Hệ thống thang nâng hàng tự động điều khiển bằng plc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG THANG NÂNG HÀNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC Ngành: Kỹ thuật Cơ Điện Tử Giảng viên hƣớng dẫn: TS Nguyễn Hoài Nhân Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Trần Đại Nam 1711030021 17DCTA1 Lê Ngọc Vinh 1711030040 17DCTA1 Nguyễn Hữu Thành 1711030108 17DCTA1 TP Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2021 BM01/QT05/ĐT-KT VIỆN KỸ THUẬT HUTECH PHIẾU ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Hệ: Chính quy (CQ, LT, B2, VLVH) Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên đăng ký đề tài (sĩ số nhóm 03): (1) Trần Đại Nam MSSV: 1711030021 Điện thoại: 0389309398 Email: trannam700@gmail.com (2) Lê Ngọc Vinh MSSV: 1711030040 Điện thoại: 0355561067 Email: ngocvinh1923@gmail.com (3) Nguyễn Hữu Thành MSSV: 1711030108 Điện thoại: 0964346457 Email: nguyenhuuthanh091997@gmail.com Ngành Lớp: 17DCTA1 Lớp: 17DCTA1 Lớp: 17DCTA1 : Cơ Điện Tử Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ Điện Tử Tên đề tài đăng ký : Hệ thống thang nâng hàng tự động điều khiển PLC Sinh viên hiểu rõ yêu cầu đề tài cam kết thực đề tài theo tiến độ hoàn thành thời hạn TP HCM, ngày 07 tháng 04 năm 2021 Giảng viên hƣớng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Nguyễn Hoài Nhân Sinh viên đăng ký (Ký ghi rõ họ tên) Lê Ngọc Vinh Trần Đại Nam Nguyễn Hữu Thành LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2021 i LỜI CẢM ƠN Nhóm em gồm thành viên thực khóa luận tốt nghiệp với đề tài “Hệ thống thang nâng hàng tự động điều khiển PLC” Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô Viện Kỹ Thuật Hutech, thầy cô giảng dạy môn Cơ Điện Tử trao dồi truyền đạt kiến thức chuyên ngành cho nhóm em q trình giảng dạy vừa qua Đặc biệt nhóm em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Hồi Nhân tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em gặp mặt, hướng dẫn cách giải đề tài cách thích hợp Nhóm em xin gửi lời cảm ơn đến bạn lớp trao đổi kinh nghiệm, kiến thức góp ý cho để nhóm em hồn thành khóa luận cách tốt đẹp thời gian Mặc dù có nhiều nỗ lực cố gắng thời gian thực đề tài Nhóm em khơng tránh sai sót thân nhóm em cịn nhiều hạn chế Nhóm em mong q thầy bỏ qua thiếu sót nhận hướng dẫn tận tình từ q thầy bạn sinh viên Nhóm em xin chân thành cảm ơn! ii MỤC LỤC PHIẾU ĐĂNG KÝ TÊN ĐỀ TÀI ĐATN PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG viii LỜI MỞ ĐẦU Chƣơng 1: GIỚI THIỆU Chƣơng 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2.1 Giới thiệu chung hệ thống nâng hàng tự động 2.1.1 Hệ thống lưu trữ lấy hàng tự động ASRS 2.1.2 Hoạt động hệ thống lưu trữ lấy hàng tự động 10 2.2 Các thành phần hệ thống ASRS 13 2.2.1 Hệ thống đo lường tốc độ định vị hệ thống truyền động .13 2.2.2 Hệ thống hiển thị vị trí nơi lấy giữ sản phẩm .14 2.2.3 Cảm biến quét chiều cao hàng hóa 15 2.2.4 Cảm biến xác định chiều cao hàng hóa 16 2.3 Vai trò hệ thống nâng hàng tự động .17 2.4 Cấu trúc hệ thống nâng hàng tự động 18 Chƣơng 3: PHƢƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 20 iii 3.1 Lựa chọn phương án thiết kế 20 3.1.1 Phương án thiết kế kệ hàng 20 3.1.2 Phương pháp thiết kế cánh tay nâng hàng 25 3.1.3 Phương pháp thiết kế truyền động cho hai trục Y,Z 29 3.2 Tính tốn thành phần hệ thống 37 3.2.1 Tính tốn thơng số trục vít me trục Z (trục thẳng đứng) 37 3.2.2 Tính tốn thơng số trục vít me trục Y (trục nằm ngang) 40 Chƣơng 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ 44 4.1 Lựa chọn, tính tốn động driver 44 4.1.1 Lựa chọn, tính tốn động cho vít me trục Z, Y .44 4.1.2 Lựa chọn động cho tay nâng hàng 49 4.2 Lựa chọn điều khiển 50 4.2.1 Khai thác phần mềm .55 Chƣơng 5: THI CÔNG 58 5.1 Phần khí 58 5.2 Phần điều khiển 60 Chƣơng 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 66 6.1 Kết 66 6.2 Hướng phát triển 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LỤC 68 iv DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Hệ thống ASRS .9 Hình 2.2: Xe nâng lấy hàng hóa 11 Hình 2.3: Pallet đẩy hàng vào khoang vận chuyển .11 Hình 2.4: Hệ thống xác định vị trí lưu trữ đưa hàng đến vị trí .11 Hình 2.5: Pallet đẩy hàng hóa vào nơi lưu trữ 12 Hình 2.6: Pallet lấy hàng hóa khỏi kệ hàng 12 Hình 2.7: Đưa hàng hóa đến vị trí vận chuyển 12 Hình 2.8: Đóng gói hàng hóa 13 Hình 2.9: Động truyền động với encoder để đo tốc độ 13 Hình 2.10: Encoder đo tốc độ động 13 Hình 2.11: Vị trí lắp đặt cảm biến định vị 14 Hình 2.12: Cơng tắc hành trình để phát vị trí 14 Hình 2.13: Dải hoạt động cơng tắc hành trình 15 Hình 2.14: Vị trí lắp đặt cảm biến quyét chiều cao hàng hóa .15 Hình 2.15: Đường đặc tính hoạt động tốc độ nhanh 15 Hình 2.16: Vị trí lắp đặt cảm biến xác định chiều cao hàng hóa 16 Hình 2.17: Cảm biến quang kiểu phản xạ 16 Hình 2.18: Kích cỡ spoting light theo khoảng cách .17 Hình 3.1: Kệ hàng thơng minh ngồi thực tế 20 Hình 3.2: Kệ hàng Drive In 22 Hình 3.3: Kệ khng 24 v Các ngõ xung 2 Thẻ nhớ SIMATIC (tùy SIMATIC (tùy SIMATIC (tùy chọn) chọn) chọn) 100 kHz 100 kHz 100 kHz 30 kHz 30 kHz 80 kHz 80 kHz 20 kHz 20 kHz Bộ đếm tốc độ cao Đơn pha Vuông pha 80 kHz Thời gian lưu giữ Thông thường 10 Thông thường 10 Thông thường 10 đồng hộ thời gian ngày/ ngày/ ngày/ thực ngày (tại 40 ) ngày (tại 40 ) ngày (tại 40 ) PROFINET cổng Ethernet cổng Ethernet cổng Ethernet Tốc độ thực thi 18 18 18 0.1 0.1 0.1 tính toán thực Tốc độ thực thi Boolean Module truyền RS485, RS232 RS485, RS232 thông (CM) 54 RS485, RS232 4.2.1 Khai thác phần mềm Để cho hệ thống hoạt động trơn tru theo ý muốn ta phải nạp CODE cho điều khiển, mã code có nhờ lập trình phần mềm Đối với hãng Siemens lập trình phần mềm TIA Portal V16 Wincc mơ phần mềm Factory IO Hình 4.8: Phần mềm TIA Portal V16 Hình 4.9: Giao diện phần mềm Một số lệnh thƣờng dùng lập trình PLC S7 - 1200: Lệnh LD (load) nằm vị trí dịng chương trình instruction Nó để công tắc logic thường mở chương trình Ladder Lệnh LDI (Load Inverse) nằm vị trí chương trình instruction Nó để cơng tắc logic thường đóng chương trình Ladder 55 Lệnh OUT dùng để đặt rơ-le logic vào chương trình Nó ký hiệu “( )” nối với đường bus phải chương trình Ladder Trạng thái giống trạng thái nhánh điều khiển Lệnh ORB khơng có tham số tạo nhánh song song với khối logic Lệnh ORB mô tả rõ chuỗi công tắc bắt đầu lệnh LD song song với nhánh trước Lệnh SET để đặt trạng thái tham số lệnh lên logic mãi Nó ln xuất cuối nhánh chương trình dạng Ladder Một số lệnh phát xung bản: MC Power: Cho phép vô hiệu trục điều khiển chuyển động MC Home: Thành lập mối quan hệ chương trình điều khiển trục hệ thống định vị học trục MC MoveRelative: Khởi động chuyển động định vị có liên quan đến vị trí khởi đầu MC MoveAbsolute: Khởi động chuyển động đến vị trí tuyệt đối Chức kết thúc vị trí đích đạt đến MC_Reset: Đặt lại tất lỗi điều khiển chuyển động Tất lỗi điều khiển chuyển động biết được biết MC Halt: Hủy bỏ tất việc xử lý chuyển động làm chuyển động theo trục dừng lại Vị trí dừng khơng định rõ Trong đó: Enable: Cho phép chạy lệnh Axis: Chọn trục điều khiển Error: Báo lỗi Done: Báo chạy xong lệnh 56 Execute: Bắt đầu lệnh với bit tích cực Position: Giá trị vị trí cần điều khiển Mode: Chế độ điều khiển Velocity: Giá trị tốc độ Distance: Khoảng cách 57 Chƣơng 5: THI CƠNG 5.1 Phần khí Thiết kế mơ hình nâng hàng tự động phần mềm Solidworks Hình 5.1: Hình ảnh mơ mơ hình 3D Thiết kế phần kệ để hàng hóa Kệ đỡ hàng làm nhơm định hình để tạo khng Được gắn chặt xuống gá nhơm định hình tạo thành khối vững thuận tiện cho việc xuất nhập hàng Hình 5.2: Hình kệ để hàng hóa 58 Thiết kế cấu vận chuyển hàng hóa Cơ cấu di chuyển chắn theo trục X Y cách dễ dàng nhờ vào truyền vitme trượt Đảm bảo độ chắn dựa vào khung làm nhơm định hình Kết hợp với việc sử dụng động step để chuyển động tịnh tiến giúp cho việc vận chuyển hàng hóa đạt cách hiệu Hình 5.3: Cơ cấu di chuyển trục Y Hình 5.4: Cơ cấu di chuyển trục X Thiết kế cánh tay nâng hàng hóa Cấu tạo gồm động DC, trục vitme trượt nhôm định hình để nâng hàng hóa Nhờ liên kết hoạt động mà tay nâng hàng 59 chuyển động linh hoạt Thực trình nâng hàng thả hàng hóa cách xác Hình 5.5: Tay nâng hàng hóa 5.2 Phần điều khiển Hệ thống chia làm khối: - Khối nguồn: Cấp nguồn cho hệ thống - Khối cảm biến: Nhận biết sản phẩm + Cảm biến tiệm cận - Khối cấu chấp hành: Nhận tín hiệu xử lý + Động step để điều khiển trục vitme + Cơ cấu nâng hàng hóa - Khối PLC: Điều khiển tồn hệ thống - Khối Driver: Điều khiển động step Hình 5.6: Cấu trúc hệ thống 60 Phần mềm mô mơ hình Factory IO Phần mềm Factory IO Real game phần mềm mô dùng mô hệ thống PLC training kỹ lập trình PLC Với cơng cụ này, người dùng đẩy mạnh kỹ lập trình, tăng khả trải nghiệm, học tập sát với thực tế mà không cần dùng đến phận, chi tiết thật đầy tốn Giao diện 3D, hỗ trợ thêm góc nhìn thứ quan sát tồn hệ thống cách chi tiết Factory IO thiết kế trực quan, dễ dàng tiếp cận sử dụng thời gian ngắn Hình 5.7: Mơ hệ thống nâng hàng Factory IO Ưu điểm: - Giao diện 3D, góc nhìn đa dạng (hỗ trợ góc nhìn 1st game hành động) - Kết nối nhiều loại PLC thực khác - Thiết kế xây dựng nhà máy với 30 loại linh kiện (cảm biến, băng chuyền, nút nhấn, pusher, elevator, robot arm,…) linh kiện phong phú thêm thời gian tới - Mô tả hệ thống nhà máy ảo với sensors actuators (tín hiệu analog digital) - Đánh lỗi (pan) ngắn mạch hở mạch, phù hợp cho giảng dạy 61 Lƣu đồ thuật tốn Hình 5.8: Lưu đồ thuật tốn nhập kho hàng điều khiển tay Hình 5.9: Lưu đồ thuật toán xuất kho hàng điều khiển tay 62 Hình 5.10: Lưu đồ thuật tốn nhập kho hàng điều khiển tự động Hình 5.11: Lưu đồ thuật tốn xuất kho hàng điều khiển tự động 63 Sơ đồ đấu điện Hình 5.12: Sơ đồ điện Hình ảnh mơ hình thực tế Hình 5.13: Mơ hình thực tế tụ điện 64 Hình 5.14: Mơ hình sau thực tế Hình 5.15: Kệ hàng hóa thực tế 65 Chƣơng 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ, KẾT LUẬN 6.1 Kết Sau thời gian nghiên cứu thiết kế, chúng em hoàn thành mơ hình hệ thống nâng hàng tự động dùng PLC Tuy nhiên, thiết kế chúng em đưa mơ hình nhỏ, cố gắng tìm hiểu thực song kiến thức chúng em hạn chế nên đề tài nhiều thiếu sót Em kính mong q thầy đóng góp ý kiến để đề tài hoàn thiện Và nhóm đạt mục tiêu lúc đầu đề ra:  Hiểu nguyên lý cấu tạo, nguyên lý hoạt động thang nâng hàng  Ứng dụng phần mềm AutoCAD, Solidworks thiết kế cấu khí mơ hình, xuất vẽ theo tiêu chuẩn  Sử dụng phần mềm AutoCAD vẽ thiết kế dây cho mạch điện  Sử dụng phần mềm TIA Portal để lập trình điều khiển hệ thống  Hiểu cấu tạo, ngõ vào/ ra, nguyên lý hoạt động module, thiết bị phần cứng  Hiểu động bước, nguyên lý hoạt động cách sử dụng  Gia cơng, hồn thiện sản phẩm Sau gia cơng vận hành mơ hình hoạt động ổn định xác, đáp ứng 80% yêu cầu đặt hệ thống 6.2 Hƣớng phát triển Việc nâng hàng hóa động chưa sử dụng hết khả linh hoạt, phát triển thay thể động khí nén để q trình làm việc có xảy cố cần ngắt nguồn khí nén dừng hoạt động không cần phải ngắt hết nguồn điện Phát triển áp dụng mã vạch vào mơ hình để thuận lợi cho việc xuất nhập hàng hóa tối ưu 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hữu Lộc (2018), giáo trình Cơ sở thiết kế máy, nhà xuất Đại học Quốc Gia TP HCM Trịnh Chất – Lê Văn Uyển (2006), tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập 1, nhà xuất giáo dục Hà Nội Trịnh Chất – Lê Văn Uyển (2006), tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí tập 2, nhà xuất giáo dục Hà Nội TS Nguyễn Như Hiền – TS Nguyễn Mạnh Tùng (2007), điều khiển logic PLC, nhà xuất giáo dục Hà Nội https://www.orientalmotor.com/technology/motor-sizing-calculations.html https://plctech.com.vn/tai-lieu-plc-siemens-s7-1200-tieng-viet/ 67 PHỤ LỤC Phụ lục 1.1: Bản vẽ lắp Phụ lục 1.2: Bản vẽ sơ đồ điện 68