BÁO cáo đồ án tự ĐỘNG hóa 1 đề tài hệ thống tán bulông PLC s7 300

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA o0o BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỰ ĐỘNG HÓA Đề tài: Hệ thống tán bulông PLC S7-300 Giáo viên hướng dẫn : Sinh viên thực : Mã sinh viên : Lớp : Hà Nội 2022 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, sản xuất công nghiệp, kĩ thuật điều khiển tự động lĩnh vực thiếu Tự động hóa q trình sản xuất đem lại nhiều ưu điểm PLC ứng dụng thành công nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp dân dụng Từ ứng dụng để điều khiển hệ thống đơn giản, có chức đóng/mở (ON/OFF) thông thường đến ứng dụng cho lĩnh vực phức tạp, địi hỏi tính xác cao, ứng dụng thuật tốn q trình sản xuất Tối ưu hóa hiệu suất q trình sản xuất, giảm tải người vận hành cơng việc có tính lặp lại Để bắt kịp với tiến khoa học kĩ thuật giới, nhiều ngành công nghiệp nước ta ứng dụng công nghệ tiên tiến vào sản xuất thay cho công nghệ lạc hậu Những thiết bị công nghệ tiên tiến hệ thống lập trình PLC, vi xử lý, điện khí nén, điện tử… ứng dụng rộng rãi vào dây truyền sản xuất nước đóng chai, chế biến thức ăn, hệ thống đèn tín hiệu giao thơng, hệ thống còi báo động, … Trong trường đại học, học viện cao đẳng đưa thiết bị đại có khả lập trình vào giảng dạy Một thiết bị có ứng dụng mạnh mẽ đảm bảo độ tin cậy cao hệ thống điều khiển khả trình PLC Nhận thấy tính quan trọng hệ thống lập trình PLC kết hợp với kiến thức học mơn Đồ án tự động hóa 1, em vận dụng để thực đề tài “Hệ thống tán bulông PLC S7-300” Do thời gian thực đồ án có hạn nên khơng thể tránh khỏi sai sót, em mong nhận góp ý kiến thầy để đồ án em hoàn thiện hơn, đáp ứng mục tiêu đặt Lời Cảm ơn Kính gửi Thầy Nguyễn Đức Minh lời cảm ơn chân thành sâu sắc, cảm ơn thầy lắng nghe đóng góp ý kiến cho em buổi báo cáo trình hỗ trợ em suốt q trình làm đồ án mơn học Chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Thuỷ Lợi Hà Nội nói chung, khoa Điện - Điện Tử nói riêng tận tình giảng dạy, trang bị cho chúng em kiến thức bổ ích, quý báu Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, Tháng 12 năm 2022 Sinh viên thực hiện: CHƯƠNG MÔ TẢ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật, đa dạng linh kiện điện tử số, thiết bị điều khiển tụ động Ngày công nghệ cũ dần thay công nghệ đại, thiết bị công nghệ với hệ thống điều khiển lập trình vi điều khiển, hệ thống tự động điều khiển, vi xử lý, PLC, …đang sử dụng rộng rãi dây truyền công nghiệp, dây truyền sản xuất Trong công nghiệp nhu cầu trộn bột, hỗn hợp nhiều Trong thực tế có nhiều thiết bị phương pháp để trộn bột, hỗn hợp bột, để có hệ thống điều khiển với giá hợp lý cần cho Với nhu cầu em trọn Thiết kế biểu đồ chức điều khiển hệ thống tán buling cho động xăng băng chuyền sử dụng PLC SIEMENS S7-300, xây dựng mơ hình điều khiển lập trình hệ thống 1.2 Hướng giải Để đáp ứng yêu cầu hệ thống ta cần giải vấn đề sau: - Tìm hiểu hệ thống, yêu cầu công nghệ đề Xây dựng mô hình, quy trình cơng nghệ Tìm hiểu thiết bị, phần mềm phương pháp lập trình Mơ thực tế CHƯƠNG YÊU CẦU CÔNG NGHỆ 2.1 Tìm hiểu đề Đề tài P-19: Hệ thống tán bulông Thiết kế biểu đồ chức điều khiển hệ thống tán bulông cho động xăng băng chuyền Đây trạm gia công cuối dây chuyền sản xuất động Trong dây chuyền đơn giản hóa thực tế cần tán bulơng cho động Hình P6.19 mơ tả hệ thống tán bulông cho động xăng đến từ băng chuyền Đây nhiều trạm gia cơng xếp dọc theo băng chuyền Chương trình cần quan tâm tới trạm gia công Hoạt động băng chuyền PLC khác điều khiển nên chương trình giả thiết băng chuyền hoạt động Hệ thống hoạt động khơng đồng bộ, trạm có tốc độ xử l riêng không phụ thuộc vào trạm khác Vì trạm cần phải có phận chốt để giữ sản phẩm riêng để chốt sản phẩm vị trí gia cơng chốt sản phẩm vị trí chờ gia cơng Khi khởi động giả sử khơng có khay đựng động vị trí chờ gia cơng, Engage Khi Engage phát có khay đựng sản phẩm (cảm biến PROX21), hệ thống hoạt động sau:  ENGAGE 21 CYL tác động giây để đảm bảo có sản phẩm vị trí gia cơng (khi móc nâng lên, khay bị móc giữ vị trí móc)  Nâng khay lên khay băng chuyền  Hạ khâu tán bulơng tới vị trí cần thiết (khi LS21 DN đóng)  Các cuộn hút điện từ van tác động để đưa bulơng tới vị trí cần thiết  Động khí nén hoạt động giây để tán bulông  Nâng khâu tán bulơng LS21 UP đóng  Hạ khay đựng động xuống băng chuyền  ENGAGE 22 CYL tác động giây phép khay di chuyển ngồi Hình P6.19 Hệ thống tán bulơng: (a) nhìn từ xuống; (b) nhìn từ mặt bên; (c) nhìn từ phí cuối; (d) nhìn từ phí phận xếp bulơng; (e) nhìn từ mặt bên phận xếp bulơng 2.2 Quy trình cơng nghệ (Grafcet) Hình 2.6 Sơ đồ Grafcet Hệ thống gồm bước điều khiển tuần hoàn 2.4 Bảng Symbol Table Để lập bảng Symbol Table ta cần xác định biến trạng thái bước lập trình hệ thống CHƯƠNG TÌM HIỂU THIẾT BỊ VÀ TÍNH CHỌN 3.1 Khái qt tìm hiểu PLC  PLC gì? PLC (Programmable Logic Controller) hay Bộ điều khiển logic khả trình, thiết bị điều khiển lập trình (khả trình) cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình Người sử dụng lập trình để thực loạt trình tự kiện Các kiện kích hoạt tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC qua hoạt động có trễ thời gian định hay kiện đếm PLC dùng để thay mạch relay (rơ le) thực tế PLC hoạt động theo phương thức quét trạng thái đầu đầu vào Khi có thay đổi đầu vào đầu thay đổi theo Ngơn ngữ lập trình PLC Ladder hay State Logic Hiện có nhiều hãng sản xuất PLC Siemens, AllenBradley, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron, Honeywell Kích thước cổng: ren 5mm (M5) Áp suất : 0,15~1MPa Nhiệt độ: -20 ~ 70 độ C Hãng sản xuất: AIRTAC (Đài Loan) Cảm biến tiệm cận  Vật liệu thân bên ngoài: inox, nickelplated brass 90.000vnđ/1 cảm biến 2.190.000đ  Kiểu điện áp: dây DC dây AC (20-250VAC)  Phạm vi : 0.8~22mm  Kết nối cáp có sẵn jack cắm M8, M12  Tần số hoạt động: 1khz đến kHz  Nhiệt độ hoạt động: -25 đến 70 độ C Động pha 2.2kw Kiểu/Type :3K100S2 Điện áp/Voltage : 220/380 V Dòng điện/Current : 8,1/ 4,7 A Tần số : 50Hz Cấp bảo vệ : IP 55 Chế độ làm việc/Duty : S1 Role  Rơ le nhiệt CHINT 7-10A bảo vệ dòng cho động điện pha 2.2KW 150.000đ/1 role   Model : NXR - 25  Dãi dòng làm việc : 7A - 10A  Tiếp điểm phụ: 1NO - 1NC  Có lưỡng kim loại Contac Khởi động từ Contactor LS 3P 12A 220VAC tor MC-12a Hãng sản xuất Ls 315.000vnđ Số pha Dòng điện (A) Tiếp điểm Điện áp cuộn coil Màn hình HMI Pha 12 1NO 220VA C Màn hình HMI KTP700 BASIC DP – 6AV2123-2GA03-0AX0  Thiết kế hình: Thiết kế hình hiển thị ảnh rộng TFT, đèn LED  Kích thước hình: in ( 154.1 x 85.9 mm)  Số lượng màu sắc: 65 536  Độ phân giải: 800 x 480 Pixel  Kiểu kết nối ethernet : 6.190.000 vnđ 3.3 Ngôn ngữ lập trình PLC Ngơn ngữ lập trình thuật ngữ dùng để nói đến việc người sử dụng ngôn ngữ mà PLC hiểu để giao tiếp với nó, điều khiến hoạt động theo ý đồ mà người lập trình đề nhằm đáp ứng yêu cầu thực tiễn Các loại PLC hỗ trợ nhiều loại lệnh khác cho phép ta người lập trình sử dụng để giải nhiều cơng việc tự động hố Việc lựa chọn ngơn ngữ để lập trình tuỳ thuộc vào kinh nghiệm, khả sở thích người Các ngơn ngữ lập trình bao gồm: Ladder logic (LAD); Function Block Diagram (FBD); Statement List (STL)  Ngơn ngữ lập trình Ladder logic (LAD) Ngơn ngữ LAD cho phép ta viết chương trình tương tự mạch tương đương sơ đồ nối dây mạch điện Rất nhiều người lập trình nhân viên kỹ thuật chọn lựa sử dụng phương pháp Chương trình LAD cho phép CPU mơ di chuyển dòng điện từ nguồn, qua loạt điều kiện ngõ vào để tác động đến ngõ Hình 3.6 Ngơn ngữ lập trình LAD cho dịng S7 200 Siemens Các lệnh khác biểu diễn ký hiệu đồ hoạ, gồm có dạng bản: + Tiếp điểm: Biểu diễn điều kiện Logic ngõ vào, công tắc, nút nhấn, trạng thái cảm biến… gồm (tiếp điểm thường đóng thường hở) + Cuộn dây: Biểu diễn cho kết logic ngõ ra, đèn, động cơ, cuộn dây relay,… + Hộp (Box): Biểu tượng cho hàm khác nhau, hoạt động có dịng điện chạy đến hộp Ví dụ hình trên, hộp (Mov_B) hoạt động tiếp điểm I2.1 thơng (tức có dịng điện chạy qua tiếp điểm I2.1 cấp cho hộp Mov_B) Các dạng hàm thường biểu diễn hộp box gồm đếm thời gian (Timer), đếm (Counter) hàm toán học,… Cuộn dây hàm phải mắc chiều tốn học Các vấn đề cần quan tâm sử dụng ngơn ngữ LAD + LAD thích hợp cho người bắt đầu lập trình + Biểu diễn đồ hoạ dễ hiểu thông dụng + Luôn chuyển từ dạng LAD sang STL  Ngôn ngữ FBD (Function Block Diagram) Ngôn ngữ FBD cho phép ta xem lệnh hộp logic, tương tự sơ đồ cổng logic Khơng có tiếp điểm cuộn dây, có hộp Chương trình logic tạo việc kết nối hộp, ngõ lệnh tác động đến ngõ vào lệnh tạo thành chương trình điều khiển logic Phương pháp kết nối cho phép ta giải nhiều tốn logic khác Ln chuyển đổi từ chương trình FBD sang STL  Ngơn ngữ lập trình STL (Statement List) Soạn thảo chương trình theo phương pháp STL cho phép ta viết chương trình điều khiển lệnh gợi nhớ Nói chung soạn thảo STL phù hợp cho người có kinh nghiệm lập trình quen với PLC lập trình logic Soạn thảo ngôn ngữ STL cho phép ta tạo chương trình mà ngơn ngữ LAD FBD khơng thực Vì STL cách lập trình theo ngơn ngữ tự nhiên CPU, phương pháp khác lập trình đồ hoạ, Ví dụ viết chương trình theo ngơn ngữ STL sau: Hình 3.7 Ngơn ngữ lập trình STL Chương trình tương tự lập trình theo ngơn ngữ Assembler CPU thực chương trình cách chạy lệnh từ xuống dưới, lặp lại Các điểm cần quan tâm chọn ngơn ngữ lập trình STL: + STL thích hợp cho người lập trình kinh nghiệm + STL cho phép ta giải điều khiển phức tạp mà LAD FBD không thực + STL thực với tập lệnh SIMATIC + Có thể chuyển từ chương trình STL sang LAD FBD ngược lại bị giới hạn Bảng 3.2 Các ký hiệu tiếp điểm khối Siemens S7 Tiếp điểm thường mở (NO): Tiếp điểm kín mạch cuộn hút điều khiển tiếp điểm tích cực Tiếp điểm thường đóng (NC): Tiếp điểm kín mạch cuộn hút điều khiển tiếp điểm khơng tích cực Cuộn hút hay đầu tích cực PLC: Nếu nhánh chưa đầu kín mạch từ trái sang phải đầu cấp điện (tích cực), khơng đầu khơng cấp điện (khơng tích cực) Cuộn hút xác lập trạng thái: Nếu nhánh chứa đầu kín mạch từ trái sang phải đầu cấp điện (tích cực) giữ nguyên trạng thái nhánh không cịn kín mạch Cuộn hút khởi tạo trạng thái: Nếu nhánh chứa đầu kín mạch từ trái sang phải đầu khơng cấp điện (khơng tích cực) giữ nguyên trạng thái nhánh khơng cịn kín mạch Bộ định thời trễ tích cực: Khi đầu vào IN có trạng thái tích cực, giá trị đếm thời gian ET tăng dần Khi ET có giá trị giá trị đặt (PT), đầu Q xác lập trạng thái tích cực Nếu đầu vào IN trở trạng thái khơng tích cực giá trị ET chưa đạt giá trị PT đầu Q giữ ngun trạng thái khơng tích cực 3.4 Phần mềm lập trình TIA Portal V15 3.4.1 Giới thiệu Phần mềm Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal)được phát triển lần đầu vào năm 1996 kỹ sư hãng Siemens Đây đột phá lớn tích hợp tất công cụ vào phần mềm Từ thiết kế, thử nghiệm, vận hành trì nâng cấp hệ thống tự động hóa, phần mềm TIA giúp tiết kiệm thời gian, chi phí công sức cho kỹ sư SIMATIC STEP (TIA Portal) phần mềm tiếng sử dụng rộng rãi lĩnh vực tự động hóa cơng nghiệp Giao diện TIA Portal thiết kế thân thiện người sử dụng, thích hợp cho người lẫn người nhiều kinh nghiệm lập trình tự động hóa Với phần mềm này, bạn cấu hình, lập trình, thử nghiệm chẩn đốn tất điều khiển PLC module, HMI sẵn có Siemens cách dễ dàng Hình 3.8 Logo phần mềm 3.4.2 Sử dụng phần mềm  Hướng dẫn tạo Project download chương trình Bước 1: Chọn Create New Project, nhập tên Project, đường dẫn mong muốn nhấn Create Bước 2: Chọn Device and Network -> Add new Device để thêm thiết bị Chọn CPU mong muốn chọn Add Bước 3: Vào mục Device Configuration -> Ethernet Address để cấu hình địa cho PLC Bước 4: Chạy phần mềm PLC Sim tạo Project với S7-1200 (hoặc chọn nút Simulation TIA PORTAL) Bước 5: Tiến hành download cấu hình chương trình qua cửa sổ Extended download to device CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH 4.1 Lập trình LAD cho hệ thống PLC 4.1.1 Hướng dẫn lập trình  Phương pháp lập trình Lập trình chia thành bước bao gồm: Bước 1: Khởi động/dừng/tạm dừng Bước 2: Khởi tạo nhánh cho hệ thống Bước 3: Điều kiện chuyển tiếp bước Bước 4: Thao tác bước Bước 5: Khởi tạo lại hệ thống (reset) 4.1.2 Chương trình PLC hệ thống  Chương trình PLC viết theo ngơn ngữ LAD cho hệ thống tán bulong 4.2 Giới thiệu thiết kế giao diện HMI 4.2.1 Giới thiệu HMI  HMI gì? HMI từ viết tắt Human-Machine-Interface, nghĩa thiết bị giao tiếp người điều hành máy móc thiết bị Nói cách xác, cách mà người “giao tiếp” với máy móc qua hình giao diện HMI Hình 4.5: Màn hình HMI Siemens  Ưu điểm HMI - Tính đầy đủ kịp thời xác thơng tin Tính mềm dẻo, dễ thay đổi bổ sung thơng tin cần thiết Tính đơn giản hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành sửa chữa Tính “Mở”: có khả kết nối mạng, kết nối nhiều loại thiết bị nhiều loại giao thức - Khả lưu trữ cao  Ứng dụng thực tế HMI HMI ln có hệ SCADA đại, vị trí HMI cấp điều khiển, giám sát: Hình 4.6: Sơ đồ vị trí ứng dụng HMI  Nguyên lý hoạt động HMI HMI giao diện vận hành người máy thông qua PLC, chúng kết nối với cáp tín hiệu Khi người vận hành tác động nhấn nút hình cài đặt thơng số, yêu cầu gửi đến PLC, PLC điều khiển máy móc dây chuyền hoạt động Ngược lại, hệ thống máy móc dây chuyền gửi trạng thái hoạt động thơng số lên hình HMI thông qua PLC giúp cho người thực trình giám sát điều khiển  Các hãng sản xuất HMI 4.2.2 Omron LS Siemens Mitsubishi Delta Schneider Keyence Samkoon Weintek Thiết kế giao diện HMI CHƯƠNG KẾT LUẬN Sau trình học tập tìm hiểu, với hướng dẫn tận tình thầy Nguyễn Đức Minh, em hoàn thành đồ án Đồ án tự động hóa với đề tài: “Hệ thống tán bulơng PLC S7-300” Qua q trình làm đồ án, em có hội tìm hiểu thêm loại PLC thực tế, ứng dụng kiến thức học để thiết kế hệ thống sản xuất sử dụng PLC Nhờ đó, em có hiểu biết việc áp dụng PLC vào hệ thống sản xuất, biết cách thiết kế chương trình điều khiển cho khâu sản xuất Ngoài ra, em cịn có hội tìm hiểu thiết kế chương trình giám sát HMI, cịn nhiều sai sót xong tảng để em tìm hiểu sâu áp dụng vào thực tế sản xuất Do trình độ có hạn, cịn nhiều phần kiến thức em chưa thể áp dụng nên trình làm đồ án khơng thể tránh khỏi sai sót Em mong nhận ý kiến đóng góp thầy để em hồn thiện kiến thức Em xin chân thành cảm ơn! ... trình PLC Nhận thấy tính quan trọng hệ thống lập trình PLC kết hợp với kiến thức học mơn Đồ án tự động hóa 1, em vận dụng để thực đề tài ? ?Hệ thống tán bulông PLC S7- 300? ?? Do thời gian thực đồ án. .. hoàn thành đồ án Đồ án tự động hóa với đề tài: ? ?Hệ thống tán bulơng PLC S7- 300? ?? Qua q trình làm đồ án, em có hội tìm hiểu thêm loại PLC thực tế, ứng dụng kiến thức học để thiết kế hệ thống sản... CẦU CƠNG NGHỆ 2 .1 Tìm hiểu đề Đề tài P -19 : Hệ thống tán bulông Thiết kế biểu đồ chức điều khiển hệ thống tán bulông cho động xăng băng chuyền Đây trạm gia công cuối dây chuyền sản xuất động Trong