HD1 hà thanh hải nghiên cứu, thiết kế hệ thống pha chế sơn tự động sử dụng PLC s7 1200

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài Nghiên cứu thiết kế hệ thống pha chế sơn tự động sử dụng PLC S7-1200 Giáo viên hướng dẫn: TS Hà Thanh Hải Nhóm: Sinh viên: Cáp Trọng Minh Msv: 2018605869 Nguyễn Trịnh Hoàng Msv: 2018605462 Phan Việt Long Msv: 2018605730 Hà Nội 2022 Hà Nội - 2022 I MỤC LỤC GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHA CHẾ SƠN…………… 1.1 Lịch sử phát triển 1.1.1 Lịch sử phát triển ngành sơn giới 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Phương pháp nghiên cứu 1.3.1 Phương pháp lý thuyết 1.3.2 Phương pháp thực nghiệm 1.4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG PHA CHẾ SƠN 10 2.1 Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động hệ thống pha chế sơn 10 2.2 Phương pháp pha chế sơn 12 2.2.1 Nguyên lý tạo màu 12 2.2.2 Phương pháp pha chế 13 2.3 Tổng quan PLC 14 2.3.1 Giới thiệu PLC Siemens 14 2.4 Giới thiệu phần mềm Tia Portal WinCC 17 2.4.1 Giới thiệu chung Tia Portal WinCC 17 2.4.2 Tính phần mềm Tia Portal V15.1 19 2.5 Tổng quan hệ thống khí 19 2.5.1 Băng tải 19 2.5.2 Động điện chiều 21 2.5.3 Xi lanh khí nén 23 2.5.4 Bộ truyền đai 24 II 2.6 Tổng quan hệ thống điện điều khiển 25 2.6.1 Cảm biến hồng ngoại phát phôi 25 2.6.2 Cảm biến lưu lượng nước 26 2.6.3 Van điện từ đóng mở 27 2.6.4 Van điện từ khí nén 29 2.6.5 Nút nhấn 32 2.6.6 Rơle trung gian 33 2.6.7 Van tiết lưu khí nén 34 TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHA CHẾ SƠN 36 3.1 Tính tốn, thiết kế hệ thống khí 36 3.1.1 Tính chọn động 36 3.1.2 Tính chọn xy lanh 40 3.1.3 Tính tốn truyền đai 43 3.1.4 Thiết kế hệ thống khí 46 3.2 Tính tốn, thiết kế hệ thống điều khiển 52 3.2.1 Khối đầu vào 53 3.2.2 Khối xử lý trung tâm 55 3.2.3 Khối điều khiển 56 3.2.4 Khối đầu 58 3.2.5 Khối nguồn 58 3.2.6 Sơ đồ nối dây hệ thống điện điều khiển 60 3.2.7 Lưu đồ thuật toán 61 3.2.8 Bảng địa vào 62 3.3 Mô giám sát hệ thống 63 3.3.1 Kết nối PLC với HMI WinCC TIA Portal 63 III 3.3.2 Thiết kế giao diện giám sát điều khiển hệ thống 63 3.3.3 Mô hệ thống 64 CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG 67 4.1 Gia cơng, chế tạo khung khí 67 4.2 Lắp đặt hệ thống điện điều khiển 69 4.3 Chạy thử nghiệm hệ thống 70 KẾT LUẬN 73 PHỤ LỤC 75 IV DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Nhà máy sản xuất sơn đại Hình 1.2 Sản xuất sơn thủ cơng thời kì 1914 - 1954 Hình 1.3 Sơn dầu Việt Nam giai đoạn 1976 - 1989 Hình 1.4 Dây chuyền sản xuất sơn đại Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống 10 Hình 2.2 Sơ đồ vị trí chi tiết hệ thống tổng thể 11 Hình 2.3 Phối màu cộng hệ RGB 12 Hình 2.4 Phối màu trừ từ màu bản: Đỏ, Vàng, Lam 13 Hình 2.5 Bộ điều khiển PLC Siemens 14 Hình 2.6 Cấu trúc chung PLC 15 Hình 2.7 Ngơn ngữ STL 16 Hình 2.8 Ngơn ngữ LAD 17 Hình 2.9 Ngơn ngữ FBD 17 Hình 2.10 Giao diện phần mềm Tial Portal 18 Hình 2.11 Băng tải dây đai PVC 20 Hình 2.12 Động điện chiều 21 Hình 2.13 Cấu tạo động điện chiều 22 Hình 2.14 Nguyên lý hoạt động động điện chiều 22 Hình 2.15 Xi lanh khí nén 23 Hình 2.16 Cấu tạo xi lanh khí nén 23 Hình 2.17 Bộ truyền đai dẹt 24 Hình 2.18 Cảm biến hồng ngoại AMOS 25 Hình 2.19 Cấu tạo cảm biến hồng ngoại 25 Hình 2.20 Cảm biến lưu lượng YF-S401 27 Hình 2.21 Van điện từ đóng mở UD-30 28 Hình 2.22 Cấu tạo van điện từ đóng mở 29 Hình 2.23 Van điện từ khí nén AirTac 5/2 30 Hình 2.24 Cấu tạo van điện từ khí nén 30 Hình 2.25 Nút nhấn nhả 32 V Hình 2.26 Cấu tạo nút nhấn 32 Hình 2.27 Relay trung gian ECNKO 33 Hình 2.28 Cấu tạo relay trung gian 34 Hình 2.29 Van tiết lưu khí nén 34 Hình 2.30 Cấu tạo van tiết lưu khí nén 35 Hình 3.1 Phân tích lực băng chuyền 37 Hình 3.2 Động JB37 39 Hình 3.3 Motor giảm tốc 030 40 Hình 3.4 Phân tích lực lon 40 Hình 3.5 Xylanh khí nén MAL16x75-CA 41 Hình 3.6 Xylanh đóng nắp 42 Hình 3.7 Xy lanh khí nén MAL 25x75 43 Hình 3.8 Puli GT2 45 Hình 3.9 Module vận chuyển lon 46 Hình 3.10 Module cấp lon dạng trụ 47 Hình 3.11 Module chiết rót trộn sơn 48 Hình 3.12 Module cấp nắp 49 Hình 3.13 Module đóng nắp 50 Hình 3.14 Thiết kế hệ thống phần mềm 3D 51 Hình 3.15 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 52 Hình 3.16 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 NPN 6-36V – YUJW 53 Hình 3.17 Cảm biến lưu lượng YF-S401 53 Hình 3.18 Cảm biến từ xy lanh CS1-J 54 Hình 3.19 Nút nhấn nhả CLM LA39 55 Hình 3.20 Bộ điều khiển Siemens CPU S7-1200 55 Hình 3.21 Van điện từ khí nén AIRTAC 5/2 4V210-08 56 Hình 3.22 Van tiết lưu khí nén AIRTAC PSL 56 Hình 3.23 Van điện từ đóng mở VPS 57 Hình 3.24 Relay MY2N-GS-DC12 57 Hình 3.25 Nguồn tổ ong đầu 24V-2A 58 VI Hình 3.26 Nguồn tổ ong 12V-2A 58 Hình 3.27 Nguồn 5V-2A 59 Hình 3.28 Sơ đồ nối dây hệ thống điện điều khiển 60 Hình 3.29 Lưu đồ thuật tốn điều khiển hệ thống 61 Hình 3.30 Kết nối PLC với HMI 63 Hình 3.31 Giao diện đăng nhập hệ thống 63 Hình 3.32 Giao diện giám sát điều khiển hệ thống 64 Hình 3.33 Mơ giao diện đăng nhập hệ thống 65 Hình 3.34 Mơ giao diện điều khiển giám sát 65 Hình 4.1 Chế tạo khung khí 67 Hình 4.2 Module chiết rót 67 Hình 4.3 Module cấp nắp 68 Hình 4.4 Chế tạo module đóng nắp 68 Hình 4.5 Lắp đặt tủ điện 69 Hình 4.6 Lắp đặt cảm biến 69 Hình 4.7 Lắp đặt van điện từ nước, cảm biến lưu lượng 70 Hình 4.8 Quá trình chiết rót 70 Hình 4.9 Quá trình trộn sơn 71 Hình 4.10 Q trình cấp nắp đóng nắp sản phẩm 71 Hình 4.11 Kết thử nghiệm lần 71 Hình 4.12 Kết thử nghiệm lần 72 VII DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Bảng thông số truyền đai theo modul m 44 Bảng 3.2 Địa đầu vào hệ thống 62 Bảng 3.3 Địa đầu hệ thống 62 73 KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu thực đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống pha chế sơn tự động sử dụng PLC S7-1200 ", nhóm tác giả đạt số kết Kết đạt được: - Thiết kế thành cơng mơ hình khí 3D hệ thống trộn sơn theo kích thước màu sắc phần mềm CAD 3D - Tính tốn, lựa chọn xác thơng số vật liệu để đưa vào thực tiễn - Xây dựng chương trình điều khiển cho hệ thống hoạt động ổn định theo phương án đề - Mô hệ thống mần mềm mô - Hiểu nguyên lý hoạt động cách thức vận hành hệ thống trộn sơn tự động - Chế tạo, lắp ráp sản phẩm thực tế vận hành ổn định Hướng phát triển: - Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện cải tiến thiết kế kết cấu khí chương trình điều khiển - Dựa vào kinh nghiệm có tạo mơ hình, tiến tới chế tạo hệ thống với nhiều băng tải để tăng suất làm việc, giảm thời gian làm việc cho hệ thống xây dựng phần mềm giám sát riêng dành cho hệ thống - Lắp đặt thêm cảm biến lazer để phát nắp đóng chặt q trình vận hành - Tích hợp bơm sơn tự động vào bể chứa sơn cách sử dụng động bơm sơn cảm biến báo sơn đầy hết bể chứa 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển, Tinh toán thiết kế hệ dẫn động khí, tập một, Nhà xuất Giáo Dục, 2006 [2] Giáo trình Cảm biến hệ thống đo lường, Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội [3] Giáo trình Chi tiết máy, Đại học Công Nghiệp Hà Nội [4] Giáo trình Hệ thống tự động thủy khí, Đại học Cơng Nghiệp Hà Nội [5] PGS.TS.Hoàng Văn Quý-GS.TS Nguyễn Cảnh Cầm, Bài tập thủy lực, Hà Nội: Nhà xuất Xây Dựng, 2005 [6] T.S.Bùi Thanh Lâm(Ch.b)-Th.S Lưu Vũ Hải-Th.S Lê Ngọc Duy, Giáo trình hệ thống tự động thủy khí, Đại học Công nghiệp Hà Nội: NXB.Khoa học tự nhiên & công nghệ, 2019 PHỤ LỤC Thông số chi tiết hệ thống Tên Chi tiết Kích thước Số lượng MÔ ĐUN CẤP PHÔI Chiều dài 450mm Hộp chứa Đường kính 90mm phơi (nhựa pvc) Chiều dài 12mm Nhơm định hình 20mm x 20mm Gá đỡ Chiều dài 50mm xylanh Chiều rộng 2mm MÔ ĐUN CHIẾT RÓT Bể chứa sơn Chiều dài 220 mm (nhựa pvc) Đường kính 90 mm Chiều dài 20 mm Chiều dài 400 mm Nhơm định hình 20mm x 20mm Chiều dài 28 mm Ke bắt 20 Rộng 20 mm vng góc Nhơm định hình Ốc lục Ốc M5 chiều dài mm 36 trượt(inox) Ốc M6 Chiều dài 25 mm Con trượt M5 36 Chiều dài 210 mm Tấm ngăn ( mica) Chiều rộng 210mm Tấm đỡ bể Chiều dài 210 mm sơn (mica) Chiều rộng 210 mm Đường kính lỗ 90 mm MƠ ĐUN CẤP NẮP Chiều dài 200 Nhơm định mm hình 20mm x 20mm Chiều dài 300 mm Máng chứa Chiều rộng 80 mm nắp (mica) Chiều cao 20 mm Máng chờ Chiều dài 80 mm đẩy nắp (mica) Chiều rộng 80 mm Chiều cao 20 mm Máng trượt Chiều dài 90 mm nắp (mica) Chiều rộng 80 mm Chiều cao 20 mm Gá đỡ Chiều dài 50 mm xylanh Chiều rộng 20 mm Đường kính lỗ nhỏ 7mm Đường kính lỗ lớn 10mm MƠ ĐUN ĐĨNG NẮP Gá xy lanh Chiều dài 135mm dập ( mica dày 10 mm ) Chiều rộng 50mm Đường kính lỗ nhỏ 7mm Đường kính lỗ lớn 20mm giữ Chiều dài 210mm xylanh ( Ren M8 thép) Bulong Bulong M8 Chiều dài 300 mm Chiều dài ( thép ) Nhơm định hình 20mm x 20mm Ke bắt 250 mm Chiều dài 12 mm Chiều dài 28 mm 16 Rộng 20 mm vng góc Nhơm định hình Ốc lục Ốc M5 chiều dài 8mm trượt(inox) Ốc M6 Chiều dài 25mm 28 Con trượt M5 28 Ốc M3 Ốc M5 Chiều dài 10 mm MƠ ĐUN VẬN CHUYỂN Ổ đỡ trục Đường kính ( gang ) mm Con lăn Chiều 85 mm ( nhựa ) Đường kính ngồi 25 mm Đường kính mm Cặp puly ( nhôm ) Puly nhỏ 16 Puly lớn 40 Trục lăn Chiều dài 130 mm ( Inox ) Đường kính mm Chiều dài 165mm Đường kính mm Băng tải Chiều dài 700 mm ( vải – cao su ) Chiều rộng 80 mm Gá đỡ động Chiều dài 30 mm ( thép ) chiều rộng 40 mm chiều cao 30 mm Nhôm định Chiều dài 600 mm Chiều dài 80 mm 10 Chiều dài 28 mm 20 hình 20mm x 20mm Ke bắt Rộng 20 mm vng góc Nhơm định hình Ốc lục Ốc M5 chiều dài mm trượt(inox) Ốc M6 36 Chiều dài 25 mm Con trượt M5 36 Gá đỡ cảm Chiều dài 50 mm biến hồng ngoại ( nhựa ) Chiều rộng mm 3 BẢNG CHÚ THÍCH MODULE CẤP NẮP MODULE CẤP LON MODULE CHIẾT RÓT MODULE ĐÓNG NẮP MODULE VẬN CHUYỂN STT GIẢI THÍCH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG PHA CHẾ SƠN TỰ ĐỘNG Nhiệm vụ Họ tên Nguyễn Trịnh Hoàng Phan Việt Long Cáp Trọng Minh Hướng dẫn Chữ ký Ngày Số lượng Khối lượng Tỷ lệ BẢN VẼ LẮP HỆ THỐNG PHA CHẾ SƠN Khổ giấy: A3 Số vẽ: TS Hà Thanh Hải TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Duyệt BRW BRW SENSOR I0.3 BRW SENSOR I0.4 BLK BRW SENSOR I0.5 BLK SENSOR I0.6 BLK ĐÈN RUN BRW SENSOR I0.7 BLK RELAY MY2N- 24VDC BLK 4 8 12 12 12 ĐÈN ERROR BLU BLU BLU BLU BLU M1 ĐỘNG CƠ BĂNG TẢI 13 14 13 Q1.1 BLU 14 Q0.0 Q0.1 BLU 13 14 I1.3 I1.4 I1.0 I1.1 BRW BRW I1.5 VAN ĐIỆN ON/OFF SỐ VAN ĐIỆN ON/OFF SỐ VAN ĐIỆN ON/OFF SỐ RED RED OUT1 RED OUT2 YS-401 BLK NGUỒN 24VDC-3A OUT3 YS-401 BLK YS-401 BLK L YW 24V 4 8 12 12 12 YW YW 13 N 0V 13 14 13 14 Q0.2 14 Q0.3 Q0.4 Rd=1k OUT1 Rd=1k Rd=1k OUT2 PC817 PC817 Rn=220 Rn=220 I0.0 OUT3 I0.1 NGUỒN 24VDC-2A L 24V N 0V PC817 Rn=220 I0.2 VAN ĐIỆN TỪ 5/2 SỐ APTOMAT 220V-16A L VAN ĐIỆN TỪ 5/2 SỐ VAN ĐIỆN TỪ 5/2 SỐ VAN ĐIỆN TỪ 5/2 SỐ NGUỒN 12VDC-2A L 12V N 0V N 4 8 12 12 4 8 12 12 1 NGUỒN 5VDC-5A L 5V 13 N L+ M 24VDC L+ M 1M 24VDC DI.a DI.a 24VDC INPUTS X 3 2M 0V Q0.5 14 Q0.6 13 14 13 ĐỘNG CƠ TRỘN 14 Q1.0 Q0.7 ANALOG INPUTS ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PLC S7-1200 1214C DC DC DC E6S7214-1AG40-0XB0 13 14 M2 24VDC OUTPUTS DQ.a 3L+ 3M DQ.b HỆ THỐNG PHA CHẾ SƠN TỰ ĐỘNG Nhiệm vụ Họ tên Nguyễn Trịnh Hoàng Phan Việt Long Cáp Trọng Minh Hướng dẫn Chữ ký Ngày Số lượng Khối lượng Tỷ lệ BẢN VẼ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN Khổ giấy: A3 Số vẽ: TS Hà Thanh Hải TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Duyệt BEGIN CHỌN MÀU SƠN NHẬP: x SPN=x SPT=0 Đ STOP S RESET S Đ DỪNG HỆ THỐNG Đ START RESET THÔNG SỐ X1,X2,X3,X4,DC2=0 S X2+ DC2=1 DC1=0 N4=1 N1=1 S N2=1 Đ S Đ Đ DELAY(4S) S S2=1 DC1=0 N5=1 S X3X4+ S S DC1=0 CÁC VAN HOẠT ĐỘNG Đ Đ Đ X2DC2=0 LL=1 S N5=1 X4SPT=SPT+1 S DC1=1 X1+ DC1=1 Đ Đ S1=1 S DELAY(1S) S SPT