(Đồ án hcmute) thiết kế mô hình hệ thống máy quấn dây tự động trong công nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG TRONG CÔNG NGHIỆP GVHD: TS TẠ VĂN PHƯƠNG SVTH: HỒNG TRUNG KIÊN NGUYỄN THÀNH TÂM SKL009739 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 12/2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO  ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG MÁY QUẤN DÂY TỰ ĐỘNG TRONG CƠNG NGHIỆP SVTH : HỒNG TRUNG KIÊN NGUYỄN THÀNH TÂM MSSV: 18151087 MSSV: 18151115 KHÓA : 2018 - 2022 NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA GVHD : TS TẠ VĂN PHƯƠNG Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2022 CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên Sinh viên: Hoàng Trung Kiên MSSV: 18151087 Họ tên Sinh viên: Nguyễn Thành Tâm MSSV: 18151115 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Lớp: 18151CL3A, 18151CL3B Giảng viên hướng dẫn: TS Tạ Văn Phương Điện thoại: 0908248231 Ngày nhận đề tài: 01/09/2022 Ngày nộp đề tài: 30/12/2022 Tên đề tài: Thiết kế mơ hình hệ thống máy quấn dây tự động công nghiệp Nội dung thực đề tài: - Thiết kế hồn chỉnh mơ hình hệ thống máy quấn dây tự động - Nghiên cứu phương pháp điều khiển tốc độ động pha sử dụng PLC biến tần - Đo tốc độ động pha thông qua Encoder - Thiết kế giao diện điều khiển giám sát HMI Sản phẩm: - Mơ hình phần cứng điều khiển động - Chương trình TIA Portal điều khiển tốc độ động - Giao diện điều khiển, giám sát hệ thống TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên Sinh viên: Hoàng Trung Kiên MSSV:18151087 Họ tên Sinh viên: Nguyễn Thành Tâm MSSV:18151115 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Tên đề tài: Thiết kế mơ hình hệ thống máy quấn dây tự động công nghiệp Họ tên Giảng viên hướng dẫn: TS Tạ Văn Phương NHẬN XÉT Nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Hạn chế: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 Giảng viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** -Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên Sinh viên: Hoàng Trung Kiên MSSV:18151087 Họ tên Sinh viên: Nguyễn Thành Tâm MSSV:18151115 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Tên đề tài: Thiết kế mơ hình hệ thống máy quấn dây tự động công nghiệp Họ tên Giảng viên phản biện: NHẬN XÉT Nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Hạn chế: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm:……………(Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 Giảng viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, nhóm thực báo cáo xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo – TS Tạ Văn Phương người trực tiếp hướng dẫn thực đề tài Xin cảm ơn thầy suốt thời gian thực đề tài, thầy ln tận tình bảo ln bám sát nhóm thực báo cáo để có điều chỉnh kịp thời nhằm giúp đề tài đạt kết tốt thời gian quy định Tiếp theo, nhóm thực báo cáo xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất quý thầy cô Khoa đào tạo Chất lượng cao truyền tải kiến thức chuyên ngành để nhóm thực báo cáo áp dụng vào đề tài Nhóm thực báo cáo xin gửi lời cảm ơn đến tác giả sách, báo, tạp chí khoa học mang đến cho nhóm thực báo cáo kiến thức vơ bổ ích để hỗ trợ cho đề tài Nhóm thực báo cáo xin gửi lời cảm ơn đến bạn có chung lĩnh vực nghiên cứu có chia sẻ, trao đổi kiến thức kinh nghiệm quý báu thời gian thực đề tài Cuối cùng, nhóm thực báo cáo xin cảm ơn Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM nơi mà nhóm thực báo cáo ln đồng hành từ ngày đầu chập chững vào trường nơi có nhiều sân chơi để nhóm thực báo cáo thỏa sức với đam mê, sáng tạo Chúng em xin chân thành cám ơn! Tóm tắt đề tài i Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp TÓM TẮT ĐỀ TÀI Đất nước ta giai đoạn phát triển, ngành cơng nghiệp tự động hóa chuyển với dây truyền sản xuất, máy móc đại, nâng cao suất lao động Trên đà phát triển ngành tự động hóa sản xuất, cửa hàng nhỏ cần nâng cao suất lao động Với thiết bị máy móc đại, cồng kềnh, chi phí máy móc tốn cửa hàng sửa chữa điện dân dụng nhỏ lẻ đầu tư Xuất phát từ ý tưởng nhóm thực báo cáo thiết kế, tính tốn gia cơng hoàn thiện máy quấn dây cỡ nhỏ, đơn giản, giá thành gia cơng vừa phải, đồng thời góp phần phục vụ cho trình tìm hiểu, nghiên cứu, học tập, có kiến thức cơng nghệ sơ chuẩn bị cho trình sản xuất thực tiễn, cải tiến suất lao động Đề tài “Thiết kế mơ hình hệ thống máy quấn dây tự động công nghiệp” tập trung vào việc điều khiển, giám sát ổn định vận tốc dài hệ thống quấn dây thơng qua điều khiển PLC Với mục đích sử dụng điều khiển PID để điều khiển động quấn cho vận tốc dài qua Rulo cảm biến không đổi Thông qua việc tìm hiểu giải pháp tự động hóa, quy trình sử dụng thiết bị cụ thể hãng Siemens biến tần hãng Mitsubishi nhằm điều khiển phát huy tối đa khả mà giải pháp đem lại Xử lý liệu Analog, lập trình điều khiển hệ thống, áp dụng thuật toán PID để điều khiển đáp ứng yêu cầu đề Tóm tắt đề tài ii Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ĐỀ TÀI ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC HÌNH ẢNH viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục tiêu đề tài 1.4 Đối tượng phạm vi đề tài 1.5 Bố cục trình bày CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu 2.2 Các phương pháp ứng dụng điều khiển lực căng 2.2.1 Phương pháp điều khiển Torque 2.2.2 Phương pháp điều khiển căng chùng 10 2.2.3 Phương pháp điều khiển vận tốc dài 12 2.3 Giới thiệu điều khiển PID ứng dụng 15 2.3.1 Khái niệm PID 15 2.3.2 Các khâu hiệu chỉnh PID 16 2.3.3 Các dạng PID 17 2.3.4 Cách điều chỉnh thông số điều khiển PID 18 2.3.5 Ứng dụng điều khiển PID 18 2.4 Các phương pháp điều khiển biến tần bằng PLC 19 Mục lục iii Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp 2.4.1 Lập trình PLC điều khiển theo Analog 19 2.4.2 Lập trình PLC điều khiển theo Digital 21 2.4.3 Lập trình PLC điều khiển theo Motori Pot 22 2.4.4 Lập trình PLC điều khiển theo chuẩn giao tiếp RS485 22 2.5 Giao thức Ethernet ứng dụng 23 2.5.1 Ethernet gì? 23 2.5.2 Ứng dụng truyền thông Ethernet 23 2.6 Lựa chọn phương pháp điều khiển 25 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 27 3.1 Yêu cầu thiết kế phần cứng phần mềm 27 3.1.1 Yêu cầu thiết kế phần cứng 27 3.1.2 Yêu cầu thiết kế phần mềm 27 3.2 Sơ đồ khối hệ thống 27 3.2.1 Màn hình điều khiển 28 3.2.2 Bộ điều khiển trung tâm 29 3.2.3 Các Driver động Step 29 3.2.4 Động sơ Step 29 3.2.5 Biến tần 29 3.2.6 Encoder 29 3.2.7 Cảm biến tiệm cận 30 3.2.8 Động quấn 30 3.3 Tính tốn chọn thiết bị 30 3.3.1 Tính toán chọn động 31 3.3.2 Tính tốn chọn biến tần 34 Mục lục iv Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp 3.3.3 Tính tốn chọn PLC 39 3.3.4 Tính tốn chọn Step Motor Module Driver 41 3.3.5 Tính tốn chọn Encoder 43 3.3.6 Tính toán chọn cảm biến 44 3.3.7 Tính tốn chọn hình HMI 45 3.4 Sơ đồ đấu dây thiết bị 47 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM 51 4.1 Bản vẽ hệ thống 51 4.1.1 Bản vẽ mô 51 4.1.2 Bản vẽ thực tế 53 4.2 Lập trình điều khiển hệ thống 56 4.2.1 Lưu đồ giải thuật 56 4.2.1 Lập trình cho PLC 59 4.2.2 Giao diện HMI 76 4.3 Phân tích đánh giá kết thực nghiệm 80 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 81 5.1 Kết luận 81 5.2 Hướng phát triển 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC Mục lục 84 v Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp Hình 4-33 Giao diện lập trình Dưới dây giao diện lập trình hồn thiện nhóm chúng em: - Giao diện Hình 4-34 Giao diện Chương 4: Xây dựng mơ hình thực nghiệm 78 Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp - Giao diện Mode Hình 4-35 Giao diện Mode - Giao diện Mode Hình 4-36 Giao diện Mode - Giao diện Manual Chương 4: Xây dựng mơ hình thực nghiệm 79 Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp Hình 4-37 Giao diện Manual 4.3 Phân tích đánh giá kết thực nghiệm Qua chương này, nhóm thực báo cáo nghiên cứu xây dựng vẽ mơ phần khí cách bố trí thiết bị để từ lựa chọn thiết bị phục vụ cho hệ thống thực tế, lập trình PLC giao diện điều khiển giám sát hình HMI chương trình điều khiển để thực nhiệm vụ điều khiển Rồi từ nhóm thực báo cáo xây dựng thành cơng mơ hình máy quấn dây tự động Chương 4: Xây dựng mơ hình thực nghiệm 80 Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Sau thực đề tài, nhóm thực báo cáo hồn thành yêu cầu đặt việc “Điều khiển máy quấn dây tự động” Đề tài đạt kết bật sau đây: - Điều khiển ổn định tốc độ động thông qua phương pháp điều chỉnh PID - Điều khiển máy quấn dây tự động chạy theo hai chế độ: Vận tốc dài căng chùng - Thiết kế, tính tốn chi tiết tận dụng chọn thiết bị có sẵn để hồn thiện mơ hình - Hồn thiện lắp đặt mơ hình thực nghiệm thơng qua sự bố trí phần khí thiết bị cách hợp lý - Lập trình điều khiển PLC cho mơ hình thực nghiệm - Ứng dụng thêm HMI để thuận tiện việc giao tiếp người dùng hệ thống Tuy nhiên trình thực đồ án này, thân nhóm báo cáo khơng tránh khỏi thiếu sót điều kiện khách quan chủ quan mà thân chưa khai thác hết Chúng em mong thầy, cô giáo người quan tâm tới vấn đề đóng góp bổ sung để đồ án hoàn thiện hơn, nâng cao khả ứng dụng Cuối em xin chân thành cảm ơn tới tập thể thầy nhiệt tình tạo điều kiện hướng dẫn, giúp đỡ thuận lợi để em hoàn thành đồ án 5.2 Hướng phát triển - Sử dụng cảm biến Loadcell để đo Torque hướng tới điều khiển lực căng giúp cho việc nghiên cứu đa dạng - Tìm hiểu thêm chế độ Torque tích hợp sẵn biến tần để mở rộng ứng dụng sử dụng nhiều chức - Điều khiển thêm Motor gắn với cuộn xả để tăng lực căng dây Chương 5: Kết luận hướng phát triển 81 Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp trì sự nhẹ nhàng, ổn định dây quấn - Phát triển tạo cấu căng chùng, cấu cảm biến phức tạp cấu trì lực căng định để ứng dụng rộng rãi hệ thống công nghiệp Chương 5: Kết luận hướng phát triển 82 Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ngơ Văn Thun – Phạm Quang Huy, “Lập Trình Với PLC S7 1200 Và S7 1500”, Nhà Xuất Bản Thanh Niên, 2019 [2] Ngơ Văn Thun – Trương Đình Nhơn, “Lập Trình PLC Allen Bradley”, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2017 [3] Ngô Văn Thuyên – Trương Đình Nhơn – Nguyễn Phương, “Giáo Trình Thực Tập Điều Khiển Lập Trình”, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2016 [4] FR-D700 Instruction Manual – Mitsubishi Electric [5] Manual PLC Siemens 1200 Programmable Controller Tài liệu tham khảo 83 Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp PHỤ LỤC Khối Main [OB1]: Phụ lục 84 Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp Phụ lục 85 Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp Phụ lục 86 Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp Khối PID Motor xả [OB30]: Phụ lục 87 Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp Khối tính tốc độ Motor [FB1]: Phụ lục 88 Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp Phụ lục 89 Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp Phụ lục 90 Báo Cáo Đồ Án Tốt Nghiệp Phụ lục 91 S K L 0