Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án: Điều khiển tay máy gắp sản phẩm dùng PLC S7 200 với nhu cầu tìm hiểu về hệ thống tự động hóa trong sản xuất, tìm hiểu kỹ thuật điều khiển PLC và ứng dụng PLC S7200 CPU224 laser cho tay máy gắp sản sản phẩm. Mời bạn đọc cùng tham khảo
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 LỜI NÓI ĐẦU Robot và công nghệ cao là những khái niệm của sản xuất tự động hoá hiện đại. Một đặc điểm quan trọng của robot công nghiệp là chúng cho phép dễ dàng kết hợp những việc phụ và chính của một quá trình sản xuất thành một dây chuyền tự động. So với các phương tiện tự động hoá khác, các dây chuyền tự động dùng robot có nhiều ưu điểm hơn như dễ dàng thay đổi chương trình làm việc, có khả năng tạo ra dây chuyền tự động từ các máy vạn năng, và có thể tự động hoá toàn phần. Tự động hóa là một nhu cầu không thể thiếu trong quá trình sản xuất ngày nay. Việc ứng dụng tay máy scara vào tự động hóa dây chuyền sản xuất mà cụ thể hơn ở đây là dây chuyền phân loại sản phẩm trên băng chuyền giúp cho việc sản xuất trở nên linh hoạt hơn, hiệu quả hơn. Với nhu cầu tìm hiểu về hệ thống tự động trong sản xuất và với kiến thức của sinh viên năm thứ 3 tại trường đại học chúng em chọn đề tài “ ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM DÙNG PLC S7 200” để nghiên cứu và tìm hiểu. Do yêu cầu về kiến thức về thiết kế, tính toán và điều khiển chính xác đối với thiết kế phần cứng là rất cao nên nhóm chúng em không tránh khỏi những thiếu sót. Do đó, rất mong muốn được sự chỉ bảo thêm của các thầy, cô và đóng góp của bạn bè để đồ án được hoàn thiện hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn cô giáo Th.s Phạm Thị Hồng Hạnh đã giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án này ! MỤC LỤC ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 CHƯƠNG I GIỚI THIÊU CHUNG 1. Tay máy công nghiệp Tay máy ( Manipulator ) là cơ cấu cơ khí gồm các khâu khớp. Chúng hình cánh tay để tạo các chuyển động cơ bản cổ tay tạo nên sự khéo léo, linh hoạt và bàn tay ( End Effector ) để trực tiếp hoàn thành các thao tác trên đối tượng . - Kết cấu của tay máy . Các tay máy có điểm chung về kết cấu là gồm có các khâu được nối với nhau bằng các khớp để hình thành một chuỗi động học hở, tính từ phần công tác. Các khớp phổ biến là khớp trượt và khớp quay. Tùy theo số lượng và cách bố trí các khớp mà người ta có thể tạo ra tay máy kiểu tọa độ đề các , tọa độ trụ, tọa độ cầu, SCARA, và kiểu tay người ( Anthropomorpnic ). 2. Cảm Biến Để điều khiển chuyển động của các xy lanh khí nén hay các loại cơ cấu chấp hành khác cần có sự phát hiện sự dịch chuyển, hay nói cách khác là có sự thay đổi về vị trí hoặc thay đổi các thông số của quá trình trong hệ thống điều khiển. Trong phần này, chúng ta đề cập chủ yếu đến các loại cảm biến phát hiện hai trạng thái ON - OFF. Tiếp điểm của cảm biến chia ra làm 2 loại: thường đóng (Normal Closed – NC) và thường mở (Normal Open – NO). Công tắc hành trình thường có cả 2 loại tiếp điểm NO và NC nhưng với một cực chung. Khi có tín hiệu tác động thì sẽ chuyển đổi trạng thái của 2 tiếp điểm này: tiếp điểm thường mở đóng lại và tiếp điểm thường đóng mở ra. 2.1 Cảm biến từ E2E (Phát hiện sắt từ): Dùng để phát hiện các vật thể bằng kim loại, thường dùng để khống chế các hành trình. Khoảng cách phát hiện của cảm biến loại này phụ thuộc rất nhiều vào vật liệu của vật cảm biến, các vật liệu có từ tính hoặc kim loại có chứa sắt sẽ có khoảng cách phát hiện xa hơn các vật liệu không có từ tính. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 Đa chức năng, khoảng cách phát hiện tới 30mm Vỏ bọc đồng thau hoặc thép không gỉ cho độ bền cao Các model DC 2 dây, 3 dây và 4 dây (NO + NC). Ứng dụng vào mô hình tại các cơ cấu Input: I0.3 (Ta) cảm biến xác định vị trí tay máy bên trên. I0.4 ( Tb) cảm biến xác định vị trí tay máy bên dưới I0.5 (Tc) cảm biến xác định vị trí tay máy bên trái. I0.6 (Td) cảm biến xác định vị trí tay máy bên phải 2.2 Cảm biến quang: Ánh sáng từ nguồn sáng được tập trung bởi thấu kính hội tụ và chiếu thẳng vào vật. Tia sáng phản xạ từ vật được tập trung lên dụng cụ cảm biến vị trí (PSD: position sensing device) bằng thấu kính thu. Nếu vị trí vật ( khoảng cách đến thiết bị đo) thay đổi, hình ảnh vị trí vật hình thành trên PSD sẻ khác đi và nếu ở trạng thái cân bằng của hai ngõ ra PSD thay đổi ảnh vị trí vật hình thành trên PSD sẽ khác đi và trạng thái cân bằng của 2 PSD cũng thay đổi. Thông Số Kỹ Thuật Hình ảnh ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 • Khoảng cách thu nhận tín hiệu: 50cm. • Điện áp ngõ ra: 12 - 240VDC hoặc 12 -240VAC. • Dòng tiêu thụ max DC/AC: 3mA max. Ứng dụng mô hình tại cơ cấu input I0.7 (PDA) cảm biến xác định có sản phẩm. 3. Công tắt hành trình: Công tắt hành trình trước tiên là cái công tắc tức là làm chức năng đóng mở mạch điện, và nó được đặt trên đường hoạt động của một cơ cấu nào đó, sao cho khi cơ cấu đến 1 vị trí nào đó sẽ tác động lên công tắc. Hành trình có thể là tịnh tiến hoặc quay. Khi công tắc hành trình được tác động thì nó sẽ làm đóng hoặc ngắt một mạch điện do đó có thể ngắt hoặc khởi động cho một thiết bị khác. Người ta có thể dùng công tắc hành trình vào các mục đích như: Giới hạn hành trình ( khi cơ cấu đến vị trí dới hạn tác động vào công tắc sẽ làm ngắt nguồn cung cấp cho cơ cấu -> nó không thể vượt qua vị trí giới hạn) Hành trình tự động: Kết hợp với các role, PLC hay VDK để khi cơ cấu đến vị trí định trước sẽ tác động cho các cơ cấu khác hoạt động (hoặc chính cơ cấu đó). Công tắc hành trình được dùng nhiều trong các dây chuyền tự động Các công tắc hành trình có thể là các nhút nhấn (button) thường đóng, thường mở, công tắc 2 tiếp điểm, và cả công tắc quang. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 4. Công tắc Trong kỹ thuật điều khiển, công tắc, nút ấn thuộc phần tử đưa tín hiệu. Có hai loại công tắc thông dụng: công tắc đóng – mở và công tắc chuyển mạch quay. Công tắc chuyển mạch Công tắc đóng mở Công tắc và ký hiệu của công tắc 5. Nút ấn - Nút ấn đóng- mở: Khi chưa tác động thì chưa có dòng điện chạy qua (mở), khi tác động thì dòng điện sẽ đi qua - Nút ấn chuyển mạch sẽ chuyển trạng thái của mạch Cấu tạo và ký hiệu nút ấn Nút ấn đóng – mở Rơ le đóng mạch Nút ấn đóng mở Nút ấn khẩn cấp Một số hình ảnh của nút ấn ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 6. Rơle Trong kỹ thuật điều khiển, rơle được sử dụng như phần tử xử lý tín hiệu. Có nhiều loại rơle khác nhau tùy vào công dụng. Nguyên tắc hoạt động của rơle là từ trường của cuộn dây, trong quá trình đóng mở sẽ có hiện tượng tự cảm a. Rơle đóng mạch - Nguyên lý làm việc: Khi dòng điện vào cuộn dây cảm ứng, xuất hiện lực từ trường sẽ hút lõi sắt, trên đó có lắp các tiếp điểm. Các tiếp điểm đó có thể là tiếp điểm chính để đóng , mở mạch chính và các tiếp điểm phụ để đóng, mở mạch điều khiển. - Ký hiệu Rơ le đóng mạch b. Rơle điều khiển - Nguyên lý hoạt động: tương tự như rơle đóng mạch nhưng khác rơle đóng mạch ở chỗ chỉ dùng cho mạch điều khiển có công suất nhỏ và thời gian đóng mở các tiếp điểm rất nhỏ (từ 1ms đến 10ms). - Cấu tạo và ký hệu Cấu tạo và ký hiệu rơle điều khiển c. Rơle thời gian đóng chậm ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 - Nguyên lý làm việc: Tương tự như rơle thời gian tác động chậm của phần tử khí nén. Gồm các phần tử: điot tương tự van 1 chiều, tụ điện như bình chứa, điện trở R như van tiết lưu. Ngoài ra tụ điện còn có nhiệm vụ giảm điện áp quát tải trong quá trình ngắt. d. Rơle thời gian ngắt chậm - Nguyên lý làm việc: tương tự như rơle thời gian ngắt chậm của phần tử khí nén. Gồm các phần tử: điot như van đảo chiều, tụ điện như bình chứa, điện trở R 1 như van tiết lưu. Ngoài ra tụ điện còn có nhiệm vụ giảm điện áp quá tải trong quá trình ngắt. - Cấu tạo và ký hiệu 7. Động Cơ Một Chiều DC: Động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và phạm vi rộng như : băng tải, thang máy, máy ép… Nhược điểm chủ yếu của động cơ 1 chiều là cổ góp có cấu tạo phức tạp, đắt tiền và kém tin cậy. Cần phải có nguồn điện 1 chiều kèm theo. 7.1 Cấu tạo động cơ DC Những phần chính gồm có: vỏ, trục, phần cảm (stato), phần ứng (roto),cổ góp, chổi điện. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 7.1.1. Phần cảm (stato): Stato gồm có lõi thép và cuộn dây kích từ. Cuộn dây kích từ được đặt vào trong lỏi thép để tạo thành một nam châm điện. Trong động cơ nhỏ stato có thể là một nam châm vĩnh cửu. Tuy nhiên trong động cơ lớn thường là nam châm điện. 7.1.2 Phần ứng (roto): Roto gồm có lõi thép và dây quấn phần ứng. Lõi thép hình trụ làm bằng các lá thép kỷ thuật phủ sơn cách điện ghép lại. Dây quấn phần ứng có dạng cuộn và được đặt trong cách rãnh của lõi thép. Roto được lồng vào giữa các cuộn dây kích từ, được đỡ bằng ổ bi và nắp vỏ. 7.1.3. Cổ góp: Cổ góp bao gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình trụ, gắn ở đầu trục roto ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 7.1.4. Chổi điện: Chổi điện hay còn gọi là chổi than. Các chổi điện được tỳ chặt lên mặt cổ góp nhờ lò xo và giá chổi điện gắn trên nắp máy để cung cấp điện áp 1 chiều cho động cơ. Chức năng của chổi than – vành góp là để đưa điện áp một chiều và đổi chiều dòng điện trong cuộn dây phần ứng. Số lượng chổi than bằng số lượng cực từ (một nửa có cực từ âm, một nửa có cực từ dương). 7.2 Nguyên lý làm việc Sơ đồ nguyên lý của động cơ DC Như ta thấy ở trên động cơ điện 1 chiều có hai phần tử điện là dây quấn kích từ và dây quấn phần ứng. Dây quấn phần ứng làm từ dây dẫn điện có các đầu được nối với cổ góp. Điện áp 1 chiều được đặt vào cuộn dây phần ứng thong qua chổi than tỳ lên cổ góp. - Khi đặt điện áp 1 chiều Vf vào cuộn dây kích từ, một nam châm điện với các cực bắc nam hình thành và sinh ra từ trường gọi là từ trường cực từ. Từ trường này tĩnh ( không quay). - Khi cho điện áp 1 chiều Va vào 2 chổi điện , trong dây quấn phần ứng sẻ có dòng điện 1 chiều Ia đi qua và sinh ra 1 từ trường gọi là từ trường phần ứng. Từ trường cực từ và từ trường phần ứng sẻ tương tác với nhau và làm cho trục động cơ quay. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 Từ trường cực từ và từ trường phần ứng Khi roto quay sinh ra một điện áp phần ứng ( sức điện động cảm ứng) Ea trên dây quấn . Ea có chiều ngược với Va nên gọi là sức phản điện, sẻ làm giảm điện áp đặt vào phần ứng. Độ lớn của sức phản điện phụ thuộc vào số vòng dây quấn trong cuộn dây, mật độ từ thong và tốc độ quay của roto. Ảnh hưởng của sức điện động cảm ứng lên điện áp đặt vào roto Khi có dòng điện chạy trong cuộn dây đặt trong từ trường, lực điện từ sẻ tạo ra momen làm quay khung dây. Cổ góp có tác dụng đổi chiều sau mỗi nữa chu kỳ quay. Ưu điểm: - Động cơ DC có mô-men quay cao,thời gian đáp ứng nhanh. - Giá thành không cao - Cho phép điều khiển điện áp chính xác, mà cần thiết với tốc độ và các ứng dụng điều khiển mô-men. [...]... tiếp 2.5 PLC Simatic S7- 200 CPU 224 2.5.1 Cấu trúc phần cứng của CPU 224 AC/DC/RLY S7- 200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của Hãng SIEMENS (CHLB Đức) có cấu trúc theo kiểu Modul và có các modul mở rộng Các modul này được sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau Thành phần cơ bản của S7- 200 là khối vi xử lý CPU-224 ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 PLC Siemens S7- 200, CPU... bản trong ứng dụng điều khiển công nghiệp Như vậy, PLC là một máy tính thu nhỏ nhưng với các tiêu chuẩn công nghiệp cao và khả năng lập trình logic mạnh PLC là đầu não quan trọng và linh hoạt trong điều khiển tự động hóa ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 2.3 Cấu trúc, nguyên lý hoạt động của PLC Cấu trúc • Đơn vị xử lý trung tâm: CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử lý sẽ đọc... nối điều khiển 12(Y) Cửa nối điều khiển ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 Cửa 1nối với cửa 2 Cửa 1nối với cửa 4 ang Hình 1.28: Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều Hình trên là ký hiệu của van đảo chiều 5/2 Trong đó: 5 : chỉ số cửa và 2 : chỉ số vị trí Cách gọi tên và ký hiệu của một số van đảo chiều: TÊN THIẾT BỊ Van đảo chiều 2/2 Van đảo chiều 4/2 KÍ HIỆU ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN... HIỂU KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN PLC 2.1 Quá trình phát triển của kỹ thuật điều khiển: Hệ thống điều khiển là gì? Hệ thống điều khiển là tập hợp các thiết bị và dụng cụ điện tử Nó dùng để vận hành một quá trình một cách ổn định, chính xác và thông suốt Hệ thống điều khiển dùng rơle điện: Sự bắt đầu về cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật đặc biệt vào những năm 60 và 70, những máy móc tự động được điều khiển bằng... cầu điều khiển thì bắt buộc thiết kế lại từ đầu Hệ thống điều khiển dùng PLC: Với những khó khăn và phức tạp khi thiết kế hệ thống dùng rơle điện những năm 80, người ta chế tạo ra các bộ điều khiển có lập trình nhằm nâng cao độ tinh cậy, ổn định, đáp ứng hệ thống làm việc trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt đem lại hiệu quả kinh tế cao đó là bộ điều khiển PLC 2.2 Giới thiệu về PLC: Bộ điều khiển. .. trên S7- 200 CPU224 ♦ SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng ♦ RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp vào trong máy ♦ STOP (đèn vàng): Đèn vàng STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng chương trình và đang thực hiện lại Chế độ làm việc PLC có 3 chế độ làm việc: ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 ♦ RUN: cho phép PLC thực... chiều: a b ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 Chiều tác động ngược lại do ngoại lực (a) và do lo xo (b) Xilanh tác động 2 chiều (xilanh tác động kép) Khí nén được đưa vào 2 phía của xilanh, do yêu cầu điều khiển mà xilanh đi vào hay đi ra sẽ tuỳ thuộc vào việc đưa khí nén vào phía nào của xilanh Xilanh quay Hình biểu diễn tượng trưng của xilanh quay Hai ngõ vào điều khiển để điều khiển pittong...ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 - Động cơ DC hoạt động tốt hơn so với động cơ AC trên thiết bị kéo - Động cơ DC được thuận tiện cầm tay và rất thích hợp cho các ứng dụng đặc biệt, chẳng hạn như các công cụ công nghiệp cầm tay máy móc thiết bị 8 Khí nén Các phần tử khí nén: 8.1 Máy nén khí: Máy nén khí là thiết bị tạo ra áp suất khí, ở đó... xử lý trong chương trình của PLC Bộ nhớ được thiết kế thành dạng module để cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển với các kích cỡ khác nhau Muốn mở rộng bộ nhớ chỉ cần cắm thẻ nhớ vào rãnh cắm chờ sẵn trên module CPU.Bộ nhớ có một tụ dùng để duy trì dữ liệu chương trình khi mất điện ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 Kích thước bộ nhớ: ♦ Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300... tiếp điểm, bộ đếm, relay điện từ Những thiết bị này được liên kết với ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 nhau để trở thành một hệ thống hoàn chỉnh bằng vô số các dây điện bố trí chằng chịt bên trong panel điện ( tủ điều khiển) Như vậy, với 1 hệ thống có nhiều trạm làm việc và nhiều tín hiệu vào/ra thì tủ điều khiển rất lớn Điều đó dẩn đến hệ thống cồng kềnh, sửa chữa khi bị hỏng rất phức tạp . đại học chúng em chọn đề tài “ ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM DÙNG PLC S7 200 để nghiên cứu và tìm hiểu. Do yêu cầu về kiến thức về thiết kế, tính toán và điều khiển chính xác đối với thiết. nhanh. - Giá thành không cao - Cho phép điều khiển điện áp chính xác, mà cần thiết với tốc độ và các ứng dụng điều khiển mô-men. ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 - Động cơ DC hoạt động. nguồn khí nén Cửa xả khí có mối nối cho ống dẫn 14(Z) Cửa nối điều khiển 12(Y) Cửa nối điều khiển ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6 Cửa 1nối với cửa 2 Cửa 1nối với cửa 4 ang. Hình