Mô hình chiết rót đóng nắp chai tự động phục vụ cho dạy học

MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv MỤC LỤC vi DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH x Chƣơng 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Đối tƣợng nghiên cứu 1.5 Phƣơng pháp thực 1.6 Kết cấu đồ án Chƣơng 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI .3 2.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 2.2 Tổng quan tự động hóa q trình sản xuất .6 2.3 Phân loại tự động hóa 2.3.1 Tự động hóa cứng 2.3.2 Tự động hóa lập trình .6 vi 2.3.3 Tự động hóa linh hoạt .7 Chƣơng 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .8 3.1 Động điện chiều 3.2 Motor bơm nƣớc 3.3 Van đảo chiều .10 3.4 Xy lanh khí nén 12 3.5 Cảm biến .14 3.6 Sơ lƣợc Role điện từ 17 3.6.1 Giới thiệu 17 3.6.2 Nguyên lý hoạt động 18 .18 3.6.4 Ứng dụng rơle .20 3.6.5 Những lƣu ý sử dụng rơle .20 3.7 Sơ lƣợc PLC (Programmable Logic Controller ) .20 3.7.1 Giới thiệu PLC: 20 3.7.2 Nguyên lý hoạt động PLC 21 3.7.3 Ƣu hệ thống điều khiển dùng PLC 21 3.7.4 Hạn chế 22 3.7.5 Các ứng dụng PLC 22 3.7.6 Tìm hiểu PLC S7-200 , CPU 224 23 vii 3.7.7 Cấu hình vào PLC 224 25 3.7.8 Các ngõ vào thƣờng dùng 26 3.7.9 Các thiết bị đƣợc điều khiển ngõ 26 3.7.10 Truyền thông PC PLC 27 3.7.11 Phân chia nhớ .28 3.7.12 Giới thiệu module mở rộng 30 3.7.13 Cách đặt địa cho module mở rộng CPU 224 31 3.7.14 Chƣơng trình ngắt 35 3.7.15 Sử dụng phần mềm Step 7-Microwin 38 CHƢƠNG : PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ - THI CÔNG PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM 40 4.1 Phƣơng án thiết kế .40 4.1.1 Phƣơng án 40 4.1.2 Phƣơng án 40 4.1.3 Lựa chọn phƣơng án 41 4.2 Thiết kế khí 42 4.2.1 Phƣơng pháp thiết kế khí 42 4.2.2 Bản vẽ mơ hình 433 4.3 Thiết kế mạch điện 53 4.4 Hình ảnh mơ hình thực tế 54 Chƣơng 5: LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 58 viii 5.1 Lƣu đồ giải thuật .58 5.2 Chƣơng trình điều khiển PLC 60 Chƣơng THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ 68 6.1 Các bƣớc chuẩn bị 68 6.2 Thử nghiệm 68 Chƣơng 7: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 69 7.1 Những kết qủa đạt đƣợc 69 7.1.1 Phần thiết kế khí 69 7.1.2 Phần điều khiển .69 7.2 Những hạn chế tồn 69 7.3 Hƣớng phát triển đề tài 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 ix DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH Hình 2.1 Dây chuyền chiết rót đóng nắp chai trà xanh Hình 2.2 Dây chuyền chiết rót đóng nắp chai dầu gió Hình 2.3 Máy chiết rót đóng nắp chai Hình 2.4 Máy chiết rót đóng nắp chai bình 20 lít Hình 3.1 Động có hộp giảm tốc .8 Hình 3.2 Động encoder Hình 3.3 Motor bơm nƣớc 24VDC .9 Hình 3.4 Van đảo chiều .11 Hình 3.5 Cấu tạo van đảo chiều 5/2 12 Hình 3.6 Xy lanh tác động đơn 13 Hình 3.7 Xy lanh tác động kép 14 Hình 3.8 Cấu tạo xy lanh tác động kép .14 Hình 3.9 Cảm biến từ 14 Hình 3.10 Cảm biến quang .15 Hình 3.11 Cảm biến sợi quang 16 Hình 3.12 Cảm biến điện dung 16 Hình 3.13 Cấu tạo rơle 18 Hình 3.14 Hình ảnh PLC S7-200, CPU 224 23 x Hình 3.15 Cấu hình vào CPU 224 DC/DC/DC 25 Hình 3.16 Cấu hình vào CPU 224 AC/DC/RELAY 25 Hình 3.17 Kết nối PC PLC 27 Hình 3.18 Các module mở rộng 30 Hình 3.19 Địa CPU224 31 Hình 3.20 Modul EM223 16I/16Q-DC/Relay 31 Hình 3.21 Modul EM223 4I/4Q- DC/Relay .32 Hình 3.22 Cấu tạo modul EM223 33 Hình 3.23 Modul EM235 33 Bảng 3.24 loại ngắt .36 Hình 3.25 Giao diện step7 38 Hình 4.1 PLC 40 Hình 4.2 Mạch arduino .41 Hình 4.3 Lƣu đồ trình thiết kế mơ hình 43 Hình 4.4 Mặt trƣớc mơ hình .56 Hình 4.5 Mặt sau mơ hình 56 Hình 4.6 Bảng điều khiển 57 xi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT PLC ProgrammableLogicController PC Personal Computer xii Chƣơng 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài Từ thực tế sống cơng nghiệp ngƣời, họ muốn máy móc đảm nhiệm hồn thành tốt cơng việc họ Thấy đƣợc yêu cầu từ xã hội trƣờng đƣa vào giảng dạy.Trong dạy học ngồi dạy lý thuyết cịn cần dạy thực hành để sinh viên áp dụng học vào thực tế.Trong dạy thực hành đó mơ hình dạy học khơng thể thiếu Qua nhóm em chọn đề tài “Thiết kế, thi cơng mơ hình chiết rót đóng nắp chai nƣớc tự động phục vụ cho dạy học” dùng PLC lập trình để làm đề tài đồ án điện tử 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Chiết rót đóng nắp chai hệ thống phổ biến phát triển ngành sản xuất nƣớc giải khác Những công ty, sở sản xuất nƣớc khống, nƣớc việc làm thủ cơng xúc rữa chai, chiết rót nƣớc vào chai, đóng nắp, dán nhãn thổi màng co phải cần nhiều ngƣời, lƣợng nƣớc không đồng suất không cao, nhiều thời gian.Vì thế, ứng dụng tự động hóa q trình sản xuất nhằm nâng cao chất lƣợng sản phẩm hạ tối đa giá thành Một phƣơng án hiệu đƣợc sử dụng rộng rãi thay hệ thống lạc hậu, không hiệu dây chuyền tự động đƣợc điều khiển tự động máy tính thiết bị chuyên dụng Việc máy móc đảm nhận cơng việc thay cho ngƣời mang lại hiệu cao 1.3 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu thiết kế mơ hình chiết rót đóng chai tự động: Thiết kế khí thiết kế phần điều khiển cho mơ hình Xây dựng thuật tốn điều khiển cho chƣơng trình Tiến hành thực nghiệm 1.4 Đối tƣợng nghiên cứu Thiết kế, chế tạo mơ hình chiết rót đóng nắp chai tự động theo hình ảnh video thực tế Xây dựng chƣơng trình điều khiển cho mơ hình 1.5 Phƣơng pháp thực Tìm hiểu tài liệu: nhóm tìm hiểu tài liệu liên quan thiết kế khí, thiết kế mạch điện - điện tử, phần mềm viết chƣơng trình Tham khảo từ nhiều nguồn khác: từ hình ảnh, video thực tế, giúp đỡ trực tiếp giảng viên chuyên ngành thuộc Bộ môn Cơ điện từ Phƣơng pháp thực nghiệm, thử sửa sai: Thiết kế chế tạo thiết bị mơ hình chiết rót đóng nắp chai khơng dừng lại việc tính tốn, thiết kế lý thuyết mà phải trải qua trình thi cơng chế tạo thực tế, từ rút kinh nghiệm, khắc phục thiếu sót 1.6 Kết cấu đồ án Đồ án gồm chƣơng với nội dung nhƣ sau: Chương 1: Giới thiệu.Giới thiệu lý chọn đề tài, ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài, mục tiêu nghiên cứu đề tài Chương 2: Tổng quan đề tài Trình bày bƣớc thiết kế, giới thiệu thiết bị ứng dụng đề tài Chương 3:Cơ sở lý thuyết.Lý thuyết thiết bị cảm biến, động điện, motor bơm nƣớc, xylanh, rơle, van, PLC Chương 4: Phương án thiết kế, thi cơng phần cứng, phần mềm.Nêu phƣơng thi cơng hình, lựa chọn phƣơng án thi cơng đạt hiệu tối ƣu Chương 5: Lưu đồ giải thuật chương trình điểu khiển: Nêu bƣớc hoạt động mơ hình từ viết chƣơng trình điều khiển phù hợp Chương 6: Thực nghiệm – Đánh giá Tiến hành chạy mơ hình thực tế đánh giá kết Chương 7: Kết luận – Kiến nghị Đƣa kết luận đề nghị Chƣơng 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu Ngày nay, việc tự động hóa trang thiết bị cơng ty, nhà máy, xí nghiệp ngày phổ biến phát triển Ở đất nƣớc có cƣờng độ làm việc độ xác cao, ngƣời khơng thể đảm nhiệm đƣợc, lúc máy móc thay ngƣời nhƣng dƣới giám sát ngƣời.Vì vậy, việc tự động hóa máy móc với trang thiết bị đại điều cần thiết Bên cạnh việc phát triển phần mềm việc quản lý hệ thống thông dụng ngành công nghiệp, điều khiển dây truyền sản xuất giám sát thơng qua chƣơng trình phần mềm giao diện nhƣ : WinCC, Visual Basic, Quick Basic, Turbol C++, Delphi… Với ứng dụng khoa học kỹ thuật, giới có chuyền biến rõ rệt ngày tiên tiến hơn, đại Sự phát triển công nghệ, đặc biệt công nghê tự động tạo hàng loạt dây chuyền sản xuất, thiết bị máy móc đại với đặc điểm vƣợt trội nhƣ xác cao, tốc độ nhanh, khả thích ứng, chun mơn hóa… đƣợc ứng dụng rộng rãi cơng nghiệp đại Cơng nghệ tự động hóa trở thành ngành kỹ thuật đa nhiệm vụ, đáp ứng đƣợc địi hỏi khơng ngừng ngành khác nhƣ công nghiệp, xây dựng, y tế… kể nông lâm nghiệp ngày đƣợc ứng dụng nhiều thực tế đời sống hàng ngày Trong công nghiệp, nhà máy sản xuất nƣớc uống đóng chai dây chuyền chiết rót đóng nắp khâu thiếu quan trọng.Dƣới hình ảnh từ nhà máy chiết rót đóng nắp chai từ nhà máy 4.4 Hình ảnh mơ hình thực tế Hình 4.4 Mặt trƣớc mơ hình Hình 4.5 Mặt sau mơ hình 56 Hình 4.6 Bảng điều khiển 57 Chƣơng 5: LƢU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 5.1 Lƣu đồ giải thuật Begin Băng chuyền chạy Cảm N biến Y Băng chuyền dừng T=1s Y Xylanh hạ xuống Máy bơm chạy Cảm biến điên dung Xylanh nâng lên Máy bơm ngừng 58 N T=1s N Y Băng chuyền 1, 2, chạy Cảm biến N Y Băng chuyền dừng T=1s N Y Xylanh hạ xuống Động vặn nắp chạy T=1s N Y Xylanh nâng lên Băng chuyền chạy End 59 5.2 Chƣơng trình điều khiển PLC 60 61 62 63 64 65 66 67 Chƣơng 6.THỰC NGHIỆM – ĐÁNH GIÁ 6.1 Các bƣớc chuẩn bị Bƣớc 1: Cấp điện vào mơ hình, khởi động PLC Bƣớc 2: Kết nối PLC với máy tính Bƣớc 3: Nạp chƣơng trình từ máy tính vào PLC Bƣớc 4: Cho mơ hình hoạt động 6.2 Thử nghiệm Lần Lỗi Khắc phục - Băng chuyền bị trùng - Thay động đai - Căn lại dây đai - Băng chuyền động - Nối lại dây điện kéo không đƣợc - Băng chuyền bị trùng đai - Cảm biến không trả tín hiệu - Cảm biến cảm biến - Chỉnh lại vị trí đặt cảm dừng chai khơng biến vị trí - Tính tốn, đặt timer chƣơng trình - Chỉnh lại phần rãnh - Rãnh xuống nắp chai Tính tốn lại vị trí chƣa vi trí Băng chuyền chuyển động không liên tục Chạy tốt ổn định 68 Căng lại đai, khớp nối trục Chƣơng 7: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 7.1 Những kết đạt đƣợc 7.1.1 Phần thiết kế khí Sử dụng phần mềm chun dụng cho việc thiết kế khí Hồn thành u cầu khí để đảm bảo cho phần điều khiển Điều chỉnh thiết bị mang tính thẩm mĩ, gọn gàng 7.1.2 Phần điều khiển Thiết kế, thi công mạch điện điều khiển Điều khiển chạy quy trình Viết chƣơng trình PLC S7-200 theo phƣơng pháp điều khiển tuần tự, giúp việc thực quy trình cách nhanh chóng đơn giản 7.2 Những hạn chế tồn Tốc độ khơng nhanh cịn thiếu xác Chỉ chiết rót đóng nắp chai, chƣa hồn tồn tự động Vì kiến thức thân cịn hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót, nhiều vấn đề chƣa giải đƣợc 7.3 Hƣớng phát triển đề tài Cải tiến băng chuyền để tốc độ nhanh Hồn thiện thuật tốn điều khiển, hồn thiện chƣơng trình để bƣớc hoạt động tốt hơn, chạy lƣợt nhiều chai 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Ngọc Phương Hệ thống điều khiển khí nén NXB Giáo Dục [2] Nguyễn Ngọc Phương Hệ thống điều khiển thủy lực NXB Giáo Dục [3].Nguyễn Trọng Hiệp Nguyễn Văn Lẫm Nguyên lý chi tiết máy NXB Giáo Dục [4] Nguyễn Thế Hùng Giáo trình điều khiển tự động.NXB Đại học Sư Phạm TpHCM [5] Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy tập hai, NXB Giáo dục [6] Hồng Minh Cơng Giáo trình cảm biến công nghiệp, NXB Xây dựng [7] Nguyễn Trọng Thắng- Lê Thị Thanh Hồng Giáo trình kỹ thuật điện NXB DH Quốc Gia TpHCM Tiếng Anh Stephen P Tubbs Programmable Logic Controller (PLC) Tutorial, Siemens Simatic S7-200 SIEMENS.S7-200 Programmable Controller System Manual.Edition 08/2008 Nguồn khác http://w3.siemens.com/mcms/programmable-logic-controller/en/simatic-s7controller/s7-200/pages/default.aspx 70 ... chuyền chiết rót đóng nắp chai dầu gió Hình 2.3 Máy chiết rót đóng nắp chai Hình 2.4 Máy chiết rót đóng nắp chai bình 20 lít Từ hình ảnh thấy đƣợc đa dạng hệ thống chiết rót đóng nắp chai đa dạng đóng. .. ĐỒ, HÌNH Hình 2.1 Dây chuyền chiết rót đóng nắp chai trà xanh Hình 2.2 Dây chuyền chiết rót đóng nắp chai dầu gió Hình 2.3 Máy chiết rót đóng nắp chai Hình 2.4 Máy chiết rót đóng. .. nƣớc uống đóng chai dây chuyền chiết rót đóng nắp khâu thiếu quan trọng.Dƣới hình ảnh từ nhà máy chiết rót đóng nắp chai từ nhà máy Hình 2.1 Dây chuyền chiết rót đóng nắp chai trà xanh Hình 2.2