PHÂN LOẠI VÀ ĐẾM SẢN PHẨM THEO KÍCH THƯỚC DÙNG S7-200

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2 CHƯƠNG 1. 4 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BĂNG TẢI 4 1.1 . Giới thiệu chung về các loại băng tải 4 1.2. Ưu điểm của băng tải 5 1.3. Cấu tạo chung của băng tải. 5 1.4. Các loại băng tải trên thị trường hiện nay. 5 CHUƠNG 2. 8 TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-200. 8 2.1. Giới thiệu về PLC S7-200 8 2.2. Cấu trúc phần cứng. 11 CHƯƠNG 3. 13 GIỚI THIỆU VỀ CÁC THIẾT BỊ DÙNG TRONG MÔ HÌNH 13 3.1. Băng tải 13 3.2. Động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc 14 3.3. Cảm biến quang 15 3.4. Piston xylanh 16 3.5. Rơ le trung gian 17 3.6. NÚT ẤN 19 3.7. Van điện từ 20 3.8. PLC S7-200 CPU 224 20 3.9. bộ đếm sản phẩm 22 CHƯƠNG 4. 23 THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG 23 4.1. Thiết kế phần cứng 23 4.2. Thiết kế phần mềm 27 4.2.1. Thuật toán điều khiển 27 4.2.2. Chương trình điều khiển 28 KẾT LUẬN 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO 30

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐỒ ÁN MÔN HỌC Số : Đề Họ tên HS-SV : Lớp : …………………………………………………………………………………… …………………… …………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………… …………………………………… Khoá : Khoa : Điện Giáo viên hướng dẫn : Th.s Nguyễn Hữu Hải NỘI DUNG Xây dựng hệ thống điều khiển phân loại đếm sản phẩm theo kích thước T Tên vẽ Khổ giấy Số lượng T PHẦN VIẾT BÁO CÁO Ngày giao đề : BỘ MÔN Ngày hoàn thành : GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật người ngày đòi hỏi trình độ tự động hố 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 cơng nghiệp Ngày nay, trình độ tự động hoá quốc gia đánh giá kinh tế quốc gia Chính lẽ mà việc phát triển tự động hố việc hết sức cần thiết Viêc tạo sản phẩm tự động hố khơng cơng nghiệp mà đời sống người ngày phổ biến Hầu lĩnh vực thấy có cần thiết tự động hố Từ thực tế kết hợp với nhữnh kiến thức học em chọn thực đê tài “Thiết kế hệ thống phân loại đếm sản phẩm theo kích thước ” Như nói việc tạo hệ thống để thay thế người thiết nghĩ vấn đề hết sức cần thiết Với phạm vi đồ án chúng em tạo mơ hình mơ hoạt động hệ thống phân loại đếm sản phẩm Trong thời gian thực đề tài chúng em nhận sự giúp đỡ thầy cô bạn , đặc biệt sự hướng dẫn tận tình thầy Nguyễn Hữu Hải để chúng em có thể hồn thành đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn MỤC LỤC Chương Sơ lược hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BĂNG TẢI 1.1 Giới thiệu chung loại băng tải 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 số sản phẩm khác Trong số ngành công nghiệp nhẹ, cơng nghiệp thực phẩm, hóa chất dùng để vận chuyển sản phẩm hoàn thành chưa hồn thành cơng đoạn, phân xưởng, đồng thời dùng để loại bỏ sản phẩm không dùng 1.2 Ưu điểm băng tải - Cấu tạo đơn giản, bền, có khả vận chuyển rời đơn chiếc theo hướng nằm ngang, nằm nghiêng kết hợp nằm ngang với nằm nghiêng - Vốn đầu tư khơng lớn lắm, có thể 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 1.3 Cấu tạo chung băng tải Chương Sơ lược hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước Hình 1.1 cấu tạo chung băng tải Gồm : + 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 thị trường Khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí phân loại có thể lựa chọn số loại băng tải sau: Chương Sơ lược hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước Bảng 1.1 danh sách loại băng tải Các loại băng tải xích, băng tải lăn có ưu điểm độ ổn định cao vận chuyển.Tuy nhiên chúng đòi hỏi kết cấu khí phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao, giá thành đắt - Băng tải dạng cào: sử dụng để thu dọn phoi vụn suất băng tải loại có thể đạt 1,5 tấn/h tốc độ chuyển động 0,2m/s Chiều dài băng tải không hạn chế phạm vi kéo 10kN - Băng tải xoắn vít : có kiểu cấu tạo : + Băng tải buồng xoắn: Băng tải buồng xoắn dùng để thu dọn phoi vụn Năng suất băng tải loại đạt tấn/h với chiều dài 80cm + Băng tải buồng xoắn: có buồng xoắn song song với nhau, có chiều xoắn phải, có chiều xoắn trái Chuyển động xoay vào buồng xoắn thực nhờ tốc độ phân phối chuyển động Cả loại băng tải buồng xoắn đặt máng thép xi măng Chương Tổng quan điều khiển PLC S7-200 CHUƠNG TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-200 2.1 Giới thiệu PLC S7-200 - PLC ( Programmable Logic Controller ): Bộ điều khiển lập trình, PLC xếp vào họ máy tính, sử dụng ứng dụng công nghiệp thương mại S7-200 thiết bịcủa hãng Siemens, cấu trúc theo kiểu modul có modul mở rộng - Tồn nội dung chương trình lưu nhớ PLC, trường hợp dung lượng nhớ khơng đủ ta có thể sử dụng nhớ ngồi để lưu chương trình liệu(Catridge ) - Dịng PLC S7-200 có hai họ 21X ( loại cũ) 22X ( loại mới), họ 21X khơng cịn sản xuất nữa.Họ 21X có đời sau:210, 212, 214, 215-2DP, 216; họ 22X có đời sau:221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM - PLC đặt biệt sử dụng ứng dụng hoạt động logic điều khiển chuổi sự kiện - PLC có đầy đủ chức tính tốn vi xử lý Ngồi ra, PLC có tích hợp thêm số hàm chuyên dùng điều khiển PID, dịch chuyển khối liệu, khối truyền thơng,… - PLC có ưu, nhược điểm: • Ưu điểm: + Có kích thước nhỏ, thiết kế tăng bền để chịu rung động, nhiệt, ẩm tiếng ồn, đáng tin cậy + Rẻ tiền ứng dụng điều khiển cho hệ thống phức tạp + Dễ dàng nhanh chống thay đổi cấu trúc mạch điều khiển + PLC có chức kiểm tra lỗi, chẩn đoán lỗi Chương Tổng quan điều khiển PLC S7-200 + Có thể nhân đôi ứng dụng nhanh ít tốn • Nhược điểm: Do chưa tiêu ch̉n hố nên công ty sản xuất PLC đưa ngơn ngữ lập trình khác nhau, dẫn đến thiếu tính thống tồn cục hợp thức hố Trong mạch điều khiển với quy mô nhỏ, giá PLC đắt sử dụng phƣơng pháp rơle • Cấu trúc bên PLC Hình 2.1 cấu trúc bên PLC Một hệ thống lập trình phải gồm có phần: Khối xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit) hệ thống giao tiếp vào/ra ( I/O) • Cách đấu nối ngõ vào PLC: Chương Tổng quan điều khiển PLC S7-200 Hình 2.2 cách đấu nối ngõ PLC • Cổng truyền thơng: Chân 1: nối đất Chân 2: nối nguồn 24VDC Chân 3: truyền nhận liệu Chân 4: không sửdụng Chân 5: đất Chân 6: nối nguồn 5VDC Chân 7: nối nguồn 24VDC Chân 8: Truyền nhận dữliệu Chân 9: không sử dụng Chương Tổng quan điều khiển PLC S7-200 Hình 2.3 chân cổng truyền thơng 2.2 Cấu trúc phần cứng Cấu trúc phần cứng PLC gồm có các phần sau: - Nguồn cung cấp - Đầu vào - Đầu - Đơn vị xử lý trung tâm (CPU) - Bộ nhớ - Module quản lý phối ghép vào 2.4.sơ đồ khối PLC a Ghép nối PLC máy tính Để ghép nối PLC với máy tính ta Sử dụng cáp PC/PPI để chuyển đổi RS232 RS485 10 Chương Giới thiệu thiết bị dung mơ hình hưởng ánh sáng phịng Ánh sáng mạch phát tắt sáng theo tần số mạch dao động Phương pháp sử dụng mạch dao động làm cho cảm biến thu phát xa tiêu thụ ít công suất 3.3.3 Lựa chọn cảm biến Lựa chọn điện áp cấp cho cảm biến phải phù hợp với điện áp mạch điều khiển Do mạch điều khiển kết nối với điều khiển PLC nên điện áp cảm biến 24 VDC Hình 3.3 Cảm biến E3Z Omoron • Đặc tính kỹ thuật sensor E3F-DS10C4: + Điện áp: 12 – 24VDC + Độ nhạy có thể chỉnh + Nhỏ gọn, thích hợp cho tất vị trí lắp đặt + Tốc độ đáp ứng: 1ms ( max) + Chế độ hoạt động Ligh-On/Dark-On switch + Hoạt động môi trường khắc nghiệt + khoảng cách phát hiện: 5m 3.4 Piston xylanh 3.4.1 Giới thiệu chung Gồm có piston xylanh thủy lực khí nén, thực chất loại động thủy lực (khí nén) dùng để biến đổi thế dầu (khí nén) thành năng, thực chủn động thẳng chủn động vịng khơng liên tục piston Chương Giới thiệu thiết bị dung mơ hình xylanh dùng phổ biến thiết bị có cấu chấp hành chuyển động thẳng xylanh thủy lực có kết cấu đơn giản, có khả thực công suất lớn, làm việc ổn định giải quyết vấn đề chắn khít tương đối đơn giản So với hệ thống thủy lực, hệ thống khí nén có cơng suất nhỏ có nhiều ưu điểm như: Có khả truyền lượng xa, độ nhớt động học khí nén nhỏ tổn thất áp suất đường dẫn nhỏ Do khả chịu nén (đàn hồi) lớn khơng khí, nên có thể trích chứa khí nén thuận lợi Không khí dùng để nén, có số lượng khơng giới hạn có thể thải ngược trở lại bầu khí quyển Hệ thống khí nén sạch sẽ, có sự rị rỉ khơng khí nén hệ thống ống dẫn, khơng tồn tại mối đe dọa bị nhiễm bẩn Chi phí nhỏ để thiết lập hệ thống truyền động khí nén, phần lớn xí nghiệp, nhà máy có sẵn đường dẫn khí nén Hệ thống phòng ngừa áp suất giới hạn đảm bảo, nên tính nguy hiểm trình sử dụng hệ thống truyền động khí nén thấp Các van khí nén phù hợp cách lý tưởng chức vận hành logic, sử dụng để điều khiển trình tự phức tạp máy móc phức hợp 3.4.2 Lựa chọn xy lanh Trong đề tài em Chọn loại xy lanh đơn tác dụng trực tiếp, cửa vào khí nén tác động đồng thời cửa xả, xilanh có vị trí nhờ lị xo trả Xylanh tác dụng đơn (xylanh tác dụng chiều): Áp lực khí nén tác dụng vào phía xilanh, phía lại ngoại lực hay lị xo tác dụng Hình 3.4 xy lanh đơn Chương Giới thiệu thiết bị dung mơ hình Nó dùng để đẩy sản phẩm ra khỏi băng chuyền cảm biến phát sản phẩm không đạt tiêu chuẩn 3.5 Rơ le trung gian 3.5.1 Đặc điểm Số lượng tiếp điểm lớn( thường đóng thường mở) với khả chuyển mạch lớn công suất ni cuộn dây bé nên dùng để truyền khuếch đại tín hiệu, chia tín hiệu rơ le chính đến nhiều phận khác mạch điều khiển bảo vệ 3.5.2 Nguyên lý làm việc Hình 3.5 cấu trúc rơ le trung gian Nếu cuộn dây rơ le trung gian cấp điện cuộn dây sinh từ trường Dẫn đến sinh từ thông lõi thép, sinh lực điện từ , lực điện từ thắng kéo lò xo, làm cho nắp từ bị kéo xuống tiếp điểm đóng lại • Các thông số kỹ thuật rơ le trung gian : - Dòng điện làm việc rơ le trung gian: Ilv (1,2 ÷ 1,5)Itt - Điện áp làm việc rơ le trung gian mực điện áp mà rơ le có khả đóng cắt: Ulv Ulưới = 380V - Điện áp định mức cấp cho cuộn hút rơ le mức điện áp mà rơ le hoạt động Điện áp phải phù hợp với điều khiển PLC nên điện áp cuộn hút Uh 24V DC 3.5.3 Lựa chọn rơ le trung gian Chương Giới thiệu thiết bị dung mơ hình Trong mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm em sử dụng rơ le trung gian MY2N OMRON Các thông số MY2N : + Điện áp cuộn dây: 24 VDC có LED báo hiển thị + Thông số tiếp điểm: 5A - 24 VDC Hình 3.6 Rơ le MY2N OMRON 3.6 NÚT ẤN 3.5.1 Khái niệm Nút ấn gọi nút điều khiển loại khí cụ điện điều khiển tay, dùng để điều khiển từ xa khí cụ điện đóng cắt điện từ, điện xoay chiều, điện chiều hạ áp, dụng cụ báo hiệu để chuyển đổi mạch điện điều khiển, tín hiệu liên động bảo vệ … Nút ấn thường dùng để khởi động, dừng đảo chiều quay động điện cách đóng cắt cuộn dây nam châm điện công tắc tơ, khởi động từ 3.5.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc Nút ấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống tiếp điểm thường mở thường đóng vỏ bảo vệ tác động vào nút ấn, tiếp điểm chuyển trạng thái khơng cịn tác động, tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu Nút ấn thường Chương Giới thiệu thiết bị dung mơ hình đặt bảng điều khiển, tủ điện, hộp nút ấn loại nút ấn thông dụng có dịng điện định mức 5A, điện áp ổn định mức 400V, tuổi thọ điện đến 200.000 lần đóng cắt, tuổi thọ đến 1000000 đóng cắt nút ấn màu đỏ thường dùng để đóng máy, màu xanh để khởi động máy Hình 3.7 loại nút ấn start, stop Trên hình số loại nút ấn có thị trường dùng mơ hình phân loại sản phẩm 3.7 Van điện từ Nhiệm vụ nhận tín hiệu điều khiển từ PLC đóng mở khí nén điều khiển Xi lanh Hình 3.8 Van điện từ - Chọn loại van đảo chiều 3/2 điều khiển trực tiếp nam châm điện (có vị trí nhờ lò xo) - Khi chưa tác động A nối thông với cửa xả R cửa cấp khí P bị khóa, tác động cửa xả R bị khóa cửa A nối thông với nguồn cấp khí cửa P Chương Giới thiệu thiết bị dung mơ hình 3.8 PLC S7-200 CPU 224 - Trong đề tài chúng em chọn PLC S7-200 loại CPU 224 AC/DC/RELAY Siemens Hình 3.9 PLC S7-200 CPU-224 • Đặc tính kĩ thuật: + Nguồn cung cấp: 220VAC + Ngõ vào 14 DI DC + Ngõ 10 DO Relay + Bộ nhớ chương trình: 12KB + Bộ nhớ liệu: 8KB + Điều khiển PID: có + Phần mềm: Step7 Micro / Win + Thời gian xử lí 1024 lệnh nhị phân: 0,37ms + Bit memory / Counter / Timer: 256 /256 /256 + Bộ đếm tốc độ cao: × 60 Khz + Bộ đếm lên / xuống : có + Ngắt phần cứng : Chương Giới thiệu thiết bị dung mơ hình + Tồn dung lượng nhớ khơng bị liệu 190 PLC bị điện + Số đầu vào/ số/cực đại vào ( lắp thêm Module Analog mở rộng ) : AI /AO /MAX: 28/7/35 3.9 đếm sản phẩm Đếm số sản phẩm đạt tiêu chuẩn ca làm việc - Chọn đếm H73T hiển thị tối đa số loại không cấp nguồn (dùng pin), ngõ vào đếm tần số 30Hz - Có thể Reset nút ngồi tiếp điểm Hình 3.10 Bộ đếm H73T Chương Thiết kế xây dựng mơ hình CHƯƠNG THIẾT KẾ TÍNH TỐN HỆ THỐNG 4.1 Thiết kế phần cứng 4.1.1 Khối nguồn 24VDC Hình 4.1 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 4.1.2 Khối cảm biến Hình 4.2 khối thu phát cảm biến quang điện Chương Thiết kế xây dựng mơ hình - Nguồn cấp cho cảm biến 24VDC, đầu cảm biến nối với ngõ vào PLC - Khi khơng có vật chắn phần thu phát đầu mức cao (mức 1) Khi có vật chắn đầu mức thấp (mức 0) 4.1.3 Sơ đồ đấu nối đếm Hình 4.3 sơ đồ đấu nối đếm sản phẩm Đầu vào H73T kết nối với đầu PLC thông qua rơ le trung gian Khi rơ le trung gian có điện đóng tiếp điểm cổng vào H73T đếm đếm lên 4.1.4 Sơ đồ đấu nối PLC a bảng địa Chương Thiết kế xây dựng mơ hình Bảng 4.1 Bảng định địa Kí hiệu Địa Chức ON I0.0 Bật hệ thống OFF I0.1 Dừng hệ thống C I0.2 Đầu cảm biến phát sản phẩm có kích thước cao T I0.3 Đầu cảm biến phát sản phẩm có kích thước thấp TB I0.4 Đầu cảm biến phát sản phẩm có kích thước trung bình RUN Q0.0 Đèn báo trạng thái hệ thống K Q0.1 Cuộn hút contacto để cấp điện cho động kéo băng tải V1 Q0.2 Cấp điện cho rơ le đóng tiếp điểm cấp điện cho van điện từ hoạt động V2 Q0.3 Cấp điện cho rơ le đóng tiếp điểm cấp điện cho van điện từ hoạt động CT1 Q0.4 Cấp điện cho rơ le đóng tiếp điểm đếm sp có kích thước cao CT2 Q0.5 Cấp điện cho rơ le đóng tiếp điểm đếm sp có kích thước trung bình CT3 Q0.6 Cấp điện cho rơ le đóng tiếp điểm đếm sản phẩm thấp b Sơ đồ kết nối Hình 4.4 sơ đồ kết nối PLC Chương Thiết kế xây dựng mơ hình 4.1.5 Sơ đồ kết nối van điện từ với xy lanh Hình 4.5 kết nối van điện từ với xy lanh 4.1.6 Mơ hình phân loại đếm sản phẩm 4.6 mơ hình phân loại đếm sản phẩm Chương Thiết kế xây dựng mơ hình 4.2 Thiết kế phần mềm 4.2.1 Thuật toán điều khiển ON Băng tải chạy Cảm biến C ? Đ V1 tác động CT1 đếm Sản phẩm cao S Cảm biến TB ? Đ V2 tác động CT2 đếm sản phẩm Trung bình S CT3 đếm sản phẩm thấp STOP Hình 4.7 lưu đồ thuật toán Chương Thiết kế xây dựng mơ hình 4.2.2 Chương trình điều khiển Hình 4.8 chương trình điều khiển Chương Thiết kế xây dựng mơ hình KẾT LUẬN Từ kiến thức có kết hợp với tìm hiểu tài liệu mạng chúng em hoàn thành xong đề tài “ PHÂN LOẠI VÀ ĐẾM SẢN PHẨM THEO KÍCH THƯỚC ” Do kiến thức cịn hạn chế nên việc hồn thành đề tài khơng tránh sai lầm thiếu sót Chúng em mong sự phê bình đánh giá thầy để chúng em có thể rút kinh nghiệm nhằm bổ sung kiến thức cho Chương Thiết kế xây dựng mơ hình TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Vinh, Giáo trình kỹ thuật lập trình PLC, Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Đề cương giảng khí cụ điện, Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Phan Quốc Phơ - Nguyễn Đức Chiến (2008), Giáo trình cảm biến, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Vũ Gia Hanh , Giáo trình máy điện I, nhà xuất khoa học kỹ thuật ... với xy lanh Hình 4.5 kết nối van điện từ với xy lanh 4.1.6 Mơ hình phân loại đếm sản phẩm 4.6 mơ hình phân loại đếm sản phẩm Chương Thiết kế xây dựng mơ hình 4.2 Thiết kế phần mềm 4.2.1... 1.4 Các loại băng tải thị trường Khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí phân loại có thể lựa chọn số loại băng tải sau: Chương Sơ lược hệ thống phân loại sản phẩm... Từ thực tế kết hợp với nhữnh kiến thức học em chọn thực đê tài “Thiết kế hệ thống phân loại đếm sản phẩm theo kích thước ” Như nói việc tạo hệ thống để thay thế người thiết nghĩ vấn đề