Đồ án môn học thiết kế hệ thống cơ điện tử đề tài thiết kế hệ thống điều khiển cho hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao

TRƯỜNG CƠ KHÍ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển cho hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao Giảng viên hướng dẫn: TS.Hoàng Sỹ Tuấn Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Khóa: Trần Trọng Đơng 20184385 Cơ điện tử 04 63 Hà Nội, 6/2022 Thiết kế hệ thống điều khiển GVHD: TS.Hoàng Sỹ Tuấn MỤC LỤC Lời Mở Đầu Chương : Tổng quan hệ thống điều khiển 1.1 Tìm hiểu hệ thống điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm .6 1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống điều khiển 1.3 Phân tích thơng số yêu cầu kỹ thuật để xác định thành phần điều khiển Chương 2: Thiết kế hệ thống điều khiển 12 2.1 Lựa chọn thành phần 12 2.1.1 Bộ điều khiển PLC 12 2.1.2 Module mở rộng SM1221 17 2.1.3 Màn hình HMI TP1200 COMFORT 18 2.1.4 Cảm biến 19 2.1.4.1 Công tắc từ (CS-1-G) 19 2.1.4.2 Cảm biến quang (E3F-DS30C4) 20 2.1.5 Cơ cấu chấp hành 20 2.1.5.1 Động (68KTYZ) 20 2.1.5.2 Xylanh DSNU-12-200-P-A 21 2.1.6 Các thiết bị khác .21 2.1.6.1 Bộ nguồn tổ ong 21 2.1.6.2 Relay trung gian 22 SVTH: Trần Trọng Đông MSSV:20184385 Thiết kế hệ thống điều khiển GVHD: TS.Hoàng Sỹ Tuấn 2.1.6.3 Van điện từ 23 2.1.6.5 Bộ lọc khí đơn TW3000-03 25 2.1.6.6 Bộ bơi trơn khí nén TL3000-03 26 2.1.6.7 Van tiết lưu 27 2.2 Xây dựng vẽ mạch điện 28 2.3 Hệ thống khí nén .29 Chương 3: Lập trình điều khiển thiết kế giao diện điều khiển 30 3.1 Bảng I/O Lưu đồ Grafcet 30 3.1.1 Bảng I/O 30 3.1.2 Xây dựng lưu đồ Grafcet 33 3.1.3 Nguyên lý hệ thống 34 3.2 Chương trình điều khiển PLC 36 3.3 Thiết kế giao diện điều khiển / giám sát 51 Chương 4: Mô hoạt động hệ thống điều khiển .52 Chương 5: Kết luận 53 Tài liệu tham khảo 54 SVTH: Trần Trọng Đông MSSV:20184385 Thiết kế hệ thống điều khiển GVHD: TS.Hồng Sỹ Tuấn Mục lục hình ảnh Hình 1 Sơ đồ hệ thống Hình PLC S7 – 1200 (CPU 1214C DC/DC/DC) 12 Hình 2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển PLC .15 Hình Chu trình quét PLC 16 Hình Bộ lọc khí đơn TW3000-03 .26 Hình Bộ bơi trơn khí nén TL3000-03 27 Hình Bản vẽ đấu nối phần tử hệ thống điều khiển .28 Hình Sơ đồ hệ thống khí nén 29 Hình Lưu đồ Grafcet 33 Hình Chương trình điều khiển PLC 50 Hình 3 Giao diện điều khiển/ giám sát HMI 51 SVTH: Trần Trọng Đông MSSV:20184385 Thiết kế hệ thống điều khiển GVHD: TS.Hoàng Sỹ Tuấn Mục lục bảng Bảng 1 Các phương án điều khiển 10 Bảng Thống kê sơ thiết bị kết nối Input Output với PLC 11 Bảng Thông số kỹ thuật PLC S7-1200 (CPU 1214C DC/DC/DC) 14 Bảng 2 Thông số module mở rộng SM1221 17 Bảng Thơng số hình HMI TP1200 Comfort .18 Bảng Thông số kỹ thuật công tắc từ (CS-1-G) 19 Bảng Thông số kỹ thuật cảm biến E3F-DS30C4 20 Bảng Thông số kỹ thuật động 68KTYZ 20 Bảng Thông số kỹ thuật xylanh DSNU-12-200-P-A 21 Bảng Thông số kỹ thuật nguồn tổ ong 22 Bảng Thông số kỹ thuật relay trung gian 23 Bảng 10 Thông số kỹ thuật van điện từ 5/3 24 Bảng 11 Thông số kỹ thuật nút bấm 25 Bảng 12 Thông số van tiết lưu 27 Bảng 13 Bảng biến I/O 32 SVTH: Trần Trọng Đông MSSV:20184385 Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển ` GVHD: TS.Hoàng Sỹ Tuấn Lời Mở Đầu Xã hội ngày phát triển, nhu cầu vật chất tinh thần người ngày cao, tốn cung – cầu nhà sản xuất tìm cách giải 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 sản xuất hàng loạt nhỏ loạt vừa sở sử dụng máy CNC, robot cơng nghiệp Trong có khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng hàng hóa bán hệ thống phận loại sản phẩm Đồ án Thiết kế hệ thống Cơ điện tử với đề tài “Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao” nghiên cứu nhằm củng cố kiến thức cho sinh viên, đồng thời giúp cho học sinh sinh viên thấy mối liên hệ kiến thức học trường với ứng dụng bên 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 Do kiến thức hạn hẹp thời gian thực khơng nhiều nên q trình thực khơng tránh khỏi thiếu sót Đề tài mong góp ý q thầy SVTH: Trần Trọng Đông MSSV:20184385 Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển ` GVHD: TS.Hoàng Sỹ Tuấn Em xin chân thành cảm ơn thầy Hoàng Sỹ Tuấn hướng dẫn tận tình, tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho em suốt trình thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 21 tháng 06 năm 2022 Sinh viên thực Trần Trọng Đông SVTH: Trần Trọng Đông MSSV:20184385 Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển ` GVHD: TS.Hoàng Sỹ Tuấn Chương : Tổng quan hệ thống điều khiển 1.1 Tìm hiểu hệ thống điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm Hình 1 Sơ đồ hệ thống Hệ thống điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm bao gồm thành phần chính: • Cảm biến: Là thiết bị điện tử biến đổi tín hiệu từ tín hiệu vật lý sang đại lượng mang tính chất điện Cảm biến phân loại theo đại lượng cần đo(vị trí, gia tốc, nhiệt độ, dịng điện,… ), theo nguyên lý chuyển đổi đáp ứng kích thích (nhiệt điện, quang điện, quang đàn hồi, biến đổi hóa học, biến đổi sinh hóa,…) phân theo nguồn lượng tiêu thụ: cảm biến chủ động cảm biến bị đông SVTH: Trần Trọng Đông MSSV:20184385 Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển ` GVHD: TS.Hoàng Sỹ Tuấn - Ở hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao, cảm biến sử dụng để phát vật dựa vào vị trí lắp cảm biến biết chiều cao tương đối vật cần phân loại • Cơ cấu chấp hành: - Cơ cấu chấp hành phần “cơ bắp” hệ thống điện tử Cơ cấu nhận lệnh điều khiển (chủ yếu tín hiệu điện) tạo thay đổi (theo yêu cầu) hệ vật lý cách tạo lực, chuyển động, nhiệt dòng chảy …v v - Cơ cấu chấp hành thường sử dụng kết hợp nguồn cung cấp lượng phụ trợ (điện, cơ) với cấu chuyển đổi lượng, cấu biến đổi chuyển động - Cơ cấu chấp hành thường bố trí thiết bị điều khiển cảm biến - Cơ cấu chấp hành hệ thống dẫn động điện, thủy lực khí nén, hệ thống khuyếch đại điện tử • Thiết bị điều khiển: - Là thiết bị tạo tín hiệu điều khiển, nhằm tác động lên cấu chấp hành để đạt thay đổi mong muốn - Thiết bị điều khiển bao gồm: ➢ Thiết bị điều khiển tương tự: ON/OFF, P, PI, PD, PID ➢ Thiết bị điều khiển số: Vi điều khiển, Máy tính, PLC ➢ Thiết bị điều khiển logic: Vi điều khiển, Máy tính, PLC SVTH: Trần Trọng Đơng MSSV:20184385 Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển ` GVHD: TS.Hoàng Sỹ Tuấn 1.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống điều khiển Lựa chọn điều khiển hệ thống qua chế độ: Chế độ tự động (AUTO) điều khiển bầng tay (MANUAL), chuyển đổi qua công tắc chuyển đổi Chế độ AUTO:Khi hệ thống sẵn sàng hoạt động, cảm biến S1 nhận biết có phơi cần phân loại, hệ thống bật động truyền chuyển động băng tải đưa phôi từ đầu băng tải đến vị trí xylanh để phân loại Cảm biến phát phơi cao đặt trước vị trí cao nhằm phát phơi cao, phơi trung bình thấp qua đến vị trí kiểm tra Khi có tín hiệu phơi, xử lý phát tín hiệu điều khiển để xylanh hành trình đẩy phôi vào máng cấp phôi, hết hành trình xylanh quay trở lại vị trí đầu hành trình chờ tín hiệu Phơi thấp đưa đền cuối băng tải vào máng chứa phôi Sau khoảng thời gian cảm biến không phát phôi cấp, hệ thống tắt động để dừng băng tải chờ phôi cấp Chế độ MANUAL: Người điều khiển sử dụng nút bấm cứng bảng điều khiển, hình giám sát để điều khiển độc lập cấu chấp hành để kiểm tra tình trạng hoạt động thiết bị có hoạt động bình thường hay khơng 1.3 Phân tích thơng số u cầu kỹ thuật để xác định thành phần điều khiển Hệ thống phân loại sản phẩm có chiều cao khác nhau: 10 cm, 5cm 3cm nên lựa chọn thành phần điều khiển sau: ➢ Cảm biến: - Hệ thống cảm biến quang cảm biến sử dụng cho mục đích phát chiều cao phơi thơng qua việc bố trí cảm biến SVTH: Trần Trọng Đông MSSV:20184385 Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển SVTH: Trần Trọng Đông ` 40 GVHD: TS.Hoàng Sỹ Tuấn MSSV:20184385 Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển SVTH: Trần Trọng Đông ` 41 GVHD: TS.Hoàng Sỹ Tuấn MSSV:20184385 Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển SVTH: Trần Trọng Đông ` 42 GVHD: TS.Hoàng Sỹ Tuấn MSSV:20184385 Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển SVTH: Trần Trọng Đông ` 43 GVHD: TS.Hoàng Sỹ Tuấn MSSV:20184385 Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển SVTH: Trần Trọng Đơng ` 44 GVHD: TS.Hồng Sỹ Tuấn MSSV:20184385 Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển SVTH: Trần Trọng Đơng ` 45 GVHD: TS.Hồng Sỹ Tuấn MSSV:20184385 Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển SVTH: Trần Trọng Đơng ` 46 GVHD: TS.Hồng Sỹ Tuấn MSSV:20184385 Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển SVTH: Trần Trọng Đơng ` 47 GVHD: TS.Hồng Sỹ Tuấn MSSV:20184385 Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển SVTH: Trần Trọng Đơng ` 48 GVHD: TS.Hồng Sỹ Tuấn MSSV:20184385 Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển SVTH: Trần Trọng Đơng ` 49 GVHD: TS.Hồng Sỹ Tuấn MSSV:20184385 Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển ` GVHD: TS.Hoàng Sỹ Tuấn Hình Chương trình điều khiển PLC SVTH: Trần Trọng Đông 50 MSSV:20184385 Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển ` GVHD: TS.Hoàng Sỹ Tuấn 3.3 Thiết kế giao diện điều khiển / giám sát Hình 3 Giao diện điều khiển/ giám sát HMI SVTH: Trần Trọng Đông 51 MSSV:20184385 Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển ` GVHD: TS.Hồng Sỹ Tuấn Chương 4: Mơ hoạt động hệ thống điều khiển bandicam 2022-07-22 22-15-12-74 SVTH: Trần Trọng Đông 52 MSSV:20184385 Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển ` GVHD: TS.Hoàng Sỹ Tuấn Chương 5: Kết luận Qua trình thực đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển cho hệ thống phân loại sản phẩm” giúp em hiểu thêm hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao sau: Chương 1: Giúp biết tổng quan hệ thống điều khiển hệ thống, biết làm nguyên lý làm việc, phân tích thơng số kỹ thuật hệ thống từ chọn thành phần hệ thống điều khiển Chương 2: Biết cách lựa chọn thiết bị có thơng số kỹ thuật phù hợp với hệ thống cách kết nối phần tử điều khiển với tạo thành sơ đồ đấu nối hoàn chỉnh Chương 3: Biết cách xây dựng thuật toán điều khiển, cách thiết lâp, thống kê tín hiệu đầu vào đầu hệ thống Viết chương trình điều khiển cho hệ thống hệ thống giám sát hoạt động cho hệ thống phân loại sản phẩm Chương 4: Biết cách tìm hiểu, thực mô hoạt động hệ thống thông qua phần mềm Factory IO Sự phát triển khoa học kỹ thuật kéo theo phát triển công nghệ hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao Các hệ thống phân loại ngày tối ưu tích hợp cơng nghệ tiên tiếnvào để bắt kịp nhu cầu sử dụng xu hướng xã hội Sự phát triển ngày cao khoa học kỹ thuật giúp cải thiện hệ thống điều khiển tích hợp thiết bị thông minh, tối ưu hệ thống phân loại tăng hiệu sử dụng, giảm lược điện tiêu thụ,… SVTH: Trần Trọng Đông 53 MSSV:20184385 Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển ` GVHD: TS.Hoàng Sỹ Tuấn Tài liệu tham khảo Trịnh Chất: “Cơ sở thiết kế máy chi tiết máy,” nhà xuất khoa học kĩ thuật, 2001 Trịnh Chất – Lê Văn Uyển: “Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập I tập II,” nhà xuất giáo dục, 1998 Nguyễn Tiến Lưỡng: “Tự động hóa thủy khí máy công nghiệp,” Nhà xuất Giáo dục, 2008 Trần Văn Địch: “Tự động hóa q trình sản xuất,” Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2001 SVTH: Trần Trọng Đông 54 MSSV:20184385 ... loại sản phẩm Đồ án Thiết kế hệ thống Cơ điện tử với đề tài ? ?Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao? ?? nghiên cứu nhằm củng cố kiến thức cho sinh viên, đồng thời giúp cho học sinh sinh... Tìm hiểu hệ thống điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm Hình 1 Sơ đồ hệ thống Hệ thống điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm bao gồm thành phần chính: • Cảm biến: Là thiết bị điện tử biến đổi.. .Thiết kế hệ thống điều khiển GVHD: TS.Hoàng Sỹ Tuấn MỤC LỤC Lời Mở Đầu Chương : Tổng quan hệ thống điều khiển 1.1 Tìm hiểu hệ thống điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm