Đồ án tự động hóa đề tài thiết kế hệ thống tán bu lông tự động cho động cơ xăng trên băng chuyền

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI BÁO CÁO MÔN: ĐỒ ÁN TỰ ĐỘNG HÓA ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TÁN BU LÔNG TỰ ĐỘNG CHO ĐỘNG CƠ XĂNG TRÊN BĂNG CHUYỀN Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực Mã sinh viên Lớp : : : : Page of 37 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI Khoa Điện – Điện tử Bộ môn Kỹ thuật ĐK & TĐH ĐỒ ÁN TỰ ĐỘNG HÓA- PHẦN ĐIỀU KHIỂN LOGIC & PLC Họ tên sinh viên : 1.Nhiệm vụ: Thiết kế chương trình điều khiển cho hệ thống tán bulơng cho động xăng băng chuyền (đề bài:P-19) 2.Yêu cầu: 2.1 Sử dụng biểu đồ chức mơ tả tốn,thiết kế sơ đồ logic dạng bậc thang cho ứng dụng.Với PLC để thiết kế sơ đồ logic dạng bậc thang chọn PLC SIEMENS S7-1200 2.2 Nội dung thiết kế: 1: Phân tích nguyên lý làm việc hệ thống điều khiển 2: Biểu đồ chức nắng điều khiển 3: Phân tích lựa chọn PLC 4: sơ đồ lập trình LAD (THEO CHUẨN IEC) 5: Giao diện điều khiển ( HMI…) 6: Vẽ sơ đồ đấu nối, động lực, 7.Mô phỏng,mô hình-Kết luận 3.Ngày giao đồ án:1/9/2021 4.Ngày hồn thành:20/12/2021 MỤC LỤC Page of 37 CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 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 mô hình điều khiển lập trình hệ thống 2.Phương pháp nghiên cứu: - Tìm hiểu sở lý thuyết vấn đề nghiên cứu - Tiến hành thiết kế chương trình điều khiển - Thử nghiệm chương trình mô - Đưa kết luận 3.Nội dung nghiên cứu: Phần 1: Phân tích nguyên lý làm việc hệ thống điều khiển Phần 2: Biểu đồ chức điều khiển Phần 3: Phân tích lựa chọn PLC Phần 4: Sơ đồ lập trình LAD (THEO CHUẨN IEC) Phần 5: Chương trình LAD có điều khiển tay Phần 6: Giao diện điều khiển (HMI…) Phần7: Lựa chọn thiết bị, sơ đồ đấu nối, sơ đồ động lực, sơ đồ điện Phần 8: Mơ phỏng, mơ hình, kết luận Page of 37 CHƯƠNG : NỘI DUNG ĐỀ TÀI 1.Nhiệm vụ: Thiết kế chương trình điều khiển cho hệ thống tán bulông cho động xăng băng chuyền 2.Mô tả hệ thống: 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 công 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 kh i 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 bulông LS21 UP đóng Hạ khay đựng động xuống băng chuyền ENGAGE 22 CYL tác động giây phép khay di chuyển Page of 37 (a) (b) (c) Page of 37 (d) (e) 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 Q trình hoạt động tiếp tục Giả thiết băng chuyền hoạt động Khay co thể bị trượt băng chuyền bị giữ cố định móc nâng lên kh i băng chuyền Cảm biến tiệm cận PROX21 dùng để phát khay đựng động trước khay tới vị trí móc Giả thiết khay bị móc ENGAGE_21_CYL, cảm biến PROX21 v n tích cực ENGAGE_21_CYL ENGAGE 22 CYL móc hành trình đơn Khi đầu điều khiển tích cực, móc hạ xuống đầu khơng tích cực Khi đầu khơng tích cực, móc nâng lên Khâu nâng khay điều khiển xilanh khí nén đơn Khi đầu a PALL21_UP tích cực, bàn kẹp nâng khay lên giữ cố định PALL21_UP phải ln trì tích cực để giữ khay vị trí cần thiết Nếu PALL21_UP khơng Page of 37 tích cực, khay hạ xuống băng chuyền Khơng có khóa giới hạn để phát vị trí khay Giả sử sau bàn kẹp tích tác động 1.5 giây, khay tới vị trí sau bàn kẹp nhả ra, khay nằm băng chuyền Khâu gia công nâng hạ điều khiển xilanh khí nén kép Khi HEAD21_DOWN tích cực, khâu hạ xuống đầu điều khiển khơng tích cực Khi HEAD21_UP tích cực khâu nâng lên đầu điều khiển khơng tích cực Khâu gia cơng ngừng hoạt động hai đầu tích cực Khóa giới hạn LS21_UP tích cực khâu nâng tới vị trí giới hạn LS21_DN tích cực khâu hạ xuống vị trí giới hạn Bulơng xếp vào vị trí theo kiểu chảy Khâu rung hoạt động để di chuyển xếp bulông, đưa bulơng vào khâu tán bulơng Hình P6.19d P6.19e mô tả rõ khâu Lưu khâu xếp bulông giống Giả thiết có hai cấu rung ln hoạt động chương trình khơng quan tâm tới cấu rung Hoạt động khâu xếp bulông sau: PBOLT1 CYL PBOLT2 CYL giãn đẩy bulông theo đường d n vào vịi khí nén Các cuộn hút điện từ đơn tích cực giây Khi đầu khơng tích cực, cuộn hút nén cho phép bulông xếp vào vị trí GVLV1 GVLV2 tích cực đóng cửa van thứ thứ hai đường d n khí nén Khóa giới hạn GVLV1_CLS phát trạng thái đóng cửa van khóa giới hạn GVLV2_CLS phát trạng thái đóng cửa van Cả hai khóa giới hạn phải đóng trước chương trình chuyển sang bước Không cần quan tâm tới trường hợp khóa giới hạn khơng tác động Hệ thống khơng có khóa giới hạn phát trạng thái mở van Các van điều khiển cuộn hút điện từ đơn cửa van mở GVLV1 khơng tích cực Van xếp van xếp mở (CVLV1 CVLV2 tích cực) cho phép khí nén vào đường ống xếp bulông vào máy tán Trong máy tán bulông xếp vào ống rỗng sáu cạnh, qua tán vào động Có hai khóa giới hạn (PROXB1 PROXB2) phát vị trí bulơng máy tán Cả hai khóa giới hạn phải tích cực trước chương trình chuyển sang bước Không cần quan tâm tới trường hợp khóa giới hạn khơng tác động Lưu thực bước trên, van cửa mở đóng bước Các van cửa bịt kín ống khí nén để khí xếp bulơng lên đầu ống Sau bước 3, van xếp van xếp phải đóng Page of 37 Nút khởi động/dừng dùng cho trạm gia cơng Chương trình khơng có nhiệm vụ điều khiển trạm gia công khác băng chuyền Khi khởi động, giả sử khơng có khay đựng động hai vị trí móc Khi nhấn nút dừng, hệ thống ngừng hoạt động trừ ENGAGE_21_CYL ENGAGE 22 CYL tác động Hệ thống dừng ENGAGE 21 CYL tác động (hệ thống chứa hai khay) Nếu nhấn nút dừng móc hoạt động hệ thống phải hoàn thành bước chuyển sang bước Khi hệ thống dừng, nhấn nút khởi động hệ thống khơi phục hoạt động trạng thái 358 trước dừng Khi dừng, hệ thống không chuyển sang bước Khi hệ thống dừng, đầu điều khiển nâng/hạ động khí nén phải xác lập trạng thái khơng tích cực Cuộn hút điện từ nâng khay PALL21_UP phải khơng tích cực hệ thống dừng (nếu khơng động bị rơi xuống băng chuyền) Đầu điều khiển móc PBOLTx CYL GVLVx c ng xác lập trạng thái không tích cục hệ thống dừng Hệ thống có nút khởi động lại, nhấn nút khởi động lại, máy tán bulơng nâng lên, PBOLTx_CYL GVLVx khơng tích cực, van xếp đóng động khí nén khơng tích cực, chương trình thực bước chờ khay Sau nhấn nút khởi động, phải chắn khơng có khay vị trí móc Để đơn giản, chương trình khơng thực biểu đồ chức khởi động lại, chương trình tích cực xilanh cần thiết chúng dừng lại Nút khởi động lại khơng có tác dụng hệ thống chưa dừng hoàn toàn Hệ thống cho phép sai số thời gian ± 0.1 giây Page of 37 Sơ đồ grafcet mạng grafcet hệ thống điều khiển Page of 37 CHƯƠNG : PHÂN TÍCH CHỌN PLC Tổng quan PLC S7 - 1200 - Năm 2009, Siemens dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay dần cho S7200 So với S7-200 S7-1200 có tính trội: - - - S7-1200 dòng điều khiển logic lập trình (PLC) kiểm sốt nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, tập lệnh mạnh làm cho có giải pháp hoàn hảo cho ứng dụng sử dụng với S7-1200 S7-1200 bao gồm microprocessor, nguồn cung cấp tích hợp sẵn, đầu vào/ra (DI/DO) S7-1200 cung cấp cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet TCP/IP Ngồi bạn dùng module truyền thong mở rộng kết nối RS485 RS232 Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ ba ngơn ngữ lập trình FBD, LAD SCL Phần mềm tích hợp ứng dụng TIA Portal Siemens 1.1 Các dòng PLC S7-1200 S7-1200 có dịng CPU 1211C, CPU 1212C CPU 1214C, CPU 1215C, CPU 1217C - PLC S7-1200 CPU 1211C có nhớ làm việc 50KB work memory.(dịng khơng mở rộng module I/O - PLC S7-1200 CPU 1212C có nhớ làm việc 75KB work memory - PLC S7-1200 CPU 1214C có nhớ làm việc 100KB work memory - PLC S7-1200 CPU 1215C có nhớ làm việc 125KB work memory - PLC S7-1200 CPU 1217C có nhớ làm việc 150KB work memory Trong đó, tiếp tục phân thành phiên bản: Standard, Fail-safe, SIPLUS 1.2 Một số tính bảo mật Mỗi CPU cung cấp bảo vệ mật cho phép người dùng cấu hình việc truy xuất đến chức CPU Page 10 of 37 Page 23 of 37 Page 24 of 37 Page 25 of 37 Page 26 of 37 Page 27 of 37 Page 28 of 37 Page 29 of 37 CHƯƠNG 5: GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN (HMI ) Tổng quan HMI 1.1 Giới thiệu HMI • • • • • • 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 giaodiện HMI Màn hình HMI quen thuộc với người, đặc biệt công nghiệp, đóng vai trị vơ quan trọng phần giao tiếp giữan gười máy PLC sử dụng loạt HMI phép người dùng tương tác với quy trình kiểm sốt thơng qua trực quan công cụ thân thiện với người dùng Chúng cung cấp lệnh người dùng từ vị trí mong muốn thơng qua Internet đâu giới Cơ sở hạ tầng HMI vừa linh hoạt vừa mở rộng HMI cung cấp công cụ tuyệt vời cho cải thiện hiệu suất hệ thống tổng thể với việc điều khiển giám sát từ xa theo thời gian thực 1.2 Các thiết bị HMI truyền thống - Các dạng HMI kiểu truyền thống thường bao gồm thiết bị nhập thơng tin loại nút bấm, bàn phím, công tắc để chuyển mạch,…Và thiết bị dùng cho việc xuất thơng tin loại cịi báo, đèn báo, loại máy tự ghi giấy,… - Chính loại xuất lâu lúc khoa học kỹ thuật chưa phát triển có nhiều nhược điểm cần nói đến như: o o Các thơng tin hay tín hiệu nhập vào xuất không hồn tồn đầy đủ Các thơng tin khơng hồn tồn xác Page 30 of 37 o o o Khơng có nhớ lưu trữ lớn thời đầy nhớ có khả lưu trữ thấp Chúng hoạt động không hiệu , độ tin cậy ổn địn thấp Đối với hệ thống rộng phức tạp: độ phức tạp cao khó mở rộng 1.3 Các thiết bị HMI đại - Trong sống ngày loại máy móc cải tiến nhiều, việc ứng dụng loại máy móc cơng việc lựa chọn hàng đầu tối ưu Chính mà HMI ngày phát triển theo tối ưu tốt cho loại máy móc hay thiết bị - HMI đại thường có loại bao gồm HMI PC Window hay MacOS: SCADA,Citect…HMI nhúng bao gồm HMI chuyên dụng, hệ điều hành Windows CE 6.0 Ngoài cịn có số loại khác dùng cho điện thoại thiết bị cảm ứng khác + Và chúng HMI đại nâng cấp tối ưu trình dài nên việc có nhiều ưu điểm điều hiển nhiên Cụ thể biết đến chúng thông qua ưu điểm sau: o o o o o Q trình xuất nhập thơng tin dễ dàng hồn tồn xác, đầy đủ Khả linh hoạt cao, cho phép điều chỉnh thông tin cách dễ dàng Hệ thống đơn giản, dễ vận hành, sửa chữa mở rộng Có khả kết nối với nhiều thiết bị khác thông qua giao thức thường thấy ngày Được trang bị nhớ có dung lượng cao, cho phép làm việc lâu dài khơng sợ thiếu nơi lưu trữ 1.4 Quy trình xây dựng hệ thống HMI hồn chỉnh - Để xây dựng hệ thống HMI hồn cần trải qua trình cụ thể Cụ thể có phần quan trọng mà cần ý đến sau: + Lựa chọn xây dựng phần cứng HMI : o o Kích thước hình: cần lựa chọn dựa sở số lượng thông số – thông tin cảm biến hiển thị đồng thời nhu cầu đồ thị, đồ họa (lưu trình cơng nghệ,…) Lựa chọn số phím cứng, số phím cảm ứng tối đa sử dụng lúc Page 31 of 37 o o Lựa chọn cổng mở rộng có nhu cầu in ấn, đọc mã vạch, kết nối thiết bị ngoại vi khác Lựa chọn dung lượng nhớ: theo số lượng thông số cần thu thập số liệu, lưu trữ liệu, số lượng trang hình cần hiển thị + xây dựng giao diện HMI o o o o o o o cấu hình phần cứng: chọn phần cứng (Model), thiết bị kết nối (PLC), chuẩn giao thức truyền thơng gì,… Xây dựng trang hình screen Gán biến số (tag) cho đối tượng Sử dụng đối tượng đặc biệt Viết chương trình script (tùy chọn) Mơ gỡ rối chương trình Nạp thiết bị xuống HMI Xây dựng Giao diện HMI cho hệ thống Để vận hành giám sát hệ thống cách xác ta cần kết nối với HMI giao diện HMI mà em thiết kế : Hệ thống gồm hai chế độ : AUTO ( tự động ) MANUAL ( thủ công ) Page 32 of 37 CHƯƠNG : LỰA CHỌN THIẾT BỊ , VẼ CÁC SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN , SƠ ĐỒ NỐI DÂY, CÁC SƠ ĐỒ ĐIỆN lựa chọn thiết bị Thiết bị Băng chuyề n Thông số kĩ thuật Băng tải cho sản phẩm đúc Xi lanh Ben khí nén AIRTAC TN20 loại xi lanh piston (2 ty) có đường kính phi 20mm Số lượng Giá thành 4.000.000vnđ/1 băng chuyền 121.000đ/ xi lanh Kích thước cổng: ren 5mm (M5) Áp suất : 0,15~1MPa Nhiệt độ: -20 ~ 70 độ C Page 33 of 37 Hãng sản xuất: AIRTAC (Đài Loan) Page 34 of 37 Cảm biến tiệm cận Vật liệu thân bên ngồi: inox, nickelplated brass • • • • Động pha 2.2kw 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 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 Page 35 of 37 Role • Rơ le nhiệt CHINT 7-10A bảo vệ dòng cho động điện pha 2.2KW 150.000đ/1 role • Conta ctor • Model : NXR - 25 • Dãi dịng làm việc : 7A - 10A • Tiếp điểm phụ: 1NO - 1NC • Có lưỡng kim loại Khởi động từ Contactor LS 3P 12A 220VAC MC-12a Hãng sản xuất Ls 315.000vnđ Page 36 of 37 Số pha Dòng điện (A) Tiếp điểm Điện áp cuộn coil Màn hình HMI Pha 12 1NO 220VAC Màn hình HMI KTP700 BASIC DP – 6AV2123-2GA03-0AX0 • • • • • : 6.190.000 vnđ 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 Page 37 of 37 ... bulông cho động xăng băng chuyền 2.Mô tả hệ thống: 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. .. thuật ĐK & TĐH ĐỒ ÁN TỰ ĐỘNG HÓA- PHẦN ĐIỀU KHIỂN LOGIC & PLC Họ tên sinh viên : 1.Nhiệm vụ: Thiết kế chương trình điều khiển cho hệ thống tán bulông cho động xăng băng chuyền (đề bài:P-19) 2.Yêu... 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 công xếp dọc theo băng chuyền Chương