THIẾT KẾ HỆ THỐNG DÁN NHÃN VÀ KIỂM TRA LỖI SẢN PHẨM SỬ DỤNG PLC S71200

Trong đề tài này, em nghiên cứu lý thuyết về lập trình PLC và sử dụng công cụ lập trình PLC Tia Portal của hãng Siemens để lập trình cho PLC S7 1200 nhằm mục đích điều khiển hệ thống. Hệ thống dán nhãn và kiểm tra lỗi do chúng em thiết kế gồm những thành thần phần cứng như hệ thống băng tải để đưa sản phẩm vào, các xylanh nâng hạ để dán nhãn và đưa sản phẩm lỗi quay lại bang tải để kiểm tra lại. Hệ thống cho phép người dùng điều khiển và giám sat trên giao diện màn hình giám sát Wincc.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT BÌNH NAMKHOA ĐIỆN & TỰ ĐỘNG HÓA

THIẾT KẾ HỆ THỐNG DÁN NHÃN VÀ KIỂM TRA

Lời cảm ơn

Trong thời gian làm đồ tốt nghiệp, nhóm em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TH.S Vương Thị Hương, giảng viên Bộ môn Cơ điện tử - Trường Đại học Công nghệ GTVT người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình hoàn thiện đồ án của nhóm Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường trường Đại học Công nghệ GTVT nói chung, các thầy cô trong Bộ môn Cơ điện tử nói riêng đã dạy dỗ cho em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập Tuy nhiên do sự hạn chế về kiến thức cũng như thời gian nên đồ án này sẽ không tránh được những thiếu sót, chúng em kính mong nhận được sự góp ý của Thầy/Cô để đồ án có thể hoàn thiện hơn nữa Em xin chân thành cảm ơn!

Tóm tắt nội dung đồ án

Trong đề tài này, em nghiên cứu lý thuyết về lập trình PLC và sử dụng công cụ lập trình PLC Tia Portal của hãng Siemens để lập trình cho PLC S7 1200 nhằm mục đích điều khiển hệ thống Hệ thống dán nhãn và kiểm tra lỗi do chúng em thiết kế gồm những thành thần phần cứng như hệ thống băng tải để đưa sản phẩm vào, các xylanh nâng hạ để dán nhãn và đưa sản phẩm lỗi quay lại bang tải để kiểm tra lại Hệ thống cho phép người dùng điều khiển và giám sat trên giao diện màn hình giám sát Wincc.

Sinh viên thực hiện Ký và ghi rõ họ tên

MỤC LỤC

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1Đặt vấn đề 1

1.2Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 2

1.2.1Mục tiêu nghiên cứu 2

1.2.2 Nội dung nghiên cứu 2

1.3Đối tượng nghiên cứu 2

1.4 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 2

1.4.1 Ý nghĩa khoa học 2

1.4.2 Tính thực tiễn của đề tài 3

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

2.1 Sơ đồ công nghệ của hệ thống 6

2.2 Bộ điều khiển PLC 7

2.2.1 Khái niệm về PLC 7

2.2.2 Cấu trúc của PLC 8

2.2.3 Nguyên lý hoạt động của PLC 9

2.2.4 Ưu nhược điểm của PLC 10

2.2.5 Bộ điều khiển PLC S7-1200 của Siemens 10

3.1 Nguyên lý làm việc của hệ thống 31

3.2 Xây dựng lưu đồ thuật toán 32

3.3 Sơ đồ đấu nối điện các thiết bị 33

3.4 Thiết kế giao diện điều khiển 35

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 46

PHỤ LỤC 47

Hình 1.5: QR code được dán trên hang hóa .5

Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ của hệ thống 6

Hình 3.8: WinCC kết nối với PLC 38

Hình 3.9: Chức năng của WinCC 39

Hình 3.10: Màn hình giao diện giám sát 40

Hình 3.11: Phần mềm Visual Studio 41

Hình 3.12: Sản phẩm thực tế 43

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.2: Thông số kỹ thuật PLC S7-1200 12

Bảng 2.2: Thông số xylanh 2 ty 15

Bảng 2.3: Thông số xylanh kẹp 15

Bảng 2.4: Thông số xylanh nâng 16

Bảng 2.5: Thông số xylanh trượt 16

Bảng 2.6: Thống số van điện từ 18

Bảng 2.7: Thông số kỹ thuật động cơ 19

Bảng 2.8: T Thông số relay trung gian 20

Bảng 2.9: Thông số nguồn tổ ong 24V 23

Bảng 2.10: Thông số cảm biến quang 24

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề

Ngành tự động hóa nước ta trong những năm qua tuy đã có những bước phát triển đáng kể nhưng vẫn còn khoảng cách khá xa so với các nước tiên tiến trên nhiều lĩnh vực như cơ khí chính xác, các loại máy phục vụ cho những ngành nghề khác nhau trong lĩnh vực như y tế, xây dựng, sản xuất sản phẩm… Ngoài việc đầu tư nghiên cứu có trọng điểm, ngành tự động hóa cần phải nỗ lực hơn nữa, nhanh chóng nắm bắt công nghệ tiên tiến để tiết kiệm thời gian, chi phí nghiên cứu, giá thành máy móc và giảm khoảng cách công nghệ với các nước tiên tiến.

Hình 1.1: Dây chuyền sản xuất tự động

Các loại máy chuyên dùng cho các ngành nghề khác nhau, trong đó có ngành tự đông hóa là một trong những hướng đi trọng điểm đó Ngành tự động hóa của nước ta phát triển nhanh chóng trong một vài năm trở lại đây, bằng chứng là hàng loạt dây chuyền sản xuất tự động đã được đưa vào hoạt động, nhiều nhà máy sản xuất được vận hành và khai thác Để đạt được những thành tựu như thế đa phần chúng ta phải dựa vào công nghệ, máy móc nhập ở nước ngoài, giá thành cao khiến tỉ lệ ứng dụng ở các vùng còn thấp, chưa đạt đước hiểu quả kinh tế như mong đợi Vì vậy tìm hiểu, nghiên cứu chế tạo máy móc dùng trong tự động hóa mang thương hiệu Việt là vấn đề vô cùng cấp thiết và thu hút được nhiều công trình nghiên cứu.

Từ những ý tưởng và niềm đam mê công nghệ chế tạo máy, nhóm sinh

viên đã quyêt định thực hiện đề tài “Thiết kế, chế tạo mô hình máy dán nhãn và

sử lý lỗi tự động”

1.2 Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Về kiến thức: Vận dụng được các kiến thức đã được học trong quá trình học tập tại trường để chế tạo được ra một sản phẩm hoàn chỉnh.

Về kỹ năng: Thành thạo kỹ năng thiết kế mạch điện tử trên máy tính, lập trình cho hệ thống hoạt động theo yêu cầu.

Về thái độ: Rèn luyện được tác phong làm việc khoa học, làm việc đúng hạn trong quá trình làm đồ án, có trách nhiệm trong công việc

Trực tiếp tìm hiểu những sản phẩm có sẵn ngoài thị trường để thiết kế mô hình, nghiên cứu và ứng dụng những công nghệ tự động, điện-điện tử vào việc điều khiển lập trình cho mô hình.

Vận dụng kiến thức chuyên ngành liên quan như: Kỹ thuật điện-điện tử, tự động hóa, sử dụng phần mềm TIA Portal để thiết kế và mô phỏng.

1.2.2 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu các tài liệu, sách báo, giáo trình có liên quan, các tài liệu chuyên môn dùng trong việc tính toán cũng như điều khiển lập trình trên các trang Web cũng như trên các diễn đàn mạng Internet.

Tìm hiểu các cơ cấu truyền động cũng như kiểu dáng mô hình để hỗ trợ trong việc thiết kế một hệ thống tự động.

1.3 Đối tượng nghiên cứu

- Lý thuyết về cơ cấu chuyển động máy để tìm ra cơ cấu của máy dán nhãn tự động.

- Tìm hiểu về bộ điều khiển PLC S7-1200.

- Tìm hiểu, tính toán, thiết kế khung, chuyển động của máy… - Nghiên cứu về cài đặt hệ thống điện, cảm biến, động cơ…

- Nghiên cứu về quá trình thí nghiệm của máy.

1.4 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 1.4.1 Ý nghĩa khoa học

Việc in và dán các loại tem nhãn trên bao bì/ thùng chứa thành phẩm là điều tất yếu Với mục đích giúp cho người dùng nhận biết, tìm hiểu trực tiếp các thông tin cần thiết như tên sản phẩm, mã sản phẩm, số lô Đồng thời biết được thời gian sản xuất, kích thước hay trọng lượng sản phẩm, mã vạch, logo thương hiệu, các chứng nhận chất lượng… của sản phẩm trước khi mua hàng.

Để tiết kiệm thời gian và tối ưu hóa chi phí sản xuất Xu hướng tích hợp sử dụng công nghệ tự động hóa hoàn toàn việc in và dán nhãn (Labeller) thay cho việc sử dụng một máy dán nhãn (Dispenser) Cùng với sự kết hợp với một máy in nhãn hoạt động độc lập và cần đến sự can thiệp của con người để đưa nhãn được in vào máy dán như trước đây.

1.4.2 Tính thực tiễn của đề tài

Máy dán tem nhãn tự động chính hãng là loại máy đảm nhiệm chức năng dán tem nhãn decal cho chai, lọ bằng nhựa hoặc thủy tinh trong nhiều lĩnh vực sản xuất khác nhau, cụ thể như sau:

Ngành thực phẩm: Dùng dán nhãn cho các loại chai tròn cho các sản phẩm, thực phẩm như: rượu bia và nước giải khát, nước khoáng, nước mắm, dầu ăn,

Ngành hóa mỹ phẩm: ứng dụng để dán tem nhãn cho các chai nước giặt tẩy, nước rửa chén, dầu gội, kem dưỡng da hoặc các dòng sản phẩm mỹ phẩm khác.

Ngành dược phẩm: Dán nhãn các chai lọ thuốc, sản phẩm y tế, chai lọ hóa chất cùng một số thiết bị y tế khác.

Ngành điện tử: Dán tem nhãn các linh kiện điện tử như sạc, pin máy tính, pin điện thoại, cần in thông tin về ngày sản xuất, hạn sử dụng lên trên bề mặt.

Những hệ thống dán nhãn hiện nay

Hình 1.2: máy dán nhãn 1 mặt

Với loại máy dán nhãn một mặt là dòng máy dán nhãn công nghiệp có thể dán nhãn lên một mặt của sản phẩm Máy có thể dán ở một mặt trên hay mặt bên của sản phẩm ở nhiều loại chai lọ, các loại bao bì ở nhiều chất liệu, hình dáng khác nhau.

Máy dán nhãn hai mặt là dòng máy có thể dán nhãn trên 2 mặt trước sau hay hai mặt bên của sản phẩm Máy dán nhãn với belt thăng bằng, băng tải thực hiện một cách nhịp nhàng và ổn định Tốc độ kéo nhãn nhanh chóng, mượt mà và có thể điều chỉnh liên tục

 Mã QR code và ứng dụng

QR Code (mã QR) là viết tắt của Quick response code (Tạm dịch: Mã phản hồi nhanh), hoặc có thể gọi là Mã vạch ma trận (Matrix-barcode) hay Mã vạch 2 chiều (2D) Đây là một dạng thông tin được mã hóa để hiển thị sao cho máy có thể đọc được.

QR Code cho phép quét và đọc mã nhanh hơn bằng các thiết bị như máy đọc mã vạch hoặc điện thoại có camera với ứng dụng cho phép quét mã, vô cùng tiện lợi cho người dùng

Hình 1.3: Máy dán nhãn 2 mặt

Ứng dụng của mã QR trong đời sống hiện này  Tiện lợi truy xuất thông tin hàng hóa

Ngày nay chúng ta có thể thường xuyên nhìn thấy mã này trên các sản phẩm mình sử dụng Doanh nghiệp thường đặt QR Code để người dùng có thể quét mã và truy xuất các thông tin về sản phẩm như nơi sản xuất, loại sản phẩm, thành phần sản phẩm, các danh mục liên quan, Không chỉ thế, ngày nay mã QR còn được dùng để thanh toán online rất tiện lợi.

Hình 1.5: QR code được dán trên hang hóa

Trao đổi thông tin liên lạc nhanh chóng

QR Code cũng có thể được sử dụng để trao đổi các thông tin và phương thức liên lạc Chúng ta chỉ cần quét mã và xem giới thiệu về một doanh nghiệp hoặc số điện thoại hay địa chỉ của một người nào đó Chẳng hạn như bạn hoàn toàn có thể tìm kiếm bạn bè trên các mạng xã hội như Facebook, Line, một cách nhanh chóng thông qua mã QR mà các nhà phát triển nền tảng đó cung cấp.

.

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Sơ đồ công nghệ của hệ thống

Sơ đồ công nghệ sử dụng gồm:

-Bộ điều khiển PLC: có chức năng nhận và truyền sữ liệu để điều các hoạt động của mô hình.

- Cảm biến quang: dùng để nhận biết sản phẩm Khi cảm biến một có tín hiệu băng tải sẽ dừng để dán nhãn, sau đó tiếp tục chạy đến cảm biến hai để quát mã QR.

- Máy quét QR: kiểm tra mã QR đã được dán lên sản phẩm chưa và đưa tín hiệu đến PLC để sửa lý quá trình sau đó.

- Nút nhấn : có chức năng chạy và dừng hệ thống - Van điện từ: Điều khiển hoạt dộng của xylanh

- Bang tải: vận chuyển sản phẩm đến các điểm trong hệ thống.

Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ của hệ thống

- Đèn báo: xác định trạng thái hoạt động của hệ thống

2.2 Bộ điều khiển PLC2.2.1 Khái niệm về PLC

PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình

được cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm PLC dùng để thay thế các mạch relay (rơ le) trong thực tế PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi theo

Ngôn ngữ lập trình của PLC có thể là Ladder, SFC, FBD

Ứng dụng của PLC trong thực tế:

Trong nghành công nghiệp hiện đại, bộ lập trình PLC đóng vai trò quan trọng, đặc biệt là công nghiệp sản xuất Với nhiều ưu điểm vượt trội về giá thành lẫn hiệu suất, PLC được ứng dụng rộng rãi, phổ biến trong các tủ bảng điện tự động hóa của các hệ thống như: cấp nước, nhà máy xử lý nước thải, sản xuất chế biến, đóng gói, giám sát dây chuyền sản xuất, công nghiệp nặng

Cụ thể PLC là dùng trong công nghệ điều khiển cánh tay Robot để gắp phôi từ băng tải bỏ qua bàn gia công của máy CNC, hay điều khiển Robot đưa đổ vật

liệu vào băng tải, hoặc thực hiện các việc đóng hộp, dán tem nhãn, hệ thống báo động…

Hình 2.2: Hình ảnh minh họa PLC

Hình 2.3: Ứng dụng của PLC trong thực tế

2.2.2 Cấu trúc của PLC

Cấu tạo của PLC gồm các thành phần chính sau:

Bộ nhớ chương trình: Bao gồm RAM (Random Access Memory), ROM (Read-Only Memory), và có thể sử dụng thêm vùng nhớ ngoài như EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory).

Bộ xử lý trung tâm (CPU): Đây là trái tim của hệ thống PLC, nơi thực hiện các phép tính và xử lý các lệnh điều khiển từ chương trình.

Module đầu vào/đầu ra (I/O): Thường được tích hợp sẵn trên PLC, module I/O nhận tín hiệu đầu vào từ các thiết bị ngoại vi và điều khiển các thiết bị ra thông qua tín hiệu đầu ra Khi cần mở rộng số lượng I/O, có thể lắp thêm các module I/ O bổ sung.

Ngoài ra, PLC còn có các thành phần khác như:

Cổng kết nối PLC và máy tính: Thông qua các giao diện như RS232, RS422, RS485, cổng kết nối này được sử dụng để tải chương trình và giám sát hoạt động của PLC từ máy tính.

Cổng truyền thông: Thông thường, PLC tích hợp cổng truyền thông Modbus RTU, và tùy theo hãng và dòng sản phẩm, PLC cũng có thể tích hợp thêm các chuẩn truyền thông khác như Profibus, Profinet, CANopen, EtherCAT

Hình 2.4: Cấu trúc PLC

2.2.3 Nguyên lý hoạt động của PLC

Bộ điều khiển trung tâm CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ tự từng lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ

Thay thế hoàn toàn mạch điều khiển relay thông thường, dễ dàng đáp ứng mọi yêu cầu điều khiển.

Hỗ trợ các chuẩn mạng truyền thông công nghiệp, tạo sự kết nối và trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị trong và ngoài nhà máy đáp ứng tiêu chuẩn công nghiệp 4.0.

Nhược điểm:

Giá thành cao: Chi phí sản phẩm cao hơn so với chi phí mạch relay thông thường Tuy nhiên, hiện nay thị trường VN đã có mặt rất nhiều hãng PLC của Đức, Nhật Bản, Mỹ, Trung Quốc… dẫn đến giá thành cạnh tranh hơn so với trước.

Chi phí phần mềm lập trình: Chi phí mua licence phần mềm lập trình tùy thuộc vào hãng sản xuất Hiện nay có 2 dạng: hãng sản xuất cho phép sử dụng miễn phí và hãng sản xuất yêu cầu mua licence.

Yêu cầu người sử dụng có kiến thức về lập trình PLC: Để thiết bị PLC đáp ứng tốt trong điều khiển, người sử dụng cần có kiến thức căn bản về lập trình PLC.

2.2.5 Bộ điều khiển PLC S7-1200 của Siemens

Một số đặc điểm của dòng PLC S7 – 1200

- Bộ điều khiển tích hợp, phù hợp cho các ứng dụng từ thấp đến trung bình - Tất cả thu gọn trong một bộ xử lý, tiết kiệm không gian và năng lượng.

- Kết nối thời gian thực với chuẩn giao tiếp Profinet

- Các CPU có thể được sử dụng trong chế độ độc lập hay kết nối thành một

- Có khả năng ghi dữ liệu để lưu trữ khi chạy chương trình

- Tích hợp các chức năng mạnh mẽ như đếm, đo, điều khiển vòng kín, điều khiển chuyển động

- Có các đầu vào/ra tín hiệu số và tín hiệu tương tự - Khả năng mở rộng linh hoạt:

+ Signal board gắn trực tiếp lên CPU 10.

+ Những signal module kết nối với CPU để mở rộng I/O.

+ Những phụ kiện như nguồn cấp CPU, module chuyển đổi, thẻ nhớ simatic.

 Các ứng dụng phổ biến của dòng S7-1200

SIMATIC S7-1200 thực hiện nhiệm vụ điều khiển cho các ứng dụng vòng hở và vòng kín trong các thiết bị sản xuất và hệ thống nhà máy Do thiết kế nhỏ gọn với khả năng kết hợp nhiều module cùng một lúc, S7-1200 có thể đa dạng hóa các tác vụ từ việc thay thế các rơle và contactor đến các tác vụ tự động hoàn toàn cho các mạng lưới có cấu trúc phân tán phức tạp Những lĩnh vực ứng dụng của S7-1200 bao gồm: - Hệ thống vị trí - Hệ thống băng tải - Thang máy và thang cuốn - Thiết bị vận chuyển nguyên vật liệu - Máy móc cơ khí - Máy đóng gói - Máy in - Máy dệt - Hệ thống trộn - Nhà máy xử lý nước ngọt - Nhà máy xử lý nước thải - Màn hình ngoài - Trạm phân phối điện - Điều khiển nhiệt độ phòng - Kiểm soát hệ thống sưởi ấm / làm mát - Quản lý năng lượng - Hệ thống phòng cháy chữa cháy - Điều hòa - Điều khiển ánh sáng - Điều khiển bơm - Hệ thống an ninh / truy cập.

 Các cơ chế truyền thông

- PLC dòng S7-1200 được trang bị các cơ chế truyền thông khác nhau: - Tích hợp sẵn giao tiếp truyền thông Profinet

- Module truyền thông PROFIBUS DP master - Module truyền thông PROFIBUS DP slave

- Module GPRS để kết nối với mạng điện thoại di động GSM / G

- Mô-đun LTE để liên lạc trong các mạng điện thoại di động của thế hệ LTE (Long Term Evolution)

- Bộ xử lý truyền thông để kết nối với phần mềm trung tâm điều khiển TeleControl qua Ethernet và để truyền thông an toàn qua mạng IP

Kích thước ảnh tiến trình 1024 ngõ vào/1024 ngõ ra

Thời gian lưu trữ đồng hồ thời gian thực 10 ngày

Tốc độ tính toán thực 18 ms/lệnh Tốc độ thực thi boolean 1.1 ms/lệnh Các tính năng cơ học

Hình 2.6: PLC S7-1200 CPU1212 DC/DC/RLY

Dễ lắp đặt các mô đun trên một đường rail DIN tiêu chuẩn (rail 35mm) hoặc trong các panel điều khiển 11

Vỏ bằng nhựa an toàn, chắc chắn.

Các bộ phận kết nối và kiểm soát có thể tiếp cận dễ dàng, được bảo vệ bởi các nắp trước

Thiết bị đầu cuối và các module có thể dễ dàng lắp đặt và tháo rời.

 PLC S7 1200 có cấu trúc phần cứng gồm: module nguồn, module CPU, module IO, module signal board, module truyền thông

- PLC S7 1200 có thể kết nối tối đa 8 module IO và 3 module truyền thông chuẩn Rs 422, Rs 232, Rs485.

- PLC S7 1200 có thể kết nối tối đa 146 đầu vào, 147 đầu ra số hoặc 67 đầu vào analog hoặc 33 đầu ra analog.

- PLC S7 1200 còn hỗ trợ 6 bộ đếm tốc độ cao HSC và 4 kênh phát xung PWM

- PLC S7 1200 có tích hợp sẵn cổng truyền thông profinet hỗ trợ giao thức Profinet để kết nối mạng profinet

- PLC S7 1200 tích hợp thêm 3 module truyền thông hỗ trợ giao thức truyền thông Profibus, Modbus…

- PLC S7 1200 có phép mở rộng thêm 4DI/4DO hoặc 1 AI/1AO thông qua Signal Board gắn trực tiếp trên module CPU.

- PLC S7 1200 tích hợp khe cắm thẻ nhớ SIMATIC  Các loại module của PLC S7 1200:

- CPU 1211C: tích hợp 6DI, 4DO, 2AI (0-10V), 1 cổng Profinet, 1 Signal board, 1 khe cắm thẻ nhớ, không mở rộng được thêm IO.

- CPU 1212C: tích hợp 8DI, 6DO, 2AI (0-10V), 1 cổng Profinet, 1 Signal board, 1 khe cắm thẻ nhớ, mở rộng được thêm 2 module IO

- CPU 1214C: tích hợp 14DI, 10DO, 2AI (0-10V), 1 cổng Profinet, 1 Signal board, 1 khe cắm thẻ nhớ, mở rộng được thêm 8 module IO

- CPU 1215C: tích hợp 14DI, 10DO, 2AI (0-10V), 2AO, 1 cổng Profinet, 1 Signal board, 1 khe cắm thẻ nhớ, mở rộng được thêm 8 module IO.

- CPU 1217C: tích hợp 14DI, 10DO, 2AI (0-10V), 2AO, 1 cổng Profinet, 1 Signal board, 1 khe cắm thẻ nhớ, mở rộng được thêm 8 module IO.

2.3 Các thiết bị khác 2.3.1 Xylanh khí nén a, Khái quát chung

- Xi lanh khí nén hay còn gọi là ben khí nén, sử dụng sức mạnh của khí nén để tạo ra lực cung cấp cho chuyển động.Xi lanh khí nén giúp chuyển hóa năng lượng của khí nén thành động năng, tác dụng làm piston của xi lanh chuyển động, thông qua đó truyền động đến thiết bị hoạt động

- Nguyên lý hoạt dộng:

Khi được kích thích, không khí nén vào thành ống với một đầu của piston và do đó sẽ chiếm không gian trong xy lanh Lượng khí này lớn dần sẽ làm piston di chuyển, khi piston di chuyển sẽ sinh ra công và làm thiết bị bên ngoài hoạt động.

Hình 2.7: Cấu hình sơ đồ kết nối PLC S7-1200

b, Các xylanh sử dụng trong mô hình

Bảng 2.2: Thông số xylanh 2 ty

Dạng năng lượng cung cấp Khí nén Áp suất tối đa khi vận hành 0.7 Mpa Áp suất tối thiểu khi vận hành 0.1 Mpa

Dạng năng lượng cung cấp Khí nén Áp suất tối đa khi vận hành 0.7 Mpa Áp suất tối thiểu khi vận hành 0.1 Mpa

Hình 2.8: Xylanh 2 ty

Hình 2.9: Xylanh kẹp MHZ-TD6

Tốc độ piston 60 mm/s

Xylanh nâng

Bảng 2.4: Thông số xylanh nâng

Dạng năng lượng cung cấp Khí nén Áp suất tối đa khi vận hành 1 Mpa Áp suất tối thiểu khi vận hành 0.1 Mpa

Hình 2.10: Xylanh nâng

Xylanh trượt

Bảng 2.5: Thông số xylanh trượt

Dạng năng lượng cung cấp Khí nén Áp suất tối đa khi vận hành 1 Mpa Áp suất tối thiểu khi vận hành 0.1 Mpa

2.3.2 Van điện từ khí nén 5/2Khái niệm

Van điện từ 5/2 là một loại van điện từ khí nén được sử dụng để cấp khí nén cho các hệ thống thiết bị giúp van đóng mở và các hệ thống hoạt động Van điện từ 5/2 sử dụng để lắp đặt trên các đầu khí nén van bi khí nén, van bướm khí nén, xy lanh khí, thiết bị khí nén với chức năng đóng mở cấp khí nén.

Hình 2.11: Xylanh trượt

Cấu tạo của van điện từ 5/2

Van điện từ 5/2 gồm hai phần chính gồm coil và thân van:

Phần coil điện: Là nơi tiếp nhận nguồn điện từ bên ngoài, cho phép van hoạt động Tùy 2nguồn điện mà có thể chọn loại coil điện cho phù hợp: nguồn

- A và B: là vị trí kết nối trực tiếp với xylanh, đưa áp suất đến xy lanh giúp xylanh hoạt động.

Nguyên lý hoạt động của van điện từ

Khi có nguồn điện sẽ sinh ra lực từ trường Lực này sẽ hút trục van chuyển động dọc trục và khiến cho các cửa van được mở ra để cho khí nén thông cửa Hoạt động này giúp cho van có thể thực điện nhiệm vụ cấp hoặc đóng dòng khí nén cho thiết bị cần hoạt động.

Khi van nằm ở trạng thái bình thường hay còn gọi là ở trạng thái van đóng thì cửa số 1 sẽ được thiết kế thông với cửa số 2 Trong khi đó thì cửa số 4 sẽ được thông với cửa số 5 Nhưng khi van được cấp khí nén khiến cho van nằm trong tình trạng được mơ hoàn toàn thì sẽ có sự thay đổi bắt đầu từ cửa số 1 và số

Hình 2.12: Van điện từ 5/2

4 Ở đây sẽ xảy ra hiện tượng đảo chiều và khiến cho cửa số 1 thông với cửa số 4 Trong khi đó thì cửa số 2 thông với cửa số 3 Riêng cửa số 5 sẽ bị chặn lại.

Băng tải sử dụng động cơ điện 1 chiều DC (DC là từ viết tắt của Direct Current Motors) là động cơ được điều khiển bằng dòng có hướng xác định hay nói cách khác thì đây là loại động cơ chạy bằng nguồn điện áp DC - điện áp 1 chiều.

Cấu tạo và phân loại động cơ điện 1 chiều

Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều thường gồm những bộ phận chính như sau:

- Stator: là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện - Rotor: phần lõi được quấn các cuộn dây để tạo thành nam châm điện - Chổi than (brushes): giữ nhiệm vụ tiếp xúc và tiếp điện cho cổ góp

- Cổ góp (commutator): làm nhiệm vụ tiếp xúc và chia nhỏ nguồn điện cho các cuộn dây trên rotor Số lượng các điểm tiếp xúc sẽ tương ứng với số cuộn dây trên rotor.

- Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều - Căn cứ vào phương pháp kích từ, có thể chia động cơ điện 1 chiều thành những dòng chính như sau:

- Động cơ điện 1 chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu - Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

- Động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp

- Động cơ điện 1 chiều kích từ song song

- Động cơ điện 1 chiều kích từ hỗn hợp bao gồm 2 cuộn dây kích từ, 1 cuộn được mắc nối tiếp với phần ứng, 1 cuộn được mắc song song với phần ứng

Ưu điểm của động cơ điện 1 chiều

- Ưu điểm nổi bật của động cơ điện 1 chiều là có moment mở máy lớn, do đó sẽ kéo được tải nặng khi khởi động.

- Khả năng điều chỉnh tốc độ và quá tải tốt - Tiết kiệm điện năng

- Bền bỉ, tuổi thọ lớn

Nhược điểm của động cơ điện 1 chiều

-Bộ phận cổ góp có cấu tạo phức tạp, đắt tiền nhưng hay hư hỏng trong quá trình vận hành nên cần bảo dưỡng, sửa chữa cẩn thận, thường xuyên.

- Tia lửa điện phát sinh trên cổ góp và chổi than có thể sẽ gây nguy hiểm, nhất là trong điều kiện môi trường dễ cháy nổ.

- Giá thành đắt mà công suất không cao.

Động cơ sử dụng cho bang tải trong mô hình

Bảng 2.7: Thông số kỹ thuật động cơ

2.3.4 Relay trung gian

Relay trung gian là loại thiết bị có chức năng chuyển mạch tín hiệu điều khiển và khuếch đại chúng với kích thước nhỏ Thiết bị được lắp đặt ở vị trí trung gian nằm giữa thiết bị điều khiển công suất nhỏ và thiết bị công suất lớn hơn.

Cấu tạo của rơ le trung gian gồm 2 phần chính: -Cuộn hút nam châm điện

- Mạch tiếp điểm mạch lực

Nam châm điện: Bao gồm lõi thép động, lõi thép tĩnh và cuộn dây.Cuộn dây được dùng để cuộn cường độ, điện áp hoặc cuộn cả điện áp lẫn cường độ Trong đó, lõi thép động được định vị bằng vít điều chỉnh găng bởi lò xo.

Tiếp điểm: Bao gồm tiếp điểm nghịch có vai trò đóng cắt tín hiệu thiết bị tải với dòng nhỏ được cách ly với cuộn hút.

Hình 2.13: Động cơ JBG 52

 Replay sử dụng trong mô hình

Bảng 2.8: Thông số relay trung gian Khái niệm và cấu tạo

Nguồn xung là bộ nguồn có tác dụng biến đổi từ nguồn điện xoay chiều sang nguồn điện một chiều bằng chế độ dao động xung tạo bằng mạch điện tử kết hợp với một biến áp xung.

Nguồn tuyến tích thường rất nặng, cồng kềnh và tốn vật liệu nên không còn được sử dụng nhiều trong một vài trường hợp (vì nguồn tuyến tính có một vài ưu điểm tốt mà nguồn xung không bao giờ đạt được, nguồn xung luôn tạo ra sóng hài làm ảnh hưởng xấu tới chất lượng lưới điện)

Hình 2.14: Relay khối

Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý nguồn tổ ong

Biến áp xung: Cũng cấu tạo gồm các cuộn dây quấn trên một lõi từ giống như biến áp thông thường chỉ có điều biến áp này sử dụng lõi ferit còn biến áp thường sử dụng lõi thép kỹ thuật điện Với cùng một kích thước thì biến áp xung cho công suất lớn hơn biến áp thường rất nhiều lần Ngoài ra biến áp xung hoạt động tốt ở dải tần cao còn biến áp thường chỉ hoạt động ở dải tần thấp.

– Cầu chì: Bảo vệ mạch nguồn bị ngắn mạch

– Cuộn chống nhiễu, tụ lọc sơ cấp, diode chỉnh lưu: Có nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều 220V thành điện áp một chiều tích trữ trên tụ lọc sơ cấp để cung cấp năng lượng cho cuộn sơ cấp của máy biến áp xung

– Sò công suất: Đây là một linh kiện bán dẫn dùng như một công tắc chuyển mạch , đó có thể là transistor, mosfet, IC tích hợp, IGBT có nhiệm vụ đóng cắt điện từ chân (+) của tụ lọc sơ cấp vào cuộn dây sơ cấp của biến áp xung rồi cho xuống mass.

– Tụ lọc nguồn thứ cấp: Dùng để tích trữ năng lượng điện từ cuộn thứ cấp của biến áp xung để cấp cho tải tiêu thụ Chúng ta biết rằng khi cuộn sơ cấp của biến áp được đóng cắt điện liên tục bằng sò công suất thì xuất hiện từ trường biến thiên dẫn đến cuộn thứ cấp của biến áp cũng xuất hiện một điện áp ra Điện áp này được chỉnh lưu qua một vài diode rồi đưa ra tụ lọc (tụ điện) thứ cấp để san phẳng điện áp.

– IC quang và IC TL431: Có nhiệm vụ tạo ra một điện áp cố định để khống chế điện áp ra bên thứ cấp ổn định theo mong muốn Chúng sẽ làm nhiệm vụ khống

chế dao động đóng cắt điện vào cuộn sơ cấp của biến áp xung sao cho điện áp ra bên thứ cấp đạt yêu cầu.

Chức năng và ưu nhược điểm của nguồn tổ ong

– Nguồn tổ ong được sử dụng rộng rãi trong mọi hoạt động sinh hoạt và sản xuất Bộ nguồn này luôn mang lại hiệu suất tối đa cho công nghệ LED hiện đại

– Nguồn tổ ong được dùng rộng rãi trong các thiết bị công nghiệp và dân dụng như lắp đặt tủ điện, lắp đèn, camera giám sát, máy tính, loa đài…hoặc bất cứ thiết bị nào sử dụng nguồn một chiều có thông số tương ứng Nguồn tổ ong thường được dùng trong các mạch ổn áp, cung cấp dòng áp đủ tránh trường hợp dòng ảnh hưởng tới mạch, sụt áp.

– Bộ nguồn này có các công dụng nổi bật như chỉnh lưu, biến tần, nắn dòng,…nhằm làm dòng điện, điện áp, tần số dao động ổn định Không những có vai trò quan trọng, nguồn tổ ong làm tăng tuổi thọ của các thiết bị điện lâu hơn.

Ưu điểm của nguồn tổ ong

+ Giá thành rẻ, gọn, nhẹ dễ tích hợp, dễ tùy biến lắp đặt cho những thiết bị nhỏ gọn, hiệu suất cao.

+ Dễ dàng sử dụng Nhược điểm

+ Chế tạo đòi hỏi kỹ thuật cao, thiết kế phức tạp.

+ Việc sửa chữa gặp nhiều khó khăn nếu không nắm vững nguyên lý hoạt động của nguồn

+ Nguồn tổ ong thông thường có khả năng chống nước rất kém nên cần chú ý không để bị nước vào gây hỏng nguồn.

Nguồn tổ ong sử dụng trong mô hình

Bảng 2.9: Thông số nguồn tổ ong 24V Khái niệm và cấu tạo

Cảm biến quang điện là một thiết bị được sử dụng để xác định khoảng cách, sự vắng mặt hoặc sự hiện diện của một đối tượng bằng cách sử dụng bộ phát ánh sáng, thường là tia hồng ngoại và bộ thu quang điệnơ

Cảm biến quang được chia thành nhiều loại, với đặc điểm có đôi chút khác biệt Về cơ bản thì 1 cảm biến quang sẽ bao gồm 3 thành phần chính sau đây:

Bộ phận phát sáng trong cảm biến quang có chức năng phát ra ánh sáng dạng xung để giúp cảm biến phân biệt nguồn sáng từ cảm biến và các nguồn khác Tùy vào từng nhà sản xuất, bộ phận phát sáng sẽ được thiết kế với tần số ánh sáng riêng biệt để đảm bảo tính độc đáo và hiệu quả của sản phẩm Bên cạnh

Hình 2.16: Nguồn tổ ong

đó, bộ phận phát sáng còn đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện độ chính xác và độ tin cậy của cảm biến quang, đặc biệt trong các ứng dụng công nghiệp tự động hóa.

Bộ phận thu sáng có nhiệm vụ tiếp nhận ánh sáng và sau đó truyền tín hiệu đến bộ phận xử lý

Mạch xử lý tín hiệu đầu ra

Bộ phận xử lý tín hiệu trong cảm biến quang có chức năng tiếp nhận tín hiệu từ bộ phận thu sáng và chuyển đổi tín hiệu theo tỉ lệ tranzito thành chế độ ON/OFF Khi mức độ ánh sáng thu được vượt quá mức ngưỡng được xác định, tín hiệu ra của cảm biến sẽ được kích hoạt Ở thế hệ trước, một số loại cảm biến quang tích hợp mạch nguồn và sử dụng tín hiệu ra là tiếp điểm rơ-le (relay), nhưng hiện nay các loại cảm biến quang chủ yếu sử dụng tín hiệu ra bán dẫn (PNP/NPN) để đảm bảo tính độc lập và hiệu quả cao.

Ngoài ra, một số cảm biến quang còn có cả tín hiệu tỉ lệ ra phục vụ cho các ứng dụng đo và đếm trong các quy trình sản xuất và kiểm soát tự động.

Cảm biến quang sử dụng trong mô hình

Bảng 2.10: Thông số cảm biến quang

Khái niệm và cấu tạo nút nhấn

Nút nhấn tủ điện là một loại khí cụ dùng để đóng/ngắt các thiết bị điện, máy móc hoặc một số loại quá trình trong điều khiển.

Cấu tạo của nút nhấn gồm: hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường hở (NO) – thường đóng (NC) và vỏ bảo vệ.

Đối với nút nhấn nhả: Các tiếp điểm sẽ chuyển trạng thái khi có lực tác động vào nút ấn Ngược lại, tiếp điểm sẽ trở lại trạng thái ban đầu khi không còn lực tác động vào nút ấn.

Đối với nút nhấn giữ: Các tiếp điểm sẽ chuyển trạng thái khi có lực tác động vào nút nhấn Khi không còn lực tác động vào nút ấn, trạng thái tiếp điểm vẫn duy trì, tác động lực vào nút nhấn thêm một lần nữa để tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu.

Hình 2.17: Cảm biến quang Omron

Nút nhấn sử dụng trong mô hình

Bảng 2.11: Thông số nút nhấn

Nút nhấn Dạng nhấn nhả,có đèn báo

Công suất tiếp điểm Ui AC=660V,Ith=10A

2.3.8 Đèn báo

Khái niệm và chức năng đèn báo

Đèn báo được hiểu là đèn chỉ thị được sử dụng rất rộng rãi trong các lĩnh vực như trongcác loại tàu thuỷ, máy móc thiết bị sản xuất, trong các tủ điện điều khiển, tủ điện phân phối Đèn báo tuy có giá thành không cao nhưng đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện công nghiệp vì đèn báo giúp người sử dụng biết được trạng thái nguồn điện đang bật hay tắt, đèn báo trên thiết bị có vai trò thể hiện tình trạng hoạt động của thiết bị hay một hệ thống có bình thường hay đang bị lỗi.

Là một thiết bị có chức năng thông báo cho người lao động biết được sự cố hoặc những tín hiệu cần thông báo trong quá trình hoạt động của các dây chuyền sản xuất, hệ thống tự động hóa xảy ra vấn đề bất thường Khi đó, đèn báo sẽ sáng và nháy cùng với tiếng chuông báo động, người lao động sẽ biết và tìm cách khắc phục, lường trước được vụ việc.

Ngoài ra, còn báo pha điện, báo tín hiệu ON, OFF của nguồn thiết bị

Hình 2.18: Nút nhấn CMLLA39