(Đồ án hcmute) thiết kế và chế tạo mô hình đóng nắp chai tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH ĐĨNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG GVHD: ThS NGUYỄN ĐỨC SÂM SVTH: TRẦN QUANG MSSV: 11243038 SVTH: HOÀNG VĂN AN MSSV: 11243001 SVTH: NGUYỄN TRỌNG TÀI MSSV: 11243043 SKL 0 2 Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2016 an GVHD: Th.S NGUYỄN ĐƢ́C SÂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC Trang Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp Lời cảm ơn Nhận xét giáo viên hƣớng dẫn Nhận xét giáo viên phản biện MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỂ TÀI 1.1 Dẫn nhập 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Ý tƣởng đề tài 1.4 Giới hạn đề tài 1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 10 1.6 Thời gian thực 10 1.7 Cơ sở lý luận 11 1.7.1 Nguyên liệu chứa chai 11 1.7.2 Chai 11 1.7.3 Nắp chai 12 CHƢƠNG II: PHẦN NỘI DUNG 13 2.1 Giới thiệu nguyên lý hoạt động hệ thống đóng nắp chai 13 2.1.1 Giới thiệu đề tài 13 2.1.2 Vật tƣ chế tạo dây chuyền 13 2.1.3 Băng tải 13 2.1.4 Cụm chi tiết đóng nắp 14 2.1.5 Nguyên lý hoạt động chung cho dây chuyền 15 2.2 Tính tốn chế tạo cụm chi tiết dây chuyền SVTH : TRẦN QUANG HOÀNG VĂN AN NGUYỄN TRỌNG TÀI an 17 Trang - GVHD: Th.S NGUYỄN ĐƢ́C SÂM ĐỜ ÁN TỚT NGHIỆP 2.2.1 Tính tốn thiết kế băng tải 17 2.2.1.1 Chọn loại băng tải 18 2.2.1.2 Chọn cụm chi tiết dẫn động 20 2.2.1.3 Thiết kế băng 23 2.2.2 Tính cơng suất động 27 2.3 Thiết kế cụm chi tiết xoáy nắp 28 2.3.1 Lịch sử phát triển khí nén 28 2.3.2 Xilanh 29 2.3.3 Tínhtốn chọn xi lanh cho nâng hạ cụm chi tiết đóng nắp 37 2.3.4 Phân tích lực tác dụng vào chai xoáy nắp 40 CHƢƠNG III GIỚI THIỆU BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH SIMATICIC S7-200 (PLC -PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) 43 3.1 Tổng quan PLC 43 3.1.1 Cấu trúc phần cứng CPU -(CENTRALPROCCESSING UNIT) 3.1.2 Cấu trúc phần cứng PLC 44 3.1.2.1 Bộ xử lý trung tâm (CPU-CENTRAL PROCCESSING UNIT) 3.1.2.2 Bộ nhớ phận khác 46 3.1.2.3 Khối vào 47 3.1.2.4 Thiết bị lập trình 48 3.1.3 Khái niệm lập trình PLC 48 3.1.3.1 Giải thích chƣơng trình LADDER 49 3.1.3.2 Ngõ vào ngõ 49 3.1.3.3 Thanh ghi (register) 50 3.1.3.4 Bộ đếm (counter) 51 3.1.3.5 Bộ định thời gian (timer) 52 3.2 Giới thiệu điều khiển lập trình S7-200 53 3.2.1 Cấu trúc phần cứng 53 3.2.1.1 Đặc điểm chung SVTH : TRẦN QUANG HOÀNG VĂN AN NGUYỄN TRỌNG TÀI an 53 Trang - GVHD: Th.S NGUYỄN ĐƢ́C SÂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3.2.1.2 Các đèn trạng thái 54 3.2.1.3 Ngõ vào 55 3.2.1.4 Ngõ 55 3.2.1.5 Nguồn cung cấp 55 3.2.1.6 Cổng truyền thông nối tiếp 56 3.2.1.7 Công tắc chọn chế độ làm việc 57 3.2.1.8 Giao tiếp với thiết bị ngoại vi 57 3.2.2 Cấu trúc nhớ S7-200 58 3.2.2.1 Phân chia nhớ 58 3.2.2.2 Vùng nhớ liệu 50 3.2.2.3 Vùng đối tƣợng 61 3.2.2.4 Mở rộng cổng vào 63 3.2.2.5 Phƣơng thức truy cập nhớ 63 3.2.3 Cấu trúc chƣơng trình S7-200 65 3.2.4 Nguyên lý hoạt động 67 3.2.5 Ngơn ngữ lập trình 69 3.2.5.1 Phƣơng pháp LADDER 69 3.2.5.2 Phƣơng pháp hình khối FBD 71 3.2.5.3 Phƣơng pháp liệt kê STL 72 CHƢƠNG IV HỆ THỚNG VÀ CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 4.1 Các phần tử điều khiển điều chỉnh 74 4.1.1 Van điều khiển 74 4.1.1.1 Van chiều 74 4.1.1.2 Van đảo chiều 74 4.1.1.3 Sơ đồ điều khiển van 80 4.1.2 Phần tử đƣa tín hiệu SVTH : 81 4.1.2.1 Nút nhấn 82 4.1.2.2 Công tắc 82 4.1.2.3 Giới hạn hành trình 83 TRẦN QUANG HỒNG VĂN AN NGUYỄN TRỌNG TÀI an Trang - GVHD: Th.S NGUYỄN ĐƢ́C SÂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4.1.2.4 Cảm biến 83 4.2 Sơ đồ điện động hệ thống điện dây chuyền 88 4.3 Chƣơng trình điều khiển 88 4.3.1 Lƣu đồ thuật tốn chƣơng trình 88 4.3.2 Chƣơng trình điều khiển 90 KẾT LUẬN 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 SVTH : TRẦN QUANG HOÀNG VĂN AN NGUYỄN TRỌNG TÀI an Trang - GVHD: Th.S NGUYỄN ĐƢ́C SÂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Thời gian thực Bảng Thông số PLC s7 200 -22x Bảng Phân chia toán hạng vùng liệu Bảng Toán hạng phân chia vùng đối tƣợng Bảng Các module mở rộng CPU 224 SVTH : TRẦN QUANG HOÀNG VĂN AN NGUYỄN TRỌNG TÀI an Trang - GVHD: Th.S NGUYỄN ĐƢ́C SÂM ĐỒ ÁN TỚT NGHIỆP DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Chai Hình 1.2 Nắp Chai Hình 2.1 Băng Tải Hình 2.2 Cụm chi tiết xốy nắp Hình 2.3 Mơ hình hệ thống đóng nắp chai Hình 2.4 Cấu tạo chung băng tải Hình 2.5 Băng tải đai Hình 2.6 Băng tải đai dây chuyền sản xuất Hình 2.7 Băng tải lăn 10 Hình 2.8 Băng tải 11 Hình 2.9 Động bƣớc 12 Hình 2.10 Động servo 13 Hình 2.11 Động chiều 14 Hình 2.12 Động giảm tốc DC 24V 15 Hình 2.13 Động bƣớc 16 Hình 2.14 Driver điều khiển động bƣớc 17 Hình 2.15 Băng tải cấp chai 18 Hình 2.16 Băng tải cấp nắp 19 Hình 2.17 Bản vẽ chi tiết rulơ băng tải cấp chai 20 Hình 2.18 Bản vẽ chi tiết rulô băng tải cấp nắp 21 Hình 2.19 Mâm xoay cấp chai 22 Hình 2.20 Mâm xoay đóng nắp 23 Hình 2.21 Lực tác động lên xilanh tác dụng đơn 24 Hình 2.22 Kí hiệu xi lanh tác dụng đơn 25 Hình 2.23 Xilanh màng(Hãng EFFBE) 26 Hình 2.24 Xilanh tác dụng hai chiều 27 Hình 2.25 Xilanh tác dụng hai chiều khơng có giảm chấn 28 Hình 2.26 Các loại kết cấu đồ gá lắp thêm với xilanh tác dụng chiều SVTH : TRẦN QUANG HOÀNG VĂN AN NGUYỄN TRỌNG TÀI an Trang - GVHD: Th.S NGUYỄN ĐƢ́C SÂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 29 Hình 2.27 Xilanh tác dụng hai chiều có cụm chi tiết giảm chấn điều chỉnh đƣợc cuối khoảng chạy 30 Hình 2.28 Sơ đồ lực 31 Hình 2.29 Xilanh với pittông rỗng khả ứng dụng 32 Hình 2.30 Phần tử đệm kín xilanh 33 Hình 2.31 Xilanh 34 Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc bên PLC 35 Hình 3.2 Hìnhdạng cấu trúc bên ngồi PLC s7 200 -224 36 Hình 3.3 Chuyển đổi RS232 sang RS485 37 Hình 3.4 Cấu trúc nhớ S7 200 38 Hình 3.5 Chƣơng trình thực theo vịng qt (Scan) S7 200 39 Hình 3.6 Ví dụ ngơn ngữ LAD 40 Hình 3.7 Ví dụ ngơn ngữ FBD 41 Hình 3.8 Ví dụ ngơn ngữ STL 42 Hình 4.1 Van chiều 43 Hình 4.2 Các thành phần van chỉnh hƣớng 44 Hình 4.3 Kí hiệu van đảo chiều 45 Hình 4.4 Van 2/2 46 Hình 4.5 Van đảo chiều 3/2 47 Hình 4.6 Van đảo chiều 4/2 48 Hình 4.7 Van đảo chiều 5/2 49 Hình 4.8 Van đảo chiều 4/3 50 Hình 4.9 Sơ đồ điều khiển Van 5/2 hệ thống 51 Hình 4.10 Tín hiệu điện (NO,NC) 52 Hình 4.11 Cơng tắc 53 Hình 4.12 Cảm ứng từ trƣờng pittong 54 Hình 4.13 Xác định hành trình cảm biến từ trƣờng 55 Hình 4.14 Cảm biến tia rẽ nhánh 56 Hình 4.15 Cảm biến tia phản hồi 57 Hình 4.15 Cảm biến quang SVTH : TRẦN QUANG HOÀNG VĂN AN NGUYỄN TRỌNG TÀI an Trang - GVHD: Th.S NGUYỄN ĐƢ́C SÂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỂ TÀ I 1.1 Dẫn nhập: Ngày nay, khoa ho ̣c kỹ thuâ ̣t đã trở thà nh yếu tố quan trọng , quyế t đinh ̣ sƣ̣ phát triển kinh tế toàn cầu Điề u này đƣơ ̣c phản ánh rõ thông qua các hoa ̣ch đinh ̣ chính sách, chiế n lƣợc phát triển khoa học kỹ thuật kinh tế nhiều nƣớc thế giới Cùng với phát triển khoa ho ̣c công nghê ̣ , đã giúp giải phóng sƣ́c lao đô ̣ng ngƣời khỏi công viê ̣c nă ̣ng nho ̣c Máy móc đƣợc đƣa vào đ iề u khiể n trình sản xuất tổng hợp đại , vƣơ ̣t quá khả về thể chấ t của ngƣời Nhƣ̃ng cỗ máy thô cƣ́ng trở thành công cu ̣ có khả thƣ̣c hiê ̣n các đô ̣ng tác uyể n chuyể n , phƣ́c ta ̣p và khéo léo Đối với công nghiệp Việt Nam ,quá trình áp dụng khoa học kỹ thuật cơng nghệ tự động vào sản xuất có vai trị to lớn , quyế t đinh ̣ đế n suấ t và chấ t lƣơ ̣ng của sản phẩ m công nghiê ̣p Tuy nhiên, điề u kiê ṇ còn khó khăn sau chiế n tranh, kinh tế ở giai đoa ̣n chuyể n tƣ̀ sản xuấ t nông nghiê ̣p sang công nghiê ̣p hóa -hiê ̣n đa ̣i hóa, vừa nắm bắt cơng nghệ, vƣ̀a chế ta ̣o , cải tiến áp dụng sở vật chất sẵn có việc làm cần thiế t Trên sở nhƣ vâ ̣y, nhóm sinh viên chúng em đƣơ ̣c sƣ̣ đồ ng ý của Kho a Cơ Khí Máy trƣờng Đa ̣i Ho ̣c Sƣ Pha ̣m Kỹ Thuâ ̣t Tp HCM , hỗ trợ, hƣớng dẫn tâ ̣n tin ̀ h thầy Nguyễn Đức Sâm , thông qua nhu cầ u thƣ̣c tế của công ty Hơ ̣p Trí, KCN Nhà Bè, chúng em định chọn đề tài “ Thiế t kế & chế ta ̣o mơ hình đóng nắ p chai tƣ ̣ đô ̣ng” Mô hiǹ h ̣ thố ng đƣơ ̣c nâng cao khả tƣ̣ đô ̣ng hóa bằ ng sƣ̣ kế t hơ ̣p giƣ̃a phầ n và phầ n điề u khiể n , hoạt động xác qua bơ ̣ điề u khiể n PLC 1.2 Mục đích nghiên cứu: Đề tài này nhằ m mu ̣c đić h áp du ̣ng các kiế n thƣ́c đƣơ ̣c ho ̣c ở nhà trƣờng vào quá trình thiết kế , chế ta ̣o thƣ̣c tế , giúp chúng em hoàn thành nhiệm vụ đề tài tốt nghi ệp khóa học SVTH : TRẦN QUANG HOÀNG VĂN AN NGUYỄN TRỌNG TÀI an Trang - GVHD: Th.S NGUYỄN ĐƢ́C SÂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Là hội để chúng em đƣợc làm quen , trƣ̣c tiế p tham gia và lấ y kinh nghiê ̣m thiế t kế , chế ta ̣o máy đóng nắ p chai sƣ̉ du ̣ng chƣơng trình điề u khiể n tƣ̣ đô ̣ng bằ ng PLC, tƣ̀ đó có sở cho viê ̣c nghiên cƣ́u ho ̣c tâ ̣p về sau Ngoài nhóm sinh viên thƣ̣c hiê ̣n mong ḿ n đƣa thiế t kế lầ n này vào phục vụ cho trình sản xuất, nhằ m cải thiê ̣n điề u kiê ̣n làm viê ̣c cho công nhân, nâng cao suấ t cho công ty 1.3 Ý tƣởng đề tài: Kế t hơ ̣p với viê ̣c tham quan thực tế xƣởng sản xuấ t thuố c trƣ̀ sâu của công ty Hóa nông Hơ ̣p Trí và nghiên cứu qua mô ̣t số tài liê ̣u , nhƣ vào điều kiện kinh tế nhóm, chúng em đã hình thành ý tƣởng thiết k ế chế tạo mơ hình đóng nắ p chai tƣ̣ đô ̣ng dựa nguyên lý sau: Sơ đồ khối mơ hình đóng nắp chai tự động Mơ hình đóng nắp chai tự động 3D: SVTH : TRẦN QUANG HOÀNG VĂN AN NGUYỄN TRỌNG TÀI an Trang - GVHD: Th.S NGUYỄN ĐƢ́C SÂM ĐỒ ÁN TỚT NGHIỆP SVTH : TRẦN QUANG HỒNG VĂN AN NGUYỄN TRỌNG TÀI an Trang - 99 GVHD: Th.S NGUYỄN ĐƢ́C SÂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH : TRẦN QUANG HOÀNG VĂN AN NGUYỄN TRỌNG TÀI an Trang - 100 GVHD: Th.S NGUYỄN ĐƢ́C SÂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH : TRẦN QUANG HOÀNG VĂN AN NGUYỄN TRỌNG TÀI an Trang - 101 GVHD: Th.S NGUYỄN ĐƢ́C SÂM ĐỜ ÁN TỚT NGHIỆP SVTH : TRẦN QUANG HỒNG VĂN AN NGUYỄN TRỌNG TÀI an Trang - 102 GVHD: Th.S NGUYỄN ĐƢ́C SÂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH : TRẦN QUANG HOÀNG VĂN AN NGUYỄN TRỌNG TÀI an Trang - 103 GVHD: Th.S NGUYỄN ĐƢ́C SÂM ĐỒ ÁN TỚT NGHIỆP SVTH : TRẦN QUANG HỒNG VĂN AN NGUYỄN TRỌNG TÀI an Trang - 104 GVHD: Th.S NGUYỄN ĐƢ́C SÂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH : TRẦN QUANG HOÀNG VĂN AN NGUYỄN TRỌNG TÀI an Trang - 105 GVHD: Th.S NGUYỄN ĐƢ́C SÂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình ảnh mơ hình q trình gia cơng: SVTH : TRẦN QUANG HOÀNG VĂN AN NGUYỄN TRỌNG TÀI an Trang - 106 GVHD: Th.S NGUYỄN ĐƢ́C SÂM ĐỜ ÁN TỚT NGHIỆP SVTH : TRẦN QUANG HỒNG VĂN AN NGUYỄN TRỌNG TÀI an Trang - 107 GVHD: Th.S NGUYỄN ĐƢ́C SÂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH : TRẦN QUANG HOÀNG VĂN AN NGUYỄN TRỌNG TÀI an Trang - 108 GVHD: Th.S NGUYỄN ĐƢ́C SÂM ĐỒ ÁN TỚT NGHIỆP SVTH : TRẦN QUANG HỒNG VĂN AN NGUYỄN TRỌNG TÀI an Trang - 109 GVHD: Th.S NGUYỄN ĐƢ́C SÂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SVTH : TRẦN QUANG HOÀNG VĂN AN NGUYỄN TRỌNG TÀI an Trang - 110 GVHD: Th.S NGUYỄN ĐƢ́C SÂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KẾT LUẬN Tuy thời gian có hạn, nhƣng đƣợc hƣớng dẫn tận tình thầy Nguyễn Đức Sâm với cố gắng thân, chúng em đã hoàn thành đồ án tốt ngiệp thời gian qui định Sau hoàn thành tập đồ án này, chúng em đã tìm hiểu nắm vững kiến thức bổ ích PLC, loại van, xi lanh khí nén loại cảm biến công nghiệp Giúp chúng em hiểu ứng dụng chúng thực tế Với thời gian có hạn, đề tài có nội dung lớn chúng em nên khó tránh khỏi thiếu sót q trình thi cơng mơ hình hồn tất đề tài Qua đề tài này, ta thấy đƣợc ứng dụng PLC rộng rãi đa dạng nhiều lĩnh vực sản xuất nên phát triển đề tài thêm cơng đoạn đóng gói sản phẩm Cuối cùng, lần chúng em xin gởi lời cảm ơn đến tất thầy (cô) trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP HCM đã dạy dỗ cung cấp cho chúng em nhiều kiến thức quý báu trình chúng em học tập trƣờng TP HCM, tháng năm 2016 Sinh viên thực Trần Quang Hoàng Văn An Nguyễn Trọng Tài SVTH : TRẦN QUANG HOÀNG VĂN AN NGUYỄN TRỌNG TÀI an Trang - 111 GVHD: Th.S NGUYỄN ĐƢ́C SÂM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO GIÁO TRÌNH THI ẾT KẾ ĐỜ ÁN CHI TIẾT MÁY NGUYỄN TRỌNG HIÊP̣ -NGUYỄN VĂN LẪM GIÁO TRÌNH NGUYÊN LÝ CHI TIẾ T MÁ Y TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁ Y VÀ CHI TIẾT MÁ Y TRỊNH CHẤT ĐIỀU KHIỂN HÊ ̣ THỐNG SIMATIC S7-200 THIẾT KẾ MÁ Y CẮT KIM LOẠI NGUYỄN NGỌC CẨN-ĐẠI HỌC SPKT TP HCM THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN GIÁO TRÌNH KIM LOẠI HỌC VÀ NHIÊT ̣ LUYÊN ̣ NGHIÊM HÙ NG SỔ TAY THIẾT KẾ CƠ KHÍ TẬP I SỔ TAY CƠ KHÍ CHẾ TẠO TẬP II 10 GIÁO TRÌNH CƠNG NGHỆ KIM LOẠI ĐH SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM SVTH : TRẦN QUANG HOÀNG VĂN AN NGUYỄN TRỌNG TÀI an Trang - 112 S an K L 0 ... MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Chai Hình 1.2 Nắp Chai Hình 2.1 Băng Tải Hình 2.2 Cụm chi tiết xốy nắp Hình 2.3 Mơ hình hệ thống đóng nắp chai Hình 2.4 Cấu tạo chung băng tải Hình 2.5 Băng tải đai Hình 2.6... sản xuất Hình 2.7 Băng tải lăn 10 Hình 2.8 Băng tải 11 Hình 2.9 Động bƣớc 12 Hình 2.10 Động servo 13 Hình 2.11 Động chiều 14 Hình 2.12 Động giảm tốc DC 24V 15 Hình 2.13 Động bƣớc 16 Hình 2.14... qua mô ̣t số tài liê ̣u , nhƣ vào điều kiện kinh tế nhóm, chúng em đã hình thành ý tƣởng thiết k ế chế tạo mơ hình đóng nắ p chai tƣ̣ đô ̣ng dựa nguyên lý sau: Sơ đồ khối mơ hình đóng nắp chai