Thiết kế hệ điều khiển tự động cho tay máy 2 trục sử dụng PLC s7 1200 và động cơ servo ezi

MỤC LỤC CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TAY MÁY TRỤC 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Giới thiệu đề tài 1.3 Mục đích giới hạn nghiên cứu CHƢƠNG 2:U CẦU CƠNG NGHỆ VÀ NGUN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 10 2.1 Yêu cầu công nghệ 10 2.2 Sơ đồ khối 10 2.3 Nguyên lí làm việc tay máy 13 CHƢƠNG : LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHẦN CỨNG 14 3.1 Thiết bị điều khiển cảm biến 14 3.2 Module driver điều khiển động servo 19 3.3 Thiết bị điện 28 3.4 Thiết bị xylanh khí nén 32 3.5 Trục Vitme 35 3.6 Thiết bị hiển thị HMI 37 CHƢƠNG 4: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 39 4.1 Sơ đồ điện 39 4.2 Thiết kế giao diện hình HMI 40 4.3 Chƣơng trình điều khiển 42 CHƢƠNG : KẾT LUẬN 56 5.1 Kết luận 56 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN Hƣng Yên, ngày tháng… năm 2022 Giảng viên hƣớng dẫn CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TAY MÁY TRỤC 1.1 Đặt vấn đề - Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, điện tử, tự động hóa việc ứng dụng cơng nghệ điện tử, tự động hóa vào dây chuyền sản xuất quan trọng Nó đóng vai trị tích cực phát triển ngành công nghiệp, tạo sản phẩm có chất lƣợng cao, giá thành hạ, giảm bớt sức lao động ngƣời, suất lao động nhờ mà đƣợc nâng cao, thúc đẩy phát triển kinh tế nói chung Việc áp dụng tự động hóa vào q trình sản xuất nhờ chƣơng trình phần mềm đƣợc cài sẵn theo yêu cầu công nghệ sản xuất - Con ngƣời mơ ƣớc loại máy có khả thay cho q trình sản xuất cơng việc thƣờng nhật Vì thế, tự động hố trình sản xuất lĩnh vực đặc trƣng khoa học kỹ thuật đại kỷ 20, nhƣng thông tin cấu tự động làm việc khơng cần có trợ giúp ngƣời tồn từ trƣớc Công Nguyên - Sự phát triển khoa học kỹ thuật ngày nhanh góp phần nâng cao suất lao động Đặc biệt đời phát triển công nghệ chế tạo Robot nhằm tạo tự động hóa q trình sản xuất giảm sức lao động tay chân ngƣời - Trên giới Robot đƣợc nghiên cứu chế tạo để ứng dụng vào sản xuất có từ trƣớc Riêng Nƣớc ta lĩnh vực mẻ, có đầu tƣ để nghiên cứu nhƣng cịn hạn chế, dùng mơ hình cánh tay máy để phục vụ trực tiếp cho công việc giảng dạy trƣờng nhằm giúp cho sinh viên hiểu rõ lý thuyết, tạo điều kiện cho việc dạy học đƣợc sinh động - Cũng khoảng thời gian này, phát triển mạnh mẽ điều khiển học, ngành khoa học quy luật chung trình điều khiển truyền tin hệ thống có tổ chức góp phần đẩy mạnh phát triển ứng dụng tự động hố q trình sản xuất vào cơng nghiệp - Hiện nhiều nhà máy doanh nghiệp sản xuất việc gắp phân loại sản phẩm cịn áp dụng cơng nghệ sản xuất lạc hậu, chƣa theo kịp với xu phát triển đáp ứng đƣợc nhu cầu sản xuất nƣớc thị trƣờng quốc tế Chính chúng em xin thực đề tài: “Thiết kế hệ điều khiển tự động cho tay máy trục sử dụng PLC S7-1200 động Servo-Ezi” với mong muốn đƣa giải pháp nhằm cải thiện trình sản xuất cho giảm đƣợc chi phí nhân cơng , tăng suất mà đảm bảo đƣợc chất lƣợng sản phẩm, giảm giá thành sản phẩm để cạnh tranh thị trƣờng 1.1.1 Một số mơ hình cánh tay robot tự động Hiện có nhiều loại cánh tay Robot tự động đƣợc sử dụng lĩnh vực khác Nhƣng chúng thƣờng đƣợc sản xuất nƣớc bán việt nam với giá cao Vì chúng chƣa đƣợc sử dụng rộng rãi  Trong lĩnh vực hàn gia cơng khí Hình 1.1 Robot hàn hồ quang Kuka  Trong lĩnh vực sản xuất chế tạo board mạch điện tử Hình 1.2 Robot lĩnh vực sản xuất chế tạo board mạch điện tử  Trong lĩnh vực độc hại cho ngƣời Hình 1.3 Robot lĩnh vực môi trường  Trong lĩnh vực gia công lắp ráp Hình 1.4 Robot cơng nghệ lắp ráp tơ  Trong lĩnh vực đúc rèn Hình 1.5 robot đúc rèn  Trong lĩnh vực điêu khắc Hình 1.6 Robot phay 1.2 Giới thiệu đề tài - Xã hội đại, với phát triển cách mạng công nghiệp 4.0 nƣớc ta nhu cầu đa dạng đại hóa cơng nghiệp hóa ngành tự động ln đƣợc đặt lên hàng đầu, đòi hỏi phát triển máy móc khơng ngừng đƣợc nâng lên, nhà máy xí nghiệp đại ngày nhiều, việc ứng dụng khoa học cơng nghệ vào q trình quản lý điều hành cần thiết cho việc giảm thiểu nhân tiết kiệm thời gian, tiền bạc nâng cao chất lƣợng sản phẩm - Ngày cánh tay robot tự động dần trở thành xu hƣớng thời đại ƣu điểm vƣợt trội nhƣng khả sử dụng mật độ sử dụng cao, tốc độ di chuyển nhanh độ hiệu công việc Hiện cánh tay robot tự động vƣơn lên tầm cao với kỹ thuật đại nhƣ khả vận hành điều khiên từ xa hay cảm biến điện tử thông minh Cánh tay robot tự động sử dụng mơi trƣờng khắc nhiệt, độc hại với ngƣời Với tính cánh tay robot tự động mang lại thuận lợi cho ngƣời sử dụng cơng việc địi hỏi xác cao, tuyệt đối Đặc biết nhƣng nơi nhỏ hẹp, nơi mà ngƣời làm việc đƣợc, cánh tay robot tự động phát huy ƣu điểm - Chính nhƣng ƣu điềm bật cánh tay robot tự động mà ngày phát triển ứng dụng rộng rãi hơn, đồng thời nghiên cứu cải tiến chất lƣợng cánh tay robot tự động để ngày đại hơn, tiện ích hơn.! - Tự động hố trình sản xuất cho phép giảm giá thành nâng cao suất lao động - Trong thời đại, q trình sản xuất ln đƣợc điều khiển theo qui luật kinh tế Có thể nói chi phí hiệu sản xuất yếu tố quan trọng xác định nhu cầu phát triển tự động hố Khơng sản phẩm cạnh tranh đƣợc giá thành cao sản phẩm loại, có tính tƣơng đƣơng hãng khác - Trong bối cảnh kinh tế phải đối phó với tƣợng nhƣ lạm phát, chi phí vật tƣ, lao động, quảng cáo, bán hàng hậu ngày tăng buộc công nghiệp chế tạo phải tìm kiếm phƣơng pháp sản xuất tối ƣu để giảm giá thành sản phẩm - Mặt khác, nhu cầu nâng cao chất lƣợng sản phẩm làm tăng mức độ phức tạp q trình gia cơng Khối lƣợng công việc đơn giản cho phép trả lƣơng thấp giảm liên tục Chi phí đào tạo công nhân đội ngũ phục vụ, giá thành thiết bị tăng theo Đây động lực mạnh kích thích phát triển tự động hố - Tự động hố q trình sản xuất cho phép cải thiện điều kiện sản xuất - Các trình sản xuất sử dụng nhiều lao động sống thƣờng không bảo đảm tính ổn định giấc, chất lƣợng gia cơng, suất lao động, gây khó khăn cho việc điều hành quản lý sản xuất - Các trình sản xuất tự động cho phép loại bỏ nhƣợc điểm Đồng thời tự động hoá thay đổi tính chất lao động, cải thiện điều kiện làm việc công nhân, khâu độc hại, nặng nhọc, có tính lặp lặp lại nhàn chán, thu hẹp dần khoảng cách lao động trí óc lao động chân tay - Tự động hoá trình sản xuất cho phép đáp ứng cƣờng độ lao động sản xuất đại - Tự động hoá q trình sản xuất cho phép chun mơn hố hoán đổi sản xuất - Để áp dụng tự động hóa vào điều kiện sản xuất hang loạt nhỏ sản xuất đơn mà số lƣợng chi tiết loạt mà chủng loại nhiều, ngƣời ta dùng máy điều khiển theo chƣơng trình số Máy cho phép điều chỉnh máy nhanh chuyển sang gia công loạt chi tiết khác Bƣớc phát triển xuất trung tâm gia công mà đặc điểm có ổ trữ dụng cụ để thay theo trình tự gia cơng - Những năm gần giới đặc biệt nƣớc tƣ có khuynh hƣớng mạnh hệ thống sản xuất linh hoạt ƣu điểm bật hệ số sử dụng thiết bị cao, xuất cao tính linh hoạt cao Nó đƣợc áp dụng rộng rãi ngành công nghiệp máy công cụ, máy ô tô , máy kéo công nghiệp hàng khơng… - Trong hệ thống sản xuất linh hoạt áp dụng tự động hóa tồn q trình sản xuất từ công đoạn thiết kế tự động chi tiết, thiết kế tự động quy trình cơng nghệ, thiết kế tự động chƣơng trình gia cơng, tự động điều khiển trình sản xuất, tự động kiểm tra chất lƣợng sản phẩm…Đây hình thức tự động hóa tiến đƣa lại hiệu kinh tế lớn 1.3 Mục đích giới hạn nghiên cứu 1.3.1 Mục đích - Để có đƣợc mơ hình cánh tay Robot tự động hoàn chỉnh cần phải trải qua : + Khâu thứ khâu khí, xem tảng cho việc chế tạo mơ hình cánh tay Robot tự động Khâu đóng vai trị quan trọng việc hồn thành mơ hình cánh tay Robot tự động hồn hảo, với khí tốt, tạo điều kiện tốt cho việc điều khiển đƣợc thuận lợi + Khâu thứ hai phần lập trình hệ thống PLC, ta đƣợc tìm hiểu điều khiển động cơ, loại rơle,các thiết bị khí nén …v.v + Khâu thứ ba phần tính tốn thiết kế, lắp đặt xử lý 1.3.2 Giới hạn nghiên cứu a) Phạm vi nghiên cứu - Với đề tài chúng em tập chung nghiên cứu vấn đề sau: + Nghiên cứu thiết kế mơ hình cánh tay Robot tự động + Nghiên cứu, thiết kế mạch điện: mạch điều khiển sử dụng cảm biến, rơle trung gian ; mạch điều khiển điện cho phần tử điện khí nén để điều khiển + Nghiên cứu nguồn ni: khí nén, nguồn tổ ong 24V 5A… + Nghiên cứu chƣơng trình điều khiển cánh tay Robot tự động sử dụng PLC S7- 1200 + Ứng dụng thực tiễn cánh tay Robot tự động b) Phƣơng pháp nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu đề tài nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, thực tiễn trình chế tạo lắp ghép Dựa sở tài liệu có liên quan đến nội dung đề tài đề cập tới, học hỏi trau dồi kiến thức thu thập thơng tin chắt lọc ý kiến đóng góp bạn bè thầy cho đạt đƣợc kết tốt c) Tóm tắt đề tài - Đƣa thời gian thực nghiệm, nghiên cứu, đồ án đƣợc hoàn tất Nhƣng vấn đề nảy sinh q trình thực khơng động lực kích niềm say mê nghiên cứu mà thách thức khả thân thành viên nhóm nghiên cứu Nội dung đề tài đƣợc hình thành từ vấn đề trọng tâm cốt lõi tập trung vào mơ hình cánh tay Robot tự động Cách thức xây dựng mạch điện, chƣơng trình đề tài nhƣ xây dựng lắp đặt phần khí CHƢƠNG 2: U CẦU CƠNG NGHỆ VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 2.1 Yêu cầu công nghệ - Công nghệ gắp sản phẩm gồm trục Vitme, xy lanh khí nén giác hút: + Khay chứa sản phẩm 1, có nhiệm vụ dự trữ sản phẩm + Xy lanh khí nén có nhiệm vụ hút chặt sản phẩm, trục vitme với động servo dùng để dịch sản phẩm cấp sản phẩm khay chứa vị trí + Hoạt động tự động từ khâu phân loại sản phẩm đến khâu đƣa sản phẩm vào thùng chứa + Dừng hộp vị trí để nhận sản phẩm + Dây chuyền phải hoạt động nhịp nhàng + Độ an toàn lao động phải đƣợc đảm bảo tuyệt đối 2.2 Sơ đồ khối Trong : +) Khối nguồn - Bao gồm nguồn 220V AC nguồn chiều DC +) Khối điều khiển Khối điều khiển gồm PLC có chức điều khiển driver servo nhận thông số phản hồi từ driver +) Khối chấp hành Khối chấp hành gồm xilanh động cơ, xilanh có vai trị nhận tín hiệu điều khiển từ PLC +) Khối hiển thị HMI HMI có vai trị nhận tín hiệu từ PLC để điều khiển 10 4.3 Chƣơng trình điều khiển 4.3.1 Bảng symbol 42 4.3.2 Chƣơng trình điều khiển Network 1: KHỐI NGUỒN TRỤC Y 43 Network 2: KHỐI NGUỒN TRỤC X Network 3: RESET TRỤC Y 44 Network 4: RESET TRỤC X Network 5: VỀ HOME TRỤC Y 45 Network 6: VỀ HOME TRỤC X Network 7: CHẠY JOG TRỤC Y 46 Network 8: CHẠY JOG TRỤC X Network 9: CHẠY VỊ TRÍ TRỤC Y 47 Network 10: CHẠY VỊ TRÍ TRỤC X Network 11: BÁO VỊ TRÍ GỐC Giải thích NW: So sánh giá trị vị trí với vị trí gốc tọa độ X=0, Y=0 Mục đích: Khi vị trí trục X Y vị trí gốc phép hệ thống chạy tự động nhấn nút Start 48 Network 12: BÁO VỊ TRÍ ĐẶT Giải thích NW: So sánh vị trí trục với vị trí đặt phơi để hiển thị HMI cấp tín hiệu cho NW15 chạy (vị trí gắp phơi) Network 13: KHỞI ĐỘNG CHẾ ĐỘ CHẠY TỰ ĐỘNG Giải thích NW: Khi bấm nút ấn Start phím Start HMI Set vùng nhớ phụ %M0.0 Mục đích: để giữ cho hệ thống làm việc liên tục kể nhả nút Start Set %M0.0 (Run): Bấm nút Start hệ thống vị trí gốc (vị trí gắp phơi) Reset : Bấm nút Stop, Stop HMI nút EMG gắp đầy phôi trở vị trí gốc 49 Network 14: NGUỒN SERVO Cấp nguồn cho SERVO hoạt động, ấn nút EMG dừng cấp nguồn cho SERVO hệ thống ngừng hoạt động Network 15: CHẠY VỀ ĐIỂM KHƠNG Giải thích NW: Gửi vị trí điểm cho khối chạy vị trí NW 9, 10 chạy cấp tín hiệu cho phép hoạt động cho khối 50 Network 16: CHẠY VỊ TRÍ Giải thích NW: Khi có phơi vị trí cấp tín hiệu cho phép khối chạy vị trí hoạt động để đƣa phơi đến vị trí đặt, lấy tín hiệu sƣờn âm CHAY VT để đƣa phơi đến vị trí ko lặp lại vị trí Network 17: CHẠY VỊ TRÍ Giải thích NW: Gửi thơng tin vị trí đặt cho khối chạy vị trí hiển thị vị trí HMI 51 Network 18: CHẠY VỊ TRÍ Giải thích NW: Gửi thơng tin vị trí đặt cho khối chạy vị trí hiển thị vị trí HMI 52 Network 19: CHẠY VỊ TRÍ Giải thích NW: Gửi thơng tin vị trí đặt cho khối chạy vị trí hiển thị vị trí HMI Network 20: CHẠY VỊ TRÍ Giải thích NW: Gửi thơng tin vị trí đặt cho khối chạy vị trí hiển thị vị trí HMI 53 Network 21: CHẠY VỊ TRÍ Giải thích NW: Gửi thơng tin vị trí đặt cho khối chạy vị trí hiển thị vị trí HMI Network 22: CHẠY VỊ TRÍ Giải thích NW: Gửi thơng tin vị trí đặt cho khối chạy vị trí hiển thị vị trí HMI Network 23: BÁO FULL VỊ TRÍ Giải thích NW: Khi đặt đủ vị trí reset NW13 hệ thống dừng gắp 54 Network 24: RESET VỊ TRÍ Giải thích NW: Reset vị trí để hộ thống bắt đầu làm chu trình Network 25: HIỂN THỊ VỊ TRÍ HIỆN TẠI Giải thích NW: Gửi thơng tin vị trí vào vùng nhớ để hiển thị 55 CHƢƠNG : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Mơ hình “Thiết kế hệ điều khiển tự động cho tay máy trục sử dụng PLC S71200 động Servo-Ezi” kết hợp khối chức riêng để tạo thành hệ thống hoàn chỉnh Nội dung đồ án trình bày sâu sắc cấu trúc chức khối phần cứng, phần mềm giúp cho ngƣời đọc dễ dàng nắm đƣợc cấu trúc chức Mặc dù nhiều hạn chế, song đƣợc hƣớng dẫn tận tình thầy Hồng Quốc Tuân thầy cô giáo môn điện tử giúp đỡ, giải đáp thắc mắc, khó khăn q trình thực đề tài này.Chúng em hoàn thành đƣợc nhiệm vụ đặt chế tạo thành cơng mơ hình hệ thống, vận hành tốt yêu cầu đặt Chúng em mong nhận đƣợc ủng hộ, động viên nhƣ góp ý q thầy bạn bè để đồ án chúng em đƣợc hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn ! 56 ... chúng em xin thực đề tài: ? ?Thiết kế hệ điều khiển tự động cho tay máy trục sử dụng PLC S7- 120 0 động Servo- Ezi? ?? với mong muốn đƣa giải pháp nhằm cải thiện q trình sản xuất cho giảm đƣợc chi phí nhân... động chi tiết, thiết kế tự động quy trình cơng nghệ, thiết kế tự động chƣơng trình gia cơng, tự động điều khiển q trình sản xuất, tự động kiểm tra chất lƣợng sản phẩm…Đây hình thức tự động hóa tiến... hiệu điều khiển xilanh tƣơng ứng hoạt động đẩy sản phẩm xuống khay 18 3 .2 Module driver điều khiển động servo Hình 3.6 Bộ EZI- driver động EZI- servo - EZI- Driver Điều Khiển Động Cơ EZI- Servo