(Tiểu luận) đề tài thiết kế điều khiển giám sát hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

Trường Đại Học Công Nghiệp AB Khoa ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN .6 LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG - GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Các vấn đề đặt 10 1.3 Phương pháp nghiên cứu 11 1.4 Phạm vi giới hạn .11 CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 13 2.1 Giới thiệu loại phân loại sản phẩm .13 2.1.1 Các loại hệ thống phân loại sản phẩm hành 13 2.1.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc 18 2.2 Vật liệu chế tạo 20 2.3 Hệ thống truyền động .24 2.3.1 Động điện chiều 24 2.3.2 Băng chuyền .28 2.3.3 Piston xylanh đẩy sản phẩm 30 2.3.4 Van đảo chiều .33 2.3.5 Cảm biến quang 35 2.3.6 Rơ le trung gian 38 2.3.7 Nút nhấn .42 CHƯƠNG - GIỚI THIỆU VỀ PLC PLC – S7 1200 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH PLC TIA – PORTAL V13 43 3.1 Khái quát chung PLC 43 3.1.1 Lịch sử hình thành 43 3.1.2 Các loại PLC thông dụng 43 3.1.3 Ngơn ngữ lập trình 44 3.1.4 Cấu trúc phương thức thực chương trình PLC 44 3.1.5 Ứng dụng PLC 46 3.2 PLC – S7 1200 46 3.2.1 Cấu trúc 46 3.2.2 Phân vùng nhớ 48 h Trường Đại Học Công Nghiệp AB Khoa ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp 3.2.3 Tập lệnh S7 – 1200 49 3.2.4 Sơ đồ đấu dây .51 3.3 Phần mềm Tia – Portal v15 52 3.3.1 Giới thiệu SIMATIC STEP Basic 52 3.3.2 Các bước tạo project 53 CHƯƠNG – THIẾT KẾ MẠCH LỰC, MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 56 4.1 Tính tốn thiết kế hệ thống 56 4.1.1 Tính tốn cơng suất động .56 4.1.2 Tính tốn tốc độ động điện chiều 57 4.1.3 Tính tốn tốc độ quay trục 58 4.1.4 Tính cơng suất trục 58 4.1.5 Tính moment xoắn trục .59 4.1.6 Tính tốn lựa chọn piston 60 4.2 Mạch điều khiển hệ thống 61 4.2.1 Sơ đồ đấu nối PLC .61 4.2.2 Bảng địa sơ đồ đấu dây 61 4.2.3 Tính chọn rơ le trung gian 62 4.2.4 Mạch điều khiển xi lanh khí nén .62 CHƯƠNG – THIẾT KẾ XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT SCADA 63 5.1 Xây dựng thuật toán điều khiển 63 5.1.1 Sơ đồ khối chung toàn hệ thống 63 5.1.2 Sơ đồ khối chế độ tay 64 5.1.3 Sơ đồ khối chế độ tự động 65 5.2 Lập trình điều khiển PLC S71200 65 5.2.1 Xác định đầu vào 65 5.2.2 Cấu hình phần cứng 66 5.2.3 Lập trình PLC S71200 .66 5.3 Thiết kế giao diện điều khiển giám sát Scada 77 5.3.1 Cấu hình thiết bị 77 5.3.2 Thiết kế giao diện Scada 78 5.4 Kết mô .78 5.4.1 Tải chương trình xuống PLC 78 5.4.2 Chạy runtime Scada 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 h Trường Đại Học Công Nghiệp AB Khoa ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp h Trường Đại Học Công Nghiệp AB Khoa ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc 08 Hình 2.1 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc 12 Hình 2.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc 14 Hình 2.3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng 15 Hình 2.4 Mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc 17 h Trường Đại Học Công Nghiệp AB Khoa ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hà Nội, ngày…tháng…năm 2021 Giáo viên hướng dẫn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN h Trường Đại Học Công Nghiệp AB Khoa ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp Hà Nội, ngày… tháng…năm 2021 Giáo viên phản biện LỜI MỞ ĐẦU Cùng với phát triển giới xu hướng hội nhập kinh tế quốc tế, đất nước ta đổi bước vào thời kì cơng nghiệp hóa, đại hóa, vừa xây dựng sở vật chất kỹ thuật, vừa phát triển kinh tế đất nước Điều địi hỏi phải nghiên cứu áp dụng dây chuyền, máy móc thiết bị tiên tiến đại, có h Trường Đại Học Công Nghiệp AB Khoa ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp khả tự động hóa cao để đưa cơng nghệ vào lĩnh vực sống Trong ngành ĐIỆN TỰ ĐỘNG HĨA đóng vai trị quan trọng trình phát triển đất nước Để đáp ứng nhu cầu to lớn việc phát triển ngành Cơ điện tử nói chung, địi hỏi phải có đội ngũ cán bộ, nhân viên kỹ thuật có khả năng, đủ lực trình độ chun mơn để kịp thời giải vấn đề liên quan đến kỹ thuật khí, điện-điện tử kỹ thuật phần mềm Từ thực tế trên, sinh viên ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử, từ kiến thức học, nhóm tác giả chúng tơi lựa chọn thực đồ án tốt nghiệp với đề tài: “THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC” Việc tạo hệ thống để thay người công việc vấn đề cần thiết Trong thời gian thực đề tài, nhóm tác giả nhận giúp đỡ quý thầy cô bạn, đặc biệt hướng dẫn tận tình thầy giáo Vũ Tuấn Anh để nhóm hoàn thành đề tài cách tốt Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn! Việc hồn thành đề tài không tránh sai lầm thiếu sót Nhóm mong phê bình, đánh giá thầy để nhóm rút kinh nghiệm phát triển thêm đề tài Nhóm tác giả xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 00 tháng 00 năm 2021 Nhóm tác giả thực hiện: Trần Văn A Trần Văn B h Trường Đại Học Công Nghiệp AB Khoa ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG - GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu chung Ngày với phát triển ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện- điện tử điều khiển tự động đóng vai trị quan trọng lĩnh vực khoa học, quản lý, cơng nghiệp tự động hóa, cung cấp thơng tin… Do phải nắm bắt vận dụng cách có hiệu nhằm góp phần vào nghiệp phát triển khoa học kỹ thuật giới nói chung phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng Với kỹ thuật tiên tiến vi xử lý, PLC, vi mạch số… ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, hệ thống điều khiển khí thơ sơ, với tốc độ xử lý chậm chạp xác thay hệ thống điều khiển tự động với lệnh chương trình thiết lập trước Trong q trình hoạt động nhà xưởng, xí nghiệp nay, việc tiết kiệm điện nhu cầu cần thiết, bên cạnh ngành cơng nghiệp ngày phát triển cơng ty xí nghiệp đưa tự động hóa sản xuất để tiện ích cho việc quản lý dây chuyền sản phẩm cho toàn hệ thống cách hợp lý yêu cầu thiết yếu, tiết kiệm nhiều thời gian quản lý cách dễ dàng Để đáp ứng yêu cầu đó, nhóm tác giả tiến hành nghiên cứu tài liệu, thiết kế thi cơng mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc (Hình 1.1) h Trường Đại Học Công Nghiệp AB Khoa ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp Hình 1.1 Mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc Hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động nguyên lý dùng cảm biến để xác định màu sắc sản phẩm Sau dùng xylanh để phân loại sản phẩm có màu sắc khác Từ nguyên lý làm việc ta thấy muốn hệ thống hoạt động cần chuyển động cần thiết: - Chuyển động băng chuyền Để truyền chuyển động quay cho trục băng chuyền ta dùng động điện chiều thông qua truyền bánh trụ thẳng trung gian - Chuyển động tịnh tiến xylanh để phân loại sản phẩm có màu sắc khác Chuyển động xylanh điều khiển hệ thống khí nén Chu trình làm việc máy: ấn nút Start máy hoạt động, sản phẩm xylanh đẩy vào băng chuyền Nhờ hệ thống điều khiển, sản phẩm băng chuyền phân loại với màu sắc khác Các sản phẩm sau phân loại chuyển đến thùng hàng để đóng gói Chu trình tiếp tục phân loại xong sản phẩm Những lợi ích mà hệ thống phân loại sản phẩm đem lại cho lớn, cụ thể như:  Giảm sức lao động, tránh nhàm chán công việc, cải thiện điều kiện làm việc người, tạo cho người tiếp cận với tiến khoa học kỹ thuật làm việc môi trường ngày văn minh  Nâng cao suất lao động, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm, thay đổi mẫu mã cách nhanh chóng  Giúp cho việc quản lý giám sát trở nên đơn giản, khơng thay đổi điều kiện làm việc cơng nhân mà cịn giảm số lượng công nhân đến mức tối đa… 1.2 Các vấn đề đặt Mục tiêu đặt nghiên cứu chế tạo: Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc có kiểu dáng nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt, bảo trì, sửa chữa h Trường Đại Học Cơng Nghiệp AB Khoa ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp Để thiết kế cần thiết kế khí điều khiển động hệ thống hoạt động tự động dựa vào lập trình điều khiển PLC Ngồi cịn có vấn đề khác là: vật liệu mơ hình, nguồn cung cấp, tính tốn thơng số chi tiết Các vấn đề cần giải là: - Vấn đề khí: phân tích tính tốn lựa chọn vật liệu, thơng số kỹ thuật chi tiết cho thỏa mãn yêu cầu đề tài: nhỏ, gọn, nhẹ, bền, có tính thẩm mỹ cao, dễ dàng lắp đặt sửa chữa - Vấn đề điều khiển: điều khiển hoàn toàn tự động - Vấn đề an toàn: đảm bảo an toàn cho người sử dụng sản phẩm không bị hỏng 1.3 Phương pháp nghiên cứu Đề tài “Phân loại sản phẩm theo màu sắc” nhiều sinh viên trường nghiên cứu thực Đồng thời có nhiều sinh viên thiết kế mơ hình đơn giản Mơ hình thiết kế, đưa vào sử dụng số nhà máy sản phẩm điện tử điển hình, nên q trình làm đồ án, nhóm tác giả áp dụng phương pháp nghiên cứu sau: * Phương pháp đồng thời Kết hợp việc thiết kế đồng thời: cụ thể việc nghiên cứu mơ hình cụ thể sau xây dựng mơ hình chứa đầy đủ dự định có thiết kế qua có nhìn tổng quan hệ thống chung xác định thơng số Từ đó, áp dụng để thiết kế giới hạn đề tài * Phương pháp thực nghiệm Mơ hình hóa phần cơ, mơ hóa phần điện, tối ưu hóa thiết kế trước chế tạo hoàn thiện Chế tạo mẫu chi tiết chưa đảm bảo hoạt động mong muốn, chưa có thị trường Sau chế tạo thật mơ hình Cho chạy thử hết công suất, sau vận hành hết chức công suất hệ thống để rút giới hạn hệ thống từ đưa phương án cải tiến hay thay từ đưa đánh giá hệ thống (công suất làm việc hệ thống, vận tốc băng tải, mức độ chịu lực, giới hạn số khí điện năng, suất hệ thống ) h 10 Trường Đại Học Công Nghiệp AB Khoa ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp (3) Chương trình chế độ tay (FC2) h 74 Trường Đại Học Công Nghiệp AB Khoa ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp (4) Chương trình đầu Output(FC3) h 75 Trường Đại Học Công Nghiệp AB Khoa ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp h 76 Trường Đại Học Công Nghiệp AB Khoa ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp (5) Chương trình mơ (FC4) h 77 Trường Đại Học Công Nghiệp AB Khoa ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp h 78 Trường Đại Học Công Nghiệp AB Khoa ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp h 79 Trường Đại Học Công Nghiệp AB Khoa ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp h 80 Trường Đại Học Công Nghiệp AB Khoa ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp 5.3 Thiết kế giao diện điều khiển giám sát Scada 5.3.1 Cấu hình thiết bị Hình 5.2 Phần cứng Scada h 81 Trường Đại Học Công Nghiệp AB Khoa ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp Hình 5.3 Kết nối PLC với Scada 5.3.2 Thiết kế giao diện Scada 5.4 Kết mô 5.4.1 Tải chương trình xuống PLC Bước 1: Nhấn vào nút Simulation để chạy PLC SIM h 82 Trường Đại Học Công Nghiệp AB Khoa ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp Bước 2: Nhấn nút “Load” để tải chương trình PLC Bước 3: Nhấn chọn “Start module” sau nhấn “Finish” h 83 Trường Đại Học Công Nghiệp AB Khoa ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp Bước 4: Vào khối chương trình muốn giám sát thực nhấn biểu tượng đeo kính để online chương trình PLC 5.4.2 Chạy runtime Scada Bước 1: Vào hình thiết kế giao diện nhấn nút “RT” h 84 Trường Đại Học Cơng Nghiệp AB Khoa ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp Bước 2: Giám sát chương trình chế độ tự động h 85 Trường Đại Học Công Nghiệp AB Khoa ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp Bước 3: Giám sát chương trình chế độ tay h 86 Trường Đại Học Công Nghiệp AB Khoa ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS TS Bùi Quốc Khánh - TS Nguyễn Văn Liễn, “Truyền động điện”, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 2005 [2] Th.S Lê Văn Tiến Dũng, “Điều khiển khí nén thủy lực”, Nhà xuất Giáo Dục, 2005 [3] Khoa Cơ khí - Bộ mơn Cơ điện tử, “Cảm biến hệ thống đo”, Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội, 2013 [4] “Khí cụ điện”, Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội, 2005 [5] PGS TS Trịnh Chất – TS Lê Văn Uyển, “Tính tốn thiết kế hệ thống dẫn động khí” Tập I, Nhà xuất Giáo Dục, 1998 [6] GS TS Phan Kì Phùng, Th.S Thái Hồng Phong, “Sức bền vật liệu” Nhà xuất Đà Nẵng, 2005 h 87 Trường Đại Học Công Nghiệp AB Khoa ĐIỆN Đồ án tốt nghiệp h 88