TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VMU THUYẾT MINH ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG ĐỀ TÀI XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐẾM VÀ ĐÓNG SẢN PHẨM VÀO HỘP DÙNG PLC Chủ nhiệm đề tài: ĐỖ THU HUYỀN Thành viên tham gia: VŨ VĂN CƯỜNG Hải Phòng, tháng 04/2016 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu Tổng quan tình hình nghiên cứu lĩnh vực thuộc đề tài… ………………….3 Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu ………………………………4 Phương pháp nghiên cứu………………………………………………… 5 Kết đạt đề tài CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI BĂNG TẢI Error! Bookmark not defined 1.1 Giới thiệu chung Error! Bookmark not defined 1.2 Ưu điểm băng tải Error! Bookmark not defined.6 1.3 Cấu tạo chung băng tải 1.4 Các loại băng tải thường dùng công nghiệp CHƯƠNG2 ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG BĂNG TẢI 12 2.1 Giới thiệu PLC 12 2.2 Ưu điểm hệ thống điều khiển với PLC 13 CHƯƠNG THIẾT KẾ MÔ HÌNH 15 3.1 Các phần tử sử dụng mô hình 15 3.1.1 Rơ le trung gian 15 3.1.1.1 Khái niệm 15 3.1.1.2 Nguyên lý làm việc 15 3.1.2 Nút ấn …………………………………………………………………….17 3.1.2.1 Khái niệm……………………………………………………………….17 3.1.2.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc ………………………………………….17 3.1.3 Động ……………………… ………………………………………….19 3.1.3.2 Cấu tạo động điện chiều…………………………………….20 3.1.3.3 Nguyên lý làm việc động điện chiều ………………………19 3.1.4 Cảm biến………………………………………………………………….21 3.1.4.1Khái niệm chung……………………………………………………… 21 3.1.4 Cảm biến dùng hệ thống ……………………………………… 21 3.2 Thiết kế mạch động lực mạch điều khiển ……………………………….22 3.3 Thiết kế phần mềm………………………………………………………….26 KẾT LUẬN ………….………………………………………………………….31 TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………………….32 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật người ngày đòi hỏi trình độ tự động hoá phải phát triển để đáp ứng nhu cầu Tự động hoá ngày phát triển rộng rãi lĩnh vực kinh tế, đời sống xã hội, ngành mũi nhọn công nghiệp Bởi vậy, trình độ tự động hoá quốc gia đánh giá kinh tế quốc gia Chính lẽ mà việc phát triển tự động hoá việc làm cần thiết Viêc tạo sản phẩm tự động hoá công nghiệp mà đời sống người ngày phổ biến Hầu lĩnh vực thấy có tự động hoá Với đề tài “ Xây dựng mô hình dây chuyền đếm đóng sản phấm vào hộp ” Như trình bày việc tạo hệ thống để thay sức lao động người thiết nghĩ vấn đề cần thiết Do phải nắm bắt vận dụng cách có hiệu nhằm góp phần vào phát triển khoa học kỹ thuật giới nói chung phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng Một khâu tự động dây chuyền sản xuất tự động hóa số lượng sản phẩm sản xuất băng tải vận chuyển sử dụng hệ thống đếm số lượng sản phẩm đóng hộp Tuy nhiên doanh nghiệp vừa nhỏ việc tự động hóa hoàn toàn chưa áp dụng khâu phân loại, đóng bao bì mà sử dụng nhân công, nhiều cho suất thấp chưa đạt hiệu Bởi việc thiết kế thi công mô hình sử dụng băng chuyền để đóng đếm sản phẩm gần gũi với thực tế, mô hình học tập nghiên cứu cho học sinh, sinh viên Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Lịch sử nhân loại chứng kiến cách mạng khoa học kỹ thuật gần cách mạng công nghệ thông tin Với trợ giúp máy tính hệ thống máytính, người nâng cao suất tự động hoá ngày hiệu Cùng với việc thiết kế hệ thống băng tải đóng gói sản phẩm dùng PLC S7- 200 Đây đề tài có khối lượng công việc kết hợp bao gồm khí, điện lập trình điều khiển, đòi hỏi xác cao ứng dụng nhiều lĩnh vực mang lại hiệu cao Trong trình thực đề tài thiết kế cần nghiên cứu tính toán cho trình làm việc mô hình tốt nhất, ổn định nhất, công nhiều Mục tiêu, đối tượng, phạm vi nghiên cứu Trong sản xuất nói chung ngành công nghiệp nói riêng tự động hoá đóng vai trò quan trọng nhằm tăng độ xác, tăng xuất tăng hiệu kinh tế kinh tế Trong can thiệp bàn tay người trình sản xuất Và dây chuyền sản xuất, quy trình sản xuất cuối đếm đóng gói sản phẩm Quy trình thực bàn tay người, để thao tác với sản phẩm có khối lượng lớn việc thay máy móc thiết bị điều tất yếu để tăng suất, giảm bớt công việc nặng nhọc cho người Mục đích đề tài “Xây dựng mô hình đếm đóng sản phấm vào hộp ” Mô hình sử dụng cho mục đích dạy học, học tập nghiên cứu phòng thí nghiệm học sinh, sinh viên Đối tượng nghiên cứu đề tài “mô hình dây chuyền băng tải đếm đóng sản phấm vào hộp” với kích thước thu nhỏ theo tỉ lệ 1/10 Phạm vi nghiên cứu: - Tìm hiều loại băng tải thường sử dụng thực tế - Tìm hiểu ứng dụng PLC điều khiển truyền động băng tải - Xây dựng mô hình đếm đóng sản phẩm vào hộp 4 Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp phân tích nghiên cứu tài liệu kết hợp với tìm kiếm thông tin Kết đạt đề tài Đề tài sở quan trọng để giảng viên có điều kiện giới thiệu cách trực quan cho sinh viên nghiên cứu, tìm hiểu mô hình dây chuyền sản xuất thực tế thực cách tự động hoá Bên cạnh mô hình đáp ứng yêu cầu đào tạo thực hành trường điều kiện thực tế thưa cho phép sinh viên thực tế sở sản xuất Đề tài tài liệu tham khảo hữu ích cho bạn đồng nghiệp, bạn sinh viên công việc trình học tập CHƯƠNG1 GIỚI THIỆU VỀ CÁC LOẠI BĂNG TẢI 1.1 Giới thiệu chung Băng tải thường dùng để di chuyển vật liệu đơn giản vật liệu rời theo phương ngang phương nghiêng Trong dây chuyền sản xuất, thiết bị sử dụng rộng rãi phương tiện để vận chuyển cấu nhẹ, xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, loại xỉ lò trạm thủy điện dùng vận chuyển nhiên liệu Trên kho bãi dùng để vận chuyển loại hàng bưu kiện, vật liệu hạt Trong số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, hóa chất dùng để vận chuyển sản phẩm hoàn thành chưa hoàn thành công đoạn, phân xưởng, đồng thời dùng để loại bỏ sản phẩm không dùng 1.2 Ưu điểm băng tải - Có cấu tạo đơn giản - Có khả vận chuyển vật liệu theo phương nằm ngang nghiêng, - Nghiêng với khoảng cách lớn - Làm việc êm - Năng suất cao - Số lượng sản phẩm vận chuyển lớn - Kết cấu đơn giản - Sửa chữa thuận tiện - Vốn đầu tư không lớn lắm, tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng, làm việc tin cậy, suất cao tiêu hao lượng so với máy vận chuyển khác không lớn - Hệ thống băng tải, băng chuyền lắp đặt nơi nào, địa hình, mang lại hiệu kinh tế cao cong giảm thiển tai nạn lao động , đảm bảo tính an toàn lao động cao 1.3 Cấu tạo chung băng tải H b L1 L2 L Hình 1.1: Cấu tạo chung băng tải Bộ phận kéo yếu tố làm việc trực tiếp mang vật Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho phận kéo Bộ phận căng, tạo giữ lực căng cần thiết cho phận kéo Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ ) làm phần trượt cho phận kéo yếu tố làm việc 1.4 Các loại băng tải thường dùng công nghiệp Hệ thống băng tải thiết bị truyền tải có tính kinh tế cao ứng dụng vận chuyển hang hoá , nguyên vật liệu, tư liệu sản xuất… Mỗi loại băng tải ứng dụng để làm việc điều kiện môi trường khác nhau.: Băng tải cao su: Thường sử dụng để chuyển nguyên liệu than, kẽm, quặng… Từ vùng khai thác vùng tập kết loại lắp địa hình khoảng cách Hình ảnh 1.2: Băng tải cao su Băng tải lăn: Là hệ thống băng tải gồm lăn bố trí giá dựng đứng thường dung công nghiệp thực phẩm , dùng để vận chuyển hộp sản phẩm, giá đỡ thùng hàng Hình ảnh 1.3: Băng tải lăn Băng tải xích: Sử dụng ngành công nghiệp, đặc biệt công nghiệp sản xuất ô tô, xe máy thường sử dụng băng tải xích để truyền tải phụ tùng xe Hình ảnh 1.4: Băng tải xích Băng tải xoắn ốc dùng công nghiệp thực phẩm nuớc giải khát, bao bì dược phẩm bán lẻ … Băng tải vận chuyển liên tục theo dòng liên tục Hình ảnh 1.5: Băng tải xoắn ốc Băng tải rung: Thường sử dụng vận chuyển thực phẩm, phù hợp với môi trường khắc nhiệt 3.1.3 Động 3.1.3.1 Giới thiệu động chiều Trong mô hình, sử dụng truyền động băng tải, không yêu cầu tải trọng lớn nên không cần động có công suất lớn Với yêu cầu đơn giản băng tải - Băng tải chạy liên tục, dừng cần - Không đòi hỏi độ xác, tải trọng băng tải nhẹ - Dễ điều khiển, giá thành rẻ Vì cần sử dùng loại động chiều có công suất nhỏ, khoảng 20 – 40 W, điện áp vào 12 - 24 V Động điện chiều động điện hoạt động với dòng điện chiều Động điện chiều dùng phổ biến công nghiệp thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục phạm vi hoạt động Động điện chiều dân dụng thường dạng động hoạt động với điện áp thấp, dùng với tải nhỏ Trong công nghiệp, động điện chiều sử dụng nơi yêu cầu momen mở máy lớn yêu cầu điều chỉnh tốc độ phẳng phạm vi rộng Hình 3.4: Động sử dụng mô hình 18 3.1.3.2 Cấu tạo động điện chiều - Stato (phần cảm): gồm lõi thép thép đúc, vừa mạch từ vừa vỏ máy Các cực từ có dây quấn kích từ - Rotor (phần ứng): gồm lõi thép dây quấn phần ứng Lõi thép hình trụ, làm thép kỹ thuật điện dày khoảng 0.5mm, phủ sơn cách điện ghép lại Mỗi phần tử dây quấn phần ứng có nhiều vòng dây, đầu với phiến góp, cạnh tác dụng phần tử dây quấn rãnh cực khác tên - Cổ góp: gồm phiến góp đồng ghép cách điện, có dạng hình trụ, gắn đầu trục rotor - Chổi than: làm than graphit Các chổi tỳ chặt lên cổ góp nhờ lò xo giá chổi điện gắn nắp máy Hình 3.5: Cấu tạo động điện chiều 3.1.3.3 Nguyên lý làm việc động điện chiều Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây quấn xung quanh lõi sắt non, cạnh phía bên cực dương bị tác động lực hướng lên, cạnh đối diện lại bị tác động lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay trái Fleming Các lực gây tác động quay lên cuộn dây, làm cho rotor quay Để làm cho rô to quay liên tục chiều, cổ góp điện làm chuyển mạch dòng điện sau vị trí ứng với 1/2 chu kỳ Chỉ có vấn đề mặt cuộn dây song song với đường sức từ trường Nghĩa lực quay động cuộn dây lệch 90o so với phương ban đầu nó, Rô to quay 19 theo quán tính.Trong máy điện chiều lớn, người ta có nhiều cuộn dây nối nhiều phiến góp khác cổ góp Nhờ dòng điện lực quay liên tục không bị thay đổi theo vị trí khác Rôto 3.1.4.Cảm biến 3.1.4.1 Khái niệm chung Cảm biến thiết bị dùng để cảm nhận, biến đổi đại lượng vật lý đại lượng tính chất điện cần đo thành đại lượng điện đo xử lý Các đại lượng cần đo (m) thường tính chất điện (như nhiệt độ, áp suất ) tác động lên cảm biến cho ta đặc trưng (s) mang tính chất điện (như điện tích, điện áp, dòng điện trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị đại lượng cần đo Đặc trưng (s) hàm đại lượng cần đo (m): S=F(m) (s) đại lượng đầu phản ứng cảm biến, (m) đại lượng đầu vào hay kích thích (có nguồn gốc đại lượng cần đo) Thông qua đo đạc (s) cho phép nhận biết gá trị (m) Phương trình cảm biến viết sau : Y = f(X) Trong X- đại lượng không điện cần đo Y- đại lượng điện sau chuyển đổi Một số ứng dụng Cảm biến - Điều khiển từ xa - Xác định vật cản - Xác định vị trí… 20 3.1.4.2 Cảm biến dùng hệ thống Cảm biến quang ứng dụng rộng rãi hầu hết nhà máy Công nghiệp để phát từ xa vật thể, đo lường khoảng cách tốc độ di chuyển đối tượng, Đặc biệt số vị trị dây truyền, cảm biến quang lựa chọn thay Cảm biến quang điện (Photoelectric Sensor) thực chất chúng linh kiện quang điện tạo thành Khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt cảm biến quang, chúng thay đổi tính chất Tín hiệu quang biến đổi thành tín hiệu điện nhờ tượng phát xạ điện tử cực catot (Cathode) có lượng ánh sáng chiếu vào Từ cảm biến đưa đầu để tác động theo yêu cầu công nghệ Thông thường, cảm biến quang chia làm loại: -Cảm biến quang thu phát -Cảm biến quang phản xạ gương -Cảm biến quang khuếch tán Hình 3.6: Sensor E3F-DS10C4 Omoron 21 Đặc tính kỹ thuật sensor E3F – DS10C4: Cảm biến quang điện hình trụ chống nhiễu tốt với công nghệ Photo-IC Khoảng cách phát khoảng 10cm với điều khiển độ nhạy cho khuếch tán - Khoảng cách phát 100 mm - Đặc tính trễ : tối đa 20% khoảng cách phát - Đầu ra: DC - dây NPN NO - Vật cảm biến nhỏ nhất: 10x10mm - Nguồn sáng (bước sóng) : LED hồng ngoại (880nm) 3.2 Thiết kế mạch động lực mạch điều khiển Yêu cầu: - Sơ đồ điều khiển đảm bảo đủ trình công nghệ - Đơn giản, tin cậy, đầy đủ đầu vào – - Đảm bảo thứ tự điểu khiển Trong mạch điều khiển sử dụng điều khiển logic lập trình PLC S7-200 để điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm PLC ứng dụng nhiều công nghiệp sản xuất, có độ tự động hóa cao: - Không nhiều thời gian lắp đặt - Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển - Độ tin cậy cao - Dễ dàng bảo dưỡng, sửa chữa 22  Sơ đồ khối hệ thống Hình 3.7: Sơ đồ khối hệ thống Khối nguồn Có vai trò cung cấp toàn nguồn điện cho các khối hệ thống Khối nguồn có sơ đồ khối sau: Hình 3.8: Khối nguồn - Dùng máy biến áp thực hạ áp cách ly - Dùng cầu chỉnh lưu thực chỉnh lưu - Dùng tụ điện (tụ hóa) có điện dung lớn thực mạch lọc 23 Khối xử lý trung tâm PLC Là điều khiển logic lập trình PLC S7-200 hãng SIEMENS Có vai trò quan trọng toàn hệ thống, có nhiệm vụ điều khiển, giám sát hoạt động dây chuyền PLC giao tiếp hai chiều với khối vào khối điều khiển Đồng thời PLC giao tiếp chiều với cấu chấp hành để điều khiển động thực lệnh chương trình điều khiển Khối máy tính điều khiển Có chức cài đặt, sửa chữa chương trình PLC Việc giao tiếp PLC với máy tính thực qua cổng COM Khối cấu chấp hành Gồm động thực truyền động băng tải để di chuyển sản phẩm hộp 24 Sơ đồ mạch điều khiển ứng dụng PLC Gồm: Nguồn điện 24V: cung cấp điện cho động Nguồn điện pha 220V/50Hz: cấp nguồn cho PLC S7- 200 CL 24V/DC Bộ PLC S7- 200: điều khiển cấp nguồn cho cuộn hút rơle trung gian Mạch nguồn 24V/DC: chỉnh lưu thành điện áp chiều cấp cho PLC S7- 200 cấp nguồn cho rơle trung gian nút nhấn: Start dùng để khởi động động cơ, cho hệ thống băt đầu hoạt động Stop dùng để dừng động rơle trung gian: chuyển tín hiệu từ PLC S7-200 tới contactor K1 K2 25 Giới thiệu băng tải dùng mô hình Do băng tải dùng hệ thống làm nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm nên mô hình lựa chọn hệ thống dây chuyền nhà máy với lý sau đây: - Kết cấu khí không phức tạp - Tải trọng băng tải không lớn - Dễ dàng thiết kế chế tạo - Có thể dễ dàng hiệu chỉnh băng tải 3.3 Thiết kế phần mềm Yêu cầu công nghệ Khi nhấn nút khởi động PB1 Start băng tải BT2 mang hộp đựng sản phẩm di chuyển Cảm biến phát có mặt hộp đựng sản phẩm, băng tải BT2dừng lại Băng tải BT1 dịch chuyển, sản phẩm di chuyển vào hộp đựng, số lượng sản phẩm đếm cảm biến quang S1 đếm sản phẩm băng tải BT1 dừng Tiếp tục BT2 dịch chuyển để đóng gói hộp Bộ đếm Reset hoạt động lặp lại nút nhấn dừng PB2 Stop nhấn Các đầu vào/ra Các đầu vào STT Địa Ký hiệu Chức I0.0 Start Khởi động băng chuyền I0.1 Stop Dừng hệ thống băng chuyền I0.2 Cảm biến Dừng hộp băng chuyền I0.3 Cảm biến Đếm sản phẩm băng chuyền Các đầu Q0.0 Động băng chuyền Q0.1 Động băng chuyền Bảng 3.1 Các đầu vào 26 Lưu đồ thuật toán 27 Chương trình đếm đóng sản phẩm 28 29 30 KẾT LUẬN Sau thời gian thực “ Xây dựng mô hình dây chuyền đếm đóng sản phấm vào hộp” mô hình học tập nghiên cứu sinh viên, đến tác giả hoàn thành mô hình Nội dung đề tài bao gồm: Phần kiến thức: Tìm hiểu hệ thống băng tải Tìm hiểu điều khiển lập trình PLC S7-200 Tìm hiểu quy trình công nghệ băng chuyền đóng đếm sản phẩm Tìm hiểu cảm biến quang Phần thiết kế thi công: Viết chương trình điều khiển Thi công chạy thử mô hình thực tế Trong trình thực xây dựng mô hình không tránh khỏi sai sót mong đề tài tiếp tục nghiên cứu khắc phục mặt hạn chế đề tài, để tạo mô hình học tập hữu ích phục vụ cho việc học tập nghiên cứu học sinh sinh viên 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bùi Thúc Minh , Khí cụ điện, Nhà xuất Đại học Quốc Gia Hà Nội Lê Thành Bắc (2001), Giáo trình thiết bị điện, Nhà xuất Khoa Hoc vàKỹ Thuật 3.GS TSKH Thân Ngọc Hoàn (1999), Máy điện, Nhà xuất Giao Thông Vận Tải 4.Hoàng Minh Công, Giáo trình cảm biến, Nhà xuất Xây Dựng Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh (1997), Tự động hoá Simatic S7–200 Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật Giáo trình tính toán thiết kế hệ dẫn động khí – 123.Doc 7.Giáo trình điều khiển lập trình PLC nâng cao - tailieu.vn