Đồ án thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm

LỜI NĨI ĐẦU Tự động hóa dây chuyền sản xuất phương án tối ưu, địi hỏi nhanh chóng, xác giảm thiểu nhân cơng lao động Q trình sản xuất tự động hóa cao nâng cao suất sản xuất giảm chi phí tăng tính cạnh tranh cho doanh nghiệp Xét điều kiện cụ thể nước ta cơng cơng nghiệp hóa đại hóa sử dụng ngày nhiều thiết bị điều khiển tự động q trình sản xuất, gia cơng, chế biến sản phẩm…Điều dẫn tới việc hình thành hệ thống sản xuất linh hoạt, cho phép tự động hóa mức độ cao Trong có khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng hàng hóa bán hệ thống phân loại sản phẩm Đồ án “Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm” nhằm củng cố kiến thức cho sinh viên, đồng thời giúp cho sinh viên thấy mối liên hệ kiến thức học trường với ứng dụng bên ngồi thực tế Đề tài có nhiều ứng dụng quan trọng nhiều lĩnh vực vận chuyển sản phẩm, đếm sản phẩm phân loại sản phẩm Với hệ thống tự động hóa giảm thiểu nhân cơng kèm với giảm chi phí sản xuất Với khối lượng kiến thức tổng hợp lớn có nhiều phần em chưa nắm vững dù tham khảo nhiều tài liệu Khi thực đồ án “THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ ”, tính tốn khơng thể tránh thiếu sót, hạn chế Kính mong nhận bảo góp ý giúp đỡ thầy cô bạn Em xin chân thành cảm ơn tới thầy cô giáo Bộ mơn Cơ khí xác quang học đặc biệt thầy Vũ Thanh Tùng hướng dẫn tận tình, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em nhiều kiến thức quý báu cho việc hoàn thành đồ án môn học Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Chương ĐỀ BÀI: Chương GIỚI THIỆU VỀ PLC 2.1 Sơ lược lịch sử hình thành trình phát triển 2.2 Khái niệm PLC 2.3 Phân loại 2.4 Cấu trúc PLC 10 2.5 Ưu điểm, nhược điểm PLC 14 2.6 Ứng dụng PLC 15 CHƯƠNG 3: CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG .17 3.1 Băng tải .17 3.2 Hệ thống cấp phôi tự động 18 3.3 Piston/ Van khí nén .19 3.4 Cảm biến quang Omron E3F3 .22 3.5 Rơ le 22 3.6 Động .24 3.7 Công tắc ON OFF .25 CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 26 4.1 Lựa chọn PLC .26 4.2 Lập trình điều khiển vs TIA PORTAL V15.1 .26 4.3 Sơ đồ kết nối (autocad) .30 4.4 Lập trình PLC 30 Chương KẾT LUẬN 32 Hình Bộ điều khiển lập trình năm 1968 .7 Hình 2 Hệ thống điều khiển lập trình cầm tay Hình PLC năm 1970 Hình PLC Hình S7-1500, CP1E, FX3U Hình PLC S5-100, CQM1 .10 Hình 7.Cấu trúc 10 Hình Bộ xử lý trung tâm 11 Hình Bộ nhớ 12 Hình 10 Khối đầu vào .13 Hình 11 Khối đầu 13 Hình Băng tải 18 Hình Hệ thống cấp phôi tự động 18 Hình 3 Xylanh khí nén .19 Hình Cấu tạo Pít tơng 20 Hình Sơ đồ pít tơng khí nén tác động đơn .20 Hình Van điện từ khí nén cửa vị trí 21 Hình Cảm biến quang 22 Hình Rơ le trung gian 23 Hình PLC S7-1200 CPU 1212C AC/DC/Rly 27 Hình Giao diện TIA Portal V15.1 29 Hình Màn hình làm việc 29 Chương ĐỀ BÀI:  Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm  Số liệu cho trước: Hệ thống cấp phôi tự động Nguồn lực cấp phôi đẩy phơi: Khí nén Nguồn lực quay băng tải: Động điện Bộ truyền ngồi: Xích Thơng số hình học phơi: Hình trụ : h1= cm, h2= cm, h3= cm d1= cm, d2= cm, d3= cm Trọng lượng phôi: Qmin = 0.4 kg; Qmax = kg Năng suất làm việc : N = 30 sp/ph  Nội dung thực hiện: Phân tích ngun lý thơng số kỹ thuật 1.1 Tổng quan hệ thống 1.2 Nguyên lý hoạt động 1.3 Phân tích tính chất, đặc điểm phôi/sản phẩm để lựa chọn phương pháp cấp phôi phù hợp 1.4 Xác định thành phần hệ thống điều khiển thông số/yêu cầu kỹ thuật hệ thống Tính tốn thiết kế hệ thống điều khiển 2.1 Ý tưởng điều khiển, tính điều khiển giao tiếp 2.2 Lựa chọn phương án điều khiển 2.3 Thành lập sơ đồ điều khiển 2.4 Diễn giải sơ đồ điều khiển 2.5 Tính tốn chi tiết, lựa chọn thành phần, linh kiện 2.6 Giao tiếp hệ thống với người sử dụng 2.7 Mô hệ thống điều khiển Xây dựng vẽ thiết kế mạch điện điều khiển - Xây dựng vẽ thiết kế mạch điện điều khiển (1 Bản A1 A2) Mô nguyên lý hoạt động (điều khiển) Chương GIỚI THIỆU VỀ PLC 2.1 Sơ lược lịch sử hình thành trình phát triển Từ ngành công nghiệp sản xuất bắt đầu phát triển, để điều khiển dây chuyền, thiết bị máy móc cơng nghiệp, người ta thường thực kết nối linh kiện điều khiển riêng lẻ (Rơle, timer, contactor…) lại với tuỳ theo mức độ yêu cầu thành hệ thống điện điều khiển đáp ứng nhu cầu mà tốn cơng nghệ đặt Cơng việc diễn phức tạp thi cơng phải thao tác chủ yếu việc đấu nối, lắp đặt, nhiều thời gian mà hiệu lại khơng cao thiết bị cần lấy tín hiệu nhiều lần mà số lượng lại hạn chế, lượng vật tư nhiều Quá trình sửa chữa, bảo trì hay cần thay đổi quy trình sản xuất gặp nhiều khó khăn nhiều thời gian việc tìm kiếm hư hỏng lại dây Bởi vậy, suất lao động giảm rõ rệt Với nhược điểm trên, nhà khoa học, nhà nghiên cứu nỗ lực để tìm giải pháp điều khiển tối ưu đáp ứng mong mỏi ngành công nghiệp đại Đó tự động hố q trình sản xuất, làm giảm sức lao động, giúp người lao động làm việc khu vực nguy hiểm, độc hại… mà suất lao động lại tăng cao gấp nhiều lần Một hệ thống điều khiển ưu việt chọn để điều khiển cho ngành công nghiệp đại cần phải hội tụ đủ yếu tố sau: Tính tự động cao, kích thước khối lượng nhỏ gọn, giá thành phù hợp, dễ thi công, sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định linh hoạt… Bộ điều khiển lập trình kỹ sư Cơng ty General Motor – Hoa Kỳ sáng chế cho đời vào năm 1968, với tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng yêu cầu điều khiển: - Dễ lập trình thay đổi chương trình - Cấu trúc dạng Module mở rộng dễ bảo trì sửa chữa - Đảm bảo độ tin cậy môi trường sản xuất Hình Bộ điều khiển lập trình năm 1968 Tuy nhiên, hệ thống đơn giản cồng kềnh, người dùng gặp nhiều khó khăn việc vận hành hệ thống Vì nhà thiết kế bước cải tiến hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành, việc lập trình cho hệ thống cịn gặp nhiều khó khăn Lúc khơng có thiết bị lập trình ngoại vi hỗ trợ cho cơng việc lập trình Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay đời năm 1969 Điều tạo phát triển thật cho kỹ thuật điều khiển lập trình Hình 2 Hệ thống điều khiển lập trình cầm tay Trong giai đoạn này, hệ thống điều khiển lập trình đơn giản nhằm thay hệ thống Relay dây nối hệ thống cổ điển Qua trình vận hành, nhà thiết kế bước tạo tiêu chuẩn cho hệ thống, tiêu chuẩn dạng lập trình dùng giản đồ hình thang Trong năm thập niên 1970, hệ thống PLC cịn có thêm khả vận hành với thuật toán hỗ trợ, vận hành với liệu cập nhật Do phát triển loại hình dùng cho máy tính, nên việc giao tiếp người điều khiển lập trình cho hệ thống ngày trở nên thuận tiện Hình PLC năm 1970 Sự phát triển hệ thống phần cứng phần mềm từ năm 1975 làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ với chức mở rộng: - Số lượng ngõ vào ngõ nhiều có khả điều khiển ngõ vào-ra từ xa kĩ thuật chuyền thông - Bộ lưu trữ liệu nhiều - Nhiều loại Module chuyên dùng Hình PLC Trong tương lai, hệ thống PLC không giao tiếp với hệ thống khác thông qua CIM (Computer Intergrated Manufacturing) để điều khiển hệ thống: Robot, Cad/Cam… Ngoài ra, thiết kế xây dựng loại PLC với chức điều khiển thơng minh cịn gọi siêu PLC cho tương lai 2.2 Khái niệm PLC PLC từ viết tắt Programmable Logic Controller (Tiếng Việt: Bộ điều khiển Logic lập trình được) Khác với điều khiển thông thường có thuật tốn điều khiển định, PLC có khả thay đổi thuật toán điều khiển tùy biến người sử dụng viết thông qua ngôn ngữ lập trình Do vậy, cho phép thực linh hoạt tất toán điều khiển 2.3 Phân loại  Phân loại theo hãng sản xuất  Mỹ: Allen Bradley, General Electric, Texas Instruments, Hammer…  Đức: Siemens, Boost, Festo…  Hàn: LG  Nhật: Mitsubishi, Omron, Parasonci, Fanuc… Hình S7-1500, CP1E, FX3U  Phân Loại theo số lượng đầu ra/vào  Micro PLC loại có 32 kênh vào/ra  PLC nhỏ có đến 256 kênh vào/ra  PLC trung bình có đến 1024 kênh vào/ra  PLC cỡ lớn có 1024 kênh vào/ra Hình PLC S5-100, CQM1  Phân loại theo dạng điện áp  AC/DC/DC  AC/DC/Relay  DC/DC/DC  DC/DC/Relay… 2.4 Cấu trúc PLC Trong PLC chia làm khối chính: - Bộ nhớ - Bộ xử lý trung tâm ( CPU ) - Ngõ vào - Ngõ Hình 7.Cấu trúc  Bộ xử lý trung tâm Trong khối xử lý trung tâm gồm: hệ điều hành, bit nhớ, đếm, nhớ trung gian, counter, timer, hệ thống bus 10 Hình Băng tải 3.2 Hệ thống cấp phôi tự động Hiện nay, trình sản xuất sản phẩm ngành cơng nghiệp nói chung phát triển theo xu hướng tự động hóa ngày cao Để đảm bảo trình sản xuất ổn định nhanh chóng cần thiết phải có q trình cung cấp phơi xác vị trí khơng gian theo nhịp ( cấp lúc ) liên tục theo chu trình hoạt động dây chuyền cách tin cậy Vì vậy, q trình cấp phơi yêu cầu cần thiết cần phải nghiên cứu giải tỏng hệ thông sản xuất tự đọng nhằm nâng cao suất lao động chất lượng sản phẩm Hệ thống cấp tự động phải cung cấp phơi kịp thời, xác, số lương Là cấu cấp phôi, sản phẩm vào cho băng tải, sản phẩm xuất chia đều, sản phẩm sản phẩm cách khoảng thời gian định cho phù hợp với suất vận tốc băng tải Đóng vai trị quan trọng cho q trình bắt đầu hệ thống Hình Hệ thống cấp phôi tự động  Ý nghĩa hệ thống cấp phôi tự động: + Biến máy bán tự động thành máy tự động Dây chuyền sản xuất thành đường dây tự động + Mang lại hiệu kinh tế nhờ giảm tổn thất thời gian + Cải thiện điều kiện làm việc công nhân, đặc biệt môi trường độc hại, nhiệt độ cao, phôi có trọng lượng lớn… Trong hệ thống phân loại sản phẩm xét, phơi khối trụ có đường kính nhau, 18 khác chủ yếu chiều cao Trong đồ án này, em lựa chọn phương án cấp phôi tự động gián đoạn theo chu kỳ 3.3 Piston/ Van khí nén a Pít tơng khí nén Pít tơng khí nén hay cịn gọi chi tiết bên xi lanh khí nén, phận động Thiết bị hoạt động dựa nguyên tắc sử dụng khí nén thông thường Chi tiết thiếu loại máy móc Nguyên tắc hoạt động sử dụng nguồn lực từ bên Hình 3 Xylanh khí nén  Cấu tạo Pít tơng thường có dạng hình trụ, chia làm phần đỉnh, đầu thân - Trong phận đỉnh pít tơng có dạng đỉnh lồi, đỉnh lõm đỉnh Mỗi đỉnh pít tơng nhận áp suất khí đốt nhiệt độ cao - Phần đầu pít tơng có rãnh xec măng dầu xec măng khí dùng để lắp vào thiết bị Các lỗ khoan nhỏ đầu rãnh xec măng dầu thông vào bên đáy rãnh thực nhiệm vụ cấp thoát dầu Số rãnh xec măng tùy thuộc vào loại động - Phần thân pít tơng có lỗ ngang, thực nhiệm vụ dẫn hướng cho pít tơng chuyển động xi lanh để truyền lực Hình Cấu tạo Pít tơng 19  Ngun lý hoạt động Trong lịng pít tơng, khơng khí nén tạo công giúp cho thiết bị hoạt động Đồng thời chiếm trọn khơng gian bên pít tơng làm cho pít tơng di chuyển  Các loại pít tơng khí nén thường gặp - Pít tơng hoạt động đơn Sử dụng để di chuyển khơng khí theo hướng xác định Thơng thường khơng khí đưa ngồi lị xo để pít tơng trở vị trí ban đầu Để điều chỉnh dịng khí nén cho pít tơng đơn phải dùng lực đẩy lị xo hay dùng lực bên ngồi tác động lên pít tơng có lỗ khí nén nguồn cấp khí nén Loại pít tơng thường sử dụng van điện từ khí nén 3/2 để vận hành Hình Sơ đồ pít tơng khí nén tác động đơn - Pít tơng khí nén hoạt động chiều Loại pít tơng hoạt động kép có lỗ dùng để cung cấp nguồn khí nén để sinh lực đẩy pít tơng từ phía Loại van điện từ chia khí 4/2, 5/2, 5/3 thiết bị có đầu cuộn coil sử dụng cho loại linh kiện Trên thị trường thường có loại pít tơng dạng kép như: pít tơng khơng có điểm giảm chấn thiết bị pít tơng đồng bộ, số loại pít tơng khác gồm pít tơng trượt pít tơng xoay Em chọn pít tơng khí nén hoạt động đơn để phân loại sản phẩm vì: - Có kích thước nhỏ gọn, cấu tạo đơn giản - Giá thành rẻ - Có nhiều kích thước, chủng loại để lựa chọn 20 ... Hình Màn hình làm việc 29 Chương ĐỀ BÀI:  Nhiệm vụ thiết kế: Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm  Số liệu cho trước: Hệ thống cấp phôi tự động Nguồn lực cấp phôi đẩy phơi: Khí nén... Hình 2 Hệ thống điều khiển lập trình cầm tay Trong giai đoạn này, hệ thống điều khiển lập trình đơn giản nhằm thay hệ thống Relay dây nối hệ thống cổ điển Qua trình vận hành, nhà thiết kế bước... phôi, sản phẩm vào cho băng tải, sản phẩm xuất chia đều, sản phẩm sản phẩm cách khoảng thời gian định cho phù hợp với suất vận tốc băng tải Đóng vai trị quan trọng cho q trình bắt đầu hệ thống