nghiên cứu thiết kế hệ thống pha sơn và đóng nắp tự động ứng dụng PLC s7 400

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ ************ BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MƠ HÌNH TRẠM PHA SƠN VÀ ĐÓNG NẮP TỰ ĐỘNG ỨNG DỤNG PLC S7-400 Giảng viên hướng dẫn: Th.s Khuất Đức Dương Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tuấn Nghĩa - 2018606711 Phạm Hồng Quân HÀ NỘI, 2022 - 2018606620 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC VIẾT TẮT LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Các vấn đề đặt 1.2 Tổng quan để tài 1.3 Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài 1.4 Mục tiêu nghiên cứu 1.5 Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu 1.6 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TRẠM PHA SƠN 2.1 Tổng quan trạm pha sơn 2.1.1 Tìm hiểu số mơ hình hệ thống đóng nắp phối trộn sơn thực tế 2.1.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc hệ thống 10 2.2 Tổng quan PLC PLC S7-400 12 2.2.1 Tổng quan PLC 12 2.2.2 Tổng quan PLC S7-400 14 2.3 Phương pháp điều khiển giám sát qua Internet 15 2.3.1 Tìm hiểu webserver 15 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 17 Yêu cầu hệ thống 17 Sơ đồ khối hệ thống 18 3.1 Thiết kế hệ thống khí 19 3.1.1 Tính tốn lựa chọn thiết bị 19 3.1.2 Phân tích chức thiết bị hệ thống 24 3.1.3 Mơ hình hóa mơ hệ thống 30 3.2 Thiết kế hệ thống điện 33 3.2.1 Phân tích chức 33 3.2.2 Thiết kế tủ điện 46 3.3 Thiết kế tích hợp hệ thống điều khiển giám sát ứng dụng PLC- S740047 3.3.1 Thiết kế hệ thống điều khiển 47 3.4 Thi công hệ thống 49 3.4.1 Thi cơng hệ thống khí 49 3.4.2 Thi công hệ thống điện 52 3.4.3 Giao diện điều khiển 53 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 56 4.1 Kết đạt 56 4.1.1 Những kết đạt 56 4.1.2 Những mặt hạn chế 57 4.1.3 Những khó khăn gặp phải 57 4.1.4 Kinh nghiệm kiến thức đạt sau hồn thành đồ án mơn học57 4.2 Hướng phát triển đề tài 58 KẾT LUẬN ĐỀ TÀI 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 PHỤ LỤC 61 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Hệ thống sản xuất sơn công ty SWEDEN Hình 2.1: Máy chiết rót sơn theo khối lượng đống nắp tự động Hình 2.2: Xy lanh thủy lực đóng nắp hộp sơn Hình 2.3: Mơ hình đóng nắp tự động ứng dụng PLC S7-200 Hình 2.4: Cơ cấu đóng nắp mơ hình Hình 2.5: Nguyên lý pha màu 12 Hình 2.6: So sánh ưu điểm hệ PLC so với kết nối cứng dùng relay timer 13 Hình 2.7: Giao diện Webserver 16 Hình 2.8: Màn hình chào mừng 16 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống 18 Hình 3.2: Mơ hình hệ thống 19 Hình 3.3: Xy lanh Mal 16*75 21 Hình 3.4 Động giảm tốc Tsukasa TG-85E-CH-77-D919 23 Hình 3.5: Mơ hình băng tải 24 Hình 3.6: Xylanh tác động kép Mal 16*75 26 Hình 3.3: Xylanh tác động đơn DLC SC100X75 26 Hình 3.7: Cấu tạo động điện chiều 27 Hình 3.8: Băng tải 30 Hình 3.9 :Bể đựng sơn 31 Hình 3.10: Xylanh khí nén 31 Hình 3.11: Cơ cấu trộn sơn 32 Hình 3.12: Hộp chứa phơi 32 Hình 3.13: Hệ thống hồn chỉnh 33 Hình 3.14: Cấu tạo van nước điện từ 34 Hình 3.15: Hoạt động cảm biến lưu lượng 35 Hình 3.16: Cảm biến lưu lượng YF-S201 36 Hình 3.17:Cảm biến khoản cách E3F- DS30C4 36 Hình 3.18: Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 37 Hình 3.19: Van điện từ 5/2 4M210-08 hãng Airtac 38 Hình 3.20: Van điện từ Airtac 4V210-08 39 Hình 3.21: Van hút chân không ZK - 08 40 Hình 3.22:Cấu tạo nút nhấn tự phục hồi 40 Hình 3.23:Relay trung gian chân MY2N-GS 24VDC Omron 41 Hình 3.24: Relay Omron MK2P-I 42 Hình 3.25: Nguồn xung 43 Hình 3.26: Cầu đấu dây tầng 44 Hình 3.27:PLC S7 1200 1214C DC/DC/DC 45 Hình 3.28: Module mở rộng 16 DO RELAY 46 Hình 3.30: Tủ điện 47 Hình 3.29:Bộ phân cấp lon 49 Hình 3.30:Bộ phận chiết rót mơ hình 50 Hình 3.31:Bộ phận đóng nắp mơ hình 51 Hình 3.32: Bộ phận lắc sơn mơ hình 52 Hình 3.33:Mặt tủ điện 52 Hình 3.34:Hình ảnh bên tủ điện 53 Hình 3.35: Màn hình Home giao diện SCADA 53 Hình 3.36: Đăng nhập quyền User 52 Hình 3.37: Màn hình chon ID màu sơn số lượng lon sơn 52 Hình 3.38: Báo lỗi số lượng lon 53 Hình 3.39: Hiển thị thơng báo xác nhận số lon 53 Hình 3.40: Giao diện vận hành 54 Hình 3.41: Hệ thống hoạt động 54 Hình 3.42:Thơng báo lỗi xảy cần reset lại hệ thống 55 Hình 3.43: Thơng báo hệ thống hoàn thành 55 DANH MỤC VIẾT TẮT TT Chú thích 𝐿𝑥𝑙 Hành trình xylanh mm vị F Lực đẩy piston cấp hộp sơn N F’ Lực đẩy piston đóng nắp N Lực ma sát hộp sơn mặt 𝐹𝑚𝑠 N phẳng 𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2 p Áp suất khí nén D Đường kính xylanh cm 𝑚𝑛ắ𝑝 Khối lượng nắp hộp sơn kg 𝑣𝑥𝑙 Vận tốc xylanh đóng nắp m/s 𝑣𝑛𝑡 1 1 Đơn S Kí hiệu 𝑣𝑛𝑠 𝑃𝑡 𝑃𝑠 ∆𝑃 𝐹𝑐𝑛𝑠 𝑣𝑛𝑡 𝑀𝑐 Vận tốc nắp chạm piston đóng m/s nắp m/s Vận tốc nắp sau đóng nắp kg.m Động lượng trước nắp /s kg.m Động lượng sau nắp /s kg.m Độ biến thiên động lượng nắp Lực cản sinh đóng nắp Vận tốc nắp chạm xylanh đóng nắp Moment cản động khuấy /s N m/s N.m 𝐹𝑐 d 𝑃đ𝑐 2 2 trộn Tổng tải trọng băng tải v Tốc độ băng tải có tải Vịn g/phút kg m/ph út Hệ số ma sát Lực cần thiết để dịch chuyển băng 𝐹𝑐𝑡 tải có hộp sơn N Chiều dài băng tải m σ Khối lượng phôi 1m băng tải kg β Góc nghiêng băng tải L W Tốc độ quay động khuấy m μ m Độ dài nối trục động khuấy Công suất động khuấy trộn n N Lực cản động khuấy Công suất cần thiết để dịch chuyển 𝑃𝑐𝑡 hộp sơn băng tải P Công suất động băng tải W W - Xy lanh di chuyển dọc: kết hợp với giác hút chân không, hút nắp lên từ băng tải cấp nắp thả nắp xuống vị trí lon để chuẩn bị đóng nắp - Xy lanh di chuyển ngang: đưa nắp hút vị trí lon, đưa xylanh dập vị trí lon để đóng nắp - Xy lanh dập nắp: Tác dụng lực làm nắp đóng chặt vào lon Hình 3.31:Bộ phận đóng nắp mơ hình Bộ phận thiết kế thêm hộp chứa nắp để cấp nắp cách xác đến vị trí để đảm bảo hệ thống hồn thành nhiệm vụ 3.4.1.4 Bộ phận lắc sơn Hệ thống sau hồn thành khâu đóng nắp tới bước cuối để hồn tất q trình cho lon sơn với yêu cầu Bộ phận làm nhiệm vụ trộn sơn để sơn lon mịn hơn, thiết kế sử dụng cấu xy lanh đẩy lon vào hộp lắc đưa lon từ hộp lắc (sử dụng xylanh kết hợp giác hút chân không) Hộp lắc quay theo số vòng định sẵn để tạo hỗn hợp sơn đồng dừng vị trí ngang với mép băng tải để lon đưa bên ngồi 51 Hình 3.32: Bộ phận lắc sơn mơ hình 3.4.2 Thi cơng hệ thống điện Tủ điện đóng vai trị chủ đạo trung tâm hệ thống Gồm PLC, nút nhấn, đèn báo, buzzer, delay,… nhóm chúng em thực thi cơng dựa vẽ thiết kế Hình 3.33:Mặt ngồi tủ điện 52 Hình 3.34:Hình ảnh bên tủ điện 3.4.3 Giao điều diện Hình 3.35: Màn hình Home giao diện SCADA 53 khiển Hình 3.36: Đăng nhập quyền User Hình 3.37: Màn hình chon ID màu sơn số lượng lon sơn 52 Hình 3.38: Báo lỗi số lượng lon Hình 3.39: Hiển thị thơng báo xác nhận số lon 53 Hình 3.40: Giao diện vận hành Hình 3.41: Hệ thống hoạt động 54 Hình 3.43: Thơng báo hệ thống hồn thành Hình 3.42:Thơng báo lỗi xảy cần reset lại hệ thống 55 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 4.1 Kết đạt Đứng trước phát triển cơng nghiệp hóa đại hóa tại, việc tự động hóa q trình sản xuất vơ quan trọng thiết Nó giúp cho nhà máy, nhà xưởng giải cơng việc nhanh chóng hiểu Ứng dụng phần mềm điều khiển PLC giải vấn đề Với đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế mơ hình trạm pha sơn đóng nắp tự động ứng dụng PLC S7 400” phần cứng hệ thống chưa tối ưu xác, song có thời gian điều kiện hệ thống có ích cho nhiều phòng sơn xưởng sản xuất sơn cung cấp cho người sử dụng điều khiển hệ thống cách dễ dàng , thuận tiện sản xuất màu sơn có độ mịn nhiều 4.1.1 Những kết đạt ❖ Về lý thuyết - Hiểu quy trình sản xuất sơn quy trình pha màu sơn nhà máy sơn - Hiểu sở lý thuyết thiết bị sử dụng mơ hình, tính tốn lựa chọn thiết bị phù hợp cho dây chuyền sản xuất - Hiểu trình vận hành hệ thống sản xuất ❖ Về phần cứng - Mô hình phần cứng thiết kế chắn, ổn định, xác, đảm bảo yêu cầu hệ thống đề - Thiết kế thi công tủ điện, đầy đủ nút nhấn đèn báo hiệu, dễ dàng vận hành dây mơ hình gọn gàng, mang tính thẩm mĩ cao - Tuy nhiên kinh phí, thời gian hạn chế, phần cấu cấp lon cấp nắp thiết kế đơn giản, chưa chứa nhiều lon nắp ❖ Về chương trình điều khiển - Hiểu đặc điểm, cách thực chương trình điều khiển PLC, 56 tập lệnh lập trình - Chương trình điều khiển PLC hoạt động ổn định, xác, xử lý hầu hết lỗi xảy - Tạo lập giao diện điều khiển giám sát SCADA trực quan dễ dàng vận hành 4.1.2 Những mặt hạn chế - Màu pha sản phẩm mang tính xác tương đối dựa vào thị giác độ xác cảm biến lưu lượng - Cảm biến lưu lượng cảm biến mực nước có độ xác chưa cao giá thành rẻ - Chưa có cảm biến đo mức nước bể sơn - Chưa có khâu đóng thành thùng - Bộ phận cấp lon cấp nắp chưa chứa nhiều lon nắp 4.1.3 Những khó khăn gặp phải - Tổng chi phí mua thiết bị sử dụng đề tài cao - Thiết bị mua khơng có khơng với u cầu thiết kế - Thiết bị hư hỏng trình chạy thử - Sử dụng thiết bị giá rẻ nên độ xác chưa cao 4.1.4 Kinh nghiệm kiến thức đạt sau hoàn thành đồ án môn học - Hiểu lý thuyết thành phần cấu tạo phân loại loại sơn phổ biến - Hiểu quy trình sản xuất sơn quy trình pha màu sơn - Biết quy luật pha màu cộng pha màu trừ, hệ màu thường sử dụng - Kinh nghiệm thiết kế thi công tủ điện - Kinh nghiệm làm chi tiết khí với nhơm, sắt, mica Biết kích thước loại bulon, ốc vít liên kết cần thiết - Hiểu chức năng, địa mua giá thiết bị điện, vật liệu, 57 cơng cụ khí cần thiết để làm tủ điện loại kềm (kìm cắt tuốt dây, kìm bấm cosse Y, cos pin, kìm mũi nhọn,…), đồng hồ đo, dây điện, loại đầu cosse, máy khoan, mũi khoan, máy cắt, loại lưỡi cho máy (lưỡi cắt sắt, cắt gỗ, mài sắt,…) v.v… - Hiểu đặc điểm, cách thực chương trình điều khiển PLC, tập lệnh lập trình - Sử dụng tốt phần mềm TIA Portal để tạo lập giao diện điều khiển đơn giản đầy đủ dễ dàng vận hành - Biết cách khắc phục lỗi trình lập trình - Kinh nghiệm tính tốn lựa chọn thiết bị phù hợp cho dây chuyền sản xuất - Kinh nghiệm thiết kế, vận hành hệ thống có hoạt động điện kết hợp khí nén 4.2 Hướng phát triển đề tài - Mở rộng dây chuyền để pha loại sơn có dung tích lớn - Phát triển thêm khâu dán nhãn khắc nhãn, mã vạch, ngày sản xuất laser, khâu đóng thùng sản phẩm - Điều khiển giám sát hoạt động PLC từ xa thông qua Internet - Tiếp tục phát triển hệ thống cấp nắp - Phát triển thêm hệ thống cảm biến để đo thể tích bể sơn 58 KẾT LUẬN ĐỀ TÀI Sau thời gian tuần thực đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống đóng nắp phối trộn sơn tự động” gồm chương thi cơng mơ hình hồn chỉnh, nhóm tác giả hoàn thành nội dung sau : Chương 1: Giới thiệu chung đề tài: nêu vấn đề cần giải quyết, tổng quan đề tài, xác định đối tượng mục tiêu nghiên cứu Chương : Tìm hiểu tổng quan trạm pha sơn, phương pháp điều khiển Từ tính tốn lựa chọn thiết bị việc xây dựng mô hình Chương 3: Tính tốn thiết kế hệ thống: Tiến hành tính tốn thiết kế thi cơng mơ hình thực dựa thiết kế Chương 4: Đưa kết sau q trình thực hồn thiện mơ hình vận hành hệ thống Từ đánh giá kết đạt đạt 3/4 so với dự đoán kết đạt chương Ngồi ra, mơ hình hệ thống sau vận hành tồn hạn chế định nhóm tác giả đưa phương hướng giải hạn chế nhằm nâng cao suất hệ thống 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1] Xuất 2016 - Giáo trình tự động hóa thủy khí- Đại học Bách Khoa Hà Nội [2] Xuất 2013 - Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9879:2013 (ASTM D562:2010) Sơn - Xác định độ nhớt KU nhớt kế Stomer [3] Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí PGS.TS Trịnh Chất- Lê Văn Uyển Trong trình thực đồ án, nhóm tác giả có tham khảo từ tài liệu sau: Giáo trình thiết kế khí Solidwork 2017 – Phạm Phước Hải Giáo trình trang bị điện - Biên soạn: Hoàng Khắc Phục Giáo trình Cảm biến đo lường – Trường đại học Cơng Nghiệp Hà Nội Giáo trình thiết kế mạch điện tử Orcad – trường đại học Công Nghiệp Hà Nội 60 PHỤ LỤC Bản vẽ lắp mơ hình hệ thống Bản vẽ hệ thống điều khiển Bảng địa đầu vào PLC Lưu đồ thuật tốn Chương trình lập trình PLC 61 Module Thiết bị Relay điều Địa Ký hiệu I0.0 S1 Cảm biến lưu lượng (đỏ) I0.1 S2 Cảm biến lưu lượng (trắng) I0.2 S3 Cảm biến lưu lượng (vàng) I0.3 S4 Cảm biến lưu lượng (xanh) I0.4 B1 Nút nhấn START I0.5 B2 Nút nhấn STOP I0.6 B3 Nút nhấn RESUME I0.7 B4 Nút nhấn PAUSE Q0.0 V1 Van điện từ nước K1 Q0.1 V2 Van điện từ nước K2 Q0.2 V3 Van điện từ nước K3 Q0.3 V4 Van điện từ nước K4 Q0.4 M1 Động băng tải K5 I1.0 S5 I1.1 S6 I1.2 S7 I1.3 S8 I1.4 B5 Nút nhấn MO_STOP Q1.0 M3 Động trộn sơn khiển CPU 1214C SM 1223 8DI/8DO Cảm biến phát (vị trí trộn sơn) Cảm biến phát (vị trí chiết rót) Cảm biến phát (vị trí dập nắp) Cảm biến HOME (trộn trộn sơn) 62 K7 Q1.1 D1 Buzzer báo sơn Q12.1 X2 Xylanh cấp lon Q12.2 X3 Xylanh đẩy lon Q12.3 X4 Xylanh ngang cấp nắp Q12.5 X5 Xylanh dọc hút nắp Q12.6 X6 Xylanh chặn lon Q12.7 X7 Xylanh chặn lon 16DO Q13.0 X8 Xylanh chân không hút nắp RELAY Q13.1 X9 Xylanh hút lon Q13.2 X10 Xylanh dập nắp Q13.3 D2 Đèn STOP Q13.4 D3 Đèn PROGRESS SM 1222 Q13.5 D4 Đèn PAUSE/RESUME Q13.6 D5 Đèn EMO Q13.7 D6 Buzzer báo hoàn thành 63 ... rõ PLC, chúng em chọn đề tài cho khóa luận tốt nghiệp là: ? ?Nghiên cứu, thiết kế mơ hình trạm pha sơn đóng nắp tự động ứng dụng PLS S7 400. ” 1.4 Mục tiêu nghiên cứu - Hệ thống hoạt động tuần tự, ... lượng đống nắp tự động Hình 2.2: Xy lanh thủy lực đóng nắp hộp sơn Hình 2.3: Mơ hình đóng nắp tự động ứng dụng PLC S7- 200 Hình 2.4: Cơ cấu đóng nắp mơ hình Hình 2.5: Nguyên lý pha màu... hành 2.1.1.2 Mơ hình hệ thống đóng nắp phối trộn sơn sử dụng Hình 2.3: Mơ hình đóng nắp tự động ứng dụng PLC PLC S7- 200 S7- 200 • Về cấu tạo, mơ hình gồm có phần: - Phần cấp hộp sơn: bao gồm xy lanh