Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp hiện đại, việc tự động hóa quá trình gia công, bốc xếp và vận chuyển phôi/sản phẩm đóng vai trò thiết yếu nhằm thay thế lao động thủ công, tăng năng suất và độ chính xác trong các thao tác cơ khí lặp đi lặp lại. Cơ cấu tay máy công nghiệp kết hợp với hệ thống truyền động khí nén và bộ điều khiển logic khả trình (PLC) là giải pháp tiêu chuẩn được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống phân loại, gắp - đặt và gia công tự động.

Báo cáo đồ án môn học "Đồ án Tự động hóa 1 - Phần điều khiển Logic & PLC" với đề tài "Thiết kế hệ thống gia công sản phẩm" (mã đề bài: P-25) do sinh viên Ngô Ngọc Tùng (Lớp 61TĐH1, MSSV: 1951212083) thực hiện dưới sự hướng dẫn của giảng viên Nguyễn Tiến Minh tại Bộ môn Kỹ thuật Điều khiển & Tự động hóa, Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Thủy Lợi (hoàn thành ngày 20/12/2022).

Mục tiêu cốt lõi của đề tài là xây dựng hoàn chỉnh giải pháp điều khiển tự động cho một hệ thống gia công sản phẩm sử dụng cơ cấu chấp hành khí nén đa trục kết hợp bộ điều khiển PLC Siemens. Văn bản xác định 7 nhiệm vụ và nội dung thiết kế kỹ thuật cụ thể:

  1. Phân tích nguyên lý làm việc của hệ thống điều khiển (chế độ bằng tay và chế độ tự động).
  2. Xây dựng biểu đồ chức năng điều khiển (lưu đồ thuật toán).
  3. Phân tích, lựa chọn cấu hình bộ điều khiển PLC.
  4. Thiết kế sơ đồ lập trình dạng bậc thang LAD theo chuẩn IEC.
  5. Xây dựng cấu trúc giao diện điều khiển (HMI).
  6. Thiết kế sơ đồ mạch lực, mạch điều khiển và sơ đồ đấu nối thiết bị phần cứng.
  7. Mô phỏng, kiểm thử mô hình và đưa ra kết luận kỹ thuật.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống gia công sản phẩm dạng cơ cấu tay máy 3 trục tọa độ ($X, Y, Z$) kết hợp cơ cấu kẹp phôi và đóng/mở khuôn gia công, điều khiển thông qua hệ thống van đảo chiều khí nén, cảm biến vị trí và dòng vi điều khiển công nghiệp Siemens SIMATIC S7-1200 (CPU 1212C DC/DC/DC) kết hợp module mở rộng tín hiệu số.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết kỹ thuật

Hệ thống được thiết kế dựa trên các nền tảng lý thuyết và thiết bị tự động hóa công nghiệp:

  • Cơ cấu tay máy công nghiệp (Manipulator): Cấu trúc chuỗi động học hở gồm các khâu nối với nhau bằng khớp quay hoặc khớp trượt, tạo thành hệ trục tọa độ chuyển động mang bàn tay công tác (End Effector) để trực tiếp kẹp, giữ và thao tác trên phôi sản phẩm.
  • Cảm biến công nghiệp phát hiện trạng thái nhị phân (ON - OFF):
    • Cảm biến từ (phát hiện kim loại/sắt từ): Khoảng cách phát hiện lên đến 30 mm, vỏ bọc bằng đồng thau hoặc thép không gỉ, dạng kết nối 2 dây, 3 dây, 4 dây (NO + NC) phục vụ khống chế vị trí hành trình.
    • Cảm biến quang học: Hoạt động dựa trên nguồn phát ánh sáng hội tụ và dụng cụ cảm biến vị trí (PSD - Position Sensing Device) thu nhận tia phản xạ từ vật thể để xác định sự xuất hiện của sản phẩm.
    • Công tắc hành trình: Cơ cấu đóng/ngắt tiếp điểm cơ học (NO - Thường mở, NC - Thường đóng) đặt tại các điểm giới hạn chuyển động nhằm giới hạn hành trình an toàn hoặc làm tín hiệu điều kiện chuyển bước tự động.
  • Khí cụ điện đóng - cắt trung gian: Rơ le trung gian dòng OMRON MY4N-J DC24 (loại 14 chân dẹt, cuộn hút 24VDC, tiếp điểm chịu dòng 5A tại 250VAC/28VDC, thời gian tác động tối đa 20 ms, nhiệt độ làm việc từ -55°C đến 70°C, tích hợp đèn LED hiển thị trạng thái) đóng vai trò cách ly, khuếch đại và phân phối tín hiệu điều khiển.
  • Hệ thống truyền động khí nén: Bao gồm nguồn cấp khí nén (máy nén khí, bình trích chứa điều hòa áp suất và tách nước, mạng đường ống), van đảo chiều khí nén (loại van 2/2, 4/2, 5/2 điều khiển bằng nam châm điện hoặc cơ khí) và cơ cấu chấp hành là các xi lanh khí nén tác động kép (Double-Acting Cylinder - DAC) có khả năng sinh công sinh lực ở cả hai hành trình tiến và lùi.
  • Bộ điều khiển logic khả trình (PLC): Nền tảng Siemens S7-1200 với bộ xử lý CPU 1212C DC/DC/DC, cấu trúc lập trình ngôn ngữ LAD (Ladder Diagram) theo tiêu chuẩn IEC 61131-3, tổ chức phân chia khối chương trình chính (OB1) và các khối hàm chức năng (FC - Function).

Phương pháp nghiên cứu và thiết kế

Đề tài sử dụng phương pháp thiết kế kỹ thuật tự động hóa truyền thống kết hợp mô hình hóa thuật toán:

  • Phương pháp mô hình hóa logic: Sử dụng lưu đồ thuật toán và biểu đồ chức năng tuần tự để mô tả trạng thái chuyển động của các trục cơ cấu.
  • Phương pháp thiết kế tích hợp phần cứng - phần mềm: Lập bảng phân bổ tín hiệu vào/ra (I/O Mapping), thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch đấu nối phần cứng, cấu hình thiết bị trên phần mềm TIA Portal và viết chương trình điều khiển dạng khối chức năng.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Cấu hình phần cứng điều khiển

Hệ thống sử dụng bộ điều khiển logic khả trình Siemens S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC với các thông số cấu hình:

  • Nguồn cấp và điện áp điều khiển: 24V DC.
  • Tích hợp sẵn trên CPU: 8 ngõ vào số (Digital Input - 24V DC, hỗ trợ sink/source theo chuẩn IEC), 6 ngõ ra số (Digital Output - bán dẫn 24V DC), 2 ngõ vào tương tự (Analog Input: 0 – 10V).
  • Module mở rộng: 01 module mở rộng tín hiệu số SM (Signal Module) 8DI/8DO nhằm đáp ứng đủ tổng số lượng 19 đầu vào và 12 đầu ra của bài toán công nghệ.
  • Tích hợp 4 bộ đếm tốc độ cao (HSC), 2 ngõ ra phát xung (PTO/PWM tần số lên đến 100 kHz) và cổng truyền thông Ethernet công nghiệp (hỗ trợ giao thức TCP/IP, ISO-on-TCP).

Phân bổ địa chỉ vào/ra (I/O Mapping)

Hệ thống quản lý toàn bộ quá trình vận hành thông qua 19 tín hiệu đầu vào số (Input) và 12 tín hiệu đầu ra số (Output) được định nghĩa chi tiết trong bảng tag của PLC:

STT Tên Tag (Input) Địa chỉ Định dạng Diễn giải chức năng
1 I_Mode I0.0 Bool Công tắc chuyển chế độ (1: Auto, 0: Manual)
2 I_Run I0.1 Bool Nút nhấn khởi động chế độ tự động (START)
3 I_Stop I0.2 Bool Nút nhấn dừng chu trình tự động (STOP)
4 I_CB_X_Wait I0.3 Bool Cảm biến/CTHT trục X tại vị trí chờ
5 I_CB_X_Work I0.4 Bool Cảm biến/CTHT trục X tại vị trí làm việc
6 I_CB_Y_Wait I0.5 Bool Cảm biến/CTHT trục Y tại vị trí chờ
7 I_CB_Y_Work I0.6 Bool Cảm biến/CTHT trục Y tại vị trí làm việc
8 I_CB_Z_Wait I0.7 Bool Cảm biến/CTHT trục Z tại vị trí chờ
9 I_CB_Z_Work I1.0 Bool Cảm biến/CTHT trục Z tại vị trí làm việc
10 I_CB_Kep I1.1 Bool Cảm biến báo trạng thái đã kẹp chặt phôi
11 I_CB_Khuon_Open I1.2 Bool Cảm biến báo khuôn gia công đã mở hoàn toàn
12 I_Xylanh_X_To_Working I1.3 Bool Nút nhấn điều khiển xi lanh trục X tiến đến vị trí làm việc (Manual)
13 I_Xylanh_X_To_Wait I1.4 Bool Nút nhấn điều khiển xi lanh trục X lùi về vị trí chờ (Manual)
14 I_Xylanh_Y_To_Working I1.5 Bool Nút nhấn điều khiển xi lanh trục Y hạ xuống vị trí làm việc (Manual)
15 I_Xylanh_Y_To_Wait I1.6 Bool Nút nhấn điều khiển xi lanh trục Y nâng lên vị trí chờ (Manual)
16 I_Xylanh_Z_To_Working I1.7 Bool Nút nhấn điều khiển xi lanh trục Z tiến đến vị trí làm việc (Manual)
17 I_Xylanh_Z_To_Wait I2.0 Bool Nút nhấn điều khiển xi lanh trục Z lùi về vị trí chờ (Manual)
18 I_Khuon_Open I2.1 Bool Công tắc đóng/mở khuôn gia công ở chế độ bằng tay
19 I_Kep I2.2 Bool Nút nhấn kẹp/nhả sản phẩm ở chế độ bằng tay
STT Tên Tag (Output) Địa chỉ Định dạng Diễn giải chức năng
1 Q_lamp_Auto Q0.0 Bool Đèn chỉ thị hệ thống đang ở chế độ Auto
2 Q_lamp_Manu Q0.1 Bool Đèn chỉ thị hệ thống đang ở chế độ Manual
3 Q_Lamp_Running Q0.2 Bool Đèn báo trạng thái hệ thống đang chạy tự động
4 Q_Lamp_Stop Q0.3 Bool Đèn báo trạng thái hệ thống đang dừng
5 Q_Xylanh_X_To_Working Q0.4 Bool Tín hiệu kích van điều khiển xi lanh X đến vị trí làm việc
6 Q_Xylanh_X_To_Wait Q0.5 Bool Tín hiệu kích van điều khiển xi lanh X về vị trí chờ
7 Q_Xylanh_Y_To_Working Q0.6 Bool Tín hiệu kích van điều khiển xi lanh Y hạ xuống vị trí làm việc
8 Q_Xylanh_Y_To_Wait Q0.7 Bool Tín hiệu kích van điều khiển xi lanh Y nâng lên vị trí chờ
9 Q_Xylanh_Z_To_Working Q1.0 Bool Tín hiệu kích van điều khiển xi lanh Z đến vị trí làm việc
10 Q_Xylanh_Z_To_Wait Q1.1 Bool Tín hiệu kích van điều khiển xi lanh Z về vị trí chờ
11 Q_Khuon_Open Q1.2 Bool Tín hiệu điều khiển cơ cấu mở khuôn gia công
12 Q_Kep Q1.3 Bool Tín hiệu điều khiển cơ cấu kẹp/giữ sản phẩm

Nguyên lý vận hành hệ thống

Hệ thống hoạt động theo hai chế độ được lựa chọn qua công tắc I_Mode:

  1. Chế độ bằng tay (Manual): Cho phép người vận hành cưỡng bức đóng/ngắt độc lập từng van điện từ và cơ cấu chấp hành (xi lanh trục X, Y, Z, kẹp phôi, đóng mở khuôn) thông qua các nút ấn tương ứng để phục vụ kiểm tra, căn chỉnh cơ khí hoặc xử lý sự cố.
  2. Chế độ tự động (Auto): Chu trình chỉ được khởi động qua nút I_Run khi hệ thống thỏa mãn điều kiện an toàn ban đầu: toàn bộ cánh tay 3 trục đang ở vị trí chờ (các cảm biến I_CB_X_Wait, I_CB_Y_Wait, I_CB_Z_Wait đồng thời tác động). Trình tự điều khiển diễn ra qua các bước tuần tự:
    • Bước 1: Xi lanh trục X tác động, dịch chuyển cánh tay từ vị trí chờ đến vị trí làm việc (vị trí gắp sản phẩm tại khuôn gia công).
    • Bước 2: Cảm biến I_CB_X_Work tác động xác nhận trục X đã đến vị trí $\rightarrow$ Dừng xi lanh X, kích hoạt xi lanh trục Y đi xuống.
    • Bước 3: Cảm biến I_CB_Y_Work tác động xác nhận trục Y đã hạ đến vị trí gắp $\rightarrow$ Dừng xi lanh trục Y.
    • Bước 4: Kích hoạt mở khuôn gia công; khi cảm biến I_CB_Khuon_Open báo khuôn đã mở hoàn toàn $\rightarrow$ Kích hoạt xi lanh kẹp sản phẩm (Q_Kep).
    • Bước 5: Cảm biến I_CB_Kep tác động xác nhận đã kẹp chặt sản phẩm $\rightarrow$ Kích hoạt xi lanh trục Y đi lên về vị trí chờ.
    • Bước 6: Cảm biến I_CB_Y_Wait tác động $\rightarrow$ Kích hoạt xi lanh trục Z di chuyển mang sản phẩm sang vị trí thả.
    • Bước 7: Cảm biến I_CB_Z_Work tác động báo trục Z đã tới vị trí thả $\rightarrow$ Kích hoạt xi lanh trục Y hạ xuống.
    • Bước 8: Cảm biến I_CB_Y_Work tác động $\rightarrow$ Dừng xi lanh Y, ngắt tín hiệu kẹp để nhả sản phẩm vào vị trí tiếp nhận.
    • Bước 9: Cảm biến I_CB_Kep mất tín hiệu (xác nhận đã nhả sản phẩm hoàn toàn) $\rightarrow$ Kích hoạt xi lanh trục Y nâng lên vị trí chờ.
    • Bước 10: Cảm biến I_CB_Y_Wait tác động $\rightarrow$ Kích hoạt xi lanh trục X lùi về vị trí chờ ban đầu.
    • Bước 11: Cảm biến I_CB_X_Wait tác động $\rightarrow$ Kích hoạt xi lanh trục Z lùi về vị trí chờ ban đầu.
    • Bước 12 (Kết thúc chu trình): Cảm biến I_CB_Z_Wait tác động xác nhận toàn bộ hệ thống đã về trạng thái chờ $\rightarrow$ Dừng chuyển động trục Z, kết thúc một chu kỳ làm việc và tự động lặp lại từ Bước 1 cho sản phẩm tiếp theo.

Cấu trúc chương trình phần mềm

Chương trình PLC được xây dựng trên phần mềm TIA Portal theo cấu trúc khối tiêu chuẩn:

  • Khối OB1 (Organization Block 1): Đóng vai trò chương trình quét chính, gọi thực thi có điều kiện các hàm con dựa trên trạng thái công tắc chế độ I_Mode.
  • Các khối hàm chức năng FC (Function): Chứa các đoạn mã logic Ladder điều khiển riêng biệt cho chế độ Manual, chế độ Auto, logic xử lý tín hiệu đầu vào cảm biến và xử lý cảnh báo. Khối FC nhận dữ liệu thông qua các biến In, Out, In/Out và sử dụng biến tạm thời Temp (không chiếm dụng vùng nhớ dữ liệu tĩnh Instance DB).

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1 – GIỚI THIỆU CHUNG

Chương này tập trung trình bày tổng quan lý thuyết và cấu tạo của các phần tử cơ bản cấu thành hệ thống cơ điện tử:

  • Tay máy công nghiệp (Manipulator): Định nghĩa cấu tạo gồm cánh tay, cổ tay và bàn tay thao tác (End Effector); phân tích các chuỗi động học hở dựa trên khớp trượt và khớp quay cùng các cấu hình tọa độ (tọa độ Đề-các, tọa độ trụ, tọa độ cầu, SCARA và kiểu tay người).
  • Thiết bị cảm biến và đưa tín hiệu: Nguyên lý cảm biến tiệm cận sắt từ (khoảng cách phát hiện tối đa 30 mm), cảm biến quang thu nhận vị trí PSD, cấu tạo và chức năng giới hạn hành trình của công tắc hành trình tiếp điểm NO/NC, cùng các loại nút nhấn, công tắc chuyển mạch.
  • Rơ le trung gian: Phân loại rơ le điện cơ/tĩnh, rơ le sơ cấp/thứ cấp, rơ le bảo vệ cực đại/cực tiểu; giới thiệu chi tiết cấu tạo, nguyên lý làm việc và thông số vận hành của rơ le OMRON MY4N-J DC24.
  • Hệ thống khí nén công nghiệp: Phân loại máy nén khí theo dải áp suất ($p \le 15\text{ bar}$, $p \ge 15\text{ bar}$, $p \ge 300\text{ bar}$) và nguyên lý (piston, trục vít, tuabin ly tâm); chức năng bình trích chứa và đường ống dẫn khí; ký hiệu quy ước van đảo chiều (2/2, 4/2, 5/2); cấu tạo và nguyên lý sinh lực của xi lanh tác động đơn và xi lanh tác động kép (DAC).

CHƯƠNG 2 - GIỚI THIỆU VỀ PLC – S7 1200 (CPU 1212C DC\DC\DC)

Chương 2 thuyết minh chi tiết về phần cứng và tập lệnh của bộ điều khiển Siemens SIMATIC S7-1200:

  • Khả năng mở rộng phần cứng: Khả năng ghép nối với 01 Signal Board (SB/BB/CB), 02 Signal Modules (SM) và tối đa 03 Communication Modules (CM).
  • Đặc tính kỹ thuật CPU 1212C: Tích hợp nguồn cấp cảm biến 24VDC (dòng 300 mA), 8 DI, 6 DO, 2 AI, 4 bộ đếm HSC, 2 ngõ ra xung PTO/PWM 100 kHz, giao diện Ethernet tích hợp, tích hợp bộ điều khiển PID tự chỉnh và đồng hồ thời gian thực (RTC).
  • Tập lệnh và tính năng chức năng: Giới thiệu tập lệnh logic nhị phân, định thời, bộ đếm, truyền thông (Modbus RTU, USS, S7 T-Send/T-Receive), xử lý ngắt theo cạnh xung/thời gian/bộ đếm, chức năng Force I/O và chẩn đoán lỗi phần cứng.

CHƯƠNG 3 – PHÂN TÍCH NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Nội dung chương 3 phân tích quy trình công nghệ điều khiển hệ thống gia công:

  • Nguyên lý chế độ bằng tay: Quy định cách thức tác động đơn lẻ vào các nút nhấn điều khiển van để kiểm tra trạng thái từng trục $X, Y, Z$, cơ cấu kẹp và cơ cấu khuôn.
  • Quy trình chế độ tự động: Thuyết minh chi tiết chu trình làm việc 12 bước tuần tự (từ Bước 1 đến Bước 12), xác lập mối quan hệ liên động logic giữa cảm biến vị trí hành trình, cảm biến kẹp phôi, cảm biến khuôn và tín hiệu điều khiển van khí nén.

CHƯƠNG 4 – THIẾT KẾ ĐIỀU KHỂN CHO HỆ THỐNG

Chương 4 hiện thực hóa toàn bộ giải pháp kỹ thuật:

  • Biểu đồ chức năng: Xây dựng lưu đồ thuật toán điều khiển tổng thể toàn hệ thống, lưu đồ thuật toán chi tiết cho chế độ bằng tay và chế độ tự động.
  • Sơ đồ mạch điện: Bản vẽ sơ đồ mạch lực, mạch điều khiển và sơ đồ đấu nối dây vật lý giữa PLC S7-1200 CPU 1212C, module mở rộng 8DI/8DO với các cảm biến, nút nhấn và rơ le trung gian điều khiển van điện từ.
  • Bảng Tag và cấu hình phần cứng: Thiết lập danh mục tag I/O trong môi trường TIA Portal.
  • Thiết kế chương trình LAD: Xây dựng cấu trúc chương trình theo chuẩn IEC sử dụng khối điều khiển chính OB1 và các khối chức năng FC.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

  • Hoàn thành thiết kế hệ thống điều khiển: Xây dựng giải pháp điều khiển tự động hoàn chỉnh cho mô hình gia công sản phẩm sử dụng 3 trục chấp hành khí nén kết hợp cơ cấu kẹp và đóng/mở khuôn.
  • Chuẩn hóa cấu hình I/O: Xác lập bảng phân bổ 19 ngõ vào số và 12 ngõ ra số, tính toán kết hợp thành công CPU 1212C DC/DC/DC với module mở rộng 8DI/8DO để đáp ứng đầy đủ yêu cầu mở rộng tín hiệu của hệ thống.
  • Mô hình hóa thuật toán điều khiển tuần tự: Thiết lập quy trình 12 bước chuyển động tự động liên động chặt chẽ với tín hiệu phản hồi từ hệ thống cảm biến hành trình, cảm biến từ và cảm biến quang.
  • Cấu trúc hóa chương trình lập trình: Xây dựng chương trình LAD module hóa trên TIA Portal, kết hợp linh hoạt giữa khối tổ chức OB1 và các hàm chức năng FC theo tiêu chuẩn IEC.

Đóng góp thực tiễn của đề tài

Báo cáo đồ án đã cung cấp một tài liệu thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh từ khâu tính toán lý thuyết, lựa chọn khí cụ điện - khí nén, lập bảng ánh xạ địa chỉ vào/ra đến phương pháp lập trình logic cho hệ thống bốc xếp/gia công tự động quy mô vừa và nhỏ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Trong phạm vi văn bản báo cáo, phần thiết kế giao diện giám sát HMI và việc triển khai mô hình phần cứng thực nghiệm chưa được trình bày chi tiết về mặt số liệu đo đạc thực tế mà chủ yếu dừng lại ở thiết kế sơ đồ nguyên lý, cấu hình phần mềm và thuật toán logic.
  • Hướng phát triển:
    • Thiết kế và lập trình hoàn thiện giao diện HMI (WinCC/SCADA) để hiển thị trực quan trạng thái chuyển động, cảnh báo lỗi và đếm số lượng sản phẩm gia công theo thời gian thực.
    • Mở rộng tích hợp các chuẩn truyền thông mạng công nghiệp (như Profinet, Modbus TCP) để kết nối hệ thống với các trạm sản xuất khác trong dây chuyền tự động hóa tổng thể.

Giá trị tham khảo

Tài liệu này là nguồn tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử, Kỹ thuật Điện: Tham khảo phương pháp xây dựng đồ án môn học liên quan đến lập trình PLC S7-1200, thiết kế hệ thống điều khiển khí nén và kỹ năng lập bảng I/O Tag chuẩn.
  • Kỹ sư và kỹ thuật viên bảo trì hệ thống: Tham khảo nguyên lý đấu nối rơ le trung gian OMRON MY4N-J, sơ đồ liên động van đảo chiều khí nén và cấu trúc phân chia khối chương trình OB/FC trong môi trường TIA Portal.

Câu hỏi thường gặp

1. Phần cứng điều khiển trung tâm của hệ thống bao gồm những thiết bị nào?

Hệ thống sử dụng bộ điều khiển PLC Siemens SIMATIC S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC (tích hợp sẵn 8DI/6DO/2AI) kết hợp cùng 01 module mở rộng tín hiệu số SM 8DI/8DO để đảm bảo đủ số lượng đầu vào/ra phục vụ hệ thống.

2. Hệ thống quản lý bao nhiêu tín hiệu đầu vào và đầu ra số?

Hệ thống quản lý tổng cộng 19 tín hiệu đầu vào số (địa chỉ từ I0.0 đến I2.2 gồm các công tắc chế độ, nút ấn vận hành và cảm biến vị trí/áp suất) và 12 tín hiệu đầu ra số (địa chỉ từ Q0.0 đến Q1.3 điều khiển các đèn báo trạng thái, van điện từ khí nén 3 trục, xi lanh kẹp và mở khuôn).

3. Điều kiện an toàn ban đầu để hệ thống bắt đầu chu trình tự động là gì?

Hệ thống chỉ cho phép bắt đầu chu trình tự động khi công tắc chế độ ở vị trí Auto (I_Mode = 1), người vận hành nhấn nút START (I_Run), và toàn bộ cánh tay 3 trục phải đang ở vị trí chờ (các cảm biến I_CB_X_Wait, I_CB_Y_Wait, I_CB_Z_Wait đồng thời ở trạng thái tác động ON).

4. Khối hàm chức năng FC trong cấu trúc lập trình LAD của đồ án có đặc điểm gì?

Khối hàm FC (Function) là khối logic thực thi các nhiệm vụ chức năng con (như điều khiển chế độ Manual, Auto). Khối FC sử dụng các tham số In, Out, In/Out và biến cục bộ Temp, không có bộ nhớ nội lưu trữ sau khi quét xong và không sử dụng khối dữ liệu Instance DB như khối FB.

5. Rơ le trung gian OMRON MY4N-J DC24 trong hệ thống có thông số kỹ thuật chính nào?

Rơ le có cuộn hút điện áp 24VDC, cấu trúc 14 chân dẹt, chịu tải tiếp điểm 5A tại 250VAC hoặc 28VDC, thời gian tác động tối đa 20 ms, tần số thao tác điện đạt 1800 lần/giờ và nhiệt độ làm việc từ -55°C đến 70°C.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế hệ thống gia công sản phẩm" của sinh viên Ngô Ngọc Tùng đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế điều khiển tự động cho cơ cấu tay máy gia công đa trục sử dụng khí nén. Báo cáo cung cấp đầy đủ cơ sở lý thuyết về thiết bị cơ điện tử, phân tích chi tiết nguyên lý vận hành hai chế độ Manual/Auto, xác lập bảng phân bổ 19 ngõ vào / 12 ngõ ra và xây dựng cấu trúc chương trình LAD trên nền tảng Siemens S7-1200. Đây là công trình đồ án môn học mang tính kỹ thuật rõ ràng, đáp ứng đúng các yêu cầu công nghệ và chuẩn mực thiết kế trong lĩnh vực Tự động hóa.