(Đồ án hcmute) thiết kế mô hình thí nghiệm điện khí nén

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 MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM ĐIỆN – KHÍ NÉN GVHD: Th.S TƯỞNG PHƯỚC THỌ SVTH: NGUYỄN VĂN THÀNH MSSV: 10911054 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 1/2016 an BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁNTỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM ĐIỆN – KHÍ NÉN GVHD: TH.S TƢỞNG PHƢỚC THỌ SVTH: NGUYỄN VĂN THÀNH MSSV: 10911054 LỚP: 109110B KHÓA: 2010 Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2016 an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự – Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Thành Lớp: 109110B MSSV: 10911054 Khoá: 2010 Ngành đào tạo: Hệ: Đại học Cơ Điện Tử Tên đề tài THIẾT KẾ MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM ĐIỆN – KHÍ NÉN Nội dung đồ án - Tìm hiểu thiết bị khí nén, điện – khí nén - Tìm hiểu PLC LOGO! 230RC SIEMENS - Tính tốn, thiết kế chế tạo thí nghiệm điện – khí nén - Thiết kế chế tạo mạch điều khiển cho thiết bị thí nghiệm - Viết tài liệu hƣớng dẫn sử dụng thiết bị thí nghiệm tập thực hành Ngày giao đồ án: Ngày nộp đồ án: TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Đƣợc phép bảo vệ ………………………………………… (GVHD ký, ghi rõ họ tên) i an LỜI CAM KẾT - Tên đề tài: THIẾT KẾ MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM ĐIÊN – KHÍ NÉN GVHD: Th.s Tƣởng Phƣớc Thọ Nguyễn Văn Thành MSSV: 10911054 Địa sinh viên: Kỳ Văn – Kỳ Anh – Hà Tĩnh Số điện thoại liên lạc: 0975126537 Email: nvthanh.ute@gmail.com Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan ĐATN cơng trình tơi nghiên cứu thực với hướng dẫn thầy Tưởng Phước Thọ cô Nguyễn Thị Phương Hoa với tham khảo tài liệu Tôi không chép từ viết cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” Tp Hồ Chí Minh, ngày…tháng 01 Năm 2016 Ký tên Nguyễn Văn Thành ii an LỜI CẢM ƠN Tôi theo đuổi hồn thành đề tài khơng có giúp đỡ ngƣời thân ngƣời bạn Do vậy, với trân trọng cảm kích, tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ông bà, cha mẹ, ngƣời thân gia đình bạn bè hết lòng quan tâm, động viên suốt thời gian thực đề tài Tôi đặc biệt xin chân thành cảm ơn thầy Tƣởng Phƣớc Thọ cô Nguyễn Thị Phƣơng Hoa giáo viên trực tiếp hƣớng dẫn đề tài cho phép theo đuổi đề tài, cho lời khuyên xác đáng, kịp thời tơi gặp khó khăn, thầy cƣời vui làm tốt, động viên tơi gặp vấn đề khó khăn Tơi cảm ơn tới cô Phan Thị Thu Thủy cho lời khun, lời nhận xét để tơi hồn thành tốt để tài báo cáo đƣợc hoàn thiện Chính giúp đỡ, hƣớng dẫn thầy giúp đỡ tơi nhiều suốt q trình làm đồ án Tốt Nghiệp Cuối xin cảm ơn tất q thầy Khoa Cơ khí chế tạo máy,bộ môn Cơ Điện Tử, trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM trang bị cho kiến thức chuyên môn, hành trang sống, nhƣ giúp đỡ thời gian làm đề tài Tp Hồ Chí Minh, ngày… tháng 01 năm 2016 Sinh viên thực Nguyễn Văn Thành iii an TĨM TẮT ĐỒ ÁN Đề tài: THIẾT KẾ MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM ĐIỆN – KHÍ NÉN Những ngày tháng học tập trƣờng đại học Sƣ phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh việc tìm hiểu thực tế sản xuất đời sống nhận thấy môn thủy lực khí nén mơn học quan trọng, sinh viên cần đƣợc học tập, thực hành nâng cao kiến thức thân để phù hợp với phát triển sản xuất Chính tơi định thiết kế thí nghiệm điện – khí nén nhƣ giải pháp nhằm giúp cho sinh viên áp dụng kiến thức lý thuyết học lớp vào thực tế thí nghiệm Hơn đề tài cịn giúp sinh viên hiểu biết thêm thiết bị khí nén hƣớng dẫn sinh viên tập thực hành thí nghiệm Ngồi làm bốn bàn thí nghiệm, đề tài hƣớng dẫn sinh viên làm tập thực hành, thí nghiệm cịn có sử dụng PLC để điều khiển ABSTRACT Project: DESIGN EXPERIMENT ELECTRICAL – PNEUMATIC MODEL The dates at university of Technical Education Ho Chi Minh City and the factfinding in life and produced recognized pneumatic hydraulic is an important subject, so students need to study, practice and improve knowledge to suitable with the growth of production Therefore I have decided to design the electrical experiments - pneumatic as a solution to help the students apply the theoretical knowledge learned into practice on the experiments Further, this project helps students learn about the pneumatic equipment and to guide students the practical exercises on the experiment More, this project used PLC in the experiments iv an MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv ABSTRACT iv DANH MỤC HÌNH viii DANH MỤC BẢNG BIỂU xi CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .1 I TỔNG QUAN VỀ KHÍ NÉN VÀ HỆ THỐNG KHÍ NÉN II MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI .1 Thiết kế chế tạo bàn thí nghiệm điện – khí nén Viết tài liệu hƣớng dẫn sử dụng tập thực hành: CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN – KHÍ NÉN I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Đơn vị đo .3 Áp suất 2.1 Áp suất khí 2.2 Áp suất dƣ .3 2.3 Áp suất tuyệt đối 2.4 Áp suất khí nén .3 2.5 Lực 2.6 Lƣu lƣợng .4 2.7 Các định luật chất khí 2.8 Định luật tổng quát .5 2.9 Sơ đồ cấu tạo – chức hệ thống điều khiển khí nén – điện .6 II THIẾT BỊ KHÍ NÉN VÀ ĐIỆN – KHÍ NÉN Máy nén khí thiết bị xử lý khí nén 1.1 Máy nén khí 1.2 Thiết bị xử lý khí nén v an 1.3 Bộ lọc Các phần tử hệ thống điều khiể điện – khí nén 2.1 Xy lanh chiều 2.2 Xy lanh hai chiều 2.3 Nút nhấn .10 2.4 Van điện từ 2/2 11 2.5 Van điện từ 3/2 trạng thái 12 2.6 Van điện từ 5/2 trạng thái 12 2.7 Van điện từ 5/2 hai trạng thái .13 2.8 Cơng tắc hành trình 13 2.9 cảm biến 14 2.10 Delay thời gian 14 2.11 Counter .14 CHƢƠNG III: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THI CÔNG .15 I KHẢO SÁT Ý KIẾN SINH VIÊN VỀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM THỦY LỰC VÀ KHÍ NÉN CŨ: 15 II THIẾT KẾ CƠ KHÍ 15 Bàn thí nghiệm 15 Bộ thí nghiệm 17 2.1 Bản vẽ thiết kế (phụ lục) 17 2.2 Thiết bị 17 Bộ thí nghiệm 18 3.1 Bản vẽ thiết kế (phụ lục) 18 3.2 Thiết bị 18 Bộ thí nghiệm 19 4.1 Bản vẽ thiết kế (phụ lục) 19 4.2 Thiết bị 19 Bộ thí nghiệm 20 5.1 Bản vẽ thiết kế (phụ lục) 20 5.2 Thiết bị 20 CHƢƠNG : THIẾT KẾ BÀI TẬP THỰC HÀNH .21 vi an BÀI 1: ĐIỀU KHIỂN XY LANH BẰNG VAN ĐIỆN TỪ 5/2 MỘT TRẠNG THÁI .21 I MỤC TIÊU BÀI HỌC 21 II THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 21 III TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 21 BÀI 2: ĐIỀU KHIỂN XY LANH BẰNG VAN ĐIỆN TỪ 5/2 HAI TRẠNG THÁI .30 I MỤC TIÊU BÀI HỌC 30 II THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 30 III TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 30 BÀI 3: ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG KHÍ NÉN BẰNG PLC LOGO! 230RC SIEMEN 40 I MỤC TIÊU BÀI HỌC 40 II THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 40 III GIỚI THIỆU VỀ PLC LOLO! 230RC SIEMENS .40 Tổng quan PLC 40 PLC LOLO! 230RC SIEMENS 41 IV TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 47 BÀI MẠCH SO SÁNH ĐIỆN – KHÍ NÉN VÀ PLC 64 CHƢƠNG V: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 76 CHƢƠNG V: KẾT LUẬN 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO .85 PHỤ LỤC 86 I BẢN VẼ THIẾT KẾ 86 II PHIẾU KHẢO SÁT SẢN PHẨM BỘ THÍ NGHỆM ĐIỆN – KHÍ NÉN 91 vii an DANH MỤC HÌNH Hình – Quan hệ áp suất nhiệt độ Hình 2 – Sơ đồ cấu tạo – chức hệ thống điều khiển khí nén – điện Hình – Máy nén khí piston Hình – Nguyên lý hoạt động bình ngƣng tụ làm lạnh nƣớc Hình – Bộ lọc Hình – Nguyên lý hoạt động xy lanh chiều Hình – Cấu tạo ký hiệu xy lanh chiều Hình – Nguyên lý hoạt động xy lanh chiều Hình – Cấu tạo ký hiệu xy lanh khơng có giảm chấn 10 Hình 10 – Cấu tạo ký hiệu xy lanh giảm chấn 10 Hình 11 – Cấu tạo ký hiệu nút nhấn thƣờng hở 11 Hình 12 – Cấu tạo ký hiệu nút nhấn thƣờng đóng 11 Hình 13 – Cấu tạo van điện từ 2/2 11 Hình 14 – Cấu tạo van điện từ 3/2 trạng thái 12 Hình 15 – Cấu tạo ký hiệu vủa van điện từ 5/2 trạng thái 12 Hình 16 – Cấu tạo ký hiệu van điện từ 5/2 hai trạng thái 13 Hình 17 – Cấu tạo cơng tắc hành trình 13 Hình 18 – Ký hiệu cách mắc cảm biến quang 14 Hình 19 – Rơ le thời gian ký hiệu rơ le thời gian 14 Hình 20 – Counter ký hiệu counter 14 Hình 3.0.1 – Bàn thí nghiệm 16 Hình 3.0.2 – Bộ thí nghiệm 17 Hình 3.0.3 – Bộ thí nghiệm 18 Hình 3.0.4 – Bộ thí nghiệm 19 Hình 3.5 – Cơ cấu cho cảm biến quang giữ thăng xy lanh 19 Hình 3.6 – Bộ thí nghiệm 20 Hình – Bộ thí nghiệm 21 Hình – Mạch điện 22 Hình – Biểu đồ trạng thái 24 Hình 4 – Mạch điện 24 Hình – Biểu đồ trạng thái 25 Hình – Biểu đồ trạng thái 27 Hình – Biểu đồ trạng thái 28 Hình – Bộ thí nghiệm 30 viii an Hình 43 – Giải thuật thiết kế lập trình tay Mạch điện – khí nén sử dụng van 5/2 hai phía Hình 44 – Mạch điện 13 74 an Mạch PLC LOGO! 230RC SIEMENS dùng van 5/2 hai phía Tín hiệu vào: - Nút nhấn START = I1 Nút nhấn STOP = I2 S1 = I3 S2 = I4 S3 = I5 S4 = I6 Tín hiệu vào: - Y1 = Q1, Y2 = Q2, Y3 = Q3, Y4 = Q4 Hình 45 – Giải thuật thiết kế lập trình tay 75 an CHƢƠNG V: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ Bộ thí nghiệm đƣợc đƣa vào thử nghiệm, có lớp thực thí nghiệm: Lớp: 14843DN2 Lớp: 129430A Sau đƣợc thực hành thí nghiệm điện – khí nén, sinh viên đánh giá chung tốt, nhiều điểm hạn chế Phiếu khảo sát sản phẩm thí nghiệm điện – khí nén (phụ lục) I Nội Dung: Đánh dấu tích() vào nội dung bạn thấy hài lòng Bạn thấy bảng gắn thiết bị thí nghiệm nhƣ nào? Nhỏ gọn Chiếm q nhiều khơng gian Bạn thấy cách bố trí thiết bị nhƣ nào? Hợp lý Thiếu tính thẩm mỹ Chất lƣợng thiết bị thí nghiệm? Sử dụng tốt Thiết bị hƣ hỏng nhiều Các thiết bị thí nghiệm có phù hợp với nội dung thí nghiệm khơng? Phù hợp Khơng phù hợp Bạn dàng thao tác thí nghiệm khơng? Dễ dàng thực Khó khăn Hiệu hoạt động thí nghệm nhƣ nào? Tốt Trung bình Chƣa tốt Bạn có cảm thấy an tồn sử dụng thí nghiệm khơng? An tồn sử dụng Khơng an tồn Mức độ hài lịng bạn đƣợc thực hành thí nghiệm này? Rất hài lịng Hài lịng Khơng hài lịng II Đóng Góp Ý Kiến Ý kiến đóng góp bạn ( có) để thí nghiệp đƣợc hồn thiện …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……… ………………………………………………………………………………… ………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………… 76 an Tồng hợp ý kiến: Lớp: 14843DN2 Tổng cộng có 31 phiếu nhận xét Câu 1: Nhỏ gọn (31 phiếu) Chiếm nhiều không gian (0 phiếu) Câu 2: Hợp lý (30 phiếu) Thiết thẩm mỹ (1 phiếu) Câu 3: Sử dụng tốt (31 phiếu) Thiết bị hƣ hỏng nhiều (0 phiếu) Câu 4: Phù hợp (31 phiếu) Không phù hợp (0 phiếu) Câu 5: Dễ dàng thực (28 phiếu) Khó khăn (3 phiếu) Câu 6: Tốt (25 phiếu) Câu 7: An toàn sử dụng (25 phiếu) Câu 8: Rất hài lịng (20 phiếu) Chƣa tốt (0 phiếu) Trung bình (6 phiếu) Khơng an tồn (6 phiếu) Hài lịng (10 phiếu) Khơng hài lịng (1 phiếu) Lớp: 129430A Tổng cộng có 30 phiếu nhận xét Câu 1: Nhỏ gọn (30 phiếu) Chiếm nhiều không gian (0 phiếu) Câu 2: Hợp lý (30 phiếu) Thiết thẩm mỹ (0 phiếu) Câu 3: Sử dụng tốt (27 phiếu) Thiết bị hƣ hỏng nhiều (3 phiếu) Câu 4: Phù hợp (30 phiếu) Không phù hợp (0 phiếu) Câu 5: Dễ dàng thực (29 phiếu) Khó khăn (1 phiếu) Câu 6: Tốt (27 phiếu) Câu 7: An toàn sử dụng (30 phiếu) Câu 8: Rất hài lịng (29 phiếu) Trung bình (3 phiếu) Chƣa tốt (0 phiếu) Khơng an tồn (0 phiếu) Hài lịng (phiếu) Khơng hài lịng (1 phiếu) 77 an Một số hình ảnh kết thí nghiệm Hình – Hình ảnh thực nghiệm 78 an Hình – Hình ảnh thực nghiệm 79 an Hình – Hình ảnh thực nghiệm 80 an Hình – Hình ảnh thực nghiệm 81 an Hình 5 – Hình ảnh thực nghiệm 82 an CHƢƠNG V: KẾT LUẬN Mơn học thí nghiệm thủy lực khí nén mơn học quan trọng, đƣa lý thuyết học lớp vào tập thực tế, giúp sinh viên bƣớc đầu làm quen với thiết bị khí nén ứng dụng thiết bị khí nén thực tế Hơn ứng dụng thủy lực khí nén thực tế nhiều Vì việc thiết kế thí nghiệm điện – khí nén thực tế phù hợp với nhu cầu sinh viên cần đƣợc thực hành nhiều nâng cao Sau thời gian tìm hiểu thực đề tài tơi hồn thành thí nghiệm điện – khí nén Hơn thí nghiệm đƣợc sử dụng thử nghiệm cho việc học tập sinh viên đƣợc nhận phản hồi tốt thí nghiệm Tuy đề tài cịn có nhiều vấn đề cần đƣợc nâng cao số hạn chế Sau số ƣu điểm hạn chế đề tài: Ƣu điểm: Với mục tiêu đề tài đặt ra, q trình nghiên cứu thực hồn thành thí nghiệm điện – khí nén đạt đƣợc kết sau: - Bộ thí nghiệm có kích thƣớc nhỏ gọn - Bộ thí nghiệm đặt bàn học nên dễ dàng cho sinh viên lắp đặt trao đổi học - Các tập thực hành đa dạng - ứng dụng PLC vào hệ thống điều khiển khí nén - Thiết kế theo dạng tủ điện công nghiệp nên giúp sinh viên làm quen việc thiết kế, lắp đặt thiết bị cho máy công nghệp - Giá thành rẻ - Dễ thay thiết bị hƣ hỏng Hạn chế biện pháp khắc phục Trong trình thực sản phẩm hồn thành với ƣu điểm nhƣng cịn nhiều điểm hạn chế: - Các tập thực hành chƣa phản ánh đƣợc thực tế sản xuất - Thiết bị chƣa đáp ứng đƣợc cho số lƣợng sinh viên q đơng - Dây điện nguồn cịn gắn bàn nên dễ bị vƣớng sinh viên lại Từ nhữn hạn chế đó, dƣới đề xuất số vấn đề để khắc phục điểm yếu làm cho thiết bị trở nên hoàn thiện - Thiết kế giá treo lên tƣờng để có nhiều khơng gian 83 an - Nghiên cứu bổ sung thêm thiết bị - Thiết kế thêm thí nghiệm để đáp ứng bàn ba sinh viên - Thiết kế nguồn điện 24V tập trung Hƣớng phát triển đề tài Nâng cấp thí nghiệm đa dạng thiết bị Dần thay PLC LOGO! 230 RC SIEMENS đời PLC cao để sinh viên có khả áp dụng vào thực sản xuất 84 an TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Ngọc Phƣơng – Nguyễn Trƣờng Thịnh, Hệ Thống Điều Khiển Tự Động Khí Nén, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [2] PGS TS Nguyễn Trƣờng Thịnh, giáo trình Thí Nghiệm Cơng Nghệ Thủy Lực Khí Nén [3] Th.s Nguyễn Xn Quang, giáo trình PLC S7-300 Lý Thuyết Ứng Dụng [4] http://www.gtkt.tk/2014/04/giao-trinh-plc-s7-200.html [5].https://sachweb.com/publish/GTTNCNTHUYLUCKHINEN_id1611/GTTNCNTHU YLUCKHINEN_id1611.aspx 85 an PHỤ LỤC I BẢN VẼ THIẾT KẾ 86 an II PHIẾU KHẢO SÁT SẢN PHẨM BỘ THÍ NGHỆM ĐIỆN – KHÍ NÉN 91 an S an K L 0 ... MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM ĐIỆN – KHÍ NÉN Nội dung đồ án - Tìm hiểu thiết bị khí nén, điện – khí nén - Tìm hiểu PLC LOGO! 230RC SIEMENS - Tính tốn, thiết kế chế tạo thí nghiệm điện – khí nén - Thiết kế. .. điều khiển khí nén – điện Hình 2 – Sơ đồ cấu tạo – chức hệ thống điều khiển khí nén – điện II THIẾT BỊ KHÍ NÉN VÀ ĐIỆN – KHÍ NÉN Máy nén khí thiết bị xử lý khí nén 1.1 Máy nén khí Áp suất khí đƣợc... thống điều khiển khí nén – điện .6 II THIẾT BỊ KHÍ NÉN VÀ ĐIỆN – KHÍ NÉN Máy nén khí thiết bị xử lý khí nén 1.1 Máy nén khí 1.2 Thiết bị xử lý khí nén