhiều sản phẩm được sản xuất ra đòi hỏi phải
có kích thước tương đối chính xác và nó thật sự rất có ý nghĩa với chúng em,
góp phần làm cho xã hội ngày càng phát triển mạnh hơn, để xứng tầm với sự
phát triển của thế giới.

NHÓM SVTH

8

LỚP ĐH TĐH1 – K5


có nhiều công nghệ để áp dụng như :
 Phân loại theo kích thước của sản phẩm
 Phân loại theo màu sắc của sản phẩm
 Phân loại theo trọng lượng của sản phẩm
 Phân loại theo chiều cao của sản phẩm
NHÓM SVTH

9

LỚP ĐH TĐH1 – K5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

 Phân loại theo hình ảnh
Với nhiều phương pháp khác nhau như trên nên có thể áp dụng các phương
pháp với nhau để có các hướng giải quyết khác nhau cho từng sản phẩm vì
chúng có thể đan xen và hỗ trợ cho nhau.
Dựa vào những kiến thức đã học và thực tế của hệ thống nên nhóm sinh
viên đã nghiên cứu xây dựng “ Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao sử
dụng cánh tay robot”.
1.3. Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao
1.3.1. Ưu nhược điểm của hệ thống
 Ưu điểm :
Hệ thống này có những ưu điểm như sau :
 Đơn giản
 Không tốn nhiều không gian

Động cơ điện 1 chiều là loại động cơ có tính ưu việt cao. Động cơ có thể
điều chỉnh tốc độ và khả năng quá tải. So với động cơ không đồng bộ với các chi
phí đi kèm rất đắt tiền thì động cơ 1 chiều không những có thể điều chỉnh rộng
và chính xác thì mà cấu trúc mạch lực , mạch điều khiển lại đơn giản hơn lại có
chất lượng cao.
Do đó, nhóm chúng em đã chọn động cơ 1 chiều là động cơ chính truyền
tải cho băng chuyền sản phẩm cần phân loại.
Hình ảnh minh họa :

Hình 1.1 : Động cơ 1 chiều

NHÓM SVTH

11

LỚP ĐH TĐH1 – K5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

1.3.3.2. Cảm biến quang
 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 lý.
Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính chất điện (như nhiệt độ, áp
suất…) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện (như


NHÓM SVTH

12

LỚP ĐH TĐH1 – K5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

Tại mỗi khâu chúng ta dùng cảm biến để xác định chiều cao của sản phẩm.
Khi sản phẩm được các cảm biến nhận diện sẽ có tín hiệu báo về bộ phận điều
khiển để ra lệnh điều khiển.
-

Nguyên lý đo chiều cao
Việc xác định chiều cao trong đề tài, chúng em đã sử dụng 2 cảm biến

quang lắp song song trên và dưới gắn trên cột cảm biến nhằm xác định chiều cao
của sản phẩm. Nguyên lý là nếu cả 2 cảm biến đều có thì sản phẩm là cao còn
nếu chỉ 1 cả biến có thì sản phẩm là thấp.
Để xác định chiều cao của sản phẩm, đồng thời kiểm tra sản phẩm nên
trong mô hình đã sử dụng loại cảm biến quang điện.
-

Cảm biến quang điện
Cảm biến quang điện bao gồm 1 nguồn phát quang và 1 bộ thu quang.

Khoảng cách phát hiện khoảng 10cm với bộ điều khiển độ nhạy cho bộ khuếch
tán.



















Khoảng cách phát hiện là 100mm
Đặc tính trễ: Tối đa 20% khoảng cách phát hiện
Đầu ra: DC
Vật cảm biến nhỏ nhất: 10×10mm
Chỉ số LED: Red LED
Nguồn sáng (bước sóng) : LED hồng ngoại (880nm)
Kích thước: 22×70mm / 0,86×2,8 (D * L)
Chiều dài cáp: ~ 115cm
Cung cấp điện áp: 10 – 30 VDC

Điều khiển bằng van 3/2
Ký hiệu minh họa :
 Xi lanh có chiều tác dụng ngược lại do ngoại lực :

 Xi lanh có chiều tác dụng ngược lại do lò xo :

 Xi lanh tác dụng kép - Double acting cylinder

NHÓM SVTH

15

LỚP ĐH TĐH1 – K5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

Hoạt động trên nguyên lý khí nén được sử dụng sinh công ở 2 phía của Piston.
Xi lanh có 2 của cấp nguồn.
Điều khiển bằng van 4/2, 5/2, 5/3.
Ngoài ra xi lanh kép còn có loại xi lanh có đệm giảm chấn và không giảm
chấn.
Ký hiệu minh họa :

Hình 1.3 : Xi lanh khí nén
Dựa vào những cơ sở trên nhóm quyết định sử dụng xi lanh kép sử dụng cho hệ
thống.


, đại lượng đầu ra Y thay đổi nhảy cấp từ 0(

). Theo chiều giảm của X, đến giá trị số nhả

) đến 1(

thì đại lượng đầu ra sẽ nhảy

cấp từ 1 xuống 0. Đây là quá trình nhả của rơ le.
 Phân loại rơle
Có nhiều loại rơle với nguyên lí và chức năng làm việc rất khác nhau. Do
vậy có nhiều các để phân loại rơle.
 Phân loại nguyên lí làm việc theo nhóm.
- Rơ le điện cơ (rơle điện từ, rơle từ điện, rơle điện từ phân cực, rơle
cảm ứng…)
- Rơ le nhiệt
- Rơ le từ
- Rơ le điện từ - bán dẫn, vi mạch
- Rơ le số
 Phân loại theo nguyên lí tác động của cơ cấu chấp hành
- Rơ le có tiếp điểm: Loại này tác động lên vi mạch bằng cách đóng
mở các tiếp điểm.
- Rơ le không có tiếp điểm (rơle tĩnh): Loại này tác động bằng cách
thay đổi đột ngột các tham số của cơ cấu chấp hành mắc trong mạch
điều khiển như: Điện cảm, điện dung, điện trở…
 Phân loại theo đặc tính tham số vào
NHÓM SVTH

17

 Nguyên lý làm việc của rơle trung gian như sau:

Hình 1.4: Cấu trúc chung của rơle

NHÓM SVTH

18

LỚP ĐH TĐH1 – K5


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

Nếu cuộn dây của rơle được cấp điện áp định mức (qua tiếp điểm của rơle
chính) sức từ động do dòng điện trong cuộn dây sinh ra (iw) sẽ tạo ra trong
mạch từ từ thông, hút nắp làm các tiếp điểm thường mở đóng lại và các tiếp
điểm thường đóng mở ra. Khi cắt điện của cuộn dây, lò xo nhả sẽ đưa nắp và các
tiếp điểm đến vị trí ban đầu. Do dòng điện qua tiếp điểm có giá trị nhỏ (5A) nên
hồ quang khi chuyển mạch không đáng kể nên không cần buồng dập hồ quang.
Rơle trung gian có kích thước nhỏ gọn, số lượng tiếp điểm đến 4 cặp
thường đóng và thường mở liên động, công suất tiếp điểm cỡ 5A, 250V AC,
28V DC, hệ số nhả của rơle nhỏ hơn 0,4; thời gian tác động dưới 0,05s; tuổi thọ
tiếp điểm đạt 106±107 lần đóng cắt, cho phép tần số thao tác dưới 1200 lần/h.


Các thông số kỹ thuật và lực chọn rơle trung gian
 Dòng điện định mức trên rơle trung gian là dòng điện lớn nhất cho phép

QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

Hình 1.5: Rơ le MY2N của OMRON
Các thông số của MY2N
 Điện áp cuộn dây: 24V DC có LED báo hiển thị
 Thông số của tiếp điểm: 5A – 24V DC
1.3.3.5. Nút ấn
 Khái niệm
Nút ấn còn gọi là nút điều khiển là 1 loại khí cụ điều khiển bằng tay, dùng
để điều khiển từ xa các khí cụ điện đóng tắt bằng điện từ, điện xoay chiều, điện
1 chiều hạ áp, các dụng cụ báo hiệu và cũng để chuyển đồi các mạch điện điều
khiển, tín hiệu liên động bảo vệ…
Nút ấn thường dùng để khởi động, dừng và đảo chiều quay các động cơ
điện bằng cách đóng cắt các cuộn dây nam châm điện của công tắc tơ, khởi động
từ.
 Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Nút ấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường mở và thường
đóng và vỏ bảo vệ. Khi tác động vào nút ấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái và
khi không còn tác động, các tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu.
Nút ấn thường đặt trên bảng điều khiển, ở tụ 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 thế đến 200.000 lần đóng cắt, tuổi thọ cơ đến 1.000.000 đóng cắt.
Nút ấn màu đỏ thường dùng để đóng máy, màu xanh để khởi động máy.

NHÓM SVTH

20



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
QUỲNH

GVHD : Th.S NGUYỄN XUÂN

công đoạn, các phân xưởng, đồng thời cũng dùng để loại bỏ các sản phẩm không
dùng được.
 Ưu điểm của băng tải
- Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo hướng
nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa năm ngang với nằm nghiêng.
- Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo
dưỡng dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với
máy vận chuyển khác không lớn lắm.
 Cấu tạo chung của băng tải

Hình 1.8: Cấu tạo chung của băng truyền
1.
2.
3.
4.

Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp măng vật
Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo.
Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo.
Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ…) làm phần trượt cho bộ phận kéo và các
yếu tố làm việc.

 Các loại băng tải trên thị trường hiện nay
Khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí phân loại có

25 kg ÷ 125 kg

gia công chuẩn bị phôi và trong lắp
Băng tải thanh đẩy
Băng tải con lăn

50 kg ÷ 250 kg

ráp
Vận chuyển các chi tiết lớn giữa các

30 kg ÷ 500 kg

bộ phận trên khoảng cách 50m
Vận chuyển chi tiết trên các vệ tinh
giữa các nguyên công với khoảng

cách < 50m
Các loại băng tải xích, băng tải con lăn có ưu điển là ổn định cao khi vận
chuyển. Tuy nhiên chúng đòi hỏi kết cấu cơ khí phức tạp, đòi hỏi dộ chính xác
cao, giá thành khá đắt.
 Băng tải dạng cào: Sử dụng để thu dọn phôi vụn. Năng suất của băng tải
loại này là có thể đạt 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0,2m/s. Chiều dài
của băng tải là không hạn chế trong phạm vi kéo là 10kN.
 Băng tải xoắn vít: Có hai kiểu cấu tạo:
- Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọn phôi
vụn. Năng suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài là 80cm.
- Băng tải 2 buồng xoắn: Có 2 dạng buồng xoắn song song với nhau, 1 có
chiều xoắn phải, 1 có chiều xoắn trái. Chuyển động xoay vào nhau của các
buồng xoắn được thực hiện nhờ 1 tốc độ phân phối chuyển động.

cảm
2.1.1. Cu trỳc c bn ca robot Các
cụng
nghip
biến

Robot cụng nghip thng bao gm cỏc thnh phn chớnh nh: cỏnh
tay robot, ngun ng lc, dng c gn lờn khõu chp hnh cui, cỏc cm bin,
b iu khin, thit b dy hc, mỏy tớnh, cỏc phn mm lp trỡnh. Mi quan h
Thiết bị

Bộ điều

Nguồn

khiển
và nh hỡnh 2.1. động lực
giadạy
cỏchọc
thnh phn trong
robot
máy tính

NHểM SVTH

Các chương
trình

24


hoặc các dò tìm khác.
2.1.2. Kết cấu của tay máy
Tay máy là thành phần quan trọng, nó quyết định khả năng làm việc của
robot. Các kết cấu của nhiều tay máy được phỏng theo cấu tạo và chức năng của
tay người, tuy nhiên ngày nay, tay máy được thiết kế rất đa dạng, nhiều cánh
tay robot có hình dáng rất khác xa cánh tay người. Trong thiết kế và sử dụng tay
máy cần quan tâm đến các thông số hình - động học, là những thông số liên
quan đến khả năng làm việc của robot như: tầm với (hay trường công tác), số
NHÓM SVTH

25

LỚP ĐH TĐH1 – K5