MỤC LỤC
MỤC LỤC..1
MỞ ĐẦU.. 5
ĐẶT VẤN ĐỀ. 5
MỤC ĐÍCH CỦA ĐỒ ÁN. 6
NỘI DUNG CỦA ĐỒ ÁN. 7
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BĂNG TẢI PHÂN LOẠI SẢN PHẨM... 8
1.1.Tìm hiểu về hệ thống. 8
Phương pháp nghiên cứu. 9
1.1.1 Tìm hiểu về các loại băng tải và cơ cấu chấp hành. 10
1.1.2 Thành phần cấu tạo băng tải. 19
1.2.Phân tích giới hạn mô hình. 23
Chương 2: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG. 25
2.1.Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động. 25
2.1.1 Chọn động cơ. 26
2.1.2 Tính toán thiết kế bộ truyền động xích. 30
2.1.3 Chọn ổ lăn. 37
2.1.4 Tính toán chọn kết cấu khung băng tải. 38
2.1.5 Van điện từ. 46
2.1.6 Phân tích, tính toán chọn xilanh. 52
2.1.7 Phân tích và chọn cảm biến. 59
Chương 3: LẬP TRÌNH, VẬN HÀNH ĐÁNH GIÁ.. 69
3.1.Lập trình điều khiển hệ thống. 69
3.1.1 Giới thiệu tổng quan về PLC.. 69
3.1.2 Xây dựng mô hình lí thuyết về đề tài phân loại sản phẩm.. 85
3.1.3 Chương trình lập trình. 87
3.2.Thiết kế giao diện điều khiển trên WinCCflexible. 89
3.2.1 Khái báo biến TAG cho các đối tượng. 89
3.2.2 Thiết kế màn hình Home. 90
3.2.3 Thiết kế giao diện điều khiển. 90
3.3.Vận hành hệ thống thực tế. 91
3.4.Đánh giá thực nghiệm.. 91
3.5.Kết luận chương. 92
3.6.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92
MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện- điện tử và điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học, quản lý, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin… Do đó chúng ta phải nắm bắt và vận dụng nó một cách có hiệu quả nhằm góp phần vào sự nghiệp phát triển nền khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng. Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xử lý, PLC, vi mạch số… được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lý chậm chạp ít chính xác được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước.
Trong quá trình hoạt động ở các nhà xưởng, xí nghiệp hiện nay, việc tiết kiệm điện năng là nhu cầu rất cần thiết, bên cạnh đó ngành công nghiệp ngày càng phát triển các công ty xí nghiệp đã đưa tự động hóa và sản xuất để tiện ích cho việc quản lý dây chuyền và sản phẩm cho toàn bộ hệ thống một cách hợp lý là yêu cầu thiết yếu, tiết kiệm được nhiều thời gian cũng như quản lý một cách dễ dàng.
Bên cạnh việc điều khiển chính xác thì việc giám sát chặt chẽ mức chất lỏng cũng được đề cập đến thông qua các công cụ giám sát và hiển thị quá trình điều khiển hệ thống. Sử dụng bộ điều khiển PLC để điều khiển hệ thống, kết hợp giám sát thông qua giao diện điều khiển WinCC đang được ứng dụng phổ biến trong các hệ thống công nghiệp
Theo nhận định trên nhóm thực hiện đồ án tốt nghiệp :……....……. - ngành Kỹ Thuật Cơ Điện Tử - Khoa Hàng Không Vũ Trụ - HV Kỹ Thuật Quân Sự dưới sự hướng dẫn của thầy: ThS…………….. - Bộ môn Robot đặc biệt & CĐT- Khoa
Hàng Không Vũ Trụ - HV Kỹ Thuật Quân Sự đã lựa chọn đề tài “Ứng dụng PLC điều khiển băng tải phân loại sản phẩm”.
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỒ ÁN
Trong đồ án này chúng em thực hiện đếm và phân loại sản phẩm theo chiều cao, màu sắc, vật liệu. Được vận hành bởi PLC S7 - 200 kết hợp giám sát thông qua giao diện điều khiển WCC và các cảm biến màu sắc, cảm biến khoảng cách, cảm biến tiệm cận, van điện từ, xilanh khí nén. Sản phẩm đi qua sẽ được phát hiện bởi các cảm biến và đc đẩy vào các khay hứng sản phẩm bằng các xi lanh khí nén các sản phẩm lỗi sẽ cho đi hết băng tải.
Mục đích yêu cầu đề tài:
- Phân loại và đếm sản phẩm phải chính xác.
- Hiển thị giám sát thông qua giao diện điều khiển WCC cần rõ dàng.
- Mạch điện và khí không quá phức tạp, an toàn, dễ sử dụng.
- Thiết kế phần cứng cần đảm động cứng vững, bền và tính thẩm mỹ.
- Ứng dụng PLC điều khiển băng tải phân loại sản phẩm.
- Tìm hiểu và khai thác sử dụng các thiết bị thực tế trong hệ thống điều khiển băng tải phân loại sản phẩm.
- Gía thành không quá đắt.
3. Ý NGHĨA CỦA ĐỒ ÁN
- Trên cơ sở nghiên cứu, xây dựng hệ thống điều khiển băng tải phân loại sản phẩm với WinCC và PLC S7-200 nhóm thực hiện đồ án được tiếp cận và tìm hiểu về một lĩnh vực điều khiển rất phổ biến và quan trọng trong công nghiệp hiện nay.
- Lắm vững được các cơ sở tính toán chọn thiết bị để đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật đề ra. Hiểu được nguyên lý hoạt động của các loại linh kiện được sử dụng trên đề tài.
- Thấy được mối liên hệ giữa lý thuyết và thực tế, làm việc và vận hành trực tiếp các trang thiết bị được sử dụng trong đồ án.
- Thực hành khai thác, lập trình với thiết bị điều khiển công nghiệp phổ biến PLC S7-200, phần mềm điều khiển và giám sát WinCC, rèn luyện kỹ năng làm việc nhóm.
- Có khả năng lập kế hoạch xác định các mục tiêu quan trọng và các biện pháp tốt để thực hiện mục tiêu một cách hiệu quả nhất. Tạo cho chúng e tư duy hệ thống để xử lý các tình huống.
5. NỘI DUNG CỦA ĐỒ ÁN
Bố cục của đồ án có những nội dung sau:
v Chương 1: Tổng quan về băng tải phân loại sản phẩm.
o Tìm hiểu các loại băng tải, cảm biến đặc trưng, cơ cấu chấp hành trên băng tải.
o Phân tích, chọn giới hạn mô hình đồ án.
v Chương 2: Thiết kế phần cứng.
o Tính toán, thiết kế hệ dẫn động.
o Thiết kế, lựa chọn cảm biến.
o Tính toán tải và lựa chọn phần tử chấp hành.
v Chương 3: Lập trình, vận hành và đánh giá.
o Lập trình thuật toán và điều khiển phân loại.
o Vận hành phần cứng, thử nghiệm, đánh giá tốc độ phân loại và các tham số ảnh hưởng.
o Kết luận.
6. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Khai thác và vận hành các thiết bị trong hệ thống điều khiển băng tải phân loại sản phẩm.
- Xây dựng thuật toán điều khiển logic.
+ Xây dựng phần mềm giao diện điều khiển trên WinCC.
+ Xây dựng phần mềm trên PLC S7-200.
+ Tính toán thiết kế phần cơ khí.
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ BĂNG TẢI PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
1.1 Tìm hiểu về hệ thống phân loại sản phẩm
Hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động trên nguyên lý dùng các cảm biến để xác định chiều cao, màu sắc, chất liệu của sản phẩm.Sau đó dùng xylanh để phân loại sản phẩm có chiều cao khác nhau.
Từ nguyên lý làm việc trên ta thấy muốn hệ thống hoạt động được cần những chuyển động cần thiết:
- Chuyển động của băng chuyền. Để truyền chuyển động quay cho trục của băng chuyền ta dùng động cơ điện một chiều thông qua bộ truyền xích.
- Chuyển động tịnh tiến của xylanh để phân loại sản phẩm có chiều cao khác nhau. Chuyển động của xylanh được điều khiển bởi hệ thống khí nén.
Những lợi ích mà hệ thống phân loại sản phẩm đem lại cho chúng ta là rất lớn, cụ thể như:
Giảm sức lao động, tránh được sự nhàm chán trong công việc, cải thiện được điều kiện làm việc của con người, tạo cho con người tiếp cận với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và được làm việc trong môi trường ngày càng văn minh.
Nâng cao năng suất lao động, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm, cũng như thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng.
Giúp cho việc quản lý và giám sát trở nên rất đơn giản, bởi vì nó không những thay đổi điều kiện làm việc của công nhân mà còn có thể giảm số lượng công nhân đến mức tối đa…
Các vấn đề cần được giải quyết đó là:
- Vấn đề cơ khí: phân tích tính toán và lựa chọn vật liệu, thông số kỹ thuật của các chi tiết sao cho thỏa mãn yêu cầu của đề tài: nhỏ, gọn, nhẹ, bền, có tính thẩm mỹ cao, dễ dàng lắp đặt và sửa chữa.
- Vấn đề điều khiển: điều khiển hoàn toàn tự động.
- Vấn đề an toàn: đảm bảo an toàn cho người sử dụng và sản phẩm không bị hỏng.
1.2 Phương pháp nghiên cứu
1.2.1 Phương pháp tuần tự và đồng thời
Kết hợp giữa việc thiết kế tuần tự và đồng thời: cụ thể là việc đầu tiên là nghiên cứu mô hình cụ thể sau đó xây dựng mô hình chứa đầy đủ những dự định sẽ có trong thiết kế qua đó có cái nhìn tổng quan về hệ thống chung và xác định thông số cơ bản. Từ đó, áp dụng để thiết kế trong giới hạn của đề tài.
1.2.2 Phương pháp thực nghiệm
Mô hình hóa phần cơ, mô phỏng hóa phần điện, tối ưu hóa thiết kế trước khi chế tạo hoàn thiện.
Chế tạo mẫu các chi tiết chưa đảm bảo hoạt động như mong muốn, hoặc chưa có trên thị trường.Sau đó chế tạo thật mô hình.
1.3 Tìm hiểu về các loại băng tải và cơ cấu chấp hành
Băng tải- Băng chuyền là thiết bị chuyển tải có tính kinh tế cao và được ứng dụng trong vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệu với mọi khoảng cách. Định nghĩa cách khác, nó được hiểu một cách đơn giản hơn là một thiết bị vận chuyển các đồ vật từ nơi này đến nơi khác, từ điểm A đến điểm B.
Băng tải- Băng chuyền là một sự sáng tạo đặc biệt mang tính ứng dụng rất cao. Thay vì vận chuyển bằng sức người vừa tốn thời gian lại vừa tốn kém chi phí nhân công lại tạo khung cảnh lộn xộn cho nơi làm việc. Hiểu được điều đó, nên hiện nay băng tải đang được ứng dụng rất nhiều trong đời sống công nghiệp hiện đại. Ứng dụng công nghệ băng tải vào sản xuất đã giúp tiết kiệm được rất nhiều thời, công sức, tiền của cho nhà sản xuất.
1.4 Phân tích giới hạn mô hình
Với đề tài của đồ án là phân lọai sản phẩm với các sản phẩm có khối lượng nhỏ, sản phẩm không cần đưa nên cáo hay chuyển hướng. Vì vậy mà ta nên chọn băng tải PVC là loại băng tải phổ biến trong nghàng công nghiệp nhẹ. Băng tải PVC kết cấu đơn giản gồm các khung nhôm định hình và dây belt PVC,động cơ.Tiếp theo là với việc phân loại sản phẩm theo màu sắc và vật liệu,đếm sản phẩm ta nên sử dụng các lạo cảm biến màu, cảm biến khoảng cách, cảm biến tiệm cận để phất hiện và phân loại, đếm sản phẩm.Cuối cùng về phần lập trình điều khiển cho hệ thống ta sử dụng PLC S7-200 và phẩn mềm WICC theo dõi quá trình hoạt động trên máy tính.
Có thể nhận biết màu sắc, vật liệu, độ cao.
Mô hình băng tải được xác định gồm:
- Kích thước: (Dài x Rộng x Cao) 330 x 800 x 90 (mm)
- Khối lượng: 5 Kg
- Khối lượng tải:0.2 Kg
- Tốc độ: 9m/s
- Hệ thống điều khiển: PLC và hệ thống khí nén.
- Cơ cấu đẩy sản phẩm: Xylanh piston.
- Động cơ truyền chuyển động: Động cơ điện một chiều.
- Hệ thống dẫn động: Băng chuyền.
- Điện áp cung cấp: Điện áp một chiều 24V.
* Nguyên lí hoạt động:
Khi bấm nút Start nguồn một chiều cung cấp cho động cơ điện một chiều hoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua xích. Dựa vào tín hiệu của cảm biến xi lanh piston sẽ đẩy sản phẩm ra băng chuyền. Trên băng chuyền sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết màu sắc khác nhau, độ cao khác nhau, vật liệu khác nhau. Khi sản phẩm đi qua cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về PLC xử lý sau đó PLC đưa ra tín hiệu điều khiển các rơ le điều khiển van đảo chiều tác động làm piston đẩy từng sản phẩm có màu sắc, độ cao, chất liệu khác nhau vào nơi chứa riêng biệt.
* Ứng dụng:
Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc, độ cao, chất liệu được ứng dụng rất nhiều trong trong các nghành công nghiệp khác nhau. Thường được sử dụng các dây chuyền sản xuất vật liệu xây dựng và trong các nghành công nghiệp thực phẩm. Trong các dây truyền sản xuất gạch ngói, phân loại sản phẩm nhựa hay chế biến nông sản, bánh kẹo hoa quả, bia nước giải khát,….
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
Với phần hai nhóm em bắt đầu tính toán chọn các cơ cấu dẫn động để vận hành hệ thống. Bên cạnh đó với các yêu cầu phân loại sản phẩm khác nhau từ đó chúng em đã phân tích tính toán chọn lựa các lọa cảm biến, xilanh một cách hợp lý nhất đảm bảo được sự chính xác, tính thẩm mỹ và kinh tế.
2.1 Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động
Với đề tài băng tải phân loại sản phẩm theo màu sắc, chiều cao, vật liệu nhóm em đã phân tích, chọn giới hạn băng tải PVC có các thông số sau:
- Kích thước: (Dài x Rộng x Cao) 330 x 800 x 90 (mm)
- Khối lượng tải: 0.2 (Kg)
- Tốc độ: 9 (m/s)
- Khối lượng : 5 (kg)
2.1.1 Chọn động cơ
Do chế độ làm việc của động cơ ngắn hạn và với dạng mô hình băng tải của đề tài với các thông số ở trên. Vì vậy nhóm em chọn động cơ một chiều để vận hàng băng tải. Động cơ một chiều đảm bảo khả năng chuyển động của động và giá thành lại rất rẻ phù hợp với mô hình băng tải.
Động cơ một chiều DC ( DC là từ viết tắt của "Direct Current Motors") là động cơ điều khiển trực tiếp có cấu tạo gồm hai dây (dây nguồn và dây tiếp đất). DC motor là một động cơ một chiều với cơ năng quay liên tục.
Chọn động cơ điện được tiến hành theo các bước sau:
- Tính công suất cần thiết của động cơ;
- Xác định số vòng quay của động cơ và chọn động cơ;
- Kiểm tra điều kiện mở máy và quá tải để chọn động cơ phù hợp yêu cầu thiết kế.
Một lực (F) cần tác động để di chuyển vật thể có khối lượng (m) với gia tốc được tính bởi công thức F= m x a. Hay lực = khối lượng nhân với gia tốc: F= 1,5.7
2.1.2 Tính toán thiết kế bộ truyền động xích
Truyền động xích thuộc loại truyền động bằng ăn khớp gián tiếp, được dùng để truyền động giữa các trục cách xa nhau. Thường dùng truyền động xích để truyền công suất dưới 100 (kW), vận tốc dưới 15 (m/s). Tuổi thọ của truyền động xích vào khoảng 3000 (giờ) đến 5000 (giờ).
Bộ truyền xích làm việc có thể xuất hiện các dạng hỏng sau: Mòn bản lề và răng đĩa, con lăn bị rỗ hoặc vỡ, các má xích bị đứt vì mỏi, trong đó mòn bản lề nguy hiểm hơn cả và thường là nguyên nhân chủ yếu làm mất khả năng làm việc của bộ truyền xích. Vì vậy chỉ tiêu tính toán cơ bản của bộ truyền xích là tính bền mòn bản lề, xuất phát từ điều kiện áp suất sinh ra trong bản lề không được vượt quá một giá trị cho phép.
Các thông số đầu vào để thiết kế truyền động xích gồm: Công suất trên trục chủ động N1(kW), số vòng quay của trục chủ động n1 (vg/ph), tỷ số truyền u, thời gian sử dụng, đặc điểm của tải trọng. Thiết kế bộ truyền xích theo các bước sau đây:
- Chọn loại xích.
- Xác định các thông số của xích và bộ truyền.
- Kiểm tra xích về độ bền.
- Xác định các lực tác dụng lên trục và các thông số của đĩa xích.
Vậy với các thông số của băng tải trong mô hình đồ án tốt nghiệp đại học như sau:
- Công suất trục chủ động: N= 2 (W)
- Số vòng quay trục chủ động: n= 75 (vòng/phút)
- Tỷ số truyền : u= 1
- Thời gian sử dụng ngắn.
- Tải trọng nhẹ có khối lượng không đáng kể.
Kết luận: Ta chọn loại xíc ống con lăn một dãy
* Xác định thông số của xích và bộ truyền xích
Chú ý: Số răng đĩa xích càng ít, đĩa bị động quay càng không đều, động năng va chạm càng lớn và xích mòn càng nhanh. Vì vậy khi thiết kế cần đảm bảo cho số răng nhỏ nhất của đĩa xích lớn hơn.
Vậy thông số trên ta không thể chọn theo bảng 5.3 vì N = 9.6 (W) quá nhỏ. Nên ta chọn loại loại xích nhỏ nhất là xích B25 loại một dãy với các thông số như sau.
Khoảng cách trục và số mắt xích:
Khoảng cách trục nhỏ nhất amin bị giới hạn bởi khe hở nhỏ nhất cho phép giữa các đĩa xích (30…50mm) (CT 5.6 Sách HDĐACTM-T1):
amin = 0,5(da1+da2) + (30…50)(mm)
Để xích không chịu lực căng quá lớn, khoảng cách trục tính được cần giảm bớt một lượng a= (0,002…0,004)a. Vậy a=0.004.180.975=0.0723
* Kiểm nghiệm xích về độ bền
Kiểm nghiệm quá tải theo hệ số an toàn s xác định theo công thức(CT 5.12 Sách HDĐACTM-T1):
s = Q/(KđFt + F0 + Fv) [s]
Trong đó:
- Q : là tải trọng phá hỏng, (N), tra theo bảng 5.1;
- Kđ : là hệ số tải trọng động; Kđ = 1,2; 1,7; và 2,0 ứng với chế độ làm việc trung bình, nặng và rất nặng, xác định tương ứng với tải trọng mở máy bằng 150, 200 và 300% so với tải trọng danh nghĩa;
Theo bảng 5.1(sách HDĐACTM), Q = 4600 (N), q = 0,2 (kg); Kđ = 1,7 (tải trọng mở máy bằng 2 lần tải trọng danh nghĩa);
Vận tốc xích: v = Px /60000 = 13.6,35.75/60000 = 0,103(m/s);
- Ft : là lực vòng, (N) (CT 5.13 Sách HDĐACTM-T1):
Ft = 1000N/v=1000.0,002/0.103=19.41(N)
- Fv :là lực căng do lực li tâm sinh ra, (N), tính theo (CT 5.14 Sách HDĐACTM-T1):
Fv=0,2. =0.002(N)
Với q là khối lượng 1 mét xích,
- F0 :là lực căng do trọng lượng nhánh xích bị động sinh ra, (N), tính theo (CT 5.8 Sách HDĐACTM-T1): F0 = 9,81kf qa
Với a là khoảng cách trục, (m); kf là hệ số phụ thuộc vào độ võng f của xích và vị trí bộ truyền. Với giá trị thường dùng của độ võng f =(0,01 … 0,02)a; lấy kf= 6; 4; 2 và 1 ứng với bộ truyền nằm ngang, nghiêng một góc dưới 400, trên 400 so với phương nằm ngang và bộ truyền thẳng đứng.
Với a=180.975, F0 = 9,81.2.0,2.0.18=0.7(N)
Thay số vào công thức tính hệ số an toàn ta có: s=3000/ =91
Theo bảng (5.8)(sách HDĐACTM) với n1 = 75 (vg/ph), Px = 6.35 (mm), [s] = 7. Vậy s > [s]. Bộ truyền đảm bảo đủ bền.
2.1.3 Chọn ổ lăn.
Trục quay để truyền chuyển động và mômen, được đỡ và chặn bởi các ổ. Hệ thống dẫn động cơ khí thường sử dụng ổ lăn đỡ, ổ lăn đỡ chặn, có thể sử dụng ổ bi, ổ đũa hoặc ổ côn. Với các trục không chịu lực dọc trục như trục chỉ lắp bánh đai, đĩa xích, bánh răng trụ răng thẳng thì sử dụng ổ bi đỡ hoặc ổ đũa đỡ, nhưng ổ bi đỡ được dùng phổ biến hơn do giá thành rẻ hơn. Các trục chịu lực dọc trục như trục được lắp bánh răng trụ răng nghiêng, bánh răng côn, bánh vít, trục vít thì phải sử dụng ổ lăn đỡ chặn (ổ bi đỡ chặn, ổ côn).
Ổ lăn được tiêu chuẩn hóa và sản xuất hàng loạt. Khi tính toán thiết kế, phải chọn loại ổ lăn phù hợp trong tiêu chuẩn và tính kiểm nghiệm khả năng tải động, khả năng tải tĩnh cho ổ đã chọn. Ổ bi đỡ một dãy, ổ đũa côn (đỡ chặn), ổ bi đỡ chặn lần lượt được trình bày ở các bảng 7.1; 7.2; 7.3.
2.1.4 Tính toán chọn kết cấu khung băng tải.
Với các loại băng tải PVC hiện nay dùng trong công nghiệp với khả năng tải nhẹ. Hiện nay khung băng tải thường được sử dụng bằng khung nhôm định hình với các ưu điểm sau.
- Có đặc tính cách ẩm, cách nhiệt tốt chịu được khí hậu khắc nhiệt.
- Với lớp sơn tĩnh điện giúp cửa nhôm có thể chống chịu được sự tấn công của muối mọt, đồng thời không hề bị tác động bởi quá trình oxy hóa.
- Rất dễ linh động trong quá trình lắp đặt.
- Độ bền cao, được thiết kế các rãnh rỗng với các sống tăng cường hợp lý do đó việc sử dụng vật liệu này có thể giảm tải trọng của công trình.
Với mô hình băng tải PVC loại nhỏ, băng tải dạng mô hình và khối lượng sản phẩm không đáng kể vì vậy phần khung băng tải ta chọn loại nhôm định hình 20x40 thuộc loại nhỏ nhất của nhôm định hình dùng cho băng tải hiện tại. Hai loại nhôm định hình đảm bảo được tính thẩm mỹ và dễ dàng trong việc lắp đặt và di chuyển do có khối rất nhẹ.
2.1.5 Van điện từ
Van điện từ khí nén (van đỏa chiều) là cơ cấu chỉnh hướng có nhiệm vụ điều khiển dòn khí nén đi qua van, chủ yếu bằng cách đóng mở hay di chuyển vị trí để thay đổi hướng của dòng khí nén.
Trong một hệ thống khí nén có rất nhiều phần tử điện khí nén, mỗi phần tử cso cấu tạo nguyên lý hooatj động khác nha. Van điện từ khí nén hay van điều khiển điện từ cũng là một phần tử quan trọng trong hệ thống khí nén. Như vậy chúng ta cần lắm được kiến thức để điều khiển, thiết kế, và lựa chọn sản phẩm phù hợp và tốt hơn.
2.1.6 Phân tích, tính toán chọn xilanh
Xy lanh khí nén ( hay ben khí nén) là thiết bị cơ được vận hành bằng khí nén. Cụ thể, xi lanh khí nén hoạt động bằng cách chuyển hóa năng lượng của khí nén thành động năng, khiến pít tông của xi lanh chuyển động theo hướng mong muốn, qua đó truyền động đến thiết bị.
Khi đưa khí nén vào xi lanh, và lượng khí được đưa vào tăng dần lên, theo đó sẽ chiếm không gian trong xy lanh và khiến pít tông dịch chuyển, truyền động điều khiển thiết bị bên ngoài.
Đơn vị đo áp suất:
Đơn vị thường dung là Pascal (Pa). 1 Pa là áp suất phân bố đều trên bề mặt có diện tích 1m2 với lực tác dụng vuông góc lên bề mặt đó là 1 Newton (N)
Trong thực tế còn dùng đơn vị đo bội số của Pascal là MPa (Mega Pascal) =106 Pa.
Đơn vị Bar: 1 Bar = 105 Pascal và coi 1 bar = 1 at.
Ngoài ra người ta còn dùng đơn vị psi với giá trị 1psi = 0,6895 bar.
Các định nghĩa về áp suất không khí.
Pamb là áp suất môi trường xung quanh hay còn gọi là áp suất khí quyển, trong môi trường chân không 1 Pamb sẽ xấp xỉ 1 bar.
Áp suất tuyệt đối Pabs là giá trị áp suất so với chân không tuyệt đối.
Áp suất tương đối hay còn gọi là áp suất dư Pe được tính bằng công thức:
Pe = Pabs – Pamb
Trong hệ thống khí nén thì các thống số kĩ thuật của thiết bị về áp suất đều được biểu diễn ở dạng áp suất dư Pe và kí hiệu ngắn gọn là P.
Trong hình vẽ các diện tích A1, A2 khác nhau ( A2 = A1 – A3), A3 là diện tích tiết diện của cần piston nên các lực tác dụng cũng khác nhau tại cùng một nguồn khí nén có áp suất P.
Với yêu cầu của đề tài là phân loại sản phẩm qua màu sắc, độ cao và chất liệu thì nhóm đã lựa chọn những cảm biến để đáp ứng yêu cầu với những thông số như sau:
Cảm biến khoảng cách E3F-DS30C4 .
- Điện áp: 6 – 36 VDC.
- Dòng điện: 300mA.
- Khoảng cách: 3 – 30cm.
- Đầu ra NPN.
- Kết nối: Dây nâu (6 – 36 VDC).
- Dây xanh dương 0VDC.
- Dây đen : Dây tín hiệu.
- Nhiệt độ : - 40°C tới 70°C.
- Chiều dài dây: 1m.
Cảm biến tiệm cận LJ12A3-4-Z/BX.
- Tính năng: Cảm biến phát hiện kim loại.
- Điện áp: 6 – 36 VDC.
- Đầu ra NPN.
- Kết nối: Dây nâu (6 – 36 VDC).
- Dây xanh dương 0VDC.
- Dây đen : Dây tín hiệu.
- Khoảng cách: 4mm.
Như vậy qua các quá trình phân tích và tính toán nhóm em đã đưa ra được các lựa chọn về các cơ cấu dẫn động và các loại cảm biến xilanh cho hệ thống vẫn hành một cách tốt nhất và đảm được các yếu tố về độ bền, sự chính xác, tính thẩm mỹ và tính kinh tế của hệ thống.
CHƯƠNG 3: LẬP TRÌNH, VẬN HÀNH ĐÁNH GIÁ
Như vậy qua việc tính toán và phân tích từ hai chương trên chúng ta đã phân tích tính toán giới hạn được phạm vi của hệ thống. Từ đó tính toán chọn lựa được các cơ cấu dẫn động và các loại cảm biến van xilanh một cách hợp lý để vận hành hệ thống. Qua đó ta hiểu được các tính chất và nguyên lý hoạt động của các sản phẩm đã tính toán chọn lựa. Vì vậy ở chương 3 nhóm em bắt đầu đi vào lập trình cho hệ thống phân loại sảm phẩm. Sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC và phần mềm giám sát WICC. Cuối cùng vận hành và đánh giá khả năng phân loại của hệ thống.
3.1 Lập trình điều khiển hệ thống
3.1.1 Giới thiệu tổng quan về PLC
Ngày nay tự động hóa ngày càng đóng vai trò quan trọng đời sống và công nghiệp, tự động hóa đã phát triển đến trình độ cao nhờ những tiến bộ của lý thuyết điều khiển tự động, tiến bộ của ngành điện tử, tin học…Chính vì vậy mà nhiều hệ thống điều khiển ra đời, nhưng phát triển mạnh và có khả năng ứng dụng rộng là Bộ điều khiển lập trình PLC.
Bộ điều khiển lập trình đầu tiên (Programmable controller) đã được những nhà thiết kế cho ra đời năm 1968(Công ty General Motor-Mỹ), với các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng các yêu cầu điều khiển :
- Dễ lập trình và thay đổi chương trình.
- Cấu trúc dạng Module mở rộng, dễ bảo trì và sữa chữa.
- Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất.
Sự phát triển của hệ thống phần cứng từ năm 1975 cho đến nay đã làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức năng mở rộng :
Số lượng ngõ vào, ngõ ra nhiều hơn và có khả năng điều khiển các ngõ vào, ngõ ra từ xa bằng kỹ thuật truyền thông.
Bộ nhớ lớn hơn.
Nhiều loại Module chuyên dùng hơn.
Trong những đầu thập niên 1970, với sự phát triển của phần mềm, bộ lập trình PLC không chỉ thực hiện các lệnh Logic đơn giản mà còn có thêm các lệnh về định thì, đếm sự kiện, các lệnh về xử lý toán học, xử lý dữ liệu, xử lý xung, xử lý thời gian thực..
Chính nhờ những ưu thế đó, PLC hiện nay được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động, cho phép nâng cao năng suất sản xuất, chất lượng và sự đồng nhất sản phẩm, tăng hiệu suất, giảm năng lượng tiêu tốn, tăng mức an toàn, tiện nghi và thoải mái trong lao động. Đồng thời cho phép nâng cao tính thị trường của sản phẩm.
Phân loại PLC: Theo hãng sản xuất ví dụ như Siemens, Omron, Mitsubishi, Alenbratlay…
* Giới thiệu các ngôn ngữ lập trình
Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ các đối tượng sử dụng khác nhau. PLC S7-300 có 5 ngôn ngữ lập trình cơ bản. Đó là:
- Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD (Ladder logic).Đây là ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch logic.
Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL (Statement list). Đây là dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính. Một chương trình được ghép gởi nhiều câu lệnh theo một thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm một hàng và đều có cấu trúc chung là “tên lệnh” + “toán hạng”.
- Ngôn ngữ “hình khối”, ký hiệu là FBD (Function Block Diagram).
* Cấu trúc phần cứng họ S7
Các tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật họ S7-200.
PLC Simentic S7-200 có các thông số kỹ thuật sau:
Đặc trưng cơ bản của các khối vi xử lý CPU214 và CPU224 được giới thiệu trong bảng.
Tích hợp CPU, I/O nguồn cung cấp vào một Module, có nhiều loại CPU: CPU212, CPU 214, CPU 215, CPU 216... Hình dáng CPU 214 thông dụng nhất được mô tả trên hình 3-1. Các Module mở rộng (EM) (Etrnal Modules) gồm có:
-Module ngõ vào Digital: 24V DC, 120/230V AC
- Module ngõ ra Digital: 24V DC, ngắt điện từ
- Module ngõ vào Analog: áp dòng, điện trở, cấp nhiệt
- Module ngõ ra Analog: áp, dòng.
* Bộ nhớ của S7-200 được chia thành 4 vùng
- Vùng nhớ chương trình: Là vùng lưu giữ các lệnh chương trình. Vùng này thuộc kiểm không bị mất dữ liệu (non - volatile), đọc/ghi được.
- Vùng nhớ tham số: Là vùng lưu giữ các thông số như: từ khoá, địa chỉ trạm, cũng như vùng chương trình vùng tham số thuộc kiểu đọc/ghi được.
- Vùng nhớ dữ liệu được sử dụng để trữ các dữ liệu của chương trình. Đối với CPU 214, 1KByte đầu tiên của vùng nhớ này thuộc kiểu đọc / ghi được. Vùng dữ liệu là một miền nhớ động. Nó có thể được truy cập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn (word), hoặc theo từng từ kép (Double word) và được dùng để lưu trữ liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoay vòng thamh ghi, con trỏ địa chỉ... Vùng dữ liệu được chia thành những vùng nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau. Chúng được ký hiệu bằng chữ cái đầu tiếng Anh, đặc trưng cho công dụng riêng của chúng.
3.1.2 Xây dựng mô hình lí thuyết về đề tài phân loại sản phẩm
* Yêu cầu bài toán:
Đếm và phân loại sản phẩm theo chiều cao, màu sắc. Có 4 loại sản phẩm được yêu cầu là xanh cao, xanh thấp, đỏ cao và đỏ thấp.
Như vậy cần cảm biến màu để nhận biết màu sắc, cảm biến khoảng cách để nhận biết độ cao, cảm biến tiệm cận để nhận biết vật liệu.
Số đầu vào của PLC:
- 5 cảm biến nên sẽ có 5 đầu vào.
Số đầu ra của PLC:
- 6 rơ le để điều khiển 5 cuộn hút của van điện từ và 1 động cơ điện 1 chiều 24VDC nên sẽ có 6 đầu ra.
Từ đây em có thể chọn sử dụng PLC s7-200 CPU 224 AC/DC/Relay là có thể hoàn thành được nhiệm vụ của đồ án.
3.2 Thiết kế giao diện điều khiển trên WinCCflexible
3.2.1 Khái báo biến TAG cho các đối tượng
3.2.2 Thiết kế màn hình Home
3.3 Vận hành hệ thống thực tế
Tiến hành kết nối giao diện điều khiển với mô hình thực tế của đồ án, nạp chương trình điều khiển xuống PLC và vận hành hệ thống băng tải phân loại sản phẩm.
Thử vận hành liên tục hệ thống trong một thời gian để tìm ra được thiếu sót, lỗi của hệ thống.
3.4 Đánh giá thực nghiệm
Qua quá trình thực nghiệm nhóm đồ án đã tiến hành thiết kế được giao diện điều khiển trên WinCC flexible để thực hiện việc giám sát và mô phỏng hệ thống thực tế.
Xây dựng chương trình điều khiển hệ thống trên PLC S7 – 200 đảm bảo hệ thống vận hành đúng chức năng và yêu cầu của bài toán băng tải phân loại sản phẩm.
Hệ thống thực tế đã vận hành đúng theo yêu cầu của bài toán là phân loại sản phẩm theo màu sắc và độ cao khác nhau.
3.5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
3.5.1 Kết luận
Sau thời gian làm việc và nghiên cứu nhóm đồ án đã hoàn thành đề tài “Ứng dụng PLC điều khiển băng tải phân loại sản phẩm”. Dưới sự hướng dẫn và quan tâm tận tình của thầy ThS. Vũ Minh Đức nhóm đồ án đã đạt được những kết quả sau:
- Tìm hiểu, nghiên cứu tổng quan về hệ thống băng tải trong thực tế công nghiệp.
- Tìm hiểu, nghiên cứu tổng quan về PLC trong đào tạo và thực tế.
- Xây dựng chương trình điều khiển hệ thống băng tải trên PLC S7200 và thiết kế giao diện điều khiển trên WinCC Flexible.
- Thực hiện quá trình thực nghiệm và đánh giá kết quả.
4.5.1 Kiến nghị
Để có được những kết quả như trên và hoàn thiện đồ án tốt đẹp nhóm đồ án xin chân thành cảm ơn thầy :ThS…………….. đã dành thời gian đồng hành cùng nhóm đồ án để hướng dẫn, giám sát, chỉ bảo tận tình cho chúng em trong quá trình làm đề tài. Chúng em cũng xin trân thành cảm ơn toàn thể các thầy cô trong khoa Hàng Không Vũ Trụ nói chung và các thầy cô trong bộ môn Robot đặc biệt & CĐT nói riêng đã tạo điều kiện giúp đỡ chúng em trên nhiều phương diện. Với năng lực và kiến thức về lĩnh vực nghiên cứu của chúng em chưa được chuyên sâu nên trong quá trình làm và kết quả đạt được chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Vì thế nhóm đồ án mong nhận được những lời góp ý bổ sung từ toàn thể các thầy cô và bạn đọc để hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Giáo trình hệ thống điều khiển thủy khí - PGS.TS.Trần Xuân Tùy.
[2]. Điều khiển thủy lực và khí nén - Th.S Lê Văn Tiến Dũng.
[3]. Hướng dẫn đồ án chi tiết máy - Thượng tá.TS Trần Văn Bình.
[4]. Hướng dẫn phân tích mô phỏng solidwork simulation 2013.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"