Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong xu hướng tự động hóa và hiện đại hóa sản xuất công nghiệp, việc tối ưu hóa quy trình phân loại sản phẩm đóng vai trò thiết yếu nhằm giảm thiểu sự can thiệp thủ công của con người, nâng cao độ chính xác, tốc độ và tính an toàn của dây chuyền. Sự phát triển của lý thuyết điều khiển tự động, kỹ thuật điện tử và công nghệ thông tin đã thúc đẩy sự ra đời của các bộ điều khiển logic khả trình (PLC), kết hợp với hệ thống truyền động khí nén và cảm biến công nghiệp để giải quyết các bài toán phân loại hàng hóa tự động.
Đề tài "Thiết kế hệ thống điều khiển logic sử dụng PLC theo yêu cầu công nghệ" được tác giả Trương Tiến Dũng thực hiện trong khuôn khổ Đồ án môn học Điều khiển Logic và PLC tại Bộ môn Tự động hóa, Khoa Điện, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên (năm 2022), dưới sự hướng dẫn của GV. Nguyễn Thị Mai Hương. Đối tượng nghiên cứu trọng tâm là "Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc".
Theo mô tả trong văn bản, quy trình công nghệ đặt ra các nhiệm vụ và yêu cầu kỹ thuật cụ thể:
- Hệ thống chỉ được phép vận hành sau khi người điều khiển nhấn nút khởi động (START - ký hiệu $m$).
- Khi hệ thống được cấp nguồn, đèn báo màu đỏ sáng biểu thị trạng thái đã có điện và hệ thống đang dừng.
- Khi nhấn nút START ($m$), băng tải vận hành để chuyển vật phẩm, đồng thời đèn báo chạy màu xanh lục phát sáng. Khi sản phẩm có màu xanh lục đi qua và tác động vào cảm biến màu xanh lục, xilanh khí nén 1 được kích hoạt để đẩy vật phẩm vào thùng chứa tương ứng rồi tự động thu về vị trí ban đầu. Quá trình này diễn ra tương tự đối với sản phẩm màu đỏ (xilanh 2) và sản phẩm màu vàng (xilanh 3).
- Khi một trong các thùng chứa thu gom đủ 10 sản phẩm (thông qua bộ đếm counter), hệ thống sẽ tự động tạm dừng để nhân viên giám sát tiến hành thay thùng chứa mới. Sau khi thay thế, nhấn nút START ($m$) thì hệ thống tiếp tục chu trình làm việc. Hệ thống dừng hoạt động hoàn toàn khi nhấn nút dừng (STOP - ký hiệu $d'$).
Phạm vi nghiên cứu của đề tài tập trung vào việc khảo sát phương án công nghệ, lựa chọn thiết bị phần cứng (bộ điều khiển PLC, cảm biến, xilanh khí nén, động cơ truyền động, thiết bị đóng cắt và bảo vệ), xây dựng hàm logic điều khiển theo trình tự trạng thái và lập trình điều khiển trên nền tảng PLC Mitsubishi.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết và mô hình kỹ thuật
Nghiên cứu được xây dựng dựa trên các nền tảng lý thuyết và công nghệ điều khiển tự động hóa công nghiệp:
- Lý thuyết điều khiển logic trình tự và phương pháp GRAFCET: Sử dụng mô hình biểu diễn trạng thái và sự chuyển đổi trạng thái điều khiển theo tuần tự để mô tả hoạt động của hệ thống nhiều cơ cấu chấp hành.
- Nguyên lý hoạt động và kiến trúc PLC: Dựa trên cấu trúc phần cứng (CPU, bộ nhớ RAM/ROM, khối ảnh vào/ra, bus truyền thông) và nguyên lý làm việc theo vòng quét (gồm 4 giai đoạn: đọc tín hiệu đầu vào, thực thi chương trình điều khiển, xử lý truyền thông, xuất tín hiệu điều khiển ra cơ cấu chấp hành).
- Lý thuyết truyền động điện và khí nén: Phân tích đặc tính cơ của động cơ điện một chiều (kích từ độc lập, nối tiếp, hỗn hợp) và động cơ không đồng bộ ba pha; nguyên lý điều khiển xilanh khí nén tác động kép thông qua van điện từ đảo chiều $5/3$.
- Lý thuyết cảm biến công nghiệp: Nguyên lý chuyển đổi quang - điện của cảm biến quang điện (hiện tượng phát xạ điện tử tại cực catot), nguyên lý cảm ứng điện từ của cảm biến tiệm cận từ để xác định vị trí hành trình xilanh, và cảm biến màu sắc quang học.
Phương pháp nghiên cứu và thiết kế
- Phương pháp phân tích - tổng hợp công nghệ: Phân rã hệ thống điều khiển thành 4 bài toán thành phần: điều khiển động cơ kéo băng tải và điều khiển độc lập 3 cụm xilanh khí nén.
- Phương pháp không gian trạng thái: Chia quy trình hoạt động thành 15 trạng thái riêng biệt (từ trạng thái khởi tạo $TT_0$ đến các trạng thái tác động $TT_1 - TT_7$ và các trạng thái dừng sự cố/chờ $TT_8 - TT_{14}$).
- Phương pháp thiết kế hàm logic Set/Reset: Thiết lập các hàm đóng/ngắt logic ($SM_n$ và $RM_n$) cho từng biến trạng thái trung gian dựa trên tín hiệu từ nút bấm, cảm biến và bộ đếm.
- Phương pháp tính toán và cấu hình phần cứng: So sánh, đối chiếu yêu cầu kỹ thuật để lựa chọn dòng PLC phù hợp với số lượng ngõ vào/ra ($I/O$), chọn cảm biến phù hợp khoảng cách phát hiện và chọn nguồn cung cấp bảo vệ hệ thống.
Nguồn dữ liệu và thông số thiết bị
Dữ liệu sử dụng trong đồ án dựa trên các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn từ nhà sản xuất của các thiết bị công nghiệp: dòng PLC Mitsubishi FX3G, thiết bị khí nén SMC, cảm biến OMRON, thiết bị điện ABB và các linh kiện bảo vệ mạch điện hạ thế.
Thiết kế và triển khai hệ thống
Cấu hình phần cứng và lựa chọn thiết bị
Hệ thống được thiết kế tích hợp giữa bộ điều khiển trung tâm, các thiết bị đo lường cảm biến và cơ cấu chấp hành:
- Bộ điều khiển PLC: Lựa chọn PLC Mitsubishi dòng
FX3G-14MR/ES với cấu hình 14 I/O tích hợp sẵn, bộ nhớ chương trình 32.000 bước lệnh, ngõ ra dạng Relay, tích hợp cổng truyền thông RS422 và USB Mini.
- Hệ thống cảm biến:
- Cảm biến phát hiện vật thể: Cảm biến quang
E3F-DS30C4 (ngõ ra NPN NO, dải điện áp $6 - 36\text{ VDC}$, khoảng cách làm việc điều chỉnh từ $5 - 30\text{ cm}$, sử dụng ở cự ly $10\text{ cm}$) và model E3FA-DP11 2M.
- Cảm biến phân loại màu sắc: Cảm biến màu
E3ZM-V của hãng OMRON.
- Cảm biến xác định vị trí hành trình: Cảm biến từ tiệm cận
SMC D-H7A2 và D-C73 (ngõ ra NPN, điện áp $24\text{ VDC}$, 3 dây, số lượng 6 cái lắp đặt trên 3 thân xilanh).
- Cơ cấu chấp hành và khí nén:
- Xilanh khí nén: 3 xilanh tác động kép mã hiệu
CDM2B20-100Z.
- Van điều hướng: Van khí nén $5/3$ khóa giữa có 2 cuộn dây mã hiệu
4V130-06C.
- Thiết bị phụ trợ khí nén: Cụm lọc khí và van tiết lưu
AS2201F.
- Hệ thống điện và bảo vệ:
- Động cơ điện một chiều truyền động băng tải nhằm tối ưu khả năng điều chỉnh tốc độ.
- Rơle trung gian
ABB CR-MX024DC2 (cuộn hút $24\text{ VDC}$, dòng tiếp điểm $7\text{ A}$, điện áp tiếp điểm $250\text{ VAC}$, 2 cặp tiếp điểm SPDT).
- Rơle giám sát dòng điện
CM-SRS, Rơle nhiệt quá tải và Aptomat (MCB/MCCB) đóng cắt mạch điện.
- Bộ nguồn xung tổ ong $24\text{ VDC} - 5\text{ A}$ (cấp nguồn độc lập cho toàn bộ cảm biến, đèn báo và cuộn hút van điện từ nhằm cách ly và bảo vệ ngõ vào/ra của PLC).
| Tên thiết bị |
Mã thiết bị / Quy cách |
Chức năng trong hệ thống |
| Bộ điều khiển PLC |
Mitsubishi FX3G-14MR/ES |
Xử lý logic và điều khiển trung tâm |
| Xylanh piston |
CDM2B20-100Z (Tác động kép) |
Đẩy sản phẩm vào thùng phân loại |
| Van điều hướng |
4V130-06C (5/3 khóa giữa, 2 cuộn dây) |
Cấp và đảo chiều khí nén cho xylanh |
| Cảm biến màu |
OMRON E3ZM-V |
Nhận biết 3 màu: xanh lục, đỏ, vàng |
| Cảm biến hành trình |
SMC D-H7A2 / D-C73 (Cảm biến từ) |
Xác định vị trí co/duỗi của xylanh |
| Cảm biến quang |
E3F-DS30C4 / E3FA-DP11 2M |
Phát hiện sản phẩm rơi vào thùng chứa |
| Van tiết lưu |
AS2201F |
Điều chỉnh lưu lượng và tốc độ xylanh |
| Rơle trung gian |
ABB CR-MX024DC2 |
Chuyển mạch và cách ly tín hiệu |
| Nguồn tổ ong |
24VDC - 5A |
Cấp nguồn cho cảm biến và cơ cấu chấp hành |
Sơ đồ đấu nối và nguyên lý mạch
- Đấu nối ngõ vào (Input): Cấu hình theo kiểu SINK, chân chung $S/S$ của PLC được nối với cực dương $+24\text{ VDC}$. Tín hiệu từ các nút ấn thường mở (START, READY), nút ấn thường đóng (STOP) và các cảm biến NPN đóng mạch về $0\text{ VDC}$.
- Đấu nối ngõ ra (Output): Cấu hình theo kiểu SOURCE, các chân $COM$ của ngõ ra relay được nối chung với nguồn $0\text{ VDC}$, ngõ ra PLC đóng ngắt nguồn $24\text{ VDC}$ cấp cho cuộn hút van điện từ khí nén, contactor động cơ và đèn hiển thị.
Bảng phân bổ địa chỉ I/O và mã hóa biến trạng thái
| STT |
Tên thiết bị / Tín hiệu |
Ký hiệu |
Địa chỉ PLC |
Chức năng kỹ thuật |
| 1 |
Nút ấn Start |
$m$ |
X000 |
Khởi động hệ thống |
| 2 |
Nút ấn Ready |
$i$ |
X020 |
Xác nhận cấp nguồn sẵn sàng |
| 3 |
Nút ấn Stop |
$d'$ |
X004 |
Dừng khẩn cấp / Dừng hệ thống |
| 4 |
Cảm biến màu xanh lục |
$x_1$ |
X001 |
Phát hiện vật màu xanh lục |
| 5 |
Cảm biến màu đỏ |
$x_2$ |
X002 |
Phát hiện vật màu đỏ |
| 6 |
Cảm biến màu vàng |
$x_3$ |
X003 |
Phát hiện vật màu vàng |
| 7 |
Cảm biến xylanh 1 lùi hết |
$x_5$ |
X005 |
Giới hạn hành trình về của xylanh 1 |
| 8 |
Cảm biến xylanh 1 tiến hết |
$x_6$ |
X006 |
Giới hạn hành trình ra của xylanh 1 |
| 9 |
Cảm biến xylanh 2 lùi hết |
$x_7$ |
X007 |
Giới hạn hành trình về của xylanh 2 |
| 10 |
Cảm biến xylanh 2 tiến hết |
$x_8$ |
X010 |
Giới hạn hành trình ra của xylanh 2 |
| 11 |
Cảm biến xylanh 3 lùi hết |
$x_9$ |
X011 |
Giới hạn hành trình về của xylanh 3 |
| 12 |
Cảm biến xylanh 3 tiến hết |
$x_{10}$ |
Y012 |
Giới hạn hành trình ra của xylanh 3 |
| 13 |
Cảm biến đếm vật 1 (Quang) |
$s_4$ |
X013 |
Kích đếm bộ đếm C100 (c1) |
| 14 |
Cảm biến đếm vật 2 (Quang) |
$s_5$ |
X014 |
Kích đếm bộ đếm C101 (c2) |
| 15 |
Cảm biến đếm vật 3 (Quang) |
$s_6$ |
X015 |
Kích đếm bộ đếm C102 (c3) |
| 16 |
Điều khiển động cơ băng tải |
$y_0$ |
Y000 |
Đóng contactor chạy băng tải |
| 17 |
Van khí xylanh 1 đi ra |
$y_1$ |
Y001 |
Kích cuộn van đẩy xylanh 1 |
| 18 |
Van khí xylanh 1 đi về |
$y_4$ |
Y004 |
Kích cuộn van lùi xylanh 1 |
| 19 |
Van khí xylanh 2 đi ra |
$y_2$ |
Y002 |
Kích cuộn van đẩy xylanh 2 |
| 20 |
Van khí xylanh 2 đi về |
$y_5$ |
Y005 |
Kích cuộn van lùi xylanh 2 |
| 21 |
Van khí xylanh 3 đi ra |
$y_3$ |
Y003 |
Kích cuộn van đẩy xylanh 3 |
| 22 |
Van khí xylanh 3 đi về |
$y_6$ |
Y006 |
Kích cuộn van lùi xylanh 3 |
| 23 |
Đèn báo hệ thống dừng |
$y_8$ |
Y010 |
Đèn đỏ sáng |
| 24 |
Đèn báo hệ thống chạy |
$y_9$ |
Y011 |
Đèn xanh lục sáng |
Thuật toán điều khiển và phương trình hàm logic
Hệ thống được thiết kế theo 15 trạng thái logic với các hàm kích ($SM_n$) và hàm xóa ($RM_n$):
- Trạng thái khởi tạo ($TT_0$): Cấp nguồn, hệ thống sẵn sàng ($SM_0 = i + M_3 \cdot x_9 \cdot c_3$; $RM_0 = M_1$).
- Trạng thái chạy băng tải ($TT_1$): Kích hoạt khi ấn Start ($SM_1 = M_0 \cdot m$; $RM_1 = M_2 + M_3 + M_4 + M_8$).
- Trạng thái phân loại màu xanh lục ($TT_2, TT_3$):
- $TT_2$: Xylanh 1 đi ra đẩy vật ($SM_2 = M_1 \cdot m$; $RM_2 = M_3 + M_9$).
- $TT_3$: Xylanh 1 thu về ($SM_3 = M_2 \cdot m$; $RM_3 = M_1 + M_{10} + M_0$).
- Trạng thái phân loại màu đỏ ($TT_4, TT_5$):
- $TT_4$: Xylanh 2 đi ra đẩy vật ($SM_4 = M_1 \cdot m$; $RM_4 = M_5 + M_{11}$).
- $TT_5$: Xylanh 2 thu về ($SM_5 = M_4 \cdot m$; $RM_5 = M_0 + M_1 + M_{12}$).
- Trạng thái phân loại màu vàng ($TT_6, TT_7$):
- $TT_6$: Xylanh 3 đi ra đẩy vật ($SM_6 = M_1 \cdot m$; $RM_6 = M_7 + M_{13}$).
- $TT_7$: Xylanh 3 thu về ($SM_7 = M_6 \cdot m$; $RM_7 = M_1 + M_0 + M_{14}$).
- Các trạng thái tạm dừng ($TT_8$ đến $TT_{14}$): Kích hoạt khi nút dừng $d'$ được tác động tại từng giai đoạn tương ứng.
- Phương trình đầu ra:
- $Y_0 = M_1$ (Động cơ băng tải).
- $Y_1 = M_2$; $Y_2 = M_4$; $Y_3 = M_6$ (Các van xilanh đi ra).
- $Y_4 = M_3 + M_0$; $Y_5 = M_5 + M_0$; $Y_6 = M_7 + M_0$ (Các van xilanh đi về).
- $Y_{10} = M_0 + M_8 + M_9 + M_{10} + M_{11} + M_{12} + M_{13} + M_{14}$ (Đèn dừng màu đỏ).
- $Y_{11} = M_1 + M_2 + M_3 + M_4 + M_5 + M_6 + M_7$ (Đèn chạy màu xanh lục).
Nội dung chính theo từng chương
Phần I: Phân tích yêu cầu và phương án thực hiện
Nội dung phần I tập trung đánh giá yêu cầu công nghệ phân loại 3 màu sắc sản phẩm, giới thiệu ứng dụng của thiết bị PLC kết hợp hệ truyền động khí nén. Tác giả phân tích các giải pháp công nghệ vận chuyển (băng tải cao su, con lăn, xích so với băng chuyền thủ công), phân tích đặc tính cơ của các loại động cơ điện (xoay chiều không đồng bộ, đồng bộ và động cơ một chiều). Từ đó, đề tài quyết định lựa chọn băng tải truyền động bằng động cơ điện một chiều do tính linh hoạt trong điều chỉnh cấp tốc độ. Phần này cũng phân loại các dòng cảm biến (logic, tương tự), camera công nghiệp, cũng như cơ cấu đẩy sản phẩm (xilanh khí nén, thủy lực, điện, cánh tay robot SCARA, Delta, Descartes), từ đó chọn giải pháp xilanh khí nén để thực hiện cơ cấu chấp hành đẩy sản phẩm.
Phần II: Phân tích chọn biến vào/ ra, mô tả hệ thống, thiết kế hàm logic
Tác giả tiến hành phân rã hệ thống thành 4 cụm bài toán điều khiển độc lập và mô tả chi tiết 15 trạng thái hoạt động ($TT_0$ đến $TT_{14}$) của dây chuyền. Tác giả so sánh các phương pháp mô tả hệ thống điều khiển tuần tự gồm: phương pháp bảng chuyển trạng thái, phương pháp đồ hình trạng thái, lưu đồ thuật toán, giản đồ thời gian và lưu đồ GRAFCET, qua đó lựa chọn phương pháp GRAFCET làm công cụ mô tả chính. Toàn bộ các phương trình đại số logic Set/Reset ($SM_n$, $RM_n$), phương trình biến ra cơ cấu chấp hành ($y_0 - y_9$) và hàm kích bộ đếm counter ($C_1 - C_3$) được thiết lập chi tiết phục vụ cho việc chuyển đổi sang ngôn ngữ lập trình.
Phần III: Phân tích chọn PLC, thiết kế sơ đồ nguyên lý, chọn thiết bị
Nội dung chương trình bày sơ đồ khối tổng quát (CPU PLC - Sensor - Đối tượng điều khiển), phân tích kiến trúc phần cứng và chu kỳ quét của PLC. Dựa trên số lượng biến vào/ra thực tế, tác giả lựa chọn PLC Mitsubishi FX3G-14MR/ES. Đi kèm với đó là việc tính toán, thuyết minh và lựa chọn các thiết bị ngoại vi: cảm biến quang OMRON E3F-DS30C4 (khoảng cách $10\text{ cm}$), cảm biến từ vị trí SMC D-H7A2 (6 chiếc), rơle trung gian ABB CR-MX024DC2, rơle dòng CM-SRS, aptomat MCB/MCCB, và bộ nguồn xung $24\text{ VDC} - 5\text{ A}$. Phần này đồng thời đưa ra nguyên lý mạch điện điều khiển (đấu nối SINK cho ngõ vào, SOURCE cho ngõ ra) và sơ đồ đấu nối hệ thống khí nén sử dụng 2 van đảo chiều $5/3$ khóa giữa điều khiển 3 xilanh khí nén có gắn van tiết lưu.
Phần IV: Lập trình điều khiển
Phần IV thiết lập bảng gán địa chỉ ngõ vào/ra thực tế của PLC (địa chỉ $X000 - X020$, $Y000 - Y011$, bộ đếm $C100 - C102$), mã hóa các bit cờ nhớ nội ($M_1 - M_{14}$) tương ứng với từng trạng thái công nghệ để chuẩn bị cho việc xây dựng chương trình điều khiển hoàn chỉnh trên phần mềm chuyên dụng.
Kết quả và đóng góp
Kết quả kỹ thuật chính
- Xây dựng hoàn chỉnh sơ đồ công nghệ và lưu đồ thuật toán điều khiển theo phương pháp GRAFCET cho hệ thống phân loại 3 màu sản phẩm (xanh lục, đỏ, vàng).
- Thiết lập đầy đủ hệ phương trình logic Set/Reset cho 15 trạng thái làm việc và tạm dừng của hệ thống, giải quyết bài toán dừng tự động khi thùng chứa đạt ngưỡng định mức 10 sản phẩm.
- Lựa chọn đồng bộ cấu hình phần cứng công nghiệp: PLC Mitsubishi FX3G-14MR/ES, xilanh khí nén CDM2B20-100Z, van điện từ khí nén 5/3 mã hiệu 4V130-06C, cảm biến quang E3F-DS30C4 và cảm biến từ SMC D-H7A2.
- Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển và sơ đồ mạch khí nén, xác định rõ giải pháp cách ly nguồn điện $24\text{ VDC}$ rời nhằm bảo vệ các cổng vào/ra của PLC.
Giải pháp kỹ thuật đề xuất
- Tác giả đề xuất giải pháp sử dụng bộ nguồn xung $24\text{ VDC} - 5\text{ A}$ độc lập bên ngoài để cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống cảm biến quang, cảm biến từ và các cuộn hút van điện từ, thay vì dùng trực tiếp nguồn $24\text{ VDC}$ tích hợp trong PLC, giúp triệt tiêu nguy cơ chập cháy làm hỏng CPU điều khiển.
- Đề xuất ứng dụng van phân phối khí nén loại $5/3$ khóa giữa để có thể giữ nguyên vị trí xilanh ở trạng thái thu về hoặc dừng khẩn cấp an toàn khi có sự cố.
Đóng góp của đồ án
Đồ án đã chuẩn hóa phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển tự động hóa từ khâu phân tích công nghệ, lựa chọn thiết bị cơ - điện - khí nén thực tế đến khâu mô hình hóa thuật toán logic bằng phương pháp GRAFCET và đại số logic trạng thái cho sinh viên ngành Tự động hóa.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế
- Nội dung văn bản dừng lại ở mức độ thiết kế lý thuyết, tính toán lựa chọn thiết bị và lập phương trình logic trạng thái; chưa có số liệu chạy thử nghiệm thực tế hoặc đánh giá sai số phân loại trên mô hình vật lý.
- Trong phần IV (Lập trình điều khiển), văn bản mới hoàn thành bảng phân bổ địa chỉ I/O và mã hóa biến trạng thái, chưa trình bày chi tiết sơ đồ thang (Ladder Diagram) hoàn chỉnh của chương trình điều khiển.
- Địa chỉ gán cho cảm biến hành trình $x_{10}$ trong bảng địa chỉ bị ghi nhầm sang dải ngõ ra (Y012) thay vì ngõ vào (X).
Hướng phát triển
- Triển khai xây dựng và đấu nối hoàn thiện mô hình thực nghiệm phần cứng để kiểm tra độ trễ đáp ứng của xilanh khí nén và độ chính xác của cảm biến màu sắc ở các dải tốc độ băng tải khác nhau.
- Hoàn thiện chương trình điều khiển Ladder trên phần mềm GX Works2/GX Developer và tích hợp thêm màn hình giao diện giám sát HMI hoặc mạng truyền thông công nghiệp CC-Link.
Giá trị tham khảo
Tài liệu này là nguồn tham khảo trực tiếp và hữu ích cho:
- Sinh viên các ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Điện tử Công nghiệp, Cơ điện tử khi thực hiện đồ án môn học Điều khiển Logic & PLC hoặc đồ án tốt nghiệp về hệ thống phân loại sản phẩm.
- Các kỹ sư thiết kế hệ thống tự động hóa quan tâm đến phương pháp ứng dụng lưu đồ GRAFCET để giải bài toán điều khiển tuần tự nhiều xilanh khí nén và kỹ thuật lựa chọn, phối ghép phần cứng cảm biến công nghiệp với PLC Mitsubishi họ FX.
- Các phần đáng giá nhất để tra cứu gồm: Bảng tổng hợp thông số kỹ thuật thiết bị (Phần III), phương pháp lập phương trình Set/Reset cho mạch tuần tự (Phần II) và sơ đồ phân bổ địa chỉ I/O công nghiệp (Phần IV).
Câu hỏi thường gặp
1. Hệ thống xử lý như thế nào khi một trong các thùng chứa sản phẩm đã đầy?
Theo yêu cầu công nghệ trong văn bản, khi một trong các thùng chứa thu gom đủ 10 sản phẩm (nhận diện qua cảm biến quang $s_4, s_5, s_6$ và các bộ đếm counter $c_1, c_2, c_3$), hệ thống sẽ tự động chuyển về trạng thái dừng ($TT_0$) để người giám sát thực hiện thay thùng chứa mới. Sau khi thay thế xong, người vận hành nhấn nút START ($m$) để hệ thống tiếp tục chu trình phân loại.
2. Tác giả đã lựa chọn dòng PLC và phương pháp điều khiển nào cho hệ thống?
Tác giả lựa chọn PLC Mitsubishi mã hiệu FX3G-14MR/ES (dòng ngõ ra relay, tích hợp 14 I/O tiêu chuẩn, bộ nhớ 32Kb bước lệnh, hỗ trợ truyền thông RS422 và USB). Hệ thống được mô tả thuật toán bằng phương pháp GRAFCET và thiết kế mạch logic theo nguyên lý hàm chuyển trạng thái Set/Reset.
3. Những loại cảm biến nào được sử dụng và thông số kỹ thuật cụ thể ra sao?
Hệ thống sử dụng 3 nhóm cảm biến:
- Cảm biến màu sắc quang học: Model
OMRON E3ZM-V dùng phân biệt 3 màu xanh lục, đỏ, vàng.
- Cảm biến quang đếm sản phẩm: Model
E3F-DS30C4 (NPN NO, $6 - 36\text{ VDC}$, khoảng cách phát hiện $5 - 30\text{ cm}$, đặt ở cự ly $10\text{ cm}$) và model E3FA-DP11 2M.
- Cảm biến từ hành trình xilanh: Model
SMC D-H7A2 và D-C73 (NPN, 3 dây, điện áp $24\text{ VDC}$, số lượng 6 cái chia đều cho 3 xilanh khí nén).
4. Tại sao hệ thống lại sử dụng bộ nguồn xung 24VDC rời thay vì dùng nguồn tích hợp của PLC?
Văn bản nêu rõ giải pháp sử dụng bộ nguồn xung tổ ong $24\text{ VDC} - 5\text{ A}$ bên ngoài để nuôi cảm biến, đèn báo và cuộn hút van điện từ nhằm mục đích cách ly. Trường hợp xảy ra sự cố chạm chập dây dẫn ở các thiết bị ngoại vi sẽ không làm ảnh hưởng hay gây hư hại khối nguồn và bo mạch điều khiển bên trong PLC.
5. Hệ thống điều khiển cơ cấu chấp hành xilanh khí nén bằng loại van nào?
Hệ thống sử dụng van điều hướng khí nén $5/3$ khóa giữa có 2 cuộn dây điện từ mã hiệu 4V130-06C, kết hợp van tiết lưu AS2201F và xilanh khí nén tác động kép CDM2B20-100Z để điều khiển quá trình đẩy và lùi của 3 cơ cấu phân loại.
Kết luận
Đồ án môn học của tác giả Trương Tiến Dũng đã hoàn thành mục tiêu thiết kế hệ thống điều khiển logic cho dây chuyền phân loại sản phẩm theo 3 màu sắc dựa trên nền tảng PLC Mitsubishi FX3G-14MR/ES và hệ thống cơ cấu chấp hành khí nén. Nghiên cứu đã hệ thống hóa quy trình công nghệ qua 15 trạng thái logic bằng phương pháp GRAFCET, đồng thời đưa ra các phương án lựa chọn thiết bị điện, cảm biến và phương trình điều khiển Set/Reset cụ thể. Đây là tài liệu mang tính ứng dụng kỹ thuật rõ ràng, cung cấp cơ sở phương pháp luận đầy đủ cho các bài toán điều khiển quá trình tuần tự trong công nghiệp tự động hóa.
