HD5 bùi huy anh nghiên cứu thiết kế chu trình công nghiệp sử dụng PLC s7 1200 1500

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ  - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHU TRÌNH CƠNG NGHIỆP SỬ DỤNG PLC 1200/PLC 1500 Giáo viên hướng dẫn: Th.S Bùi Huy Anh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Cơng Hồng 2018600055 Nguyễn Duy Khương 2018600316 Hồng Chí Thành 2018600306 Hà Nội - Năm 2022 MỤC LỤC Mục lục Phụ lục hình ảnh Phụ lục bảng biểu Lời mở đầu 10 CHƯƠNG Giới thiệu chung chu trình cơng nghiệp MPS 11 1.1 Lịch sử nghiên cứu 11 1.2 Các vấn đề đặt 12 1.3 Đối tượng nghiên cứu 13 1.4 Phương pháp thực 14 1.5 Giới hạn đề tài 14 CHƯƠNG Tổng quan hệ thống MPS sử dụng PLC S7-1200 16 2.1 Tổng quan PLC S7-1200 16 2.1.1 Cấu trúc điều khiển PLC 18 2.1.2 PLC S7-1200 CPU 1215C DC/DC/DC 19 2.1.3 Phần mềm lập trình TIA Portal 21 2.2 Tổng quan Factory IO 23 2.2.1 Các hệ thống, đối tượng factory IO 23 2.2.2 Các phím tắt chức để thiết kế mơ hình 24 2.2.3 Các kết nối Factory IO với điều khiển: 27 2.3 Màn hình HMI 33 2.4 Cơ cấu chấp hành 36 2.4.1 Băng tải 36 2.4.2 Xi lanh khí nén 37 2.4.3 Robot lắp ráp 39 2.5 Hệ thống cảm biến 41 2.5.1 Cảm biến màu sắc 41 2.5.2 Cảm biến tiệm cận 42 2.5.3 Cảm biến quang phản xạ gương 43 2.5.4 Van điện từ khí nén 44 Nghiên cứu thiết kế hệ thống công nghiệp MPS 46 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 46 3.2 Thiết kế hệ thống khí FactoryIO 49 3.2.1 Trạm phân loại 50 3.2.2 Trạm lắp ráp 53 3.2.3 Trạm xếp pallet 55 3.3 Thiết kế hệ thống điều khiển 58 3.3.1 Lập trình phần mềm TIA Portal V16 59 3.3.2 Thiết kế giao diện điều khiển WINCC 65 3.4 Thiết kế hệ thống điện 70 3.4.1 Tính chọn động băng tải 70 3.4.2 Tính chọn động tay máy 73 3.4.3 Tính chọn Xi lanh – Piston 76 3.4.4 Tính chọn bánh 77 3.4.5 Sơ đồ đấu nối cảm biến 79 CHƯƠNG Kết luận hướng phát triển 81 4.1 Kết mô hệ thống PLC Sim 81 4.2 Kết vận hành hệ thống PLC S7 – 1215C 93 4.3 Hạn chế 98 4.4 Hướng phát triển 99 Tài liệu tham khảo 100 Phụ lục 1: Bảng địa 101 Phụ lục 2: Chương trình điều khiển hệ thống 111 Phụ lục 3: Bản vẽ thiết kế hệ thống 166 PHỤ LỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1: Trạm MPS phục vụ trình nghiên cứu, học tập 12 Hình 2-1: PLC Siemens S7-1200 17 Hình 2-2: Sơ đồ khối PLC 18 Hình 2-3: PLC S7-1200 CPU 1215C DC/DC/DC 19 Hình 2-4: Sơ đồ chân vào PLC S7-1215C DC/DC/DC 21 Hình 2-5: TIA Portal 22 Hình 2-6: Hệ thống đối tượng Factory IO 24 Hình 2-7: Dây chuyền sản xuất Factory IO 25 Hình 2-8: Thang chuyển hàng Factory IO 25 Hình 2-9: Hệ thống chiết rót Factory IO 26 Hình 2-10: Hệ thống lưu kho Factory IO 26 Hình 2-11: Khối Template liên kết PLCSIM với Factory IO 28 Hình 2-12: Chọn driver kết nối Factory IO 29 Hình 2-13: Chọn Driver Siemens S7 PLCSIM 29 Hình 2-14: Chọn Module S7-1200 30 Hình 2-15: Tinh chỉnh thuộc tính PLC 31 Hình 2-16: Đặt địa IP cho phần cứng 31 Hình 2-17: Cài đặt bảo mật PLC 32 Hình 2-18: Chọn giao thức kết nối PLC với Factory IO 32 Hình 2-19: Đặt địa IP phần mềm Factory IO 33 Hình 2-20: HMI 7” TP700 Comfort SIEMENS 35 Hình 2-21: Băng tải 37 Hình 2-22: Xi lanh khí nén hai chiều 39 Hình 2-23: Robot tọa độ trụ 39 Hình 2-24: Robot tọa độ vng góc 40 Hình 2-25: Cảm biến màu sắc 41 Hình 2-26: Cảm biến tiệm cận 42 Hình 2-27: Cảm biến quang phản xạ gương 44 Hình 2-28: Van điện từ khí nén 45 Hình 3-1: Sơ đồ khối tổng quan toàn hệ thống 46 Hình 3-2: Khối điều khiển 47 Hình 3-3: Khối phân loại 47 Hình 3-4: Khối lắp ráp 48 Hình 3-5: Khối xếp sản phẩm 48 Hình 3-6: Khối tương tác hiển thị 49 Hình 3-7: Chu trình hoạt động tồn hệ thống 49 Hình 3-8: Phơi cấp cho chu trình phân loại 50 Hình 3-9: Trạm phân loại 50 Hình 3-10: Cảm biến màu sắc 51 Hình 3-11: Xi lanh gạt phơi 51 Hình 3-12: Cảm biến tiệm cận 52 Hình 3-13: Băng tải 52 Hình 3-14: Máng trượt phơi NG 53 Hình 3-15: Phơi nắp cấp cho trạm lắp ráp 53 Hình 3-16: Trạm lắp ráp 54 Hình 3-17: Cơ cấu kẹp phôi 54 Hình 3-18: Robot lắp ráp 55 Hình 3-19: Sản phẩm hoàn chỉnh 55 Hình 3-20: Trạm xếp Pallet 56 Hình 3-21: Băng chuyền Pallet 56 Hình 3-22: Robot ba trục 57 Hình 3-23: Pallet sau hồn thành q trình xếp 57 Hình 3-24: Lưu đồ thuật tốn 58 Hình 3-25: Giao diện bắt đầu chương trình 59 Hình 3-26: Giao diện Add new device 59 Hình 3-27: Giao diện cấu hình địa IP cho PLC 60 Hình 3-28: Khởi chạy phần mềm PLC S7SIM 60 Hình 3-29: CPU trạng thái RUN 61 Hình 3-30: Các khối Block S7-1200 61 Hình 3-31: Lưu đồ Grafcet trạm phân loại 63 Hình 3-32: Lưu đồ grafcet trình kẹp phơi nắp đế 63 Hình 3-33: Lưu đồ grafcet trạm lắp ráp 64 Hình 3-34: Khởi tạo khối Block cho hệ thơng trạm MPS 64 Hình 3-35: Lưu đồ grafcet trạm xếp Pallet 65 Hình 3-36: Tạo hình HMI 65 Hình 3-37: Liên kết PLC với HMI 66 Hình 3-38: Khởi tạo hình điều khiển cho trạm 66 Hình 3-39: Màn hình trang chủ 67 Hình 3-40: Màn hình điều khiển trạm phân loại 67 Hình 3-41: Màn hình điều khiển trạm lắp ráp 68 Hình 3-42: Màn hình điều khiển trạm xếp Pallet 68 Hình 3-43: Màn hình cảm biến 69 Hình 3-44: Màn hình cạnh 70 Hình 3-45: Động băng tải 72 Hình 3-46: Động cánh tay robot 74 Hình 3-47: Xi lanh khí nén 77 Hình 3-48: Sơ đồ đấu nối chân cảm biến màu sắc 79 Hình 3-49: Sơ đồ đấu nối chân cảm biến tiệm cận 79 Hình 3-50: Sơ đồ đấu nối chân cảm biến quang phản xạ gương 80 Hình 3-51: Sơ đồ đấu nối van điện từ 80 Hình 4-1: Chạy mơ hệ thống thông qua PLCSIM 81 Hình 4-2: Chọn chế độ chạy tự động 81 Hình 4-3: Phơi cấp vào hệ thống 82 Hình 4-4: Tín hiệu băng tải vận chuyển phơi đế HMI 82 Hình 4-5: Phôi qua cảm biến màu sắc 83 Hình 4-6: Tín hiệu cảm biến 83 Totally Integrated Automation Portal 163 Network 2: Trạm Xếp Pallet (4.1 / 4.1) MOVE EN 10.0 IN MOVE EN 10.0 "GVT2" "GVT3" "GVT4" R S R %M13.0 "GVT1" %M13.1 "GVT2" %M13.2 "GVT3" %M13.3 "GVT4" R R R S %QD58 "SET GZ" ENO IN OUT1 3.1 ( Page10 - 5) R ENO OUT1 10 "GVT1" %QD58 "SET GZ" Totally Integrated Automation Portal 164 Network 3: Trạm lắp ráp %M14.2 "M BCLAMP BASE" %Q2.7 "BLUE CLAMP BASE" %M14.3 "M GCLAMP BASE" %Q0.7 "GREEN CLAMP BASE" %M14.1 "M BCLAMP LID" %Q2.4 "BLUE CLAMP LID" %M14.0 "M GCLAMP LID" %Q0.4 "GREEN CLAMP LID" %M14.5 "M RAISE BLUE" %Q3.0 "BLUE RAISE BASE" %M14.4 "M RAISE GREEN" %Q1.0 "GREEN RAISE BASE" %M14.6 "M GMOVE X" %Q0.0 "GREEN MOVE X" %M14.7 "M GMOVE Z" %Q0.1 "GREEN MOVE Z" %M15.2 "M GGRAP" %Q0.2 "GREEN GRAP" %M15.0 "M BMOVE X" %Q2.0 "BLUE MOVE X" %M15.1 "M BMOVE Z" %Q2.1 "BLUE MOVE Z" %M15.3 "M BGRAP" %Q2.2 "BLUE GRAP" Network 4: Cấp phôi đế nắp cho hệ thống Totally Integrated Automation Portal 165 %M16.0 "M PHOI" %Q1.1 "PHOI" %M16.1 "M GREEN LID" %Q0.5 "GREEN LID" %M16.2 "M BLUE LID" %Q2.5 "BLUE LID" 166 PHỤ LỤC 3: BẢN VẼ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2400 589 60 440 1125 60 540 2250 520 100 2490 STT Ch n b ng t i D y b ng t i Th nh b ng t i Bu L ng M5 V ng bi Tr c d n ng b ng t i Tr c b ng b ng t i T N CHI TI T 24 1 S L NG B NG K CHI TI T GHI CH N T T NGHI P CHUY N NG NH K THU T C NGHI N C U, THI T K CHU TR NH C NG NGHI P MPS S H V T n H.D n Duy t Ths.B i Huy Anh T.K Nguy n C ng Ho ng Ths.B i Huy Anh K I NT D NG PLC 1200/ PLC 1500 Ng y T L B N V B NG T I BASE 1:12 TR NG S B n V Kh i L ng 01/10 I H C C NG NGHI P H N I 500 440 590 1250 520 1490 STT Ch n b ng t i Bu L ng M5 D y b ng t i Tr c b ng b ng t i Th nh b ng t i Tr c d n ng b ng t i V ng bi T N CHI TI T 100 16 1 S L NG B NG K CHI TI T GHI CH N T T NGHI P CHUY N NG NH K THU T C NGHI N C U, THI T K CHU TR NH C NG NGHI P MPS S H V T n H.D n Duy t Ths.B i Huy Anh T.K Nguy n C ng Ho ng Ths.B i Huy Anh K I NT D NG PLC 1200/ PLC 1500 Ng y T L B N V B NG T I LID 1:10 TR NG S B n V Kh i L ng 02/10 I H C C NG NGHI P H N I 420 500 510 3500 190 245 1170 1225 2150 2205 3255 740 3310 3380 STT Ch n b ng t i pallet Tr c l n Th nh b ng t i pallet T N CHI TI T 34 S L NG B NG K CHI TI T GHI CH N T T NGHI P CHUY N NG NH K THU T C NGHI N C U, THI T K CHU TR NH C NG NGHI P MPS S H V T n H.D n Duy t Ths.B i Huy Anh T.K Nguy n C ng Ho ng Ths.B i Huy Anh K I NT D NG PLC 1200/ PLC 1500 Ng y T L B N V B NG T I PALLET 1:20 TR NG S B n V Kh i L ng 03/10 I H C C NG NGHI P H N I 200 348 338 140 380 450 428 STT Xi lanh n ng c ch n D n h ng c c u n ng C ch n L ik p Xi lanh k p T N CHI TI T 1 1 S L NG B NG K CHI TI T GHI CH N T T NGHI P CHUY N NG NH K THU T C 490 NGHI N C U, THI T K CHU TR NH C NG NGHI P MPS S H V T n 525 H.D n Duy t Ths.B i Huy Anh T.K Nguy n C ng Ho ng Ths.B i Huy Anh K I NT D NG PLC 1200/ PLC 1500 Ng y T L 1:5 B N V TAY K P PH I TR NG S B n V Kh i L ng 04/10 I H C C NG NGHI P H N I 1430 1080 1650 25 300 900 1025 780 1310 STT Ch n robot Gi c h t C nh tay robot T N CHI TI T 1 S L NG B NG K CHI TI T GHI CH N T T NGHI P CHUY N NG NH K THU T C NGHI N C U, THI T K CHU TR NH C NG NGHI P MPS S H V T n H.D n Duy t Ths.B i Huy Anh T.K Nguy n C ng Ho ng Ths.B i Huy Anh K I NT D NG PLC 1200/ PLC 1500 Ng y T L B N V ROBOT L P R P 1:13 TR NG S B n V Kh i L ng 05/10 I H C C NG NGHI P H N I 695 790 875 1200 1288 1388 974 7 STT 144 802 Tr t tr c X Thanh ngang robot tr c X Tr t tr c Y Thanh ngang robot tr c Y Ch n robot Tr t tr c Z ng c T N CHI TI T 2 1 S L NG B NG K CHI TI T GHI CH N T T NGHI P CHUY N NG NH K THU T C NGHI N C U, THI T K CHU TR NH C NG NGHI P MPS S H V T n 144 H.D n Duy t Ths.B i Huy Anh T.K Nguy n C ng Ho ng Ths.B i Huy Anh K I NT D NG PLC 1200/ PLC 1500 Ng y T L B N V ROBOT X P PALLET 1:15 TR NG S B n V Kh i L ng 06/10 I H C C NG NGHI P H N I 8 STT G c m bi n Bu L ng C m bi n m u s c B ng t i g t C m bi n quang Vt M ng tr t ph i NG B ng T i T N CHI TI T S L NG B NG K CHI TI T GHI CH N T T NGHI P CHUY N NG NH K THU T C NGHI N C U, THI T K CHU TR NH C NG NGHI P MPS S H V T n H.D n Duy t Ths.B i Huy Anh T.K Nguy n C ng Ho ng Ths.B i Huy Anh K I NT D NG PLC 1200/ PLC 1500 Ng y T L B N V H TH NG PH N LO I 1:18 TR NG S B n V Kh i L ng 07/10 I H C C NG NGHI P H N I STT B ng t i Vt B ng t i c p LID C c u k p ph i C m bi n quang C nh tay robot l p r p T N CHI TI T S L NG B NG K CHI TI T GHI CH N T T NGHI P CHUY N NG NH K THU T C NGHI N C U, THI T K CHU TR NH C NG NGHI P MPS S H V T n H.D n Duy t Ths.B i Huy Anh T.K Nguy n C ng Ho ng Ths.B i Huy Anh K I NT D NG PLC 1200/ PLC 1500 Ng y T L B N V H TH NG L P R P 1:9 TR NG S B n V Kh i L ng 08/10 I H C C NG NGHI P H N I 2 STT B ng T i Pallet 1 Robot x p s n ph m l n Pallet T N CHI TI T S L NG B NG K CHI TI T GHI CH N T T NGHI P CHUY N NG NH K THU T C NGHI N C U, THI T K CHU TR NH C NG NGHI P MPS S H V T n H.D n Duy t Ths.B i Huy Anh T.K Nguy n C ng Ho ng Ths.B i Huy Anh K I NT D NG PLC 1200/ PLC 1500 Ng y T L B N V H TH NG X P PALLET 1:10 TR NG S B n V Kh i L ng 09/10 I H C C NG NGHI P H N I 3 STT H th ng ph n lo i H th ng l p r p H th ng x p Pallet T N CHI TI T 2 S L NG B NG K CHI TI T GHI CH N T T NGHI P CHUY N NG NH K THU T C NGHI N C U, THI T K CHU TR NH C NG NGHI P MPS S H V T n H.D n Duy t Ths.B i Huy Anh T.K Nguy n C ng Ho ng Ths.B i Huy Anh K I NT D NG PLC 1200/ PLC 1500 Ng y T L B N V H TH NG 1:20 TR NG S B n V Kh i L ng 10/10 I H C C NG NGHI P H N I AUTO BLUE LIMIT LID MANUAL SS BLUE BASE SS CV GREEN BLUE BASE CLAMP BLUE MOVING X BLUE LIMIT BASE BLUE MOVING Z PR BLUE BLUE DETECTED SS CV BLUE SS BLUE LID SS NG BLUE LID CLAMPED SS BLUE PALLET GREEN MOVING X GREEN MOVING Z GREEN DETECTED SS GREEN LID GREEN LID CLAMPED GREEN LIMIT LID SS GREEN BASE GREEN BASE CLAMPED GREEN LIMIT BASE PR GREEN START RESET STOP EMG Nguồn 24DC-100W _ + BLUE PRODUCT DETECTED SS GREEN PALLET GREEN PRODUCT DETECTED SS P(OUT 1) SS P(OUT 2) CPU Module1 24V Module1 0V G PRODUCT GRAP CV GREEN PALLET B PRODUCT GRAP BLUE CLAMP BASE CV BLUE PALLET CV BLUE BASE BLUE BLUE LID GREEN BLUE CLAMP LID CV4 CV BLUE LID CV3 BLUE GRAP CV2 BLUE MOVE Z CV1 BLUE MOVE X BLUE RAISE BASE GREEN MOVE X GREEN MOVE Z GREEN GRAP CV GREEN LID GREEN CLAMP LID GREEN LID BT GREEN BASE GREEN CLAMP BASE GREEN RAISE BASE PHOI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ CHU TRÌNH CƠNG NGHIỆP MPS SỬ DỤNG PLC 1200/ PLC 1500 Họ Và Tên Hướng Dẫn Ths Bùi Huy Anh Kiểm Tra Ths Bùi Huy Anh Thiết Kế Nguyễn Cơng Hồng Kí Ngày Tỉ Lệ Vật Liệu Khối Lượng Bản vẽ đấu nối PLC S7-1200 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ... phải kết hợp tảng vốn có thay dần chu trình lạc hậu, khơng phù hợp với xu Cũng mục đích chúng em thực đồ án "Nghiên cứu, thiết kế chu trình cơng nghiệp sử dụng PLC 1200 /PLC 1500" .Theo suốt trình. .. 28 Kết nối PLC Siemens dòng S7- 200/S7Siemens S7- 200/300/400 200 SMART/300/400 thông qua Ethernet Siemens S7- 1200/ 1500 Siemens S7- PLCSIM Kết nối PLC Siemens dịng S71 200 /1500 thơng qua Ethernet Kết... HMI, PLC S7- 1200 module mở rộng có sẵn,… 16 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MPS SỬ DỤNG PLC S7- 1200 2.1 Tổng quan PLC S7- 1200 Từ ngành công nghiệp sản xuất bắt đầu phát triển, để điều khiển dây chuyền,